Производства поликапроамида для текстильных нитей

Введение

 

Промышленность химических волокон возникла на рубеже 20 века в связи с необходимостью в значительном расширении ассортимента текстильных материалов.

 Натуральных волокон недостаточно для удовлетворения всё возрастающих потребностей населения в текстильных товарах, а для технических изделий натуральные волокна во многих случаях непригодны, так как не обладают необходимым комплексом особых свойств (высокая термостойкость, прочность, хемостойкость и так далее). Кроме того, производство натуральных волокон является очень трудоёмким и дорогостоящим. Поэтому возникла необходимость в разработке промышленных способов получения волокон искусственным путём.

Промышленность химических волокон относится к одной из прогрессивных и развивающихся высокими темпами отраслей промышленности нашей страны. Выпуск химических волокон увеличивается из года в год. Производство химических волокон ввиду их высокой рентабельности и огромной сырьевой базы растёт очень интенсивно. Быстрому росту производства химических волокон в большей степени способствовали их высокие характеристики.

В настоящее время все технические ткани изготавливаются из химических волокон, что даёт большой экономический эффект. Достаточно сказать, что ходимость автомобильных шин при замене хлопчатобумажного каркаса химическими волокнами повысилась более чем вдвое.

Развитие промышленности химических волокон находится в прямой зависимости от наличия доступности основных видов сырья. Древесина, нефть, уголь, природный газ и газы нефтепереработки, являющиеся исходным сырьём для получения химических волокон, имеются в нашей стране в достаточных количествах.

Химические волокна уже давно перестали быть только заменителями шёлка и других натуральных волокон (хлопка, шерсти). В данное время они образуют современно новый класс волокон, имеющих самостоятельное значение. За более чем столетнюю историю химических волокон их роль в создании и применении материалов и изделий, необходимых для обеспечения жизни людей, развития техники стала неоспоримой.

Промышленное производство химических волокон началось с выпуска искусственных волокон, в частности с производства вискозного волокна, которое сохраняет свою актуальность до настоящего времени.

В 20-х годах появились ацетатные, а в 30-х 50-х годах – синтетические волокна (полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, галогенсодержащие, полиолефиновые). С середины 60-х годов промышленностью начали выпускаться малотоннажные волокна со специфическими свойствами (терможаростойкие, высокопрочные, высокомодульные и другие).

В мировом балансе волокнистых материалов на долю синтетических волокон приходится 56%, целлюлозных-5% и натуральных-39%.

Мировая текстильная промышленность в 2010 г. испытывала наибольший подъем производства исходных сырьевых материалов в виде натуральных и химических волокон, обеспечив, по сравнению с 2009 г., его прирост на 8,6% и достигнув небывалого уровня - 80,8 млн. тонн, что корреспондируется со среднемировым потреблением всех видов волокон на душу населения, равным 11,8 кг в год.

Таким образом, средний ежегодный прирост волокон в последнем десятилетии составляет 3,4%, а рост населения в тот же период времени -1,2% в год, т. е. народы земного шара сегодня живут в условиях сбалансированного обеспечения сырьем.

В странах СНГ безусловный лидер – Республика  Беларусь, которая в    2011 г. произвела около 250 тыс. тонн химических волокон и нитей, что более

 чем  на 100 тыс. тонн превышает их выпуск  в России. В целом, прирост этой продукции по сравнению с 2009 г. довольно высок - 18,9% , что в первую очередь связано с достижениями по росту производства (ПЭФ) полиэфирной технической нити (+58,3%), штапельного волокна (+24,4%) и спанбонда (+34,1%) в ОАО «Могилевхимволокно», полиэфирной текстильной нити (+8,7%) в ОАО  «СветлогорскХимволокно», (ПАН) полиакрилнитрильного штапельного волокна (+6,2%) на заводе «Полимир» ОАО «Нафтан» (г. Новополоцк). Очевидны также успехи белорусских предприятий по выпуску продукции из (ПП) полипропилена - спанбонда (+76,1%), пленочной нити (+35,1%), (ПА) полиамидной технической и кордной нити (+11,2%), коврового жгутика (+46,1%) и кордной ткани (+12,8%) в ОАО «Гродно Химволокно». 

Производство полиамидных волокон составляет в настоящее время около 50% общего выпуска синтетических волокон. Быстрый рост производства полиамидных волокон обусловлен наличием широкой и доступной сырьевой базы, хорошими эксплуатационными свойствами волокон и их высокой экономической эффективностью.

