Химические волокна

ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

К химическим волокнам относятся вискозное, медно-амиачное, полинозное, ацетатное, триацетатное, капроновое, лавсановое, нитроновое, хлориновое, виниловое, диэтиленовое, полипропиленовое и др. Каждый из указанных выше видов химических волокон характеризуется различными свойствами и показателями, что определяется химическим составом и их строением. Поэтому для правильного проведения технологических процессов производства, а также эксплуатации тканей из химических волокон необходимо знать их свойства и строение. Производство химического волокна получило у нас развитие в последние 25—30 лет, когда появилось большое количество видов волокон с новыми характерными свойствами. Для настоящего периода характерно расширение номенклатуры химических волокон на основе существующих видов за счет улучшения их свойств. Применение химических волокон значительно увеличило объем производства и расширило ассортимент тканей и других текстильных изделий. Различные виды химических волокон имеют неодинаковый состав и строение, поэтому они часто по своим свойствам резко различаются. Знание свойств химических волокон помогает создавать ткани и изделия с полезными свойствами.

ИСКУССТВЕННЫЕ ВОЛОКНА

К искусственным волокнам, вырабатываемым нашей промышленностью, относят вискозное, полинозное, медно-аммиачное, ацетатное и триацетатное.

Вискозное волокно. Это одно из наиболее распространенных химических волокон. В настоящее время из общего объема производства искусственных волокон на долю вискозного приходится около 75%. Такой объем производства вискозного волокна объясняется тем, что в качестве основного сырья используют дешевое сырье — древесную целлюлозу и сравнительно простые химические материалы — едкий натр, сероуглерод, серную кислоту и ее соли.

Для производства целлюлозы чаще используют древесину ели. Ее измельчают в щепу и варят в химических растворах для удаления не целлюлозных примесей. Целлюлоза в виде листов поступает на заводы искусственного волокна. После подбора партий и подсушки листов древесную целлюлозу обрабатывают 18%-ным раствором едкого натра. Такой процесс называется мерсеризацией. При этом получается новое химическое вещество—щелочная целлюлоза, которая обладает способностью вступать во взаимодействие с другими веществами.

Щелочную целлюлозу выдерживают определенное время при установленной температуре (предварительное созревание). По окончании созревания ее обрабатывают сероуглеродом, в результате чего образуется соединение сероуглерода и целлюлозы (простой эфир), называемое ксантогенатом. Растворяя это соединение в разбавленном растворе едкого натра, получают вязкий раствор—вискозу, которую фильтруют и затем выдерживают в течение 20—40 часов. Если необходимо получить неблестящее (матированное) целлюлозное волокно то в вязкий раствор добавляют тонко измельченный белый порошок двуокиси титана, а для получения окрашенного волокна в вязкую массу вводят краситель, не изменяющий свойств и цвета при дальнейшей обработке. Затем для полной очистки от механических примесей и не растворившихся частиц вискозу снова фильтруют; при этом происходит удаление пузырьков воздуха, мешающих получению однородной непрерывной нити. Очищенный вязкий раствор вискозы под давлением подается на прядильные машины.

Вискоза продавливается в виде тончайших струек через фильеру-патрончик из нержавеющей стали, носок которого имеет тонкие круглые отверстия с диаметром 0,06-0,08 мм, в ванну с водным раствором серной кислоты и ее солей. Количество отверстий в фильере в основном определяется толщиной нити. Следовательно, нить искусственного волокна состоит из многих одиночных нитей, называемых элементарными. При продавливании вязкого щелочного раствора эфира целлюлозы в ванну с кислотой происходит выделение (коагуляция) твердой части, а также идет разрушение простого эфира до чистой (регенерированной) целлюлозы в виде отдельных тонких элементарных нитей.

По химическому составу вискозное волокно представляет собой чистую целлюлозу — (С6Н10О5)п, где n степень полимеризации. Свежесформированные нити подвергаются вытяжке и тепловой обработке в горячей воде или паром.

При вытяжке волокна происходит упорядочение расположения макромолекул целлюлозы относительно оси волокна, что приводит к повышению его механических свойств. В зависимости от степени вытяжки и тепловой обработки можно получить вискозное волокно с разными механическими свойствами: обыкновенное, прочное и высокопрочное.

Полученную после формования вискозную нить отмывают от кислоты и солей и затем подвергают отделочным операциям: удалению серы, отбелке (в результате которой разрушаются пигменты, окрашивающие волокно), а также замасливанию и мыловке для придания мягкости. После окончания отделки нити высушивают, перематывают на бобину, 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. Полученное волокно имеет в поперечнике не строго круглую, а неправильную (извитую) форму, а в продольном направлении—долевые бороздки.

