Полинозное волокно

Сдавался/использовался	Февраль/2006г.
	Загрузить архив:
	Файл: ref-23596.zip (700kb [zip], Скачиваний: 27) скачать

ВВЕДЕНИЕ

Появление первого полинозного волокна относится к началу 50-х годов. Его разработчиком был японский исследователь — С.Тачикава. Первоначально волокно выпускалось под названи­ем торомомен. После приобретения лицензии на его производ­ство французской фирмой АРСТ оно было названо подинозик, что означало «несинтетический полимер». Из всех вискоз­ных волокон полинозное в наибольшей степени приближалось по свойствам к хлопку. Поэтому вслед за фирмой АРСТ произ­водство этого волокна под названием поликот, зантрел, коплон, волокно Z54, айрон ПЛ появилось в ряде других стран. Наряду с первоначальным основным типом полинозного волокна появи­лись новые разновидности. Добавка альдегидов, особенно фор­мальдегида, в осадительную ванну позволила повысить проч­ность на 30—50% и разработать новый технологический про­цесс. К числу полинозных волокон относят и волокно ВХ, кото­рое аналогично волокнам приведенных выше типов по надмоле­кулярной структуре, но существенно отличается по технологии получения. В нашей стране с целью повышения экономичности разработан процесс получения волокна полинозного типа — вислен (вискозный лен), при формовании которого используют высококонцентрированные вискозные растворы, с содержанием целлюлозы 11—12%.

Однако по ряду причин — неконкурентоспособности по срав­нению с хлопком, высокомодульными и синтетическими волок­нами, относительной сложности технологии и недостаточно вы­сокой ее рентабельности —производство полинозных волокон не получило широкого развития. Их выпуск в начале 80-х годов составил всего 80—100 тыс. тонн в год.

ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНЫХ ВОЛОКОН

1. СВОЙСТВА ПОЛИНОЗНЫХ ВОЛОКОН

По основным показателям, особенно прочности, стабильности размеров, стойкости к растворам щелочей, полинозные волокна приближаются к хлопку. Полинозное волокно обычного типа имеет прочность 34—36сН/текс, что соответствует или даже на 5—10%выше прочности тонковолокнистого хлопка. Однако хлопок характеризуется лучшим коэффи­циентом использования прочности в пряже, поэтому оба эти волокна по показателю прочности в готовых изделиях рассматриваются как равноценные. По прочности в мокром состоянии полинозное волокнопревосходит высокомодульное, однако существенно уступает хлопку, прочность которого в мокром состоянии не снижается, а возрастает на 5—10%.

По формоустойчивости изделия из полинозных волокон превосходят изделия из высокомодульных и рав­ноценны хлопчатобумажным волок­нам. Это объясняется более высоким значением модуля упругости в мок­ром состоянии у полинозных воло­кон по сравнению с высокомодульными. Полинозное волокно в меньшей степени подвержено растяжению во время отделки и сушки и соответ­ственно дает меньшую усадку. Полинозные волок­на обладают более равновесной, отрелаксированной структурой, что обусловлено протеканием ориентационной вытяжки преиму­щественно в режиме вязкого течения и дает наименьшую усадку при многократных стирках.

На рис. 1 показана зависимость усадки тканей из обычного вискозного, высокомодульного, полинозного волокна и хлопка. Ткань из полинозного волокна после 50 стирок дает усадку 5,5%, т. е. равноценную хлопчатобумажной ткани. В этих же условиях ткань из обычного вискозного волокна усаживается свыше 12%. Наряду с низкой усадкой ткани из полинозного волокна отличаются повышенной несминаемостью и по этому показателю превосходят хлопчатобумажные ткани. Так, напри­мер, коэффициент несминаемости тканей из полинозного волок­на равен 55, высокомодульного —50, а обычного вискозного во­локна и хлопка 35—36%.

