ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИНОЗА ВОЛОКНА

ВВЕДЕНИЕ

Появление первого полиноевого волокна относится к началу 1950-х гг. Его разработчиком был японский исследователь - С. Татикава. Изначально волокно выпускалось под названием торомомен. После приобретения французской компанией ARST лицензии на его производство он получил название подинозик, что означало «несинтетический полимер». Из всех вискозных волокон наиболее близким по свойствам к хлопку было полинозное. Поэтому вслед за фирмой АРСТ производство этого волокна под названиями поликот, зантрел, коплон, волокно Z54, железо PL появилось в ряде других стран. Наряду с исходным основным типом полинозальных волокон появились новые разновидности. Добавление в осадительную ванну альдегидов, особенно формальдегида, позволило повысить прочность на 30–50 % и разработать новый технологический процесс. К полиносовым волокнам относятся волокна ВХ, которые аналогичны волокнам вышеуказанных типов по надмолекулярной структуре, но существенно отличаются по технологии производства. В нашей стране с целью повышения эффективности разработан процесс получения волокна полинозного типа - вислена (вискозного льна), при формировании которого используют высококонцентрированные растворы вискозы, с содержанием целлюлозы 11-12%. .

Однако в силу ряда причин - неконкурентоспособности по сравнению с хлопчатобумажными, высокомодульными и синтетическими волокнами, относительной сложности технологии и ее недостаточно высокой рентабельности - производство полинозных волокон не получило широкого развития. Их выпуск в начале 80-х годов составлял всего 80-100 тысяч тонн в год.

ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИНОЗА ВОЛОКНА

1. СВОЙСТВА ПОЛИНОЗНЫХ ВОЛОКН

По основным показателям, особенно прочности, размерной стабильности, устойчивости к растворам щелочей, полинозные волокна близки к хлопковым. Полинозное волокно обычного типа имеет прочность 34-36 сН/текс, что соответствует или даже на 5-10% превышает прочность тонковолокнистого хлопка. Однако наилучшим коэффициентом использования прочности в пряже характеризуется хлопок, поэтому оба эти волокна считаются равноценными по прочности в готовых изделиях. По прочности во влажном состоянии полинозное волокно превосходит высокомодульное волокно, но значительно уступает хлопковому, прочность которого во влажном состоянии не снижается, а увеличивается на 5–10 %.

По размерной стабильности изделия из полинозных волокон превосходят изделия из высокомодульных волокон и не уступают хлопковым волокнам. Это объясняется более высоким модулем во влажном состоянии полинозных волокон по сравнению с высокомодульными волокнами. Полинозное волокно меньше подвержено растяжению при отделке и сушке и, следовательно, меньше дает усадку. Волокна полиноза имеют более уравновешенную, релаксированную структуру, что обусловлено течением ориентировочного растяжения преимущественно в вязкотекучем режиме и дает наименьшую усадку при многократных стирках.

На рис. 1 представлена ​​зависимость усадки тканей из вискозы обыкновенной, высокомодульных, полинозных волокон и хлопка. Ткань из полиносового волокна после 50 стирок дает усадку 5,5%, т.е. эквивалентна хлопчатобумажной ткани. При тех же условиях ткань из обычного вискозного волокна дает усадку более чем на 12%. Наряду с малой усадкой ткани из полинозных волокон отличаются повышенной несминаемостью и превосходят по этому показателю хлопчатобумажные ткани. Так, например, коэффициент несминаемости тканей из полиносового волокна составляет 55, высокомодульного - 50, а из обычного вискозного волокна и хлопка 35-36%.

Надмолекулярная структура полинозных волокон характеризуется большей степенью кристалличности и ориентированности. Эта особенность структуры связана с высокой прочностью, модулем упругости, устойчивостью к щелочным и кислым средам. В то же время повышенная степень кристалличности и большие размеры кристаллических участков в фибриллах вызывают снижение эластичности полинозных волокон. Ввиду большей уравновешенности конструкции в процессе эксплуатации потеря упругости полиномными волокнами меньше, чем высокомодульными. При многократных стирках число двойных изгибов в высокомодульных волокнах резко уменьшалось и после 50 стирок достигало 7,5 тыс. циклов, в то время как в полиносовом волокне сопротивление двойным изгибам оставалось примерно постоянным (на уровне 6 тыс. циклов); Следовательно,