После последовательного в течение 3-х предыдущих лет падения выпуска ПА нитей в мире ныне с удовлетворением можно говорить, что в 2010 г. началось их возрождение: по сравнению с 2009 г. прирост составил 15,6% (до 3,8 млн т). Частично рост мощностей был ограничен наличием запасов капролактама, что помешало более существенному развитию областей применения ПА текстильных и технических (преимущественно для шинного корда) нитей. Производство первых в 2010 г. выросло на 19,4% (до 2 млн т), вторых — на 15,4% (до 1 млн т). Мировое производство ПА коврового жгутика пока не достигло докризисного уровня, хотя в 2010 г. имел место некоторый подъем — на 7,7% (до 0,8 млн т). Несмотря на то, что жилищное и офисное строительство в США и Западной Европе постепенно сокращается, в Северной Америке, например, производство ПА ковровой нити увеличилось

 

на 11,4% (до 580 тыс. т), но все равно осталось ниже докризисной планки. Из

всего объема выпуска ПА текстильной нити в Китае изготовлено 1,1 млн т, что в 3 раза больше по сравнению с 2005 г. Доля Азии в мировом балансе ПА технической нити, основываясь на положительных тенденциях в этой области в других регионах, в будущем будет равномерно сокращаться и окажется ниже 66%.

Выдающееся значение, которое приобрели полиамиды в современной промышленности, видно из того, что производство их в мире исчисляется сотнями тысяч тонн и непрерывно увеличивается.

Полиамиды представляют огромный по числу представителей и очень важный по своему научному и практическому значению класс высокомолекулярных соединений. Полиамиды широко представлены в природе. Это  разнообразные белки и многочисленные другие биологически важные вещества, входящие в состав организмов животных и растений. Первый синтетический полиамид был получен в 1862г  Харбордтом, который, подвергая м-аминобензойную кислоту действию хлористого водорода при 200ºС, выделил порошок серого цвета, не растворимый в щелочах и кислотах за исключением концентрированной серной кислоты. В последней этот продукт хорошо растворялся и высаживался при добавлении воды. Таким образом был получен поли-м-бензамид - первый представитель синтетических полиамидов.

Особенно бурное развитие исследований по синтезу и применению полиамидов началось после работы Карозерса по синтезу полиамидов из различных диаминов и дикарбоновых кислот. Карозерс показал, что из синтезированных им полиамидов, путем вытяжки из расплавленной смолы могут быть получены прочные волокна. В 1938 г. в США приступили к производству синтетического волокна из полигексаметиленадипинамида, которое приобрело мировую известность под названием найлон-6,6. В настоящее    время    найлон-6,6     занимает   ведущее     место среди   всех

 

синтетических волокон и масштаб производства этого волокна исчисляется

  сотнями тысяч тонн.

Среди синтетических полимеров по масштабу производства полиамиды занимают одно из первых мест. Полиамиды представляют собой высокомолекулярные соединения линейной структуры с молекулярным весом до 30 тысяч. Макромолекулы состоят из гибких метиленовых цепочек и регулярно расположенных вдоль цепи полярных амидных групп. Полиамиды относятся к основному классу синтетических волокон – гетероцепных полимеров. Наличие амидных групп, способных образовывать водородные связи, определяет физико-химические свойства, общие для всех полиамидов.

 На примере полиамидов впервые  было установлено, что линейные  полимеры определенного молекулярного  веса способны образовывать волокна. Первые синтетические волокна  практического значения были  получены из полиамидов.

Волокно из поли-ε-капроамида [-NH(CH2 )5 CO-]n - капрон (СНГ), найлон 6, капролан (США), перлон (Германия), силон (Чехия, Словакия), амилан (Япония), акулон (Голландия), грилон (Швейцария).

Полиамидные волокна по прочности уступают лишь льняным и стеклянным. Их разрывная длина колеблется от 40-50 ркм (обычные комплексные нити) до 65-75 ркм (упрочненные комплексные нити). В мокром состоянии прочность снижается незначительно: в среднем на 12% у капрона и на 2% у энанта. Полиамидные волокна характеризуются высоким разрывным удлинением (18-32% у комплексных нитей и 45-64% у штапельных волокон). В мокром состоянии удлинение несколько повышается.

