Viskosfiber

Viskosfiber (från latinets viscosus - klibbig) - en konstgjord fiber som erhålls genom bearbetning av naturlig cellulosa . Den tillverkas i form av textil- och sladdtrådar och stapelfibrer.

Viskosfiber är en av de första konstgjorda fibrerna som fick praktisk tillämpning: processen för tillverkning av viskosfiber utvecklades i slutet av 1800-talet och används fortfarande idag med minimala modifieringar. Processen för att erhålla viskosfiber består av följande steg:

Viskosfiber är lätt färgad med färgämnen för naturliga fibrer ( bomull , linne ), hygroskopisk , vilket bestämmer tygets höga hygieniska egenskaper från det, och på grund av tillgången på råvaror och reagens som används i produktionen, är det relativt billigt.

Nackdelarna med viskosfiber inkluderar lätt skrynkling, betydande förlust av våtstyrka och otillräcklig motståndskraft mot nötning. Dessa brister kan till viss del elimineras genom efterföljande modifieringar och bearbetning.

Historik

Processen att regenerera cellulosa från en lösning genom att tillsätta syra till dess koncentrerade ammoniumkoppar (det vill säga innehållande kopparsulfat och ammoniumhydroxid) vattenlösning beskrevs av den engelske vetenskapsmannen John Mercer ( Eng.  John_Mercer ) omkring 1844 . Men den första industriella tillämpningen av denna metod, som lade grunden för industrin av koppar-ammoniakfiber, tillskrivs E. Schweitzer (1857), och dess vidare utveckling är M. Kramer och I. Schlossbergers (1858) förtjänst. . Och först 1892 uppfann Cross, Bevin och Beadle i England en process för att erhålla viskosfiber: en trögflytande (där namnet viskos) vattenlösning av cellulosa erhölls efter att ha behandlat cellulosa först med en stark lösning av natriumhydroxid , vilket gav "soda cellulosa", och sedan med koldisulfid (CS2 ) , vilket resulterar i ett lösligt cellulosaxantat. Genom att pressa en rännel av denna "snurrande" lösning genom en spinndysa med ett litet runt hål in i ett syrabad, regenererades cellulosan i form av en viskosfiber. När lösningen pressas ner i samma bad genom ett munstycke med en smal slits erhålls en film som kallas cellofan .
Jacques Brandenberger , som var involverad i denna teknik i Frankrike från 1908 till 1912, var den första som patenterade en kontinuerlig process för att tillverka cellofan.

Den 30 september 1902 patenterades konstsilke ( viskos ) .[ av vem? ] .

I Sovjetunionen började den första produktionen av viskosfibrer dyka upp 1927 - i städerna Mytishchi , Leningrad , Mogilev och Klin [1] . Designen av företag utfördes av det statliga designinstitutet GIPROIV [2] .

Utbud av viskosfibrer

Beroende på syfte framställs viskosfibrer i form av sammanhängande trådar (textil och teknisk t.ex. extra stark sladd) eller stapelfibrer av olika slag: regelbunden styrka, höghållfasthet, krusad och polynos (bomullsliknande). En speciell grupp består av modifierade viskosfibrer för speciella ändamål: ökad kemisk resistens, jonbyte, bakteriedödande, hemostatiska och andra, samt viskosfilm.

Strukturen och egenskaperna hos viskosfiber

Viskosfiber är en konstgjord kemisk fiber gjord av hydratiserad cellulosa, det vill säga en av de strukturella modifieringarna av fibercellulosa från en lösning. Hydraterad cellulosa skiljer sig från naturlig cellulosa genom sin ökade hygroskopicitet , sorptionsegenskaper och större förmåga att hydrolysera , förestra och oxidera . Den genomsnittliga polymerisationsgraden av hydratiserad cellulosa i viskosfiber sträcker sig från 300 till 600, vilket motsvarar en molekylvikt på 49 000–98 000. Under bildandet av viskosfiber bildas supramolekylära strukturer i den, vars typ beror på bildningsförhållandena (egenskaper hos viskosspinningsmassan, sammansättningen av utfällningsbadet, etc.). De fysiska och mekaniska egenskaperna hos viskosfibrer (VV) bestäms till stor del av strukturen på deras yttre skal, där cellulosahydrat innehåller en betydande mängd tvärbindningar, vilket ger fibrerna ökad styrka. Viskosfiberns densitet är cirka 1,5 kg/m^2. [ specificera ] Viskosfibrer är inte termoplastiska och kan användas under en kort tid utan förlust av mekaniska egenskaper vid en temperatur på 100-120 °C. Resistent mot vatten och opolära organiska lösningsmedel (bensin, bensen), i vilka de inte sväller. Under verkan av koncentrerade mineralsyror vid normal temperatur och utspädda syror vid upphettning, såväl som alkalier i närvaro av atmosfäriskt syre, genomgår de förstörelse. De sväller kraftigt i utspädda alkalilösningar och löses upp i en koppar-ammoniaklösning. Viskosfibrer är instabila mot verkan av mikroorganismer som orsakar deras förstörelse.