Надмолекулярная структура полинозных волокон характе­ризуется большей степенью кристалличности и ориентации. С этой особенностью структуры связана высокая прочность, модуль упругости, стойкость к щелочным и кислым средам. Вместе с тем, повышенная степень кристал­личности и большие размеры кристаллических участков в фиб­риллах обусловливают понижение эластичности полинозных волокон. Вследствие большей равно­весности структуры во время эксплуатации потеря эластичности полинозными волокнами меньше, чем высокомодульными. При многократных стирках число двойных изгибов у высокомодуль­ных волокон резко снижалось и после 50 стирок достигало 7,5 тыс. циклов, в то время как у полинозного волокна устойчивость к двойным изгибам оставалась примерно постоянной (на уровне 6 тыс. циклов); следовательно, после 50 стирок показателя обоих волокон практически выравнивались.

Полинозные волокна обладают сравнительно низ-кой раство­римостью в щелочи. На рис. 2 показана раствори-мость обыч­ного вис-козного, высокомо-дульного, полинозного волокна и хлопка в растворах NaOH различной концентрации до отбелки и после отварки и отбелки по режиму обработки хлопчатобу­мажных тканей. Как в первом, так и во втором случае во всем диапазоне концентраций щелочи по растворимости ближе всего к хлопку полинозное волокно. Наибольшей растворимостью об­ладает обычное вискозное волокно. Пониженная растворимость полинозных волокон обусловлена не только более высокой сте­пенью полимеризации целлюлозы, но также их большей кри­сталличностью. Так, полинозные волокна типа вислен при более низкой степени полимеризации по сравнению с высокомодуль­ными волокнами имеют растворимость на 40—60% ниже. Стойкость к щелочам важна для смешанных тканей, подвергаемых мерсеризации, а также отварке, когда концентрация щелочи может достигать 2,5-6,5%. По стойкости к щелочным обработкам полинозные волок­на имеют бесспорное преимущество перед высокомодульными.

Более высокая плотность упаковки надмолекулярной струк­туры у полинозных волокон предопределяет также их более вы­сокую стойкость к химическим воздействиям во время отбелки, гидролизу и окислительной деструкции во время эксплуатации.

На рис. 3 показано снижение степени полимеризации хлоп­ка и вискозных волокон различного типа в зависимости от числа стирок. Среди вискозных полинозное волокно обладает наибольшей ус­тойчивостью. После 50 стирок СП у по­линозного волокна сохраняется на уровне 330, тогда как у обычного вис­козного и высокомодульного снижает­ся соответственно до 205 и 250.

Наряду с перечисленными преиму­ществами, обусловленными повышен­ной кристалличностью полинозного во­локна, можно отметить сохранение высокой сорбционной способности к влаге по сравнению схлопком   (соответственно10,5-12,0 и 7,5-8,5%)и, следовательно, хорошие санитарно-гигиенические свойства, характерные для всех вискозных волокон.

2. ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСКОЗЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА

Для формования полинозного волокна применяют высоко­вязкие вискозы с повышенной степенью полимеризации и этерификации. Поэтому технология и в некоторой части аппаратур­ное оформление отличаются от обычного процесса.

Для мерсеризации целлюлозы применяют установки непре­рывного действия с осуществлением отжима щелочной целлюло­зы между вращающимися барабанами с прорезями. Поскольку в готовом волокне степень полимериза­ции должна быть не ниже 450—500, для предотвращения силь­ной деструкции температуру мерсеризации снижают до 35— 40°С. Производительность мерсеризационных установок вслед­ствие большего набухания целлюлозы при пониженных темпе­ратурах уменьшается на 15—20%. Исключается такая техноло­гическая операция, как предсозревание. Снижение степени по­лимеризации происходит во время мерсеризации и измельчения (с 830—850 до 780—800), транспортировки (до 670—720) и ксантогенирования (до 520—570).

Для достижения повышенной степени этерификации при ксантогенировании применяют сероуглерод в ко­личестве 40—45% от целлюлозы; иногда его количество увели­чивают до 50%. В некоторых случаях за счет аппаратурного оформления повышение степени этерификации достигают за счет усиления степени отжима щелочной целлюлозы до содержания в ней 33—34% от α-целлюлозы или проведения процесса ксантогенирования при пониженной температуре -15-20°С.

