Viskose fiber

Viskosefiber (fra latin viscosus - klæbrig) - en kunstig fiber opnået ved forarbejdning af naturlig cellulose . Det fremstilles i form af tekstil- og snoretråde og korte fibre.

Viskosefibre er en af ​​de første menneskeskabte fibre, der fandt praktisk anvendelse: Processen til fremstilling af viskosefibre blev udviklet i slutningen af ​​det 19. århundrede og bruges stadig i dag med minimale ændringer. Processen med at opnå viskosefiber består af følgende trin:

Viskosefiber farves let med farvestoffer til naturlige fibre ( bomuld , hør ), hygroskopisk , som bestemmer stoffets høje hygiejniske kvaliteter fra det, og på grund af tilgængeligheden af ​​råmaterialer og reagenser , der bruges i produktionen, er det relativt billigt.

Ulemperne ved viskosefibre omfatter let rynkning, betydeligt tab af vådstyrke og utilstrækkelig modstandsdygtighed over for slid. Disse mangler kan til en vis grad elimineres ved efterfølgende ændringer og behandling.

Historie

Processen med at regenerere cellulose fra en opløsning ved at tilsætte syre til dens koncentrerede ammoniumkobber (det vil sige indeholdende kobbersulfat og ammoniumhydroxid) vandige opløsning blev beskrevet af den engelske videnskabsmand John Mercer ( Eng.  John_Mercer ) omkring 1844 . Men den første industrielle anvendelse af denne metode, som lagde grundlaget for industrien af ​​kobber-ammoniakfibre, tilskrives E. Schweitzer (1857), og dens videre udvikling er M. Kramer og I. Schlossbergers fortjeneste (1858). . Og først i 1892 opfandt Cross, Bevin og Beadle i England en proces til at opnå viskosefibre: en viskøs (hvorfra navnet viskose) vandig opløsning af cellulose blev opnået efter at have behandlet cellulose først med en stærk opløsning af natriumhydroxid , som gav "sodavand cellulose", og derefter med carbondisulfid (CS 2 ), hvilket resulterer i et opløseligt cellulosexanthat. Ved at presse en dryp af denne "snurrende" opløsning gennem en spindedyse med et lille rundt hul ned i et syrebad, blev cellulosen regenereret i form af en viskosefiber. Når opløsningen presses ned i det samme bad gennem en matrice med en smal spalte, opnås en film, kaldet cellofan .
Jacques Brandenberger , der var involveret i denne teknologi i Frankrig fra 1908 til 1912, var den første til at patentere en kontinuerlig proces til fremstilling af cellofan.

Den 30. september 1902 blev kunstsilke ( viscose ) patenteret .[ af hvem? ] .

I USSR begyndte den første produktion af viskosefibre at dukke op i 1927 - i byerne Mytishchi , Leningrad , Mogilev og Klin [1] . Designet af virksomheder blev udført af Statens Designinstitut GIPROIV [2] .

Udvalg af viskosefibre

Afhængigt af formålet fremstilles viskosefibre i form af gennemgående tråde (tekstil og teknisk f.eks. ekstra stærk ledning) eller stabelfibre af forskellige typer: regelmæssig styrke, høj styrke, krympet og polynose (bomuldslignende). En særlig gruppe består af modificerede viskosefibre til specielle formål: øget kemisk resistens, ionbytning, bakteriedræbende, hæmostatiske og andre, samt viskosefilm.

Strukturen og egenskaberne af viskosefibre

Viskosefiber er en kunstig kemisk fiber fremstillet af hydreret cellulose, det vil sige en af ​​de strukturelle modifikationer af fibercellulose fra en opløsning. Hydreret cellulose adskiller sig fra naturlig cellulose ved sin øgede hygroