Вискозное волокно

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 3

ПОЛУЧЕНИЕ ВИСКОЗНОГО ВОЛОКНА............................................................4

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ В.В.......................................................................5

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВВ.........................................................7

ПРИМЕНЕНИЕ ВИСКОЗНОГО ВОЛОКНА.......................................................8

ПРОИЗВОДСТВО И  ПОТРЕБЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ..............9

ВВЕДЕНИЕ

Виско́зное волокно́ (от латинского viscosus — клейкий) — искусственное целлюлозное волокно, получаемое переработкой природной целлюлозы. Производится в виде текстильных и кордовых нитей и штапельного волокна.

Вискозное волокно является одним из первых искусственных волокон, нашедших практическое применение: процесс производства вискозного волокна был разработан в конце ХIХ века и с минимальными модификациями применяется по сей день.

Процесс получения вискозного волокна состоит из следующих стадий:

- Получение из целлюлозы прядильного раствора — вискозы (ксантогената целлюлозы)

- Формование мокрым методом нити продавливанием вискозы через фильеры в кислотную ванну с регенерацией целлюлозы

- Отделка и сушка

Вискозное волокно легко окрашивается красителями для натуральных волокон (хлопка, льна), гигроскопично, что обуславливает высокие гигиенические качества ткани из него, и, благодаря доступности исходного сырья и реактивов, используемых в производстве, относительно недорого.

К недостаткам вискозного волокна относятся лёгкая сминаемость, значительная потеря прочности в мокром состоянии и недостаточная устойчивость к истиранию. Эти недостатки в той или иной степени могут быть устранены последующими модификациями и обработкой.

Вискозные волокна вырабатываются трех основных видов:

Текстильная нить

Техническая нить

Штапельные волокна

ПОЛУЧЕНИЕ ВИСКОЗНОГО ВОЛОКНА

              Вискозное волокно представляет искусственное химическое волокно из гидратцеллюлозы, то есть одной из структурных модификаций целлюлозы волокна из раствора.

              Гидратцеллюлоза отличается от природной целлюлозы повышенной гигроскопичностью, сорбционными свойствами и большей способностью к гидролизу, этерификации и окислению. Средняя степень полимеризации гидратцеллюлозы в вискозном волокне колеблется от 300 до 600, что соответствует молекулярной массе 49000—98000. 

              При формовании вискозного волокна в нем образуются надмолекулярные структуры, тип которых зависит от условий формования (характеристик вискозной прядильной массы, состава осадительной ванны и др.).

              Физико-механические свойства вискозных волокон (ВВ) в значительной степени определяются структурой их наружной оболочки, в которой гидрат-целлюлоза содержит значительное количество поперечных связей, что придает волокнам повышенную прочность. Плотность ВВ составляет около 1,5 т/м .

ВВ не термопластичны и могут кратковременно использоваться без снижения механических свойств при температуре 100—120 °C. Устойчивы к действию воды и неполярных органических растворителей (бензин, бензол), в которых не набухают. При действии концентрированных минеральных кислот при нормальной температуре и разбавленных кислот при нагревании, а также щелочей в присутствии кислорода воздуха подвергаются деструкции.

              Сильно набухают в разбавленных растворах щелочей и растворяются в медноаммиачном растворе. ВВ неустойчивы к действию микроорганизмов, которые вызывают их деструкцию. В зависимости от назначения ВВ производятся в виде непрерывных нитей (текстильных и особо прочных кордных) или штапельного волокна различного типа: обычной прочности, высокопрочного, извитого и полинозного (хлопкоподобного).

Особую группу составляют модифицированные ВВ специального назначения:

Повышенной хемостойкости, ионообменные, бактерицидные, кровеостанавливающие и др., а также вискозная пленка.

              ВВ имеют хороший внешний вид, легко окрашиваются, обладают лучшими по сравнению с синтетическими волокнами гигиеническими качествами, отличаются достаточно высокими прочностными и усталостными характеристиками, относительно дешевы.

