Модифицированные вискозные волокна

 

 

 

 

Содержание :

1. Тема 15. Модифицированные  вискозные волокна .                 3-10  стр.

2. Задача №28                                                                                     11  стр. 

4. Список используемой литературы                                                      12    стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 15. Модифицированные  вискозные волокна .

Структурная модификация  вискозного волокна. Получение высокомодульных  и полинозных волокон. Получение извитого волокна , волокна коврового типа и плоских волокон. Химическая модификация вискозного волокна. Получение частично этерифицированных волокон. Синтез привитых сополимеров. Получение модифицированных вискозных волокон для производства товаров широкого потребления и различных технических изделий.

 

 

 

 

Вискозные волокна — волокна, получаемые химической переработкой природной целлюлозы.

Вискозные волокна свое название получили от латинского слова «viscosus» — вязкий, клейкий. Исходным сырьем для получения вискозных волокон служит древесная целлюлоза.

Вискозные волокна в настоящее  время являются одним из важнейших  видов сырья для текстильной  промышленности, хотя и наблюдается  уменьшение их выпуска. Производство вискозных  волокон в ряде промышленно развитых стран за последние десятилетия  уменьшилось в связи с тем, что это производство загрязняет окружающую среду выбросами сероуглерода и сероводорода. Создание непрерывных  технологических процессов содействует  решению экологических проблем  производства, приводит к повышению  качества нитей и удешевлению  их производства.

Вискозные текстильные нити остаются вне конкуренции для производства многих видов изделий, в частности  полотен бытового и подкладочного  ассортимента. Обычные и высокомодульные  вискозные штапельные волокна с  успехом применяются вместо хлопка. Они используются в чистом виде и  в различных смесях.

Значительная часть выпускаемых  волокон модифицирована и имеет  улучшенные или специальные свойства – бактерицидные, огнезащищенные, окрашенные в массе и другие.

Из химических волокон «роднее» всего человеку вискозное волокно: она ближе всего по характеристикам к природным волокнам, потому что состоит, как хлопок и лен, из целлюлозы. Вискоза пользуется популярностью во всем мире из-за своего шелковистого блеска, возможности окрашивания в яркие тона, мягкости и способности впитывать влагу. Она дает ощущение прохлады в жару.

.

Обычное вискозное волокно представляет собой цилиндр с продольными штрихами, образующимися при неравномерном затвердевании прядильного раствора. Химический состав – гидратцеллюлоза.

Структура вискозного волокна неоднородна: внешняя оболочка волокна имеет  большую плотность и лучшую ориентацию макромолекул, чем внутренняя, где  молекулы располагаются хаотически. Обычное вискозное волокно обладает хорошей гигроскопичностью (35-40%), светостойкостью, мягкостью, устойчивостью к истиранию. Но из-за неоднородной, рыхлой и малоупорядоченной структуры обладает рядом недостатков: при увлажнении волокна сильно набухают, что приводит к значительной усадке тканей, потери прочности в мокром состоянии до 50% и снижению устойчивости к истиранию. Ткани из вискозных нитей сильно сминаются. Действие температуры, светопогоды, микроорганизмов на вискозные волокна аналогично действию на хлопок и лен.

Высокопрочное вискозное волокно представляет собой физически модифицированное волокно. В результате изменения условий формования и последующей вытяжки нити приобретают равномерную ориентированную структуру из длинных макромолекул. Обладают повышенной прочностью, устойчивостью к истиранию и многократным изгибам. Введение в полимер новых активных групп путем сополимеризации, а также последующей химической обработки волокон или текстиля позволяет улучшить потребительские свойства текстильных материалов и изделий: повысить накрашиваемость, гидрофильность, сорбционные свойства, снизить сминаемость и загрязняемость, а также придать антистатичность, огнезащищенность, бактерицидность и другие новые функциональные характеристики. 

Высокомодульное вискозное волокно — модифицированное волокно, обладает равномерной, плотной, ориентированной структурой в результате формирования нити при более низких скоростях с последующей вытяжкой и термофиксацией. Высокомодульным вискозным волокном является волокно сиблон, которое имеет большую прочность, чем обычное вискозное волокно, оно меньше набухает и усаживается, по своим свойствам сиблон приближается к хлопковому волокну.

