Производство полиэфирного волокна

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский государственный  университет

Химический факультет

Кафедра общей химии и  методики преподавания

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Производство полиэфирного волокна

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 5 курса 25 группы

Путята А.С.

 

 

 

Минск, 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Введение………………………………………………………………………………...3
2. Свойства полиэфирного волокна……………………………………………………...4
3. Химико-технологический процесс получения полиэфирного волокна……………7
4. Технологические стадии процесса получения полиэфирного волокна……………8
5. Математический баланс синтеза полиэфирного волокна……………………..........11
6. Производство и технология отделки полиэфирного волокна……………………...13
7. Непрерывный процесс синтеза полиэтилентерефталата с прямым формированием волокон и нитей из расплава………………………………………………………….17
8. Применение полиэфирного волокна………………………………………………….20
9. Заключение……………………………………………………………………………..21

Список литературы………………………………………………………………………...22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Полиэфирные волокна – это синтетические волокна, формуемые из сложных полиэфиров. Современные технологии производства полиэфирных волокон предусматривают их выпуск в сочетании с натуральными материалами – хлопком, шерстью и льном.

ПЭ волокна в настоящее  время занимают лидирующее положение  среди химических волокон. Их выпуск составляет около 18,9 млн. тонн в год, это примерно 60% от выпуска всех синтетических волокон. Производство ПЭ волокон и нитей стало быстро развиваться с 1982 года. Столь бурный рост производства и потребления ПЭ волокон объясняется их универсальностью и высокими показателями физико-механических свойств. Почти полная неизменность физико-механических свойств в мокром состоянии, наиболее высокая термостойкость, биостойкость, хемостойкость и другие эксплуатационные характеристики обеспечили приоритетность ПЭ волокон по сравнению с другими.

Этому способствовал реальный выпуск химически и физически  модифицированных ПЭ волокон с высокими эксплуатационными показателями. Возможность  модификации ПЭ волокон на стадии синтеза позволяет широко варьировать  их гидрофильность, накрашиваемость и др. свойства.

Производство полиэфирных  волокон представляет собой сложный  высокотехнологичный процесс в  условиях современного крупного предприятия. Спрос на полиэфирные волокна  постоянно растёт, благодаря их уникальным качествам и невысокой цене. К  тому же существует возможность перерабатывать полиэфирную ткань, уже бывшую в  употреблении, из которой получается вторичное полиэфирное волокно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СВОЙСТВА ПОЛИЭФИРНОГО ВОЛОКНА

 

Полиэфирное волокно –  это синтетическое сырьё, полученное в результате формования расплавленного полиэтилентерефталата, который является первичным материалом. Полиэтилентерефталатное волокно (лавсан, терилен, дакрон, элана, тревира, тетерон, гризутен, тергаль, слотера, терленка, терел и др.).

Полиэфирные волокна получают также на основе химически модифицированного  ПЭТ (сополиэфирные волокна) и в значительно меньших количествах - из поликарбонатов, полиэтиленоксибензоата, поликсилилен-гликольтерефталата, жидкокристаллических полиэфиров, полигликолидов и др.

Внешний вид. Все полиэфирные волокна отличаются гладкой поверхностью и круглым поперечным сечение элементарных нитей.

Идентификация. При кипячении волокна лавсан в течение 1 мин в концентрированной фосфорной кислоте значительно усаживается, почти не меняя цета и внешнего вида. Большинство натуральных и химических волокон в этих условия растворяются или сморщиваются и принимают темно-коричневую окраску.

Общие физические свойства. Ниже приводятся основные свойства полиэфирного волокна:

Термостойкость  и светостойкость. Полиэфирные волокна превосходят по термостойкости все широко доступные натуральные и химические волокна. При кратковременном нагревании до 180⁰С лавсан сохраняет примерно половину исходной прочности, которая практически полностью восстанавливается при охлаждении до 20⁰С. При нагревании на воздухе до 150⁰С в течение 500-1000 ч прочность сохраняется соответственно 30 и 20% (полиамидные и гидратцеллюлозные волокна в этих условия полностью разрушаются). При температуре -40⁰С наблюдается увеличение прочности на 5-10%, уменьшение удлинения на 30%, а при -100⁰С прочность возрастает приблизительно на 50, а удлинение снижается примерно на 35% (при этом волокно не становиться хрупким).