Får

Kärnteknik

Framställningen av viskosfiber består av två på varandra följande steg: erhållande av en spinnmassa - viskos och spinning av fibern. Råvaran som används är trämassa som innehåller 95–99 % av den högmolekylära fiberbildande fraktionen med en polymerisationsgrad på 800–1100.

Skaffa viskos

Att få viskos inkluderar följande operationer:

  • Separering av cellulosa från trä . Eftersom trämassan endast utgör hälften av massan, utvinns massan först. För att göra detta placeras träet i en lösning av kalciumhydrosulfit och kokas under tryck i slutna pannor i 24 timmar. I detta fall förstörs bindningarna mellan cellulosafibrerna. Vatten tillsätts sedan till massan och appliceras på transportören. Efter det torkas den och skärs i ark. Det visar sig sulfitcellulosa, som används både för tillverkning av papper och för framställning av viskos [3] .
  • Behandling av cellulosa med 20 % natriumhydroxidlösning (mercerisering) i 5–115 minuter vid en temperatur av +45…+60 °C. I detta fall bildas en tillsatsförening av cellulosa med alkali: (alkalisk cellulosa) (a) och cellulosaalkoholater (b). Samtidigt med reaktionerna (a) och (b), under mercerisering, uppstår svallning av cellulosa och upplösning av hemicellulosa, vilket bidrar till diffusionen av förestringsmedlet in i fibern under den efterföljande xantogeneringen av alkalisk cellulosa.
  • Pressa suspensionen för att avlägsna överskott av natriumhydroxidlösning på presspressen till extraktionsgraden (massförhållandet mellan pressad alkalicellulosa och suspension) 0,33-0,36.
  • Malning av pressad alkalisk cellulosa.
  • Oxidativ nedbrytning (förmognad) av alkalisk cellulosa på grund av dess oxidation med atmosfäriskt syre på en transportör eller i speciell utrustning i 1,5–2 timmar vid en temperatur av +50…+60 °C. Under förmogningsprocessen minskar polymerisationsgraden av cellulosa till 400-600.
  • Xantogenering. Xantogeneringsprocessen består i att behandla alkalisk cellulosa med koldisulfid och en ny kemisk förening bildas - cellulosaxantat, som kan lösas upp i en utspädd lösning av natriumhydroxid.
  • Översättning av cellulosa till lösning, erhåller viskos. Som ett resultat av att bearbeta cellulosa med en koncentrerad lösning av natriumhydroxid och koldisulfid i de tidigare stegen, förvärvar den förmågan att gå i lösning, vilket är nödvändigt för fiberbildning. Cellulosa löses i en 4% natriumhydroxidlösning och hålls i flera dagar, som ett resultat av vilket det "mognar" - viskos erhålls [3] .

Alkalisk cellulosaxantogenering utförs i hermetiskt förseglade enheter med periodisk verkan - xantogenatorer. Xantogenatorn är utrustad med en kylmantel, inuti den finns en horisontell omrörare, lastnings- och avlastningsluckor, säkerhetsventiler på kroppen. Kommunikationer för koldisulfid , vatten , alkali , kväve , uppsugning av koldisulfidångor och skapande av ett vakuum har kopplats in .

2200 kg alkalisk cellulosa laddas i xantogenatorn med pneumatisk transport från en vägningsbehållare. Efter laddning bringas alkalisk cellulosa till den initiala xantogeneringstemperaturen på +18 ... +22 °С ± 0,5 °C genom att tillföra underkylt vatten till xantogenatormanteln på sommaren och flodvatten på vintern. När den initiala temperaturen för xantogenering uppnås, tillförs koldisulfid i xantogenatorn i en mängd av 30 ... 36 % av massan av alfa-cellulosa.

Början av tillförseln av koldisulfid anses vara början på xantogeneringsprocessen, som varar 60-75 minuter. När xantogeneringsprocessen är avslutad matas lösningsmedelsalkali, kylt till +5 ± 1 °C, in i xantogenatorn genom räknaren i den mängd som bestäms genom beräkning. Av den beräknade mängden finns 1000-1500 liter lösningsmedelsalkali kvar för tvättning av xantogenatorn efter avlastning.

Fiberspinning

Efter att ha mottagit viskos, spins fibern. För att göra detta, i spinneriet, filtreras viskos och passerar genom spinndysor - metallkapsyler med många små hål, som kommer in i fällningsbadet, till exempel med svavelsyra, där xantat, som behövdes för att överföra cellulosa till lösning, hydrolyseras och cellulosa bildas igen, men redan i form av långa fibrer. Fibrerna från en spinndysa kombineras till en tråd på något sätt. För att erhålla stapelfibrer skärs trådarna i små bitar [3] .

Teknik för att producera viskosfiber på ett semi-kontinuerligt sätt

En helt annan möjlighet att få fram tunna viskostextilgarn visas genom att använda en semi-kontinuerlig princip som implementerar höghastighets våtspinning.

