Получение

В качестве исходного природного полимера для получения искусственных волокон берется целлюлоза, выделенная из древесины, или хлопковый пух, остающийся на семенах хлопчатника после того, как с него снимут волокна. Чтобы линейные молекулы полимера расположить вдоль оси образуемого волокна, необходимо их отделить друг от друга, сделать подвижными, способными к перемещению. Этого можно достичь расплавлением полимера или его растворением. Расплавить целлюлозу невозможно: при нагревании она разрушается. Ацетатное волокнополучают из ацетата целлюлозы. Для этого исходная целлюлоза взаимодействует с растворителем, как правило, с уксусной кислотой, в результате чего начинается процесс ацетилирования. Продукт этерификации – триацетат целлюлозы – растворяется в смеси дихлорметана СН₂Сl₂ и этилового спирта.

Образуется вязкий раствор, в котором молекулы полимера уже могут перемещаться и принимать тот или иной нужный порядок. С целью получения волокон раствор полимера продавливается через фильеры – металлические колпачки с многочисленными отверстиями. Затем полученная жидкость контактирует с кислородом. Таким образом, ацетат и вискоза имеют в качестве основы целлюлозу. Отличие заключается в разных способах преобразования одинакового начального волокно. Ацетат является искусственным натуральным волокном– таким же, как и вискоза. Различие заключается только в разных способах преобразования целлюлозы.

Существует четыре способа образования нитей; мокрый, сухой, формирование из расплава и гель-спиннинг. Мокрое прядение – это старейший процесс. В этом процессе фильера погружена в ванну с химическим раствором, в результате чего нити при химической реакции получаются из осадка раствора, после чего затвердевают. Мокрый процесс используется для изготовления акриловых, районных,и спандекс нитей.

При сухом прядении получение нитей происходит через испарение химического раствора. В результате полученные нити не нуждаются в сушке. Данный процесс используется для производства триацетата и некоторых видов акриловых нитей и спандекса.

Основной метод получение ацетатной нити – сухое формование. Раствор ацетата продавливается через отверстия фильеры (устройство похоже на душ) в вертикальную трубу. Вторичный ацетат разлагается смесью ацетона с водой, триацетат – раствором метиленхлорида с метанолом. Растворитель испаряется, и получается ацетатная нить. Полученная нить подвергается процессу кручения, и ряду других процессов, в частности, для снижения электризуемости.

1)Из ацетатов целлюлозы вырабатывают главным образом комплексную нить, а также жгут (из вторичного ацетата) и в очень небольших количествах - штапельное волокно. Основной метод получения нитей - сухое формование, которое заключается в продавливании раствора ацетата через отверстия фильеры в вертикальную трубу высотой 3-6,5 м (шахту прядильной машины) с циркулирующим в ней подогретым воздухом. Растворитель вторичного ацетата - смесь ацетона с водой (95:5), триацетата - смесь метиленхлорида с этанолом или метанолом (90:10).

Основные стадии процесса:

1) приготовление формовочного раствора, введение в него матирующих агентов или красителей, фильтрование. освобождение от пузырьков воздуха;

2) формование волокна (нити);

3) обработка свежесформованной нити текстильно-вспомогательными веществами, кручение и другие операции, необходимые для снижения электризуемости нити и облегчения ее дальнейшей переработки.

При формовании нитей из вторичного ацетата целлюлозы 25%-ный раствор, нагретый до 70-80°С, продавливают через отверстия (обычно 12^40) фильеры под давлением около 2,5 МПа. При подаче воздуха по противоточной схеме температура в верхней части шахты составляет 45-55°С, в нижней -75-85 °С, при прямоточной подаче - соответственно 40 + 2 и 58±2°С. Скорость формования составляет 500-1200 м/мин. Волокно, из которого изготовляют жгут, формуют через фильеры с 70-140 отверстиями со скоростью 500-700 м/мин при температуре в верхней, нижней и средней частях шахты соотв. 50-55, ок. 80 и ок. 90 °С.

Триацетатную нить получают из ~20%-ных растворов, нагретых до 45-50°С, при давлении около 1,5 МПа и скорости 500-700 м/мин. В случае прямоточной подачи воздуха температура в верхней и нижней частях шахты составляет соответственно 30-35 и 50-70 °С.