Полинозные волокна имеют относительно низкую растворимость в щелочи. На рис. На рис. 2 представлена ​​растворимость вискозного обыкновенного, высокомодульного, полинозного волокна и хлопка в растворах NaOH различной концентрации до отбелки и после отвара и отбелки по режиму обработки хлопчатобумажных тканей. И в первом, и во втором случае во всем диапазоне концентраций щелочи по растворимости ближе всего к хлопку находится полинозное волокно. Обычное вискозное волокно обладает наибольшей растворимостью. Пониженная растворимость полинозных волокон обусловлена ​​не только более высокой степенью полимеризации целлюлозы, но и большей их кристалличностью. Так, полинозные волокна висленового типа при меньшей степени полимеризации имеют на 40-60 % меньшую растворимость, чем высокомодульные волокна. Щелочестойкость важна для смешанных тканей, подвергают мерсеризации, а также отвару, когда концентрация щелочи может достигать 2,5-6,5%. По устойчивости к щелочным обработкам полинозные волокна имеют неоспоримое преимущество перед высокомодульными.

Более высокая плотность упаковки надмолекулярной структуры в полинозных волокнах предопределяет также их более высокую стойкость к химическому воздействию при отбеливании, гидролизе и окислительной деструкции в процессе эксплуатации.

На рис. 3 показано снижение степени полимеризации хлопкового и вискозного волокна различных видов в зависимости от количества стирок. Среди вискозы наибольшей стойкостью обладает полинозное волокно. После 50 стирок СП полинозного волокна остается на уровне 330, а у обычного вискозного и высокомодульного волокон снижается до 205 и 250 соответственно.

Наряду с перечисленными достоинствами за счет повышенной кристалличности полинозного волокна можно отметить сохранение высокой по сравнению с хлопком сорбционной способности к влаге (10,5-12,0 и 7,5-8,5% соответственно) и, следовательно, хорошие санитарно-гигиенические и гигиенические свойства, свойственные всем вискозным волокнам.

2. ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСКОЗЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА

Высоковязкая вискоза с высокой степенью полимеризации и этерификации используется для формирования полинозных волокон. Поэтому технология и в какой-то части аппаратная конструкция отличаются от обычного процесса.

Для мерсеризации целлюлозы применяют установки непрерывного действия с отжимом щелочной целлюлозы между вращающимися щелевыми барабанами. Поскольку степень полимеризации в готовом волокне должна быть не ниже 450–500, для предотвращения сильной деградации температуру мерсеризации снижают до 35–40°С. Производительность мерсеризующих установок снижается на 15–20 % из-за большего набухания целлюлозы при низких температурах. Исключается такая технологическая операция, как дозревание. Снижение степени полимеризации происходит при мерсеризации и измельчении (с 830-850 до 780-800), транспортировании (до 670-720) и ксантогенировании (до 520-570).

Для достижения повышенной степени этерификации при ксантогенировании используют сероуглерод в количестве 40-45% от целлюлозы; иногда его размер увеличивается до 50%. В ряде случаев за счет приборостроения повышение степени этерификации достигается повышением степени извлечения щелочной целлюлозы до содержания в ней 33-34% α-целлюлозы или проведением процесса ксантогенирования при низкой температура -15-20°С.

Вискозы после растворения имеют вязкость 25-35 Па*с. Растворение, транспортировку, фильтрацию и деаэрацию вискоз с такой вязкостью проводят в условиях, несколько отличных от традиционно принятых. Ксантогенизация и первая стадия растворения, заключающаяся в измельчении ксантогената с получением ксантогенатной пульпы (взвеси ксантогената в щелочи) мало зависят от СП целлюлозы. Поэтому для их реализации подходят обычные ксантогенаторы и измельчители. Влияние вязкости начинает сказываться на второй стадии растворения, когда основная часть ксантогената переходит в раствор и масса становится однородной.

Следует отметить, что при использовании измельчителей, обеспечивающих измельчение ксантогената до частиц размером 0,5–1,0 мм, растворение высоковязких вискоз при частоте вращения мешалки 60–80 об/мин протекает вполне удовлетворительно. Как отмечалось выше, растворение происходит путем односторонней диффузии NaOH и H2O в ксантогенат целлюлозы, и, поскольку степень полимеризации целлюлозы практически не влияет на скорость диффузии, растворение высоковязких вискоз происходит даже при низкой скорость мешалки без создания высоких касательных напряжений.

