Полинозное волокно

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 волокно превосходит 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 с хлопком (соответственно 10,5-12,0 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 ?-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:

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. Повышение температуры 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 ZnSO₄ до 0,7 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

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.

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:

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 ?cs₂ в волокне, выходя­щем из осадительной ванны, от концентрации формальдегида показана на рис. 6. При формовании без формальдегида для выбранных параметров ?cs₂ = 2,5. Повышение концентрации фор­мальдегида в осадительной ванне 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.

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, тогда как 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 *.

* 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. Использование высокомодульных 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.