Перспективы развития производства вискозного волокна и его применение

Вискоза продавливается в виде тончайших струек через фильеру - цилиндр из нержавеющей стали, в донышке которого имеются отверстия диаметром 0,06-0,08 мм, — в ванну с водным раствором серной кислоты и ее солей (рис. 3).

    

 

Рисунок 3 – Схема формования волокна и внешний вид фильеры.

Примечание - Источник: [1, с. 19]

 

 

Количество отверстий  в фильере в основном определяется толщиной нити: например, для получения нити толщиной от 11,1 (№ 90) до 22,2 текс (№ 45) должно быть от 20 до 120 отверстий. Следовательно, нить искусственного волокна состоит из многих элементарных нитей. В ванне с раствором кислоты происходит осаждение (коагуляция) твердой части, а также омыление простого эфира до чистой (регенерированной) целлюлозы в виде отдельных тонких элементарных нитей.

После продавливания через  фильеры волокно подвергается вытяжке  и тепловой обработке в горячей  воде или паром. Вытягивание волокна на пути от ванны до приемного механизма — необходимое условие получения нити с определенными свойствами. Причем очень важно, чтобы омыление осажденного в ванне ксантогената происходило по возможности с одинаковой скоростью по всему сечению волокна.

 Полученную после формования  нить отмывают от кислоты и  солей, а затем подвергают отделочным  операциям: удалению серы, отбелке,  в результате которой разрушаются  пигменты, окрашивающие волокно, а также замасливанию и мыловке для придания мягкости. Затем нити высушивают, перематывают на бобины, сортируют и отправляют на текстильные фабрики. В настоящее время все стадии получения волокна (формование, отбелка, сушка, крутка) могут осуществляться на одной машине, что значительно повышает производительность труда.[5, c.157]

На текстильных предприятиях получают также короткие волокна, называемые штапельными. При изготовлении короткого вискозного волокна из одной фильеры выпускается одновременно от 1200 до 3600 элементарных нитей в виде жгута. Затем сложенные вместе несколько десятков жгутов элементарных нитей подвергают обработке для удаления сероуглерода, серы и других примесей, а также вытяжке и промывке в кипящей воде. При этом вытяжка волокна может быть доведена до 70%, что приводит к увеличению прочности и тонины волокна. После этого волокно разрезают на отрезки-штапельки длиной 40-120 мм. Короткие волокна, так же как и непрерывные нити, могут быть блестящими, матированными и окрашенными в массе. Прочность окрашенного в массе вискозного волокна в некоторых случаях может быть меньше, чем неокрашенного. Возможно, это обусловлено использованием крупнозернистых дисперсных красителей для получения окрашенного в массе волокна. Короткие волокна перерабатывают на прядильном оборудовании как в чистом виде, так и в смесках с другими волокнами (шерстью, хлопком, льном, лавсаном и др.).

 Применяемые в настоящее время вискозные нити и короткие волокна из-за неоднородности структуры имеют недостаточную механическую прочность. Поэтому создание вискозного волокна более однородной структуры является одной из проблем химической технологии  искусственных волокон.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Модифицированные вискозные волокна

 

К модифицированным вискозным  волокнам относятся полинозные, высокомодульные волокна, волокно сиблон, хемостойкие, маслостойкие и другие. Структуру вискозных волокон изменяют путем химической обработки в процессе формования и прядения. Их качество может быть улучшено также за счет придания волокнам устойчивой извитости, производства полых волокон, волокон с чешуйчатой поверхностью, матированных и полуматированных, путем прививки полимеров, повышением коэффициента полимеризации и кристалличности.[6, c.57]

Основные методы модификации  вискозных волокон и нитей  приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Основные методы модификации вискозных волокон и нитей 

Методы модификации	Эффекты, достигаемые при  модификации
Изменение условий формования и  вытягивания	Изменение физико-механических свойств, ассортимента
Текстурирование нитей	Придание извитости, объемности и комфортности изделиям
Введение в вискозу  дисперсных добавок и красителей	Получение матированных, окрашенных в массе волокон, придание специфических  свойств волокнам и текстилю: огнезащищенности, антимикробных свойств и др.
Введение новых активных групп путем прививки различных  мономеров или реакций замещения  гидроксильных групп. Обычно при  последующей химической обработке  текстиля.	Повышение гидрофобности  и олеофобности, придание особых функциональных свойств текстилю: огнезащищенности, пониженной сминаемости, антимикробных свойств и др.