Транспортировку высоковязкой вискозы можно осуществлять при незначительном увеличении диаметра трубопровода или повышении давления до 1,0-1,2 МПа. Второй способ предпочтительнее, так как в этом случае могут использоваться насосы и трубопроводы, используемые в производстве.

Фильтрация высоковязкой вискозы также осуществляется на обычном оборудовании. Первый на фильтрах с аллювиальным слоем, второй на фильтр-прессах. Скорость первой и второй фильтрации составляет 60 и 20 л/(м2.ч) соответственно, а удаление вискозы с 1 м2 за фильтроцикл – 1200 и 10000 л/м2. Рекомендуется использовать смесь тонкоизмельченных химически сшитых гидратцеллюлозных и поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью большей, чем при фильтрации вискозы нормальной вязкости. В некоторых отраслях промышленности используется порошок поливинилхлорида с гранулами 75-210 микрон. В качестве загрузки для второй фильтрации используется нетканый синтетический материал (нейлон и полипропиленовое волокно в соотношении 1: 1) с прорезиненным кантом для предотвращения вытекания вискозного или нетканого материала из смеси поливинилхлоридных и полинозных волокон. В последнем случае утечка вискозы предотвращается за счет набухания полинозного волокна при смачивании его вискозой.

Деаэрация вискозы осуществляется на агрегатах непрерывного действия. Высокая вязкость в данном случае является недостатком. Производительность установок непрерывного деаэрирования ограничивается пенообразованием, а с увеличением вязкости образуются еще более устойчивые пены. Для поддержания производительности установок на необходимом уровне необходимо принимать меры по предотвращению попадания воздуха в вискозу при растворении, вытеснении и фильтрации. Деаэрацию проводят при остаточном давлении 1,3-2,0 кПа. Перед деаэрацией вискозу нагревают до 24-26°С. Перепад температур за счет испарения воды при деаэрации составляет 5-7 градусов, содержание воздуха в вискозе 3-4 мл/л. Для сохранения высокой степени этерификации общая продолжительность созревания вискозы не должна превышать 8-10 часов.

Прядение полинозного волокна осуществляется в еще более мягких условиях, чем прядение высокомодульного волокна. Поэтому для поддержания стабильности процесса на необходимом уровне предъявляются особо высокие требования к чистоте технологических растворов, в частности вискозы.

Необходимо использовать качественную сульфатно-рафинированную целлюлозу, ртуть, а также умягченную или деминерализованную воду. Оборудование, контактирующее с щелочными растворами, должно быть изготовлено из нержавеющей стали или иметь антикоррозийное защитное покрытие.

3. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИНОЗА ВОЛОКНА ОБЫЧНОГО ТИПА

Основной отличительной особенностью полинозного способа формования волокна является низкое содержание серной кислоты в осадительной ванне (не более 17–25 г/л). Механизм осаждения зависит от разницы между концентрациями серной кислоты в осаждающей ванне и гидроксида натрия в вискозе. При формовании обычных штапельных волокон в момент контакта вискозы с прядильной ванной на поверхности формируемого волокна создается кислая среда. Концентрация серной кислоты (2,7-1,7)/2 = 0,5n или 49 г/л. При такой достаточно высокой концентрации осаждение поверхностного слоя происходит быстро. Образуется оболочка, периметр которой примерно равен окружности стекающих струн. При обезвоживании волокна происходит усадка и оболочка приобретает изогнутую зубчатую форму.

При производстве высокомодульного волокна концентрации кислоты и щелочи близки к норме. При взаимодействии потоков вискозы с осадительной ванной на их поверхности образуется среда, близкая к нейтральной. Седиментация в этом случае протекает более равномерно. Волокно имеет круглое сечение с более однородной структурой — толстой оболочкой с постепенным переходом в структуру ядра.

Полинозные волокна образуются при обратном количественном соотношении кислоты и щелочи. Нормальность осадительной ванны по H2SO4 обычно не превышает 0,35–0,51 н. (17–25 г/л), а концентрация NaOH в вискозе соответствует 1,2–1,4 н. раствора NaOH (4,5–5,0 %). . В момент контакта осадительной ванны и вискозы на поверхности потоков устанавливается щелочная среда - 0,43 н. NaOH (17,2 г/л). Струи остаются в жидком состоянии на расстоянии 0,2—0,5 см от фильеры до тех пор, пока из окружающей осадительной ванны не диффундирует достаточно серной кислоты, чтобы нейтрализовать всю щелочь. Осаждение происходит медленно, при этом образуется однородная структура по всему сечению. Из-за низкой скорости нуклеации (зарождения новой фазы) образуются крупные кристаллиты,

Влияние концентрации H2SO4 в осадительной ванне на физико-механические свойства полинозного волокна можно проследить по данным, представленным в таблице 1 ниже. один:

Как видно из приведенных данных, наибольшие значения прочности достигаются при содержании серной кислоты 21–24 г/л. Однако увеличение прочности сопровождается одновременным снижением упругих свойств, о чем свидетельствует падение прочности в петле до 5,8 сН/текс.