Вискозы после растворения имеют вязкость 25—35 Па*с. Растворение, транспортировку, фильтрацию и обезвоздушивание вискоз с такой вязкостью производят при условиях, несколько отличных от традиционно принятых. Ксантогенирование и пер­вая стадия растворения, которая заключается в измельчении ксантогената, получении ксантогенатной пульпы (суспензии ксантогената в щелочи) мало зависят от СП целлюлозы. Поэто­му для их осуществления пригодны обычные ксантогенаторы и растиратели. Влияние вязкости начинает сказываться на второй стадии растворения, когда основная часть ксантогената перехо­дит в раствор и масса становится гомогенной.

Следует отметить, что при применении растирателей, 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 уже отмечалось выше, растворение проте­кает путем односторонней диффузии NaOH и Н₂О в ксантогенат целлюлозы, причем, поскольку степень полимеризации цел­люлозы на скорость диффузии практически не влияет, растворе­ние высоковязких вискоз происходит даже при небольшой ско­рости мешалки без создания больших напряжений сдвига.

Транспортировка высоковязких вискоз может быть осуществлена при некотором увеличении диаметра трубопровода или повышении давления до 1,0—1,2 МПа. Вто­рой путь предпочтительнее, так как в этом случае могут быть использованы применяемые в производстве насосы и трубопро­воды.

Фильтрация высоковязких вискоз осуществляется также на обычном оборудовании. Первая — на фильтрах с намывным сло­ем, вторая — на фильтр-прессах. Скорость первой и второй фильтрации соответственно составляет 60 и 20 л/(м².ч), а съем вискозы с 1 м² за цикл работы фильтра—1200 и 10000 л/м². В качестве намывного материала рекомендуется применять смесь мелконарезанного химически сшитого гидратцеллюлозного и поливинилхлоридного волокна с линейной плотностью, боль­шей чем при фильтрации вискоз с обычной вязкостью. На не­которых производствах используют поливинилхлоридный порошок с гранулами размером 75—210 мкм. В качестве зарядки для второй фильтрации применяют нетканый синтетический ма­териал (капроновое и полипропиленовое волокно в соотноше­нии 1 : 1) с гуммированной окантовкой для предотвращения подтекания вискозы или нетканый материал из смеси поливинилхлоридного и полинозного волокна. В последнем случае подте­кание вискозы предотвращается благодаря набуханию полинозного волокна при смачивании его вискозой.

Обезвоздушивание вискоз проводят на установках непрерыв­ного действия. Высокая вязкость в данном случае является не­достатком. Производительность установок непрерывного обезвоздушивания лимитируется пенообразованием, а при повышении вязкости образуются еще более стабильные пены. Для поддержания производительности установок на требуемом уровне необходимо принимать меры для предотвра­щения попадания воздуха в вискозу во время растворения, сме­щения и фильтрации. Обезвоздушивание проводят при остаточ­ном давлении 1,3—2,0 кПа. Вискозу перед обезвоздушиванием нагревают до 24—26 °С. Перепад температуры, за счет испаре­ния воды во время обезвоздушивания, составляет 5—7 град., со­держание воздуха в вискозе — 3—4 мл/л. Для сохранения высо­кой степени этерификации общая продолжительность созрева­ния вискозы не должна превышать 8—10 ч. Температуру виско­зы во время созревания выдерживают на уровне 16—20 °С.

Формование полинозного волокна проводят в еще более мяг­ких условиях, чем формование высоко модульного волокна. По­этому для поддержания стабильности процесса на необходимом уровне особо высокие требования предъявляются к чистоте тех­нологических растворов, в частности вискозы.

Необходимо применение высококачественной сульфатной об­лагороженной целлюлозы, ртутного, а также умягченной или обессоленной воды. Оборудование, соприкасающееся с щелочными растворами, должно быть выполнено из нержавеющей стали или иметь ан­тикоррозионное защитное покрытие.

3. ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА ОБЫЧНОГО ТИПА

Основной отличительной особенностью способа формования полинозного волокна является низкое содержание серной кис­лоты в осадительной ванне (не выше 17—25 г/л). Механизм осаждения зависит от разности концентраций серной кислоты в осадительной ванне и гидроксида натрия в вискозе. При формовании обычных штапельных во­локон В момент соприкосновения вискозы и осадительной ванны на поверхности формующегося волокна создается кислая среда. Концентрация серной кислоты составляет (2,7—1,7)/2 = 0,5н или 49 г/л. При такой достаточно высокой концентрации осаждение поверхностного слоя протекает быстро. Образу­ется оболочка, периметр которой примерно равен окружности вытекающей струн. При обезвоживании волокна происходит усадка и оболочка приобретает изогнутую зазубренную форму. Образующееся волокно обладает четко выражен­ной неравномерностью структуры по поперечному сечению.

При производстве высокомодульного волокна концентрация кислоты и щелочи по нормальности близки. При взаимодейст­вии вискозных струек с осадительной ванной на их поверхности образуется среда, близкая к нейтральной. Осаждение в этом случае протекает более равномерно. Волокно имеет круглый по­перечный срез с более гомогенной структурой — толстая оболоч­ка с постепенным переходом к структуре ядра.

Полинозные волокна формуют при обратном количествен­ном соотношении кислоты и щелочи. Нормальность осадитель­ной ванны по       H₂SO₄ обычно не превышает 0,35—0,51 н. (17— 25 г/л), тогда как концентрация NaOH в вискозе соответствует 1,2—1,4 н. раствору NaOH (4,5—5,0%). В момент соприкосно­вения осадительной ванны и вискозы на поверхности струек устанавливается щелочная среда — 0,43 н. NaOH (17,2 г/л). Струйки остаются в жидком состоянии на расстоянии, равном 0,2—0,5 см от фильеры, пока из окружающей осадительной ванны не продиффундирует достаточное количество серной кис­лоты для нейтрализации всей щелочи. Осаждение протекает медленно, и по всему поперечному сечению образуется равно­мерная структура. Из-за низкой скорости нуклеации (образова­ния зародышей новой фазы) образуются кристаллиты больших размеров, которые обусловливают высокие проч­ность и модуль упругости, низкое удлинение и повышенную хрупкость волокна.

Влияние концентрации H₂SO₄ в осадительной ванне на фи­зико-механические свойства полинозного волокна можно просле­дить по приведенным ниже данным табл. 1:

Концентрация H2SO4, г/л	Прочность при разрыве, сН/текс	Удлинение,%	Прочность в петле, сН/текс
18,8	36,9	14,0	7,9
19,8	36,9	16,2	7,0
21,2	41,0	14,0	7,1
24,0	37,7	14,4	5,8

Как видно из приведенных данных, наиболее высокие значе­ния прочности достигаются при содержании серной кислоты 21 — 24 г/л. Однако увеличение прочности сопровождается одновре­менным снижением эластических 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 показатели волокна достигаются    при    20—22°С. Повышениетемпературы   ведет к образованию волокна с менее равномерной структурой, потере способности к большой ориентационной вытяжке. Сильное   структурообразующее влия­ние сульфата цинка при формовании полинозного волокна проявляется при сравнительно низких концентрациях—0,5—1,0 г/л(рис. 4). При   увеличе­нии    содержания    ZnSO₄до0,7 г/л прочность возрастает с 35,2 до 40,7 сН/текс. Одновременно по­вышаются удлинение и прочность в петле.

Параметры вискозы зависят от параметров осадительной ванны и резко отличаются от параметров вискоз, применяемых при производстве обычных и высокомодульных волокон. Для обеспечения стабильности процесса формования требуемая проч­ность медленно коагулирующих элементарных струек достига­ется за счет повышения вязкости вискозы, которая составляет при формовании 22—30 Па*с. Концентрацию щелочи выдержи­вают на сравнительно низком уровне — 4,5—5,0%. Для обеспе­чения хорошей растворимости ксантогената целлюлозы и умень­шения структурирования раствора для ксантогенирования при­меняют сероуглерод в количестве 42—45% от массы целлюло­зы. Степень этерификации перед формованием выдержива­ют на уровне 55—60. Индекс зрелости по NaCl должен быть не менее 12—14. Содержание целлюлозы выдерживают на низком уровне — 5,0—6,5. Это один из факторов, позволяющих благода­ря снижению эффекта перекрытия цепей повы­сить ориентационную вытяжку волокна. Высокая вязкость пря­дильного раствора достигается за счет сохранения степени по­лимеризации на высоком уровне — около 500—550.