Устойчивость к многократным изгибам у полиамидных волокон выше примерно в 100 раз, чем у вискозного волокна, в 10 раз, чем у хлопка и шерсти. По показателю устойчивости к истиранию полиамидные волокна превосходят все остальные. Если устойчивость к истиранию полиамидного волокна принять   за   100, то  у хлопка    она составит 10%, у шерсти - 5, у

 

вискозного   штапельного волокна - 2%. Полиамидные  волокна стойки к

гниению, действию щелочей, менее стойки к действию кислот и окислителей.

К недостаткам этих волокон следует отнести невысокую термоустойчивость, низкую светостойкость, пониженную сцепляемость, плохой гриф, повышенную жесткость и плохую окрашиваемость.

Чтобы устранить эти недостатки, в частности, чтобы повысить термо- и светостойкость, в состав полиамидных волокон вводят стабилизаторы (соли меди, марганца и хрома). Чтобы снизить блеск и чрезмерную гладкость волокон и повысить тем самым сцепляемость в пряже и ткани, вырабатывают профилированные и полые полиамидные волокна. Легкость, упругость, исключительно высокие прочность и износостойкость полиамидных волокон способствуют их широкому применению.

Полиамидные волокна широко применяют для производства товаров народного потребления, в основном чулочно-носочных изделий, трикотажа, тканей для верхней одежды. В технике полиамидные волокна используют для изготовления шинного корда, РТИ (резино-технических изделий), электроизоляционных материалов, рыболовных сетей, тралов, канатов, веревок, пленки, фильтровальных материалов для пищевой промышленности, щетины (например для моечных и хлопкоуборочных машин), а также других изделий. Окрашенные в массе текстурированные нити (линейная плотность 60-330 текс) используют для изготовления ковровых изделий.

 

  

 

 

 

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ,

МАТЕРИАЛОВ И ПОЛУПРОДУКТОВ

 

 

Для получения поликапроамида применяются   следующие  вещества:

Капролактам является основным мономером для получения поликапроамида по  ГОСТу 7850-63 марка А:

Внешний вид – белый кристаллический порошок;

Температура плавления -  68,5±0,5°С;

Температура кипения - 262,5°С;

Температура затвердевания- 68,5 oС;

Перманганантное число не менее - 2000;

Содержание механических примесей  не более - 0, 0001 %;

Прозрачность 25% - ного водного раствора не менее - 100см;

Содержание летучих оснований не более - 0,9 мл;

Стабильность цвета раствора в уксусной кислоте не менее - 24 гр;

Влажность не более - 0,1%.

В качестве активатора применяется вода со следующими параметрами по ГОСТу 6709 – 72:

Цветность, градусы - 0

Остаток после выпарки, мл/л - 6

Остаток после прокаливания, мл/л - 1

Содержание Fe, мг/л - 0,05

Содержание марганца, мг/л - 0,03

рН Н2О - 5,4-6,6

Прозрачность по кресту не более - 200

Окисляемость, мг/г О2 - 2

Жесткость, постоянная Н - 0,1

                 временная  Н, не более - 12

Для  получения полимера, т.е. для   регулирования   процесса, с заданной молекулярной массой применяют регулятор - уксусную кислоту по ГОСТу 19814-74:

Температура плавления, °С - 16,6

Температура кипения, °С / мм рт. ст. - 118,1

Плотность при 20 °С, г/см3 -1,0492

Константа диссоциации в водных растворах при 25°С - 1,76·10-5

Растворимость в Н2О – полная, раствор прозрачный;

Содержание уксусной кислоты, % не менее - 98,5

Содержание уксусного альдегида, % не более - 0,008

Содержание муравьиной кислоты, % не более - 0,1

Содержание сульфатов, % не более - 0,001

Содержание хлоридов, % не более - 0,001

Содержание тяжёлых металлов, % не более - 0,0005

Содержание летучего остатка, % не более - 0,0005

Содержание железа, % не более - 0,0005

Устойчивость в растворе марганцевокислого, не более, мин. - 30

Содержание веществ окисляемых двухграммовым калием или 0,1 N раствором Na2SO4, не более - 7,0

Содержание толуола  - не нормируется

Для    предупреждения   окисления   поликапроамида    кислородом воздуха применяют азот по  ГОСТу 9293-74:

инертный газ, без цвета и запаха,

 ρ=1,25046 г/м3 при t=0С и Р=760мм рт. ст.

Удельный объем V=860,4 дм3/кг (для газообразного)

Для нагрева и поддерживания заданной температуры полиамидирования используется    высококипящий    органический    теплоноситель – динил по  ГОСТу 4254-48:

Дифенил оксида - 73,5%

 

Температура кипения - 250-260Со