Среди других параметров осадительной ванны наиболее важными являются температура и содержание сульфата цинка. Оптимальные характеристики волокна достигаются при 20-22°C. Повышение температуры приводит к образованию волокна с менее однородной структурой, потере способности к большой ориентационной вытяжке. Сильное структурообразующее действие сульфата цинка при формировании полинозных волокон проявляется при относительно низких концентрациях - 0,5-1,0 г/л (рис. 4). При увеличении содержания ZnSO4 до 0,7 г/л прочность увеличивается с 35,2 до 40,7 сН/текс. При этом увеличивается удлинение и прочность в петле.

Параметры вискозы зависят от параметров осадительной ванны и резко отличаются от параметров вискозы, используемой при производстве обычных и высокомодульных волокон. Для обеспечения стабильности процесса формования необходимая прочность медленно коагулирующих элементарных струй достигается за счет повышения вязкости вискозы, которая при формовании составляет 22–30 Па*с. Концентрация щелочи поддерживается на относительно низком уровне - 4,5-5,0%. Для обеспечения хорошей растворимости ксантогената целлюлозы и снижения структурированности раствора для ксантогенирования используют сероуглерод в количестве 42-45% от массы целлюлозы. Степень этерификации перед формовкой поддерживается на уровне 55-60. Индекс зрелости по NaCl должен быть не менее 12-14. Содержание клетчатки поддерживается на низком уровне - 5,0-6,5. Это один из факторов, позволяющих за счет уменьшения эффекта перекрытия цепей увеличить ориентационное растяжение волокна. Высокая вязкость формовочного раствора достигается поддержанием степени полимеризации на высоком уровне - около 500-550.

При формовании полинозного волокна характерен совершенно иной рисунок пути волокна в осадительной ванне, чем для обычных и высокомодульных волокон. При коротком пути в ванне более благоприятны условия для ориентировочного волочения и выше прочностные характеристики полинозного волокна. Оптимальная длина пути 20–30 см. Отверждение волокна на поверхности (точка S) начинается на расстоянии 0,2–0,5 см, коагуляция продолжается к оси волокна (точка D) на расстоянии 7–10 см от поверхности фильеры.

Таблица 2. Зависимость физико-механических свойств волокна от соотношения холодной и пластифицирующей вытяжек

При выполнении ориентировочной растяжки решающее значение имеет холодная растяжка на воздухе. В табл. 1 представлены физико-механические свойства полинозного волокна, полученного при различном соотношении холодного и пластического экстрактов.

Общий экстракт оставался постоянным и равнялся 127%. Оптимальные результаты были получены при соотношении экстрактивности 113 и 14%. Увеличение пластифицирующего растяжения до 22 % приводит к незначительному увеличению прочности в кондиционном состоянии, однако прочность в петле и модуль упругости во влажном состоянии снижаются до 4,7 и 292 сН/текс соответственно.

представлены различные схемы формования и ориентационного вытягивания полинозных волокон.

Схема с общим пластифицирующим отводом пачки позволяет упростить конструкцию формовочной машины, проводить пластифицирующий отвод в отдельном желобе, что позволяет локализовать выброс сероуглерода, получать концентрированную горячую воду и направлять это к регенерации. Кроме того, по этой схеме можно получить полинозное волокно, равноценное по своим эксплуатационным характеристикам волокну, сформированному по комплексной схеме с индивидуальным вытяжным пластификатором, как видно из данных табл. 3:

Как видно из приведенных выше данных, прочность волокна в кондиционированном состоянии, в петле и во влажном состоянии находится примерно на одном уровне. Экспериментальная проверка физико-механических свойств волокон, полученных из наиболее удаленных друг от друга мест формовки, также показала их полную идентичность. Это связано с медленной скоростью кристаллизации из-за низких температур и содержания серной кислоты в волокне.

4. ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО ПОЛИНОСНОГО ВОЛОКНА

Известен способ получения полинозного волокна прочностью 50-60 сН/текс. Его принцип основан на превращении ксантогената целлюлозы в производное метилола с низкой температурой стеклования, способное к большому ориентационному растяжению. В ванну с вискозой или осадителем добавляют формальдегид с образованием производного. Оптимальная концентрация формальдегида в вискозе 5-10, в осадительной ванне - 20-25 г/л. Взаимодействие ксантогената целлюлозы с формальдегидом описывается уравнением

Метилольное производное ксантогената более устойчиво к действию кислоты, содержащейся в осадительной ванне. Следовательно, свежеспряденное волокно содержит больше неразложившихся ксантогенатных групп. Зависимость γcs2 в волокне, выходящем из прядильной ванны, от концентрации формальдегида представлена ​​на рис. 6. При формовании без формальдегида для выбранных параметров γcs2 = 2,5. Увеличение концентрации формальдегида в осадительной ванне до 20 г/л сопровождается увеличением степени этерификации до 28. При этом наблюдается некоторое замедление диффузии серной кислоты, что выявляется увеличение продолжительности нейтрализации. Однако наиболее значительное замедление диффузии наблюдается при достижении концентрации формальдегида 20 г/л, т.е. при этом наиболее высокие физико-механические показатели достигаются при концентрации формальдегида 20–25 г/л. На основании этого факта можно сделать вывод, что достижение высокой прочности в присутствии формальдегида в первую очередь связано с образованием метилольного производного ксантогената целлюлозы, а не с изменением условий осаждения и надмолекулярной структуры геля. . В связи с этим механизм действия добавок формальдегида существенно отличается от механизма действия модификаторов, которые в первую очередь замедляют диффузию за счет изменения условий осаждения и структуры свежеформованного волокна. можно сделать вывод, что достижение высокой прочности в присутствии формальдегида в первую очередь связано с образованием метилольного производного ксантогената целлюлозы, а не с изменением условий осаждения и надмолекулярной структуры геля. В связи с этим механизм действия добавок формальдегида существенно отличается от механизма действия модификаторов, которые в первую очередь замедляют диффузию за счет изменения условий осаждения и структуры свежеформованного волокна. можно сделать вывод, что достижение высокой прочности в присутствии формальдегида в первую очередь связано с образованием метилольного производного ксантогената целлюлозы, а не с изменением условий осаждения и надмолекулярной структуры геля. В связи с этим механизм действия добавок формальдегида существенно отличается от механизма действия модификаторов, которые в первую очередь замедляют диффузию за счет изменения условий осаждения и структуры свежеформованного волокна.

Полинозное волокно, формованное в присутствии формальдегида, способно к очень большим ориентационным растяжениям (до 200-300%), не характерным для вискозных волокон. Это связано с высокой сольватацией ксантогенатметилольного производного, слабым межмолекулярным взаимодействием и высокой вязкой составляющей при продольной деформации.

Таблица 4. Влияние ориентационного растяжения на свойства полинозного волокна, формованного с добавлением формальдегида в осадительную ванну.

В табл. 4 представлена ​​зависимость некоторых параметров волокна от величины ориентационного растяжения.

Прочность волокна в стандартных условиях увеличивается с 29,7 сН/текс при вытяжке 75% до 54,0-61,2 сН/текс при вытяжке 240-260%. При этом уменьшается удлинение (с 13,6 до 9,5-10,7%), прочность в петле (с 12,6 до 8,1 сН/текс), значительно увеличиваются прочность и модуль упругости во влажном состоянии - соответственно с 18,9 до 42,3 и от 108 до 342 сН/текс. Растворимость в щелочи также снижается с 7,0 до 3,5 %.

Одной из важных особенностей способа получения полиозного волокна в присутствии формальдегида является использование относительно высоких скоростей прядения (40-50 вместо 12-18 м/мин при производстве полиозного волокна обычного типа).

Промышленная реализация способа получения высокопрочного полинозного волокна пока невозможна, в основном из-за дополнительной высокой опасности производства при использовании формальдегида. Кроме того, в осадительной ванне при взаимодействии формальдегида с сернистыми продуктами образуются дисперсные примеси, затрудняющие проведение технологического процесса в промышленных масштабах.

5. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИНОЗА ВОЛОКНА

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ТИП

Одной из основных особенностей формирования полинозного волокна, как отмечалось выше, является использование «мягких» осадительных ванн с низким содержанием серной кислоты. Сформированное волокно находится в жидком состоянии на достаточно большом расстоянии от фильеры и чувствительно к воздействию случайных турбулентных потоков осадительной ванны. Для повышения стабильности процесса снижают скорость формования и повышают вязкость вискозы до 22–30 Па*с. Повышение вязкости достигается за счет уменьшения деградации, т.е. использования высокополимерной вискозы.

Получение высоковязкой вискозы, обеспечивающей необходимую устойчивость жидких потоков при мягких условиях формования, может быть достигнуто также за счет повышения концентрации целлюлозы в вискозе до 11-12% при сохранении содержания едкого натра на оптимальном уровне, т.е. равно 5,5-6,5%. Вискозы этого состава экономичны как по отношению щелочи к целлюлозе, так и по количеству воды, вводимой в осадительную ванну. Снижение прочности волокна, полученного из концентрированных вискоз, можно компенсировать подбором подходящих условий осаждения. Учитывая, что осаждение ксантогената целлюлозы и образование надмолекулярной структуры является фазовым процессом, подобным кристаллизации, имеются широкие возможности регулирования структурообразования путем введения в осадительную ванну различных добавок, т. е. использование многокомпонентных ванн. Кроме сульфатов цинка и натрия активными структурообразующими свойствами обладают такие вещества, как фосфорная кислота, соли аммония, соли четвертичных аммониевых оснований и др. Особый интерес представляют H3PO4 и (NH4)2SO4. При введении их в осадительную ванну нейтрализация протекает быстрее без разложения ксантогената, что создает предпосылки для формования в осадительной ванне с малой концентрацией серной кислоты без снижения стабильности процесса. обладают активными структурообразующими свойствами. Особый интерес представляют H3PO4 и (NH4)2SO4. При введении их в осадительную ванну нейтрализация протекает быстрее без разложения ксантогената, что создает предпосылки для формования в осадительной ванне с малой концентрацией серной кислоты без снижения стабильности процесса. обладают активными структурообразующими свойствами. Особый интерес представляют H3PO4 и (NH4)2SO4. При введении их в осадительную ванну нейтрализация протекает быстрее без разложения ксантогената, что создает предпосылки для формования в осадительной ванне с малой концентрацией серной кислоты без снижения стабильности процесса.

На основании изложенных предпосылок разработан технологический процесс получения экономичного вида полинозного волокна. По своим характеристикам занимает промежуточное положение между высокомодульными и обычными полинозными волокнами. Его прочность в стандартных условиях составляет 32-34 сН/текс, потеря прочности во влажном состоянии 30-35%. Модуль упругости во влажном состоянии в 1,5 раза выше, чем у высокомодульных, но на 60-70% ниже, чем у полинозных.

Волокно прядут при концентрации фосфорной кислоты в осадительной ванне 5–15 г/л, что позволяет снизить содержание серной кислоты до 15–20 г/л, повысить содержание ксантогенатных групп в волокне. подаваемого на вытяжку, и получать волокно из концентрированной вискозы с достаточно высокими физико-механическими характеристиками. Что же касается других параметров прядения, то они близки к параметрам получения полинозного волокна обычного типа.

В табл. 5 представлена ​​зависимость прочностных свойств и модуля во влажном состоянии от пути волокна в прядильной ванне. При этом в отличие от технологического процесса получения высокомодульного волокна наблюдается обратная зависимость. При увеличении пути волокна в ванне с 22 до 34–48 см прочность снижается на 12 %, а модуль упругости во влажном состоянии — на 27 %. Такая закономерность, по-видимому, объясняется тем, что для ориентационного вытягивания полинозного волокна основное значение имеет высокая степень пластификации волокна, т. е. его агрегатное состояние, а для высокомодульного волокна — его надмолекулярное структура играет решающую роль.

Полинозное волокно, полученное из концентрированной вискозы, имеет лучшую размерную стабильность, чем высокомодульное волокно. К его недостаткам можно отнести недостаточную прочность в петле, что необходимо учитывать при выборе областей применения этого волокна.

Таблица 5. Влияние пути волокна в осадительной ванне на его физико-механические свойства*.

* цифры без скобок - для волокна в кондиционированном состоянии, в скобках - во влажном состоянии.

