Процесс регенерации целлюлозы, появление и промышленное применение этого метода. Основные виды сырья вискозного производства. Химическая структура, строение и свойства вискозных волокон. Создание ткани из вискозного волокна, особенности ее применения.
Аннотация к работе
Такой объем производства вискозного волокна объясняется тем, что в качестве основного сырья используют дешевое сырье - древесную целлюлозу и сравнительно простые химические материалы - едкий натр, сероуглерод, серную кислоту и ее соли. С этого дня можно вести отсчет развития современных процессов получения химических волокон, поскольку ранее изобретенные нитроцеллюлозные и медно-аммиачные волокна теперь уже не выпускаются.Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (то есть содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие - заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем - дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна.В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы - хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или «линт» (хлопковый пух), длиной 10-15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2-6 ч нагревают под давлением с 2,5-3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат.На рисунке 1 приведена структура молекулы целлюлозы. Характеризуя в целом химические свойства целлюлозы, можно сказать, что они определяются наличием гликозидных связей между элементарными звеньями (реакции деструкции) и гидроксильных групп (реакции окисления, этерификации - синтеза сложных эфиров и О-алкилирования - синтеза простых эфиров). Именно эта реакция лежит в основе одного из промышленных методов получения этилового спирта (гидролиз целлюлозосодержащих отходов с последующим спиртовым брожением гидролизата).В растворе едкого натра целлюлоза набухает, из нее удаляются растворимые примеси и образуется щелочная целлюлоза, которую затем выдерживают (для предсозревания) в течение некоторого времени с целью деполимеризации целлюлозы (до n = 300 - 400), т. е. снижения ее молекулярной массы под действием кислорода воздуха, что дает возможность получить раствор необходимой вязкости. Подготовленную массу щелочной целлюлозы обрабатывают сероуглеродом, получают ксантогенат целлюлозы, который затем растворяют в щелочи и получают вязкий раствор - вискозу (7,5% целлюлозы, 6,5% щелочи, 86 % воды). Под давлением, создаваемым поршневым насосом 9, раствор проходит дополнительный фильтр 3 и продавливается через фильеру 6 в осадительную ванну 7, содержащую водный раствор серной кислоты и сернокислых солей. Затем нити проходят систему прядильных дисков 2 и 1, с помощью которых они получают необходимую вытяжку, и поступают через воронку 4 во вращающуюся с частотой 6000 - 8000?? мин центрифугу 5. Отделка вискозного волокна складывается из промывки - для удаления серной кислоты и ее солей во избежание возможного гидролиза целлюлозы, ослабления и обрыва волокон, десульфурации - для удаления с волокон коллоидной серы, которая придает им желтоватый цвет и некоторую жесткость, беления гипохлоритом натрия, кислования серной кислотой для удаления остатков гипохлорита, мылования раствором мыла для придания волокнам мягкости и рассыпчатости, сушки при температуре 80 - 50"С, крутки, запаривания с целью фиксации крутки.При рассмотрении вискозных волокон под микроскопом (рисунок 5), на их поверхности видны продольные штрихи, поперечник волокон имеет неправильную, ребристую форму. Такое строение объясняется неодновременным отвердеванием наружных и внутренних слоев волокон в процессе их формования.Вискозные волокна характеризуются хорошими показателями гигроскопичности, светостойкости, удлинения, вполне удовлетворительными показателями теплостойкости, разрывной нагрузки. В связи с этим различают обычное, упрочненное (22 - 25 СН/текс), высокопрочное (25 - 45 СН/текс) и сверхпрочное (45 - 60 СН/текс) волокна.