              Вследствие этого ВВ широко используются для производства текстильных тканей народного потребления и широкого ассортимента технических изделий. Вискозная пленка (целлофан) обладает высокой паро- и влагопроницаемостью, устойчива к действию жиров и масел, вследствие чего используется в качестве упаковочного материала.

              Производство ВВ состоит из двух последовательных стадий: получение прядильной массы — вискозы и формование волокна. В качестве сырья используется древесная целлюлоза, содержащая 95—99 % высокомолекулярной волокнообразующей фракции со степенью полимеризации 800—1100.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСКОЗНОГО ВОЛОКНА

Получение вискозы включает следующие операции:

- Обработка целлюлозы 20%-ным раствором гидроксида натрия (мерсеризация) в течение 5—115 минут при температуре 45—60° С. При этом образуется аддитивное соединение целлюлозы с щелочью:(щелочная целлюлоза) (а) и алкоголяты целлюлозы (б). Одновременно с реакциями (а) и (б) при мерсеризации происходит набухание целлюлозы и растворение гемицеллюлоз, что способствует диффузии этерифицирующего агента внутрь волокна при последующем ксантогенировании щелочной целлюлозы.

- Отжим суспензии для удаления избытка раствора гидроксида натрия на отжимном прессе до степени отжима (отношение масс отжатой щелочной целлюлозы и суспензии) 0,33-0,36.

- Измельчение отжатой щелочной целлюлозы.

- Окислительная деструкция (предсозревание) щелочной целлюлозы за счет окисления ее кислородом воздуха на транспортере или в специальных аппаратах в течение 1,5 — 2 часов при температуре 50 — 60 °C. В процессе предсозревания степень полимеризации целлюлозы снижается до 400—600.

- Процесс ксантогенирования заключается в обработке щелочной целлюлозы сероуглеродом, при этом образуется новое химическое соединение — ксантогенат целлюлозы, способный раствориться в разбавленном растворе едкого натра.

Ксантогенирование щелочной целлюлозы осуществляется в герметически закрывающихся аппаратах периодического действия — ксантогенаторах. Ксантогенатор снабжен охлаждающей рубашкой, внутри него имеется горизонтальная мешалка, на корпусе загрузочные и выгрузочные люки, предохранительные клапаны. Подведены коммуникации для сероуглерода, воды, щелочи, азота, отсоса паров сероуглерода и создания вакуума.

В ксантогенатор загружается 2200 кг щелочной целлюлозы с помощью пневмотранспорта из бункер-весов. После загрузки щелочная целлюлоза доводится до начальной температуры ксантогенирования (18…22)°С ± 0,5 °C путем подачи в рубашку ксантогенатора летом переохлажденной, а зимой — речной воды. По достижении начальной температуры ксантогенирования в ксантогенаторе подается сероуглерод в количестве 30…36 % массы альфа-целлюлозы.

Начало подачи сероуглерода считается началом процесса ксантогенирования, который продолжается 60…75 мин. Когда процесс ксантогенирования закончен, в ксантогенатор через счетчик в количестве, определенном расчетом, подается растворительная щелочь, охлажденная до 5°С±1°С. Из расчетного количества 1000…1500 л растворительной щелочи оставляется для промывки ксантогенатора после выгрузки.

НОВАЯ  ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСКОЗНОГО ВОЛОКНА

              Получение вискозных волокон (лиоцелл) стало возможным на основе процессов прямого растворения целлюлозы в N-метил-морфолин-N-оксиде.

              Производство вискозных волокон по ММО-процессу на основе карбамата целлюлозы в промышленном масштабе началось в 1992 году фирмой «Courtaulds», США, которая произвела первые 18 тыс. тонн этого волокна. Готовая гидратцеллюлоза вышла на рынок под разными именами, присвоенными ей компаниями — владельцами брендов: лиоцелл (lyocell) или лайоцелл в английском произнесении, ньюцел (newcell), тенсел (tencel), орцелл (orcell).

              Технологический процесс получения вискозных волокон по ММО-методу состоит из следующих основных стадий:

- Подготовка целлюлозы (дробление и получение пульпы или порошка в зависимости от технологии).