Примечание - Источник: собственная разработка на основе [7]

 

Особенно эффективна модификация  путем введения дисперсных добавок  в вискозу перед формованием  волокон: пигментов (крашение в массе), антипиренов (придание огнезащищенности) и антимикробных веществ.  Этот путь, в отличие от обработки сформованных волокон проще технологически и дает эффекты, устойчивые к стиркам и другим воздействиям при эксплуатации. Обработка уже сформованных волокон в жгуте или резаном виде требует введения в технологический процесс новых операций и реагентов, что сопряжено с необходимостью их рециклинга и очистки промывных вод. Поэтому химическая модификация предпочтительнее уже в виде полотен при их отделке, особенно с применением методов нанесения минимальных количеств реагентов (обработка на плюсовках, пенная технология с последующей термообработкой и др.).

Разработаны два типа модифицированных полых вискозных волокон: с тонкими  и толстыми стенками. Волокна с  тонкими стенками в процессе сушки  и отделки сплющиваются и превращаются в плоские. Они используются для производства нетканных материалов, которые имеют хорошую прочность во влажном состоянии, но распадаются на отдельные волокна в проточной воде.[7]

Толстостенные волокна не сплющиваются, выпускаются линейной плотностью 170 м/текс. Ткани из такого волокна характеризуются большим  плотным грифом и хорошей застилистосью, в смеси с полиэфирными волокнами они используются при производстве сорочечных тканей, постельного белья и трикотажных полотен, в смеси с хлопком — для махровых полотенец.

Полые модифицированные вискозные  волокна, обладающие высоким модулем  упругости в мокром состоянии, получают в результате добавки соды в прядильный раствор. Сода при формовании волокна  под действием серной кислоты  разлагается с выделением двуокиси углерода, который и образует поры в волокне. Такие волокна характеризуются  высокой гидрофильностью, в силу полой сердцевины значительно легче  по массе, чем другие целлюлозные  волокна (удельная масса 1,15 против 1,52 г/см3 обычных волокон), отличаются высокой  сорбционной способностью.

 Высокопрочные кордовые  нити получают методом структурной  модификации: значительным вытягиванием  свежесформованной нити, находящейся  в пластическом состоянии. Их  отличает устойчивость к действию многократных деформаций, относительная разрывная нагрузка — 40-45 сН/текс (у обычных вискозных нитей 14—18 сН/текс).

Высокопрочные и высокомолекулярные штапельные волокна (ВВМ волокна) также получают методом структурной модификации по различным технологическим схемам. Такие волокна формуют из вискозы, в состав которой вводят модификаторы (полиэтиленгликоль) для обеспечения однородности структуры. Регенерация целлюлозы проходит в мягких условиях при низких температурах осадительной ванны (30-35 °С), а ориентационная вытяжка производится при высокой температуре пластификационной ванны (95 оС). Благодаря этим особенностям ВВМ имеют более крупнокристаллическую структуру и отличаются механическими свойствами от других видов вискозных волокон.

Для изготовления полотенец  и нетканных материалов применяется также вискозное волокно разряженной структуры. Это достигается за счет использования гидрофильной замещаемой целлюлозы, а также введением в вискозу гидрофильных веществ, фиксируемых в волокне с помощью сшиваемых агентов.

В мировой практике известно производство модульных вискозных  нитей линейной плотности 0,1 текс с использованием машин для пневмотекстурирования. Такие нити позволяют получать ткани и изделия, которые невозможно выработать из натуральных волокон. Из тонких нитей изготавливают изделия, которые могут защищать от ветра не хуже, чем традиционные ткани со специальным покрытием.

Отечественной промышленностью  освоен выпуск хлопкоподобных вискозных волокон — полинозного, сиблона, мтилона и др.

Волокно мтилон получают методом привитой сополимеризации целлюлозы (60-65 %) и акрилонитрила (35-40 %), в результате чего волокно по внешнему виду и на ощупь напоминает шерсть.

Полинозные волокна формуют из более высокомолекулярного ксантогената (n = 500 - 550 против n = 350 - 400 для обычного волокна). Принцип получения этого волокна основан на образовании при формовании более однородной гидратцеллюлозы вследствие разложения ксантогената целлюлозы одновременно по всей толще волокна [4, c.44].Кроме того, ксантогенат имеет более высокую степень этерефикации, коагуляция вискозы протекает в более мягких осадительных ваннах, а свежесформованные волокна подвергаются большей вытяжке, чем обычные (130-200%). Волокна характеризуются значительными размерами кристаллических образований, высокой ориентацией элементов структуры вдоль оси, поперечной упорядоченностью, большой прочностью и высоким модулем упругости.

