вискозные волокна

ВИСКОЗНЫЕ ВОЛОКНА (от лат. viscosus — клейкий, вязкий)

искусств. волокна, формуемые из вискозы — конц. раствора Na-соли ксантогената целлюлозы в разб. растворе NaOH.

Получение вискозы. Исходное сырье для ее производства — древесная целлюлоза (Ц.), содержащая 95–99% высокомол. волокнообразующей фракции со степенью полимеризации 800–1100. Осн. стадии процесса: получение щелочной Ц., синтез ксантогената, его растворение, подготовка вискозы к формованию.

Первая стадия процесса включает: 1) обработку Ц. 18–20%-ным водным раствором NaOH (мерсеризация) в течение 5–15 мин при 45–60 °C и жидкостном модуле (отношение объема раствора NaOH к массе Ц.) в пределах 14–40; в результате мерсеризации создаются условия, при которых получают растворимый ксантогенат; 2) удаление из образовавшейся суспензии (пульпы) избытка раствора NaOH на отжимном прессе; при этом получают продукт, содержащий 30–32% Ц. и 16–17,5% NaOH; 3) измельчение щелочной Ц.; 4) окислит. деструкция (предсозревание) щелочной Ц. под действием O2 воздуха до степени полимеризации 400–600. Производительность установок 25–50 т/сут.

Ксантогенат образуется из щелочной Ц. в результате реакции:

вискозные волокна

(х = 0,45–0,65). Количество CS2 составляет 28–50% от массы Ц.; до 30% CS2 расходуется на побочные процессы, которые м. б. выражены суммарным уравнением:

вискозные волокна. Рис. 2

При взаимодействии Na2CS3 с NaOH и O2 воздуха образуется сложная смесь сернистых соед. Na (сульфид, полисульфид, сульфит, тиосульфат и др.).

Из-за токсичности и взрывоопасности CS2 Процесс осуществляют в герметичных аппаратах (ксантогенаторах) емкостью ок. 30 м3 при разрежении и в среде N2. Продолжительность реакции 60–90 мин, ее начальная температура 22–26 °C, конечная — 28–35 °C.

Техн. ксантогенат Ц. — комкообразная оранжевая масса. Для его растворения в ксантогенатор добавляют разб. раствор щелочи, образующуюся пульпу пропускают через диспергирующие устройства и выгружают в аппарат с вертикальной мешалкой (т. наз. растворитель). Продолжительность растворения (обычно 2–2,5 ч при 12–20 °C) и качество вискозы зависят от степени измельчения частиц ксантогената (их размер не должен превышать 3 мм).

Получаемая в результате растворения ксантогената вискоза — оранжевая прозрачная жидкость с вязкостью 4–30 Па∙с. Ее состав (% по массе): Ц.-6–10, NaOH-5–7, сернистые соед. — 3,5–4, вода — 80–85. Вискоза содержит, кроме того, 0,01–0,02% дисперсных примесей, попадающих в раствор из сырья, а также диспергированный и растворенный воздух (соотв. 10–15 и 0,8–1,0% по объему). Воздух удаляют до его остаточного содержания 0,15–0,3%, примеси отфильтровывают.

УСЛОВИЯ ФОРМОВАНИЯ И СВОЙСТВА ВИСКОЗНЫХ ВОЛОКОН

вискозные волокна. Рис. 3

При подготовке вискозы к формованию происходят изменения ее хим. состава (созревание): в макромолекуле Ц. более равномерно распределяются ксантогенатные группы (это обусловливает снижение вязкости вискозы на 10–15%), уменьшаются степень замещения Ц. и количество свободных NaOH и CS2, увеличивается содержание побочных сернистых соед., снижается устойчивость к коагуляции и др.

Формование волокон. В. в. формуют по мокрому способу через фильеры с диаметром отверстий 40–100 мкм. Осадительная ванна — водный раствор, содержащий H2SO4, ZnSO4 и Na2SO4 (см. табл.). При формовании штапельного волокна число отверстий в фильере составляет 10000–120000, текстильных и техн. нитей — соотв. 12–100 и 720–2200. Струи, выходящие из фильеры, осаждаются (коагулируют) вследствие нейтрализации щелочи, образования цинк — ксантогенатных связей и десольватирующего действия электролитов, особенно Na2SO4. Введение в вискозу и (или) в осадительную ванну модификаторов, напр. полиэтиленоксида, способствует получению волокон однородной структуры (в поперечном срезе волокон, полученных без модификатора, м. б. выделены оболочка и ядро). Свежесформованные В. в. представляют собой гель гидратцеллюлозы, содержащий до 80% воды.

Штапельное волокно формуют на агрегатах непрерывного действия производительностью 25–60 т/сут. Жгуты нитей, выходящие из осадительной ванны, принимают на прядильные диски, откуда их собирают в общий жгут, имеющий форму ленты. Жгут, пропущенный через водную пластификационную ванну с температурой 95 °C, содержащую 1–2% H2SO4 и до 1,5% ZnSO4, принимают на вытяжные вальцы. При этом окончательно разлагается ксантогенат (т. наз. довосстановление Ц.), отгоняется CS2, происходят ориентационная вытяжка и термофиксация волокна. Заключительные операции: резка жгутов на отрезки (штапельки) длиной 36–80 мм, обработка волокон острым паром, промывка водой, удаление серы действием разб. раствора NaOH, отбеливание при помощи NaCIO или H2O2, авиважная обработка, рыхление, сушка, упаковка.