При формовании полинозного волокна характерна совершен­но иная закономерность для пути волокна в осадительной ван­не, чем для обычного и высокомодульного волокна. При корот­ком пути в ванне благоприятнее условия для ориентационной вытяжки и выше прочностные характеристики полинозного во­локна. Оптимальная величина пути составляет 20—30 см. От­верждение волокна на поверхности (точка S) начинается на расстоянии 0,2—0,5 см, коагуляция проходит до оси волокна (точка D) на расстоянии 7—10 см от поверхности фильеры.

Таблица 2. зависимость физико-механических показателей волокна от соотношения холодной и пластификационной вытяжек

Вытяжка, %	Прочность при разрыве, сН/текс	Удлинение %	Прочность в петле,  сН/текс	Модуль упругости в мокром состоянии, сН/текс
Холодная (на воздухе)	Пластифика-ционная
120	7	36,2	13,3	7,7	317
113	14	38,1	13,4	7,5	336
95	22	41,1	11,0	4,7	292

При осуществлении ориентационного вытягивания решающее значение имеет холодная вытяжка, осуществляемая на воздухе. В табл. 1 приведены физико-механические   показатели   полинозного волокна, полученного при разном соотношении холодной и пластификацнонной вытяжек.

Общая вытяжка оставалась постоянной и равной 127%. Оп­тимальные результаты получены при соотношении вытяжек 113 и 14%. Увеличение пластификационной вытяжки до 22% при­водит к некоторому увеличению прочности в кондиционном со­стоянии, од-нако прочность в петле и мо-дуль упругости в мок­ром сос-тоянии снижа-ются соответс-твенно до 4,7 и 292 сН/текс.

На рис. 5 представлены различные схе-мы формования и ориентационной вытяжки полинозного волокна.

Схема с общей пластификационной вытяжкой жгута позво­ляет упростить конструкцию формовочной машины, осуществ­лять пластнфикационную вытяжку в отдельном желобе, что да­ет возможность локализовать выделение сероуглерода, получить концентрированную ГВС и направить ее на регенерацию. Кроме того, по этой схеме можно получать полинозное волокно, по своим показателям равноценное   волокну,   сформованному   по сложной схеме с индивидуальной пластификационной вытяжкой,что видно из приведенных данных табл. 3:

	По общей схеме	По ндивиду- альной схеме
Прочность при разрыве, сН/текс	37,05	37,9
Удлинение, %	12,8	13,0
Прочность в петле, %	13,8	13,5
Потеря прочности в мокром состоянии, %	20,3	19,6
Модуль упругости в мокром состоянии, сН/текс	194	200
Коэффициент вариации по прочности, %	16,4	15,7
Растворимость в 6,5 %-ном растворе NaOH	1,87	1,94
Набухание в воде, %	62,6	63,1

Как видно из приведенных данных, прочность волокна в конди­ционном состоянии, в петле и в мокром состоянии находится приблизительно на одном уровне. Экспериментальная проверка физико-механических показателей волокон, полученных с максимально удаленных друг от друга формовочных мест, также показала полную их идентичность. Это объясняется медленной скоростью кристаллизации вследствие низких температуры и содержания серной кислоты в волокне.

4. ФОРМОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА

Известен способ получения полинозного волокна с проч­ностью 50—60 сН/текс. Принцип его основан на превращении ксантогената целлюлозы в метилольное производ­ное с низкой температурой стеклования, способного к большим ориентационным вытяжкам. Для образования производного в вискозу или осадительную ванну добавляют формальдегид. Оп­тимальная концентрация формальдегида в вискозе составляет 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. Поэтому свежесформованное волокно содержит больше неразложившихся ксантогенат-ных групп. Зависимость γcs₂ в волокне, выходя­щем из осадительной ванны, от концентрации формальдегида показана на рис. 6. При формовании без формальдегида для выбранных параметров γcs₂ = 2,5. Повышение концентрации фор­мальдегида в осадительнойванне до  20 г/л сопровождается возрастанием степени этерификации до 28. Одновременно наблюдается некоторое замедление диффузии серной кислоты, обна­руживаемое по увеличению продолжительности нейтрализации. Однако наиболее существенное замедление диффузии наблюда­ется после достижения концентрации формальдегида 20 г/л, тогда как самые высокие физико-механические показатели до­стигаются при концентрации 20—25 г/л формальдегида. 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 этом отношении механизм действия добавок формальдегида значительно отличается от механизма действия модификаторов, которые прежде всего замедляют диффузию, изменяя условия осаждения и структуру свежесформованного волокна.

Полинозное волокно, сформованное в присутствии формаль­дегида, способно к очень большим ориентационным вытяжкам (до 200—300%), не характерным для вискозных волокон. Это объясняется высокой сольватацией метилольного производного ксантогената, слабым межмолекулярным взаимодействием и высокой вязкой составляющей в продольной   деформации.

Таблица 4. Влияние ориентационной вытяжки на свойства полинозного волокна,  сформованного с добавкой  формальдегида осадительной ванне.

Ориентационная вытяжка, %	Прочность, сН/текс	Удлинение при разрыве, %	Прочность а петле, %	Модуль упругости, сН/текс	Растворимость в 6,5 %-ном р-ре NaOH
75	29.7(18.9)	13.6(18.1)	12.6	108	7.0
125	36.9(23.4)	12.7(15.1)	12.6	108	6.3
170	42.3(32.4)	13.2(14.2)	12.6	162	5.6
200	51.3(37.8)	10.4(10.9)	9.0	234	4.2
220	54.0(45.0)	10.2(11.1)	8.1	252	3.9
240	55.8(42.3)	10.7(11.8)	8.1	270	3.7
260	61.2(41.4)	9.5(10.3)	8.1	342	3.5

В табл. 4 представлена зависимость некоторых показателей волокна от величины ориентационной вытяжки.

Прочность волокна в кондиционных условиях возрастает с 29,7 сН/текс при вытяжке 75% до 54,0 – 61,2 сН/текс при вытяжке 240 -260%. Одновременно снижаются удлинение (с 13,6 до 9,5-10,7%), прочность в петле (с 12,6 до 8,1сН/текс), сущест­венно возрастают прочность и модуль упругости в мокром со­стоянии — соответственно с 18,9 до 42,3 и со 108 до 342 сН/текс. Растворимость в щелочи также уменьшается с 7,0 до 3,5%

Одной из важных особенностей способа получения полинозного волокна в присутствии формальдегида является примене­ние сравнительно высоких скоростей формования (40-50 вместо 12 – 18 м/мин при производстве полинозного волокна обычного типа).

Промышленная реализация метода получения высокопроч­ного полинозного волокна пока невозможна главным образом из-за дополнительной высокой вредности производства при ис­пользовании формальдегида. Кроме того, в осадительной ванне при взаимодействии формальдегида с сернистыми продуктами образуются дисперсные примеси, затрудняющие осуществление технологического процесса в производственном масштабе.

5. ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА

ЭКОНОМИЧНОГО ТИПА

Одной из основных особенностей формования полинозного волокна, как уже отмечалось выше, является применение «мяг­ких» осадительных ванн с низким содержанием серной кислоты. Формуемое волокно на достаточно большом расстоянии от филье­ры находится в жидком состоянии и чувствительно к воздействию случайных турбулентных потоков осадительной ванны. Для по­вышения устойчивости процесса снижают скорость формования и повышают вязкость вискозы до 22—30 Па*с. Увеличение вяз­кости достигается за счет снижения деструкции, т.е. использо­ванием высокополимерных вискоз.