-   Добавление к пульпе или порошку целлюлозы метилморфолиноксида (ММО).

-   Смешение в экструдере с подогревом до 100 °C.

-   Подача раствора в осадительную ванну с последующей окраской и сушкой.

              Достоинства этого процесса и полученного материала:

Повышение прочности во влажном состоянии; совместимость со всем спектром натуральных и синтетических волокон; хорошая и стабильная окрашиваемость волокна, особый блеск в результате окраски; экологически безопасная технология производства; надежность в носке материалов на основе этого волокна; в равной степени эффективное использование при производстве тканых и нетканых материалов; высокие потребительские свойства, аналогичные свойствам хлопковолокна, и даже превышающие их по прочности, качеству прокраса и поверхностным эффектам; тактильный эффект натурального шелка, притом, что это волокно более гигроскопично, чем натуральный шелк.

К недостаткам следует отнести:

Повышенную фибриллизацию волокон, которая удаляется в основном формальдегидными агентами, что не всегда соответствует санитарно-гигиеническим нормам, с другой стороны, снижение фибриллизации механическим путем или с помощью энзимной обработки повышает себестоимость волокон; дороговизну лицензий; высокую стоимость готового волокна.

ПРИМЕНЕНИЕ ВИСКОЗНЫХ ВОЛОКОН

              Обычное штапельное вискозное волокно добавляют к синтетическим волокнам для улучшения санитарно-гигиенических свойств изделий, к хлопку (до 10%) – для снижения обрывности нитей при прядении. В чистом виде его используют в производстве штапельных тканей, медицинской 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, технические нити (главным образом кордные для шин) - полиамидными и другими синтетическими, превосходящими вискозные по прочностным и усталостным свойствам.

              Технологический процесс получения вискозных волокон связан с применением больших количеств CS2 и ZnSO4. Это обусловливает сильную загазованность и загрязнение окружающей среды. Несмотря на то, что на современных предприятиях осуществлен ряд мер по улавливанию выделяющихся газов, регенерации CS2,  улавливанию ZnSO4 из промывных вод при помощи ионообменных смол, проблема обезвреживания вискозного производства еще сохраняет свою актуальность.

ПРОИЗВОДСТВО И  ПОТРЕБЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН В 2010 г.

              Мировая текстильная промышленность в 2010 г. испытывала наибольший подъем производства исходных сырьевых материалов в виде натуральных и химических волокон, обеспечив, по сравнению с 2009 г., его прирост на 8,6% (или 6,4 млн т) и достигнув небывалого уровня — 80,8 млн т, что корреспондируется со среднемировым потреблением всех видов волокон на душу населения, равным 11,8 кг в год. 

Таким образом, средний ежегодный прирост волокон в последнем десятилетии составляет 3,4%, а рост населения в тот же период времени — 1,2% в год, т. е. народы земного шара сегодня живут в условиях сбалансированного обеспечения сырьем . 

              Рис. 1 иллюстрирует, что в мировом балансе волокнистых материалов на долю синтетических волокон приходится 56%, целлюлозных — 5% и натуральных — 39%. В то время как первые оба вида характеризуются цифрами прироста в 2010 г., выпуск натуральных волокон по сравнению с предыдущим годом увеличился на 2%. Производство большей части химических волокон, за исключением полиакрилонитрильных (ПАН), растет двузначными темпами: в частности, полиэфирные (ПЭФ) технические нити сделали захватывающий прыжок на 37% за один год (!), вискозные волокна также отметились рекордным прорывом на 17%. 

Целлюлозные штапельные волокна, к ним относятся вискозные, лиоцелл, высокомодульные и ацетатный сигаретный жгут, в 2010 г. преодолели долгожданный барьер в 4 млн т при годовом росте на 13,4%. Превосходное качество перечисленной выше группы волокон сделали их весьма успешными в последнее десятилетие с ежегодным приростом в среднем на 6,1%. Можно утверждать, что после кризиса 2008 г. мировая индустрия целлюлозных волокон по прошествии двух лет выздоровела и добилась рекордного показателя за предыдущие 50 лет.