Вискозное волокно

1 Понятие о  ксантогенатах целлюлозы. Основные стадии получения вискозного волокна

При действии на щелочную целлюлозу сероуглерода происходит процесс этерификации, в результате чего происходит процесс этерификации, в результате чего образуется ксантогенат целлюлозы. Ксантогенатами называют соли ксантогеновых кислот, которые являются сложными кислыми эфирами дитиоугольной кислоты.

Образование ксантогената целлюлозы при действии сероуглерода на щелочную целлюлозу с точки зрения алкоголятной теории строения щелочной целлюлозы можно представить следующим образом:

                                                           OC₁₂H₂₉O₉

                 ₁₂H₁₉O₉(ONa) + CS₂ ↔ C=S

                                                            SNa

Реакция образования ксантогената обратима. Под действием избытка NaOH, имеющегося в щелочной целлюлозе, может происходить обратный процесс частичного омыления образовавшегося ксантогената целлюлозы.

Ксантогенат целлюлозы – полупродукт, из которого получают вискозное волокно. Он растворим в разбавленной щелочи (4-6 %-ной NaOH). Полученный раствор называют вискозой. Из этого раствора и производят формование волокна.

В качестве сырья для производства вискозного волокна обычно применяют  древесную облагороженную целлюлозу  с высоким содержанием альфа-целлюлозы ( не менее 89%), с малой зольностью, сравнительно небольшой вязкостью (СП 800-1000) и по возможности более однородную по молекулярной массе.

В настоящее время вискозное  волокно производят главным образом  периодическим и в меньшем  объеме непрерывным способом. Технологический процесс включает следующие основные стадии: 1) подготовку целлюлозы к мерсеризации, заключающуюся в кондиционировании по влажности; 2) получении щелочной целлюлозы

3) измельчение щелочной  целлюлозы; 4) предсозревание щелочной целлюлозы; 5) ксантогенирование (сулифидирование); 6) растворение ксантогената целлюлозы; 7) созревание вискозного раствора; 8) фильтрование и удаление воздуха из раствора вискозы; 9) формование волокна (прядение).

1.1 Мерсеризация

Формование визкозного волокна производят из раствора ксантогената в щелочи. Растворимый ксантогенат образуется только из целлюлозы , обработанной концентрированным раствором NaOH (концентрация не менее 16%). Ксантогенат, полученный из целлюлозы, мерсеризованный растворами других щелочей, KOH и LiOH? Не растворяется в разбавленной щелочи. Причина этого явления еще не выяснена.

Набухание целлюлозы в  щелочи, происходящее при мерсеризации, способствует равномерной диффузии внутрь волокна O₂ при предсозревании и CS₂ при ксантогенировании. Кроме того, при мерсеризации низкомолекулярные фракции целлюлозы и примеси гемицеллюлоз растворяются и при последующем отжиме щелочной целлюлозы вымываются.

Для получения полностью  растворимого ксакнтогената целлюлозы необходимо лишь получение продукта, в котором разорвано значительное количество водородных связей между молекулами, что достигается мерсеризацией целлюлозы в 16-18%-ной NaOH.

Наличие щелочи во время  обработки сероуглеродом не является обязательным для осуществления реакции ксантогенирования, щелочь нужна для образования соли ксантогеновой кислоты.

1.2 Изменение в  щелочной  целлюлозе во время  предсозревания

Предсозревание заключается в более или менее длительном выдерживании измельченной щелочной целлюлозы в контакте с воздухом. При этом  происходит дополнительная окислительная деструкция целлюлозы для понижения средней молекулярной массы и ее выравнивания, что необходимо для регулирования вязкости вискозного прядильного раствора. Вискозная сульфитная целлюлоза имеет СП 800-1000. При такой высокой СП невозможно получить хорошо фильтрующуюся вискозу, так как вязкость ее будет слишком велика. Поэтому для получения прядильного раствора необходимой вязкости искусственно снижают среднюю СП. С этой целью и проводится предсозревание щелочной целлюлозы. СП частично снижается еще до предсозревания в процессе мерсеризации (до 750-900) и при измельчении целлюлозы, особенно периодическом (до 700).

