Вискозные волокна

ВИСКОЗНЫЕ ВОЛОКНА (от лат. viscosus - клейкий, вязкий), искусств. волокна, формуемые из вискозы - конц. р-ра Na-соли ксантогената целлюлозы в разб. р-ре NaOH.

Получение вискозы. Исходное сырье для ее произ-ва — 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 р-ром NaOH (мерсеризация) в течение 5-15 мин при 45-60 °С и жидкостном модуле (отношение объема р-ра NaOH к массе Ц.) в пределах 14-40; в результате мерсеризации создаются условия, при к-рых получают р-римый ксантогенат; 2) удаление из образовавшейся суспензии (пульпы) избытка р-ра 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 О₂ воздуха до степени полимеризации 400-600. Производительность установок 25-50 т/сут.

Ксантогенат образуется из щелочной Ц. в результате р-ции:

(х = 0,45-0,65). Кол-во CS₂ составляет 28-50% от массы Ц.; до 30% CS₂ расходуется на побочные процессы, к-рые м. б. выражены суммарным ур-нием:

При взаимод. Na₂CS₃ с NaOH и О₂ 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 р-ции 60-90 мин, ее начальная т-ра 22-26°С, конечная - 28-35 °С.

Техн. ксантогенат Ц. - комкообразная оранжевая масса. Для его растворения в ксантогенатор добавляют разб. р-р 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°С) и кач-во 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 р-р 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

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 кол-во 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 р-р, 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 т-рой 95 °С, 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. р-ра NaOH, отбеливание при помощи NaCIO или Н₂О₂, 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, к-рые 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. р-рителей, раств. в ДМСО в присут. формальдегида, в ДМФА - в присут. N₂O₄, в четвертичных аммониевых основаниях и др. Они разрушаются в конц. минеральных к-тах, р-рах щелочей, окислителях, под воздействием аэробных и анаэробных бактерий, грибков, термитов, но не подвержены действию моли. При нагр. (180-200 °С) и действии УФ-лучей В. в. деструктируются, при 180°С 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 св-в достигается благодаря применению высококачеств. сырья, увеличению кол-ва 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, к-рое по прочностным и усталостным характеристикам еще ближе к хлопку, чем высокомодульное, обладает большей хрупкостью. Технология его произ-ва сложнее, чем обычного штапельного и высокомодульного, т. к. связана с переработкой высоковязкой вискозы и применением больших кол-в CS₂.

Для получения тканей с улучшенными св-вами (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, к-рый разлагается при нейтрализации с выделением СО₂, служащего порообразователем. Гигроскопичность волокон м. б. улучшена их карбоксилированием, оксиэтилированием, прививкой акриловой к-ты.

Применение волокон. Обычное штапельное В. в. добавляют к синтетич. волокнам для улучшения санитарно-гигиенич. св-в изделий, к хлопку (до 10%) - для снижения обрывности нитей при прядении. В чистом виде его используют в произ-ве 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 св-ва хлопковых, но превосходящие их по накрашиваемости, из смеси тонковолокнистого хлопка с полинозным волокном - бельевые и сорочечные ткани, трикотаж.

Произ-во 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 св-вам.

Мировое произ-во В. в. ок. 3,2 млн. т/год (1985).

Технол. процесс получения В. в. связан с применением больших кол-в 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 произ-ва 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.