В отличие от нитей непрерывной длины можно получить и короткое волокно, называемое штапельным. При изготовлении штапельного вискозного волокна из одной фильеры выпускается одновременно от 1200 до 3600 элементарных нитей в виде жгута. Полученный сложением из нескольких десятков фильер жгут элементарных нитей подвергается обработке для освобождения от примесей сероуглерода, серы и др., а также вытяжке и промывке в кипящей воде. Вытяжка волокна достигает 70%, что увеличивает его прочность и тонину. Затем жгут разрезают на короткие отрезки—штапельки (длиной 30— 120 мм). Полученные таким образом штапельные волокна могут перерабатываться на прядильном оборудовании, как в чистом виде, так и в смесках с другими волокнами (шерстью, хлопком, льном, лавсаном и др.)

Вискозное штапельное волокно, применяемое в настоящее время, из-за неоднородности структуры недостаточно механически прочно, поэтому создание вискозного волокна более однородной структуры является одной из проблем современной химии. В настоящее время начата выработка полинозных волокон, представляющих собой разновидность вискозных волокон. Для их производства используют ксантогенат с высокой степенью этерификации. Свежесформированное волокно подвергают значительной вытяжке, благодаря чему оно приобретает более однородную и плотную структуру с высокой прочностью на разрыв. Такое волокно в отличие от вискозного в мокром состоянии отличается более высокими показателями прочности. Пряжа, полученная из полинозных волокон по качеству и внешнему виду почти не отличается от пряжи из лучших сортов хлопка.

Медно-аммиачное волокно. Технологический процесс производства медно-аммиачного волокна аналогичен процессу производства вискозного.

Ацетатное волокно. Производство ацетатного волокна за последнее время быстро развивалось. Выпуск его сейчас составляет около 10% общего выпуска химических волокон.

Исходным сырьем для получения этого волокна служит ацетилцеллюлоза, которую получают из хлопкового пуха, не пригодного для текстильной переработки. В настоящее время для производства ацетилцеллюлозы часто применяют также облагороженную древесную целлюлозу.

Хлопковый пух отваривают под давлением в течение 4-10 часов в растворе соды или едкого натра. После отварки хлопковый пух промывают и сушат. Очищенный и отбеленный хлопковый пух замачивают в концентрированной уксусной кислоте, затем ацетилируют—обрабатывают в герметических сосудах смесью уксусной кислоты и уксусного ангидрида с серной кислотой в качестве катализатора. Через 8 часов в результате реакции между целлюлозой и уксусным ангидридом процесс ацетилирования полностью заканчивается и образуется триацетилцеллюлоза:

Полученную триацетилцеллюлозу путем частичного омыления переводят во вторичный ацетат, обладающий хорошей растворимостью в смеси ацетона и этилового спирта. Дальнейший процесс производства ацетатного волокна можно разбить на следующие этапы: приготовление концентрированных растворов ацетилцеллюлозы, формование волокна и текстильная обработка волокна (кручение, перемотка, замасливание и упаковка).

Для формования ацетатного волокна применяют раствор вторичного ацетата (ацетилцеллюлозы) в смеси ацетона и этилового спирта. Формование нитей производится путем продавливания этого раствора через фильеру в длинную трубку (шахту), в которую подается горячий воздух. Летучие растворители (ацетон и этиловый спирт) испаряются, а из раствора выделяется полимер в виде тонких бесконечных нитей. Сформованные элементарные нити при выходе из шахты соединяются в одну комплексную нить, вытягиваются, подвергаются термофиксации, наматываются на бобины и в таком виде поступают для дальнейшей переработки на текстильные предприятия.

По такой схеме получают ацетатное волокно, имеющее поперечник круглого сечения.

В последнее время освоено производство ацетатного волокна с поперечником плоского сечения: раствор ацетилцеллюлозы проходит через фильеры не с круглым, а с плоским сечением. Ацетатные волокна с поперечником плоского сечения имеют блестящий эффект, особенно при окраске в темные тона (черный, темно-синий), хорошо имитируют металлизированные и металлические нити.

Триацетатное волокно. Волокно, полученное впервые из уксуснокислых эфиров целлюлозы, было триацетатным. Однако промышленное производство триацетатного волокна было начато лишь в 60-х годах. Это объяснялось тем, что в производстве триацетатного волокна использовался дорогой растворитель (хлороформ). Только после того, как был разработан способ получения