Получение высоковязких вискоз, обеспечивающих необходи­мую стабильность жидких струек при мягких условиях формо­вания, можно достичь также повышением концентрации целлю­лозы в вискозе до 11 — 12%, сохранив содержание гидроксида натрия на оптимальном уровне, т. е. равным 5,5 — 6,5%. Виско­зы такого состава являются экономичными как по отношению щелочи к целлюлозе, так и по количеству воды, вносимой в осадительную ванну. Снижение способности к упрочнению волокна сформованного из концентрированных вискоз, можно компенси­ровать подбором подходящих условий осаждения. Учитывая, что осаждение ксантогената целлюлозы и образование надмолеку­лярной структуры является фазовым процессом, аналогичным кристаллизации, имеются широкие возможности для регулиро­вания структурообразования за счет введения в осадительную ванну различного рода добавок, т. е. применения многокомпонентных ванн. Активными структурообразующими свойствами помимо сульфатов цинка и натрия обладают такие вещества, как фосфорная кислота, аммонийные соли, соли четвертичных аммониевых оснований и др. Особый интерес представляют Н₃РО₄ и (NH₄)₂SO₄. При их введении в осадительную ванну быстрее протекает нейтрализация без разложения ксантогена­та, что создает предпосылки для осуществления формования на осадительной ванне с низкой концентрацией серной кислоты без снижения стабильности процесса.

На основе изложенных предпосылок был разработан техно­логический процесс получения полинозного волокна экономич­ного типа. По своим показателям оно занимает промежуточное положение между высокомодульным и обычным полинозным волокном. Его прочность в кондиционных усло­виях составляет 32—34 сН/текс, потеря прочности в мокром со­стоянии – 30 — 35%. Модуль упругости в мокром состоянии в 1,5 раза выше, чем у высокомодульного, но на 60—70% ниже, чем у полинозного.

Волокно формуют 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, поступающем на вытяжку, и полу­чить волокно из концентрированных вискоз с достаточно высо­кими физико-механическими характеристиками. Что касается других параметров формования, то они близки к параметрам по­лучения полинозного волокна обычного типа.

В табл. 5 показана зависимость прочностных показателей и модуля упругости в мокром состоянии от пути волокна в оса­дительной ванне. В данном случае в противоположность техно­логическому процессу 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 в мокром состоянии — на 27%. Такая законо­мерность, по-видимому, объясняется тем, что для ориентацион­ной вытяжки полинозного волокна основное значение имеет высокая степень пластификации волокна, т. е. его агрегатное состояние, тогдакак для   высокомодульного волокна опреде­ляющую роль играет его надмолекулярная структура.

Полинозное волокно, формуемое из концентрированных вис­коз, обладает лучшей стабильностью размеров по сравнению с высокомодульным волокном. 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 *.

Путь волокна, см	Прочность, сН/текс	Удлинение , %	Прочностьв петле, сН/текс	Модуль упругости, сН/текс
22	35,3 (24,1)	14,5 (15,9)	4,5	112
27	34,7 (22,0)	14,7 (16,8)	4,3	114
34	33,6 (22,4)	13,5 (16,6)	3,7	104
48	31,6 (17,8)	16,2	-	88

* цифры без скобок – для волокна в кондиционном состоянии, в скобках – в мокром состоянии.

6. ФОРМОВАНИЕ ВОЛОКНА ТИПА ВХ

Волокно типа ВХ по особенностям технологии получения не относится к полинозным волокнам. Однако по своим свойствам оно аналогично полинозным волокнам, особенно высокопрочно­го типа. Волокно ВХ обладает максимально вы­соким модулем упругости в мокром состоянии — 400 — 450 сН/текс. По прочности оно превосходит лучшие сорта тон­коволокнистого хлопка, имеет низкую линейную плотность 0,05 — 0,10 текс. Используется в основном для производства осо­бо тонких тканей — батиста и маркизета. Для переработки в пряжу волокна с такой низкой плотностью используют машины, применяемые для переработки жгутового волокна по сокращен­ной схеме.

Основной особенностью технологии получения волокна ВХ является применение в качестве осадительной ванны концентри­рованной серной кислоты. Первоначально формование вискоз­ных волокон в осадительной ванне, содержащей 55% H₂SO₄, предложено Лилиенфельдом, и сам способ формования получил его имя. По способу Лилиенфельда выпускались волокна седура, дюрафиль, мериль. Технология получения волокна ВХ ха­рактеризуется применением вискоз с повышенной степенью по­лимеризации (500—600) и осадительной ванны с более высокой концентрацией кислоты (62—66%). Осаждение ксантогената целлюлозы в ванне такого состава происходит в основном за счет десольватации.