1.3 Процесс ксантогенирования и свойства ксантогенатов целлюлозы

Для определения  степени  этерификации ксантогената пользуются различными методами, позволяющими определить содержание в нем S и

В зависимости от условий  реакции и количества сероуглерода могут быть получены продукты любой  степени этерификации. В производстве вискозного волокна  получение высокоэтерифицированных продуктов не требуется. Ограничиваются получением ксантогената с γ=50÷60, то есть с минимальной степенью этерификации, обеспечивающей ксантогената и сохранение вискозного раствора после созревания.

Для определения степени  этерификации ксантогената пользуются различными методами, позволяющими определить содержание в нем S и Na.

1.4 Формование (прядение) вискозного волокна

Раствор вискозы после  созревания несколько раз фильтруют, а затем вакуумируют для удаления воздуха. Из созревшего, тщательно отфильтрованного и обезвоздушенного раствора формуют волокно. Для этого раствор продавливают через фильеры с отверстиями диаметром около 0,33 мм в осадительную ванну.

При формовании волокна протекают  следующие процессы: 1) нейтрализация  содержащейся в растворе NaOH и осаждение в виде нитей ксантогената; 2) дегидротирование полученных нитей, снижение  их степени набухания; 3) омыление ксантогената целлюлозы и регенирирование целлюлозы. При этом нити вытягивают для придания необходимой прочности и эластичности волокну.

Для равномерного проведения процесса формования и получения  волокна с более высокими показателями качества омыление должно происходить  с одинаковой скоростью по всему  сечению волокна. С этой целью  в состав осадительной ванны вводится второй компонент  соль [Na₂SO_4, частично (NH₄)₂SO₄ и MgSO₄]. Соль снижает степень набухания свежесформованного волокна (снижает  его степень гидратации). Чем меньше степень набухания волокна тем меньше, чем больше содержание солей в ванне. При этом Na₂SO₄ обладает более высокой дегидратирующей способность, чем (NH₄)₂SO₄.

В случае действия одной  H₂SO₄ поперечное сечение нитей оказывается круглым, что нежелательно. На поверхности нити образуется как бы «чехол» из регенерированной целлюлозы, окружающей нескоагулировавшее «ядро» из полужидкой вискозы. Выделившиеся газы при его разложение нарушают поверхность волокна.

При добавлении солей подавляется  диссоциация H₂SO₄, разложение ксантогената замедляется, нити становятся «морщинистыми» и более однородными по сечению, благодаря чему повышаются механические свойства и мягкость волокна. Особенно благоприятно на повышение мягкости волокна действует добавка небольших количеств ZnSO₄. При этом образуется более медленно разлагающийся ксантогенат цинка.

На формование волокна  влияют и другие факторы: температура (обычно 45-50 ºС), длина пути нити в  ванне, скорость циркуляции ванны, состав и свойства вискозы. Одним из главных  факторов, влияющим на качество волокна, является вытягивание нитей. В волокне, сформированном бег вытягивания, сохраняется  беспорядочное, неориентированное  расположение макромолекул целлюлозы. Такое волокно обладает низкой прочностью , особенно во влажном состоянии При вытягивании происходит упорядочение агрегатов макромолекул относительно оси волокна и в результате повышаются его механические свойства.

Повышенная прочность  кордной нити по сравнению с текстильной  нитью достигается значительным вытягиванием нити при повышенной температуре (90-95ºС) и введением в осадительную ванну до 6-8 % ZnSO₄.

Свойства вискозного волокна  зависят от исходного целлюлозного сырья и условий всех стадий производственного  процесса. По составу вискозное волокно  представляет собой гидратцеллюлозу, поэтому оно сравнительно неустойчиво к действию кислот и разбавленных щелочей в присуствии кислорода воздуха, но вполне устойчиво к действию органических растворителей. Значительным недостатком текстильного вискозного волокна является небольшая прочность в мокром состоянии.