Условие рентабельности производства ацетатных волокон из растворов - возможно более полная регенерация растворителя (процесс включает адсорбцию паров растворителя на активном угле. десорбцию и разделение конденсата ректификацией). Ректификация- один из способов разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. В небольших количествах триацетатную нить получают также формованием из расплава при 310-320°С и скорости 700-900 м/мин. Метод наиболее экономичен (исключаются стадии приготовления раствора и регенерации растворителя), однако требует применения полимеров с высокой термической устойчивостью.

Мокрое формование ацетатных волокон (продавливание прядильного раствора через отверстия фильеры в жидкость. вызывающую осаждение полимера) используют для получения штапельного и жгутового волокон. В этих случаях потеря производительности, обусловленная низкой скоростью формования (20-25 м/мин), может быть компенсирована применением фильер с большим числом (15-20 тыс.) отверстий. Для формования можно использовать растворы, образующиеся при ацетилировании целлюлозы (так называемые сиропы). Несмотря на ряд существенных недостатков (необходимость применения и последующей регенерации больших объемов растворителей, низкая скорость, многостадийность), этот метод целесообразно использовать для получения высокопрочных нитей (последующим омылением и вытягиванием таких нитей может быть, в частности, получен исходный материал для рассасывающихся шовных медицинских нитей).

Методом сухо-мокрого, мокрого или сухого формования, а также формованием пластифицированного полимера с использованием специальных фильер, в отверстиях которых имеются иглы или капилляры, получают ацетатные волокна с непрерывным каналом в центре (полые волокна).

Свойства. Линейная плотность нитей составляет 5,7-22,2 (чаще 8,3-11,1) текс, жгутов - ок. 5200 текс (элементарного волокна - 0,36 текс). Прочность нитей-10-14 сН/текс, относит. удлинение-20-40%, модуль упругости (при относительной влажности воздуха 65%)-3-4 ГПа (в мокром состоянии - соответственно 7-8 сН/текс, 30-50% и 1,2-2,0 ГПа). Прочность нитей, полученных мокрым формованием из концентрированных растворов (выше 30%-ных) в смеси CF₃COOH и СН₂С1₂, достигает 30-40 сН/текс при относительном удлинении 6-10% и начальном модуле упругости 13- 15 ГПа. Электрические характеристики ацетатные волокна: 10¹² Ом*см, ~5, tg -0,08.

По устойчивости к действию света и других атмосферных факторов ацетатные волокна превосходят хлопок, натуральный шелк, шерсть, гидратцеллюлозные и поликапроамидные волокна, но уступают полиакрилонитрильным и полиэфирным (светостойкость триацетатного волокна заметно выше, чем ацетатного). Ацетатные волокна устойчивы к действию растворителей, применяемых при химической чистке (уайт-спирит, трихлори тетрахлорэтилен Х СС1₄, высших спиртов; незначительно набухают в низших спиртах, растворимы в ацетоне, СН₃СООН и НСООН, диоксане, нитрометане, ДМФА, диметилацетамиде, N-метил пирролидоне, СН₂С1₂, СНС1₃, разрушаются в концентрированных растворах минеральных кислот и щелочей. По стойкости к действию микроорганизмов и насекомых ацетатные волокна (особенно триацетатные) превосходят природные и гидратцеллюлозные.

Достоинства ацетатных нитей и изделий из них - приятный внешний вид; по грифу эти нити ближе, чем нити из других химических волокон, к натуральному шелку. Ткани из ацетатных волокон хорошо драпируются; триацетатные ткани, подвергнутые термообработке (1 мин при 210-230 °С на воздухе или 10 мин при 110-130°С в среде водяного пара), несминаемы и формоустойчивы. Максимальная температура глажения ацетатных тканей 180°С, термообработанных триацетатных - 240°С. Основные недостатки ацетатных волокон: низкая устойчивость к истиранию, электризуемость, малая гигроскопичность (триацетатные ткани), деформируемость (ацетатные ткани). Снижение электризуемости, улучшение гигиенических свойств и некоторое повышение износоустойчивости изделий из триацетатных нитей достигается омылением ацетильных групп на поверхности нитей в щелочной среде.

2) Сырьем для производства ацетатного волокна служит хлопковая или высококачественная древесная целлюлоза. Целлюлоза (-C₆H₁₀O₅-)_n обрабатывается уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты как катализатора и уксусной кислоты как растворителя образующейся ацетилцеллюлозы. Полученный первичный ацетат (триацетилцеллюлоза) омыляют в присутствии уксусной и серной кислот добавлением небольшого количества воды, получают вторичный ацетат (диацетилцеллюлозу), который затем растворяют в смеси ацетона (95 %) с водой (5 %) и получают прядильный раствор. Для приготовления прядильного раствора вторичный ацетат растворяют в смеси органических растворителей; чаще всего это смесь ацетона и спирта в отношении 85: 15. Получается вязкий 20—24%-ный раствор, из которого после трехкратной фильтрации и удаления пузырьков воздуха формуется ацетатная нить.Формование ведут по сухому способу, особенность которого заключается в том, что при нем не происходит никаких химических процессов.
Прядильный раствор продавливается через фильеру 1 (рис. 15), имеющую 24 - 120 отверстий диаметром 0,07 - 0,08 мм, и в виде тонких струек попадает в шахту 2 с паровоздушной смесью температурой 50 - 85'С. Под действием высокой температуры ацетон испаряется из струек раствора, и они затвердевают, превращаясь в нити. Затем нити проходят охладительную камеру 3, замасливаются (для снижения их электризуемости при переработке) и наматываются на бобину 4. Скорость формования волокон 250 - 600 м/мин. Ацетатные нити не требуют никакой отделки, кроме крутки. Они могут быть получены в окрашенном виде, если для производства ацетатного волокна использовать окрашенную целлюлозу или если в прядильный раствор ввести соответствующие красители.
При производстве штапельного ацетатного волокна используют фильеры, имеющие около 200 отверстий. Скорость формования 300 - 350 м /мин. Полученные жгутики волокон пропускают через гофрировочный станок для придания им извитости, а затем разрезают на участки определенной длины - штапельки.

Строение ацетатного волокна. Ацетатные волокна имеют на поверхности продольные штрихи, более крупные, чем на вискозных нитях. Волокна гладкие, чем объясняется скользкость тканей и смещение нитей в них. Ацетатные волокна более тонкие, чем вискозные, поэтому блеск их более приятный, напоминает блеск натурального шелка. Могут быть получены профилированные ацетатные нити, дающие искристый блеск, увеличивающие объемность и сцепляемость, уменьшающие теплопроводность.

В промышленности нити данного волокна получают из твердого, малоактивного вещества, получаемого из природной древесины - целлюлозы. Это химически довольно сложный процесс. Общую целлюлозу сначала превращают в триацетилцеллюлозупутем химической реакции с уксусным альдегидом. А затем обрабатывают дихлорэтаном в присутствии этилового спирта. В результате этой реакции твердые шарики триацетилцеллюлозы размягчаются и получившуюся массу пропускают тонкие отверстия в металлической пластине при небольшом нагревании и давлении. На получившиеся очень тонкие нити действуют воздушным потоком и при этом испаряется этилдихлорэтановый эфир. И мягкие нити застывают вновь становясь твердыми и прочными.Ацетатное волокно очень чувствительно к воздействию растворов щелочей, которые могут вызвать гидролиз эфирных связей — омыление волокна, что приводит к превращению ацетилцеллюлозы в гидратцеллюлозу и потере положительных свойств ацетатного волокна.

Химизм промышленного способа получения волокна:

1. Структурный вид молекулы целлюлозы

2. Получение этилдихлорэтанового эфира.

	OН		O -		O - CH2 Cl
	/		/		/
H3C - HC	+ CH2Cl2	==> H3C - HC	+ CH2Cl ^o + HCl	==> H3C - HC	+ HCl
	\		\		\
	Н		Н		Н
	этиловый спирт		дихлорэтан

3. Получение мягкой массы, состоящей из отдельных молекул тринитроацетилцеллюлозы, обработанной спиртом в присутствии дихлорэтана:

		O - CH2Cl
		/
+ 2 H3C - HC		==>
		\
		Н

==>

+ HCl

Все, казалось бы, просто и совершенно чисто. Но тот, кто так рассуждает, к сожалению, ошибается.

Оказывается, эфир с нитей волокна испаряется не полностью, частично оседая. И все бы ничего, да в формуле этилдихлорэтанового эфира присутствует молекула хлора. Причем, слабосвязанная с молекулами самого волокна. Одевая одежду из ацетатного волокна, ваша кожа неминуемо соприкаснется с тканью и активный хлор моментально вступит в реакцию с кожей. Частично прореагировав, он попадет в кровь и соединится с ионами металлов, там присутствующих, и в таком виде, уже навсегда, останется в организме. И пусть доля его поступления в кровь незначительна, но ведь за долгое время может накопиться смертельная доза этого активнейшего химического элемента.

На первый взгляд, все кажется просто, необходимо заменить способ производства ацетатных тканей. Но вот в этом и вся суть.

Дело в том, что для того, чтобы размягчить триацетилцеллюлозу, невозможно использовать температуру и различного рода растворители, так как это химически малоактивное вещество, да еще к тому же мгновенно разрушающееся уже при 300^oC.

Многократными экспериментами был найден один единственный путь - это сначала радикально расщепить молекулы вещества, а затем соединить их в виде длинной полимерной цепочки, насчитывающей около миллиона звеньев. Такой процесс могут произвести только лишь химически очень активные элементы, такие как Cl, N, I и др.

Далее будет предложен новый подход к задаче путем применения химически активного, но безвредного газа озона (O₃).

Новый - экологически чистый - способ получения ацетатного волокна:

1. Распределение электронных плотностей в молекуле тринитроацетилцеллюлозы.

2. При действии озоном на молекулу, от нее отрывается водород и происходит смещение электронных плотностей.

Данная молекула станет нейтральной только в том случае, если от нее сначала отнять два электрона, а затем добавить один.

Этого можно достичь путем как бы распятия данной молекулы на мелкой металлической сетке, по которой циркулирует постоянный электрический ток. Эта цель достигается в главной установке
для получения волокна.

Необходимый для работы главной установки озон, получается в озонаторе.

Здесь происходит следующая реакция под действием электрических разрядов:

2 O ₂ + O ₂ = 2 O ₃

Но, так как озон в реакциях непосредственно не участвует, а участвует атомарный кислород, который очень легко получается из озона, то необходимо устройство, которое улавливало бы реакционноспособный атомарный кислород. Такое устройство называется электроразделитель:

Точно по такому же принципу, лишь с небольшими конструктивными отличиями, работает другая установка, служащая для получения катионов водорода из молекулярного водорода.

Для получения водорода используется электропечь.

При действии водяного пара природный газ, а точнее метан (CH ₄), расщепляется на угарный газ (СО) и чистый водород Н₂.

	t
СH 4 + H 2O	<==>	CO­ + 3 H 2­
	> 500 ^o

Далее угарный газ окисляется до оксида углерода IY (CO ₂) и идет на дальнейшую переработку.

1. Способ - это рассеивание в малых пропорциях на большом участке леса в несколько сот гектар.

2. Присоединение к данному производству еще одного в котором либо необходим угарный газ, либо необходим углекислый газ (естественно еще одно производство должно быть переоборудовано на безотходное).

И последняя установка - это конденсатор, где происходит образование чистейшей воды из гидроксильной группы OH ^-, образовавшейся в главной установке, и катиона H ⁺

Краткое описание процесса получения волокна:

1. Получение озона и его разложение на атомный кислород.

2. Получение водорода молекулярного.

3. Получение атомарного водорода.

4. Расщепление молекул тринитроацетилцеллюлозы, пропускание их через устройство, вытягивание нити и ее затвердевание путем обдува атомарным водородом.

5. Получение воды.

6. Удаление СО ­ и СO ₂ ­.

Так же сырьем для получения этих волокон является облагороженная древесина или хлопковый пух. Целлюлозу растворяют в смеси уксусного ангидрида, уксусной и серной кислоты. Полученный триацетат частично омыляют, растворяют в смеси ацетона и спирта и продавливают через фильтры. Формуют волокно сухим способом (в потоке горячего воздуха).

Дата добавления: 2015-07-16