Текстильные нити получают на машинах периодич. действия. Нить, сформованную и вытянутую между прядильными дисками, принимают на центрифугу, вращающуюся с частотой 8000 с−1. В корзине (кружке) центрифуги образуется "кулич" массой 0,8–1,2 кг. "Куличи" собирают в пакеты, промывают, отделывают, сушат и перематывают на бобины массой 2–3 кг, которые направляют потребителю.

Техн. нити, не требующие полного цикла отделки, изготовляют обычно на вертикальных или горизонтальных машинах непрерывного действия. При использовании машин первого типа довосстановление, промывку, авиважную обработку и сушку осуществляют на парных вращающихся роликах с непараллельным расположением осей, что обусловливает спиральное движение нити. В случае применения горизонтальных машин нити обрабатывают в 3–5 последовательно установленных желобах и сушат на барабанах.

Свойства волокон. В. в. гигроскопичны, устойчивы к большинству орг. растворителей, раств. в ДМСО в присутствии формальдегида, в ДМФА — в присутствии N2O4, в четвертичных аммониевых основаниях и др. Они разрушаются в конц. минеральных кислотах, растворах щелочей, окислителях, под воздействием аэробных и анаэробных бактерий, грибков, термитов, но не подвержены действию моли. При нагр. (180–200 °C) и действии УФ-лучей В. в. деструктируются, при 180 °C легко загораются. Окрашивают В. в. обычно в массе (кубозолями, орг. пигментами и др.; см. крашение волокон).

Недостатки В. в., ограничивающие применение штапельного волокна в смеси с хлопком: сравнительно низкая прочность, значительная ее потеря в мокром состоянии (до 55%), большая усадка тканей (до 16%). Этих недостатков лишены штапельные В. в. хлопкоподобного типа — высокомодульное и полинозное.

Высокомодульное волокно (сиблон, аврал, вин-цел, ленцинг-333) по прочности превосходит обычное штапельное в 1,6 раза, в мокром состоянии — в 2 раза (по модулю упругости — в 2,5–3 раза), устойчиво к действию щелочей и окислителей. Такое улучшение свойств достигается благодаря применению высококачеств. сырья, увеличению количества CS2 при ксантогенировании, применению модификаторов, использованию вискозы с меньшим содержанием Ц., снижению скорости формования, увеличению содержания ZnSO4 в осадительной ванне и большей вытяжке сформованных волокон.

Полинозное волокно, которое по прочностным и усталостным характеристикам еще ближе к хлопку, чем высокомодульное, обладает большей хрупкостью. Технология его производства сложнее, чем обычного штапельного и высокомодульного, т. к. связана с переработкой высоковязкой вискозы и применением больших количеств CS2.

Для получения тканей с улучшенными свойствами (напр., драпируемостью, накрашиваемостью) штапельным волокнам иногда придают извитость или пористость. Первая достигается вытяжкой и последующей усадкой волокон с несимметричным поперечным сечением, вторая — введением в вискозу 3–5% Na2CO3, который разлагается при нейтрализации с выделением CO2, служащего порообразователем. Гигроскопичность волокон м. б. улучшена их карбоксилированием, оксиэтилированием, прививкой акриловой кислоты.

Применение волокон. Обычное штапельное В. в. добавляют к синтетич. волокнам для улучшения санитарно-гигиенич. свойств изделий, к хлопку (до 10%) — для снижения обрывности нитей при прядении. В чистом виде его используют в производстве штапельных тканей, мед. ваты (в последнем случае волокно подвергают более тщательной отделке и обязательному отбеливанию). Из смеси хлопка с 33–50% высокомодульного волокна вырабатывают ткани и трикотаж, сохраняющие свойства хлопковых, но превосходящие их по накрашиваемости, из смеси тонковолокнистого хлопка с полинозным волокном — бельевые и сорочечные ткани, трикотаж.

Производство вискозных нитей непрерывно сокращается. Текстильные нити, используемые для изготовления трикотажного нижнего белья, подкладочных тканей, заменяют полиэфирными, техн. нити (гл. обр. кордные для шин) — полиамидными и др. синтетическими, превосходящими вискозные по прочностным и усталостным свойствам.

Мировое производство В. в. ок. 3,2 млн. т/год (1985).

Технол. процесс получения В. в. связан с применением больших количеств CS2 и ZnSO4 (соотв. 120–400 и 20–120 кг на 1 т волокна). Это обусловливает сильную загазованность и загрязнение окружающей среды. Несмотря на то, что на совр. предприятиях осуществлен ряд мер по улавливанию выделяющихся газов, регенерации CS2 (до 70% от расходуемого на ксантогенирование), улавливанию ZnSO4 из промывных вод при помощи ионообменных смол, проблема обезвреживания вискозного производства еще сохраняет свою актуальность.

Лит.: Серков А. Т., Вискозные волокна, М., 1981; Масленников К. Н. [и др.], "Хим. волокна", 1981, № 1, с. 6–13.

А. Т. Серков

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. Вискозные волокна — Волокна, получаемые химической переработкой природной целлюлозы. В зависимости от назначения В. в. производят в виде текстильных и кордных нитей, а также штапельного волокна (См. Штапельное волокно). Производство В. Большая советская энциклопедия