 Особенностями технологии высокомодульного волокна является:

1.введение в вискозу модификаторов;

2,формование волокна в осадительной ванне с пониженной концентрацией H₂SO₄ (70-80 г/л) и повышенной концентрацией ZnSO₄ (40-60 г/л).Содержание в ванне сульфата натрия -110-150 г/л. Вытягивание волокна производится в пластификационной ванне при 95^оС.

При формование температура осадительной ванны 30-35 ^оС, следовательно разложение ксантогенатного волокна замедляется,а степень этерефикация волокна становится более высокой . Состав раствора: 6,0-6,5% α-целлюлозы и 7% NaOH.Степень этерификации ксантогената целлюлозы 70-75.

Высокомодульное волокно имеет  крупнокристаллическую структуру  меньшую усталостную прочность. Прочность сухого высокомодульного волокна составляет 35-45 гс/текс, мокрого-25-32 гс/текс, удлинение соответственно 15 и 17%.

Полинозное волокно — модифицированное вискозное волокно. По свойствам оно приближается к свойствам тонковолокнистого хлопка. Полинозные волокна, как и обычные вискозные волокна, формуют из вискозы по мокрому методу. Однако технологические режимы получения этих двух типов волокон существенно различаются.

В производстве полинозных волокон свежесформованное волокно находится в гелеобразном состоянии и состоит из ксатогената целлюлозы высокой степени этерификации, что позволяет подвергать волокно значительно большей пластификационной вытяжке. Для полинозного волокна характерны высокая степень ориентации и однородность структуры в поперечном сечении. При этом структура устойчива к действию воды и щелочей, благодаря чему механические свойства полинозного волокна мало изменяются в указанных средах, а изделия из них отличаются стабильностью формы и низкой сминаемостью.

Для полинозных волокон характерны высокая прочность и низкое относительное удлинение. Их недостаток — высокая хрупкость и низкая прочность при изгибе. Полинозные волокна применяют для изготовления широкого ассортимента тканей взамен тонковолокнистого хлопка.

Основными особенностями процесса получения полиозных волокон являются:

1.применение более высокомолекулярного  ксантогената и соответственно более вязких вискоз; СП ксантогената целлюлозы, используемого для производства полинозного волокна, составляет 500-550, в то время как для обычного , а также высокомодульного вискозного волокна не превышает 350-400;вяскозть прядильного раствора при нормальном и даже несколько пониженном содержании в нем α-целлюлозы (5,9-6,1%)200-300с;

2.более высокая степень этерификации  ксантогената в вискозе, поступающей на прядильную машину (y=70-80);

3.применение для формования  волокна вискозы, содержащей 5,5-6% α-целлюлозы и 4-4,8% NaOH;

4.низкие концентрации H₂SO₄ (20-30 г/л), Na₂SO₄ (40-80 г/л) и особенно ZnSO₄ (0,5-1 г/л) в осадительной ванне;

5.формование волокна при пониженной  температуре осадительной ванны (25^о С);

6.высокая степень вытягивания  волокна при формовании (130-200%).

Вытягивание полиозного волокна производится в три стадии : между первым и вторым дисками на воздухе, между вторым и третьем дисками и в пластикафикационных трубках между дисками.Степень этерификации ксантогенатного полиозного волокна ,выходящего из осадительной ванны , составляет 30, после вытягивания на воздухе-25 и после пластификационной вытяжки y=15.

Прочность сухого полинозного волокна составляет 35-40 гс/текс,мокрого-30 гс/текс; удлинение соответственно 11-13 и 12-15%.

Один из существенных недостатков  вискозного волокна , перерабатываемого  в смеси с другими волокнами , - малая извитость и соответственно низкая сцепляемость.Поэтому производство волокна с повышенной извитостью имеет большое значение для облегчения его последующей переработки и улучшение качества получаемых изделий.

Извитое волокно получают различными методами. Формования волокна производится в осадительной ванне, содержащей 80-90 г/л H₂SO₄ и 310-320 г/л Na₂SO₄, при 45-48^оС.Благодаря низкой концентрации кислоты ксантогенат в ванне полностью не омыляется.Свежесформованное волокно подвергается вытягиванию на 30-50% в пластификационной ванне.Вытягивание в этих условиях гидратцеллюлозного волокна ,внутренние слои которого состоят из не полностью омыленного ксантогенатного волокна, приводит к получению волокна с неоднородной структурой (различные напряжения в различных слоях волокна) и ,как следствие, к сильной усадке.После снятия нагрузки вытянутое волокно усаживается более чем на 15%,причем образуется устойчивая извитость.