Andra tekniker för att erhålla viskosfiber

Lyocell

Att erhålla viskosfibrer ( lyocell ) blev möjligt baserat på processerna för direkt upplösning av cellulosa i N-metyl-morfolin-N-oxid (NMMO) [4] [5] .

Tillverkningen av viskosfibrer genom MMO-processen baserad på cellulosakarbamat i industriell skala började 1992 av Courtaulds, Storbritannien, som producerade de första 18 tusen ton av denna fiber. Färdig hydratiserad cellulosa kom in på marknaden under olika namn som tilldelats den av varumärkesägare: lyocell (lyocell) eller lyocell på engelskt uttal, newcell (newcell), tencel (tencel), orcell (orcell).

Den tekniska processen för att erhålla viskosfibrer med MMO-metoden består av följande huvudsteg [6] :

  1. Beredning av cellulosa (krossning och framställning av massa eller pulver, beroende på teknik).
  2. Tillsätt metylmorfolinoxid (MMO) till cellulosamassa eller pulver.
  3. Blandning i en extruder uppvärmd till +100 °C.
  4. Tillförsel av lösningen till fällningsbadet, följt av färgning och torkning.

Fördelarna med denna process och det resulterande materialet:

  • ökad våtstyrka;
  • kompatibilitet med hela utbudet av naturliga och syntetiska fibrer;
  • god och stabil färgbarhet av fibern, speciell glans som ett resultat av färgning;
  • miljövänlig produktionsteknik;
  • tillförlitlighet i att bära material baserade på denna fiber;
  • lika effektiv användning vid produktion av vävda och ovävda material;
  • höga konsumentegenskaper, liknande egenskaperna hos bomullsfibrer, och till och med överträffar dem när det gäller styrka, färgkvalitet och yteffekter;
  • taktil effekt av naturligt siden, trots att denna fiber är mer hygroskopisk än naturligt silke.

Nackdelarna inkluderar:

  • ökad fibrillering av fibrer, som avlägsnas huvudsakligen av formaldehydmedel, som inte alltid uppfyller sanitära och hygieniska standarder, å andra sidan, reducering av fibrillering mekaniskt eller med hjälp av enzymbehandling ökar kostnaden för fibrer;
  • höga licenser;
  • hög kostnad för färdig fiber.
Siblon

Siblon - high-modulus viscose fiber (VVM), förbättrad viskos, utvecklad av VNIIIVproekt . Siblon uppfanns på 1970-talet och tillverkades vid Sibvolokno-fabriken i staden Zelenogorsk (Krasnoyarsk-territoriet) fram till början av 2000-talet av barrträ. Siblon är ungefär en och en halv gånger starkare än viskos, det är mer hygroskopiskt och resistent mot alkalier, tyger från siblon krymper och skrynklar mindre [7] .

Applikation

Viskosfibrer har ett bra utseende, är lätta att färga, har bättre hygieniska egenskaper än syntetfibrer, har tillräckligt höga hållfasthets- och utmattningsegenskaper och är relativt billiga. Som ett resultat används viskosfiber i stor utsträckning för produktion av konsumenttextiltyger och ett brett utbud av tekniska produkter. Viskosfilm ( cellofan ) har en hög ång- och fuktbeständighet, är resistent mot fetter och oljor, vilket gör att den används som förpackningsmaterial.

Anteckningar

  1. ↑ Del I. Fabrik "Klinvolokno" - fabriksnummer 507 (1929-1945). Viskosspoltillverkning  : [ arch. 31 oktober 2010 ] // Krönika om Klinvolokno-företaget.
  2. ↑ Historik: [ arch. 29 november 2010 ] // GIPROIV. - OJSC "GIPROIV".
  3. ↑ 1 2 3 Tsvetkov L. A. Konstgjorda och syntetiska fibrer // Läsbok om organisk kemi. Studiehjälp. - M . : Utbildning , 1975. - S. 196-209 .
  4. ↑ Perepelkin K. E. Lyocellfibrer baserade på direkt upplösning av cellulosa i N-metyl-morfolin-N-oxid: utveckling och framtidsutsikter Arkivexemplar av 13 december 2009 på Wayback Machine
  5. ↑ Gubina S., Stokozenko V. Viskos och lyocell: två utföranden av cellulosa // Science and Life. Nr 1, 2007. . Datum för åtkomst: 6 februari 2013. Arkiverad från originalet den 26 juli 2013.
  6. ↑ Marini M., Firgo G., Able M. Lyocell-fiber från Lenzing // Chemical fibers. nr 1, 1996, sid. 27-30
  7. ↑ Nasonova A. Siblon: fiber från en julgran  // Kemi och liv  : Journal. - 1997. - Nr 1 . - S. 36-37 . Arkiverad från originalet den 4 mars 2016.

Litteratur

  • Radishevsky, M. B., Kalacheva, A. V., Serkov, A. T., Kiseleva N. O. Halvkontinuerlig metod för framställning av viskostextilgarn. — Kemiska fibrer. - Nr 6, 2003. - S. 15-17.