6. ФОРМА ВОЛОКНА ТИПА ВХ

По особенностям технологии производства волокно типа ВХ не относится к полинозным волокнам. Однако по своим свойствам она близка к полинозным волокнам, особенно высокопрочного типа. Волокно BX имеет самый высокий модуль упругости во влажном состоянии 400-450 сН/текс. По прочности превосходит лучшие сорта тонковолокнистого хлопка, имеет низкую линейную плотность 0,05 - 0,10 текс. В основном используется для производства особо тонких тканей – батиста и вуали. Для пряденого волокна с такой низкой плотностью применяют машины, используемые для переработки жгутового волокна по укороченной схеме.

Главной особенностью технологии производства волокна VX является использование в качестве осадительной ванны концентрированной серной кислоты. Первоначально прядение вискозных волокон в прядильной ванне, содержащей 55% H2SO4, было предложено Лилиенфельдом, а сам процесс прядения получил его имя. По методу Лилиенфельда были получены волокна седуры, дурафила и мерила. Технология производства волокна ВХ характеризуется использованием вискозы с высокой степенью полимеризации (500-600) и осадительной ванны с более высокой концентрацией кислоты (62-66%). Осаждение ксантогената целлюлозы в ванне данного состава происходит в основном за счет десольватации.

Для получения вискозы рекомендуется использовать рафинированную целлюлозу с низким содержанием гемицеллюлоз и однородным фракционным составом. Однако соблюдение этой рекомендации важно при получении особо высокопрочных волокон (60 сН/текс) технического назначения. При ксантогенировании количество сероуглерода составляет 45%. Вискоза содержит 7% целлюлозы; отношение щелочи к целлюлозе близко к единице; вязкость вискозы 30-35 Па*с. Степень этерификации вискозы, поступающей на формование, составляет 43-48.

Волокно прядут в прядильную ванну, содержащую 950–1050 г/л (62–66%) H2SO4 и 25–30 г/л Na2SO4. В некоторых случаях добавляют 50-70 г/л (NH4)2SO4 и 1-5 г/л ZnSO4. Температура ванны 20-25°С. Для формования используются штампы с диаметром отверстия 50–60 мкм. Путь волокна в ванне 20-30 см; скорость вывода волокна из фильеры — 20 м/мин; экстракт 200%; скорость отвода волокна после вытяжки - 60 м/мин.

Основной трудностью, препятствующей широкому применению прядения вискозных волокон в прядильных ваннах, состоящих из концентрированной серной кислоты, является сложность регенерации прядильных ванн. Свежепряденое волокно, выходящее из ванны, содержит до 62 % H2SO4 и 5 % целлюлозы, т. е. из ванны осаждения уносится 12,5 кг H2SO4 на 1 кг целлюлозы, которую необходимо промыть и регенерировать. Если при противоточной промывке получается промывной раствор с концентрацией 400 г/л H2SO4, то количество воды, которое необходимо испарить для регенерации такого раствора, составит 12,5/0,4 = 31,3 л/кг. Стоимость выпаривания этого количества достаточно высока и составляет 10-15% от стоимости волокна. В то же время выпаривание концентрированной серной кислоты также является достаточно сложной технической операцией.

Тем не менее, учитывая высокие физико-механические свойства волокна, превосходящие показатели тонковолокнистого хлопка, большое будущее имеет прядение вискозных волокон в концентрированных сернокислых ваннах. По этому способу можно получать высокопрочные высокомодульные волокна без использования дефицитного и загрязняющего окружающую среду цинка. Формование ведется на достаточно высоких скоростях — 40—60 м/мин. Для производства волокна с прочностью 34-38 сН/текс можно использовать обычную целлюлозу лиственных пород.

Вывод

Оценивая перспективы производства полинозных волокон в целом, необходимо отметить противоречивость направлений их развития. В 1960-е годы во многих странах были созданы промышленные производства, которые не получили широкого развития. Это связано с бурным развитием в эти годы производства полиэфирных волокон и вытекающим из этого избытком хлопка. Что касается свойств полинозного волокна, то, по мнению ряда отечественных исследователей, оно является полноценным заменителем тонковолокнистого хлопка, в том числе по стойкости изделий к истиранию. Организация производства полинозного волокна будет экономически выгодна при реконструкции устаревшего действующего вискозного производства. Модернизация позволяет увеличить выпуск продукции в стоимостном выражении при сохранении объемов в тоннажном выражении.

Список использованной литературы