Волокно коврового типа:

акрил- менее огнестойкий, чем шерсть. Может придать ковру, тем не менее,  устойчивость к износу. Детский ковер на пол часто изготавливают с добавлением этого материала. Он неаллергенный и практичный;

полиамид- обеспечивает чрезвычайную прочность волокна;

полипропилен;

полиэстер;

вискоза.

Применяются три метода химической модификации волокон:

1.формование волокон из сополимеров;

2.химическое превращение функциональных  групп в готовых волокнах-полимералогические превращения и прививки;

3.образование поперечных химических  связей (сшивок) между макромолекулами.

Химическая модификация  вискозного волокна  проходит путем полимералогичных превращений или прививок. Это объясняется тем, что химическая модификация этих волокон методами сополимеризации невозможно, а также высокой реакционной способностью и лёгкой активации групп ОН и СН пирановых колец целлюлозы.

З. А. Роговин и сотрудники предложили много способов  химической модификации вискозных волокон для создания водорастворимых или водоупорных волокон, предания им огнестойкости, ионообменных свойств, стойкости к гниению, бактерицидности, облегчения крашения и т. п. Путём различных обработок молекулы волокна были введены реакционно способной группы СН=О, СООН, ОCl, которые в свою очередь способны реагировать со многими соединениями, образуя группы NOH, NH₂ ,СО(СН₂) _nNH₂, COOAg и другие и предавать волокнам новые свойства.

При обработке вискозных волокон  безводными кислотами или их ангидридами  группы ОН образуют различные полные или неполные, простые и сложные  эфиры. Воздействие на вискозные  волокна хлоруксусной кислотой или  окисью этилена, можно получать карбоксиметильные или оксиэтиленные производные целлюлозы. Обрабатывая те же волокна акрилонитрилом в присутствии щёлочи можно вести группы  ОСН₂СН₂СN и далее О(СН₂)₂ NH₂. При взаимодействии волокна с альдегидами получаются алкилольные производные склонные к образованию поперечных межмолекулярных химических связей,  а со спиртовым расствором аммиака или амина(под давлением) – производные аминоцеллюлозы.

Активируя вискозные волокна перекисями, окислительно – восстановительными системами, озоном, солями Ce, V и других металлов можно привить к ним более или менее длиные боковые цепи полиакриланитрила, поливил – или поливилидэхлорида, полистирола и других карбоцепных полимеров. Обрабатывая вискозные волокна содержащие группы СООН, аминокарбоновыми кислотами или их эфирами или производными полиэфиров получают вискозные волокна с длинными полиамиднами или полиэфирными цепями, а воздействуя на те же волокна диизоцианатами (безводной среде), можно прививать к ним полиуретановые боковыые цепи.

Таким образом, методами полимеранологичных превращений и прививок можно в принципе придать вискозным волокнам любые новые свойства. Подобные работы были проведены многочисленными научными исследователями в СССР и заграницей. Прививая виниловые мономеры, удаётся химическим присоединить к молекулам волокна до 100-300% (от массы целлюлозы) карбоцепных боковых групп.

Прививкой, а также методами полимеранологичных превращений, обработкой этиленимином или путём частичной этерификации придаётся придавать вискозным волокнам ионообменные свойства в любой области pH, способность прочно окрашиваться различными красителями, гидрофобность или растворимость в воде и многие другие свойства.

Однако практическое применение до сих пор нашли только не многие из этих методов, так как при их применении на заводах химических волокон  встретили серьёзное затруднение, в частности :

1. Химической обработки и активации можно подвергать только свежеформованные вискозные волокна (до сушки) или готовые волокна, воздействуя на них щёлочными растворами;
2. Даже свежесформованные волокна реагируют медленно и не равномерно  из – за диффузионных затруднений, поэтому непрерывный процесс (формования, отделке и сушке) приходиться прерывать, подвергая вискозные волокна длительной обработке или активации;
3. Применение безводных реактивов или растворов в органических растворителях при современном уровне производства вискозных волокон затруднено.