Полинозные волокна перерабатывают на обычном хлопкопрядильном оборудовании.

Полинозное волокно примерно в 1,5 раза дороже вискозного. Это связано со следующими особенностями технологического режима: применением высококачественной исходной целлюлозы; использованием рабочих растворов с низким содержанием целлюлозы; жесткими требованиями к чистоте мерсеризационной щелочи и рабочих растворов; формированием волокна при низкой скорости (10-20 м/мин).

Технологический процесс  получения сиблона основан на усовершенствованном вискозном способе. Для выработки его используют однородную по свойствам древесную целлюлозу со степенью полимеризации 500—600. Волокно сиблон формуется из вискозы, в состав которой вводят модификаторы (полиэтиленгликоль и др.), что позволяет получить более однородный прядильный раствор. Регенерированную целлюлозу получают при низких температурах осадительной ванны, а вытягивают волокна при высокой температуре (95 °С). В этих условиях коагуляция и омыление ксантогената протекают так, что получается волокно с более однородными свойствами как внешних, так и внутренних слоев. Поэтому сиблоновое волокно имеет однородную структуру и более высокие прочностные свойства.

Модификации подвергаются практически  все стадии вискозного процесса:

• при получении щелочной целлюлозы посредством диализа из процесса выводят низкомолекулярные фракции (гемилцеллюлоза);

• ксантогенирование осуществляется по сухому методу c двойным вакуумированием;

• фильтрация вискозы производится на намывных фильтрах;

• для формования применяют блочные фильерные комплекты с 20-30 тысячами отверстий [3].

Мягкие условия осаждения  при формировании ВВМ сиблон обусловливают получение волокна с равномерной структурой, характеризуемой оптимальным соотношением чередующихся кристаллических и аморфных областей.

Япония выпускает модифицированное (путем прививки акрилнитрила) вискозное волокно типа ломбелл, обладающее повышенной устойчивостью к действию микроорганизмов и плесени, упругостью и высокими теплозащитными свойствами. Оно применяется при изготовлении ватина, одеял, обивочных тканей.

Отечественное волокно с  прививкой 30-35-процентного акрилнитрила и введением в состав небольшого количества (5-7 %) поливинилацетата называется цеваланом.[8]

В настоящее время проводятся исследования по модификации нитей из регенированной целлюлозы синтетическими полимерами путем приготовления кинетически стабильных смесей (целлюлозы с полиакрилонитрилом, поливинилацетатом, полиамидом).

В США получают вискозное  волокно с высокой сорбционной  способностью из регенерированной целлюлозы, в которой равномерно диспергирован в качестве добавки поливинил пиррол и дон.

Фирма Еnко (США) выпускает вискозное волокно абсорбит с добавлением полиакриловой кислоты. Его сорбирующая способность на 50% превышает способность обычного вискозного волокна.

Разработана технология изготовления из регенерированной целлюлозы нитей Саnion. Ее реализация основана на замене сероуглерода менее токсичными растворами (наиболее приемлемой является композиция диметилформамид — N204), которые позволяют получать растворы целлюлозы стабильной концентрации при температуре 0-20°С и нормальном давлении. Преимуществами данного процесса являются большая стабильность прядильного раствора (в 7-10 раз), меньшее время, необходимое для его приготовления (в 3-4 раза), а также простота и легкость фильтрации. В сравнении с традиционными растворами вискозы формование разработанной композиции, несмотря на ее высокую вязкость, осуществляется с большими скоростью и прядильной вытяжкой и меньшим энергопотреблением. Преимущество данной технологии состоит и в том, что в 10 раз уменьшается сброс отходов в сточные воды, что важно с точки зрения экологии.[9]

Фирмой Courtaulds Fibers (Великобритания) запатентована технология получения целлюлозных волокон Tencel, превосходящих по качеству существующие аналоги. Целлюлозную пульпу смешивают с растворителями из семейства аминоксидов, и смесь пропускают через реактор непрерывного действия, получая вязкий раствор. Композицию фильтруют и подвергают формованию в разбавленном растворе аминоксида, в результате чего выпадает осадок в виде целлюлозных нитей. Основным достоинством этого способа по сравнению с традиционными технологиями является отсутствие химического воздействия на структуру целлюлозы. В отличие от вискозных нитей и хлопка полученные по данной технологии нити Tencel обладают круглым поперечным сечением и гладкой поверхностью, что улучшает их способность к переработке.