Для получения вискозы рекомендуют применять облагоро­женную целлюлозу с низким содержанием гемицеллюлоз и рав­номерным фракционным составом. Однако соблюдение этой ре­комендации важно при получении особо высокопрочных воло­кон (60 сН/текс) для технических целей. 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, подаваемой на формование, составляет 43—48.

Формуют волокно в осадительную 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 применяют фильеры с диаметром отверстий 50—60 мкм. Путь волокна в ванне составляет 20—30 см; скорость отвода волокна от фильеры — 20 м/мин; вытяжка 200%; скорость отвода волокна после вытяжки — 60 м/мин.

Основным затруднением, препятствующим широкому приме­нению формования вискозных волокон в осадительную ванну, состоящую из концентрированной серной кислоты, является сложность регенерации осадительной ванны. Свежесформованное волокно, выходящее из ванны, содержит до 62% H₂SO₄ и 5% целлюлозы, т. е. на 1 кг целлюлозы из осадительной ванны уносится 12,5 кг H₂SO₄, которую необходимо отмыть и регене­рировать. Если при противоточной промывке получают промы­вочный раствор с концентрацией 400 г/л H₂SO₄, то количество воды, которое необходимо выпарить, для регенерации такого раствора составит 12,5/0,4 = 31,3 л/кг. Затраты на выпарку это­го количества достаточно велики и составляют 10—15% от себе­стоимости волокна. При этом выпарка концентрированной сер­ной кислоты также является достаточно сложной технической операцией.

Тем не менее, учитывая высокие физико-механические харак­теристики волокна, превосходящие показатели тонковолокнисто­го хлопка, формование вискозных волокон в концентрирован­ные сернокислотные ванны имеет большое будущее. По этому способу высокопрочные высокомодульные волокна можно по­лучать без применения дефицитного и загрязняющего водоемы цинка. Формование проводят на достаточно высоких скоро­стях—40—60 м/мин. Для производства волокна с прочностью 34—38 сН/текс можно использовать обычную целлюлозу из лиственных пород древесины.

Заключение

Оценивая в целом перспективу производства полинозных во­локон, необходимо отметить противоречивость тенденций в их развитии. В 60-х годах во многих странах были созданы про­мышленные производства, которые не получили широкого раз­вития. Это обусловлено бурным развитием в эти годы производ­ства полиэфирных волокон и образовавшимся в связи с этим избытком хлопка. Что касается свойств полинозного волокна, то по оценке ряда отечественных исследователей оно является полноценным заменителем тонковолокнистого хлопка, в том числе — по устойчивости изделий к истиранию. Ор­ганизация выпуска полинозного волокна будет экономически эффективна при реконструкции устаревших действующих вис­козных производств. Модернизация позволяет увеличить выпуск продукции в стоимостном выражении при сохранении объема по тоннажу. Получаемая при этом прибыль дает возможность в ко­роткие сроки окупить затраты на проведение мероприятий по охране окружающей среды.

Список использованной литературы

1.Серков А.Т. Производство вискозных штапельных волокон, М.: Химия, 1986.

2.Использованиевысокомодульных и полинозных волокон в хлопчатобумажной промышленности / Плетникова К.Н., Дьяченко В.В., Ефимова Л.М. и др. М., ЦНИИТЭ Легпром, 1980.

3.Серков А.Т., и др. // Хим. волокна, 1979, №1, с.32-35; №5, с.19-21.

4.Бергер В., Шукри Х., Филипп Б. И др. // Хим. волокна, 1979, №2, с.15-18

5.Голубев Ю.В., Савина А.В., Черепанов В.Н. // Хим. Волокна, 1970, №6, с.69-70.

6.Бочкина В.С. и др. // Хим. волокна, 1970, №2, с.46-49.

7.вискозные штапельные волокна. М. Химия, 1973. 162с.