Обработка лавсана сухим  горячим при 200⁰С в течение 5 мин и при 220⁰С в течение 1 мин не оказывает заметного влияния на прочность. При выдерживании волокна в кипящей воде или в среде пара при 100⁰С скорость падения прочности составляет 0,12%/ч. При повышении температуры паровой обработки на каждые 10⁰С скорость гидролитического разрушения ПЭТ увеличивается вдвое, достигая максимального значения при 220⁰С.

Полиэфирное волокно плавиться  вблизи огня, но загорается с трудом и гаснет после удаления источника  огня; при контакте с искрой и  электрической дугой волокно  не обугливается. Ткани из ПЭТ часто  быстро гаснут, так как плавятся за счет выделяющегося при горении  тепла. Однако возможна передача пламени  стекающими каплями полиэфира и  возникновение вторичных очагов горения. Полиэфирное волокно сравнительно стойко к атмосферным воздействиям: после пребывания на солнце в течение 600ч оно теряет прочность на 60% (полиамидные волокна в этих условиях разрушаются). При действии ультрафиолетовых лучей с длиной волны 3000-3200 А⁰ волокно подвергается фотохимической деструкции.

Химическая и  биологическая стойкость. Полиэфирные волокна частично растворяются, разрушаясь, в концентрированных серной (выше 83-% концентрации) и азотной кислотах. Снижение прочности при действии горячих концентрированных органических кислот в течение 100ч не превышает 10-15%. Волокно лавсан полностью разрушается в концентрированных растворах щелочи. Волокно характеризуется удовлетворительной стойкостью к щелочам умеренной концентрации (5-10%-ной) при комнатной температуре. Под действием содовых и аммиачных растворов в нормальных условиях свойства лавсана практически не изменяются.

Полиэфирные волокна отличаются высоким сопротивлением к окисляющим и восстанавливающим средствам. Падение прочности при обработке  волокна такими реагентами, как гипохлорит натрия, пероксид водорода и т.п., в течение 10 -200 ч при 50-80⁰С не превышает 15%.

Механические  свойства. Можно характеризовать следующим образом:

Эластичность волокна  лавсан близка к эластичности натуральной  шерсти, а во влажном состоянии  превосходит ее (мокрая ткань из полиэфирного волокна через 15 с после сминания превращается в прежнее состояние на 85%, а шерстяная – только на 20%). Устойчивость полиэфирного волокна к истиранию ниже, чем у полиамидных волокон; сопротивление многократным изгибам (динамическая выносливость) ниже, чес у полиамидных, но в 2,5 раза выше, чем у гидроцеллюлозных волокон.

Достоинства:

1. Хорошая термостойкость  – по термостойкости полиэфирные  волокна превосходят большинство  натуральных и химических волокон  – при 180 °С они сохраняют прочность на 50%. Загораются полиэфирные волокна с трудом и гаснут после удаления источника огня; при контакте с искрой и электродугой не обугливаются.

2. Устойчивость к действию  светопогоды, растворителей, микроорганизмов, моли, плесени, коврового жучка;

3. Низкая теплопроводность  и большая упругость, что позволяет  получать из них изделия, хорошо  сохраняющие форму;

4. Устойчивость к истиранию  и сопротивление многократным  изгибам полиэфирных волокон  ниже, чем у полиамидных, а ударная прочность выше;

5. Прочность при растяжении  полиэфирных волокон выше, чем  у др. типов химических волокон;

6. При большей, чем у  натуральных волокон, прочности  на разрыв полиэфирные волокна  гораздо легче, уровень водопоглощения гораздо ниже;

7. Волокна растворяются  в фенолах, частично (с разрушением) - в концентрированной серной  и азотной кислотах; полностью  разрушаются при кипячении в  концентрированных щелочах.

Недостатки:

1. повышенная жесткость
2. склонность к пиллингу
3. повышенная электризуемость
4. низкая гигроскопичность и трудность крашения обычными методами.

Недостатки во многом устраняются  химической модификацией исходного  сырья - полиэтилентерефталата.

 

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭФИРНОГО ВОЛОКНА

 

Полиэфирное волокно - это  синтетическое волокно, формуемое  из расплава полиэтилентерефталата  или его производных.

Для ОАО «Могилевхимволокно» основным сырьем является параксилол, продукт нефтехимии. Его производят на белорусском  «Нафтане», но мало. Приходится покупать  в России. Из параксилола получают терефталевую кислоту. Для производства химволокон она должна быть чистой, без примесей. Очистка процесс дорогой и сложный. И сорок лет назад решили, что  выгоднее получить из кислоты ДМТ, который и очищается, и плавится лучше. Добавлением к ДМТ этиленгликоля на выходе имели смолу ПЭТФ или как её тогда называли, лавсан. Лавсан этот имел форму порошка  или гранул. Весь процесс происходил на заводе органического синтеза.

Основные виды продукции  ОАО «Могилевхимволокно»:

• полиэтилентерефталат
• волокно и жгут полиэфирные
• нити полиэфирные
• наполнитель полиэфирный
• полиэфирные композиционные материалы
• полиэфирные термоэластопласты
• полотна полиэфирные
• лента обвязочная
• преформа бутылки
• рукава пожарные напорные
• потребительские товары
• синтетическая пленка

Основными исходными продуктами для получения полиэтилентерефталата  в производстве полиэфирного волокна  являются терефталевая кислота или  ее диметиловый эфир, а также этиленгликоль или окись этилена. Кроме этих веществ, при синтезе полиэфира вводят, катализаторы, термостабилизаторы, добавки, снижающие склонность волокна к пиллингообразованию (например, ангидрид тримеллитовой кислоты), матирующие или окрашивающие вещества, оптические отбеливатели, добавки для уменьшения трения и слипаемости (полиэфирные пленки и магнитные ленты). Процесс производства полиэфирных нитей или волокна можно разделить на три самостоятельные стадии: получение полимера-полиэтилентерефталата (смолы лавсан), формование из него нитей и волокна и переработка их в готовую продукцию. Эти три процесса осуществляются соответственно в трех основных цехах: химическом, прядильном и штапельном (или текстильном - при производстве комплексных нитей).

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СТАДИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭФИРНОГО ВОЛОКНА

 

Синтез полиэтилентерефталата  осуществляется в две стадии: синтез дигликолевого эфира терефталевой кислоты (ДГТ) и поликонденсация ДГТ.

Синтез дигликольтерефталата

В настоящее время известны три промышленных метода получения ДГТ: переэтерификация ДМТ этиленгликолем, этерификация ТФК этиленгликолем, оксиэтилирование ТФК. Из перечисленных методов первый является наиболее распространенным вследствие тщательной разработки технологии получения ПЭТ и ДМТ; в перспективе предпочтение будет отдано второму, базирующемуся на использовании ТФК.

Переэтерификация диметилтерефталата этиленгликолем

Сущность этой реакции  заключается во взаимодействии сложного эфира (ДМТ) и двухатомного спирта (ЭГ), в результате чего происходит обмен эфирных групп, в данном случае замена метальных групп на оксиэтильные (гликолевые):

Обычно на 1 моль ДМТ берут 2,3—2,5 моль ЭГ, что соответствует  соотношению (по массе) ДМТ: ЭГ — 1 : 0,8. Другим условием смешения равновесия в сторону образования ДГТ является интенсивное удаление метанола из зоны реакции, что осуществляется, как будет показано ниже, при непрерывной отгонке и конденсации паров метанола.

Реакция переэтерификации протекает при 160—200 °С. Для увеличения скорости реакции применяют катализаторы, которые должны удовлетворять следующим требованиям: хорошо растворяться в растворе (расплаве) мономеров и полимера и не ускорять течение побочных реакций (вредно действующих на качество готовой продукции); обеспечивать получение полиэфира с высокой молекулярной массой; не способствовать образованию линейных, и особенно циклических олигомеров; не вызывать термодеструкцию ДМТ и конденсацию ЭГ; не оказывать влияния на температуру плавления ПЭТ и его окраску, а также на термическую устойчивость его при повторном расплавлении. С этой точки зрения наиболее пригодны ацетаты двухвалентных металлов, в частности кальция, марганца, кобальта, цинка, свинца и др. Часто катализаторы приготовляют в виде смеси различных веществ, например, ацетатов кальция, марганца и цинка; или ацетатов кобальта, марганца и свинца. Катализаторы обычно вводят в реакционную смесь в количестве 0,02—0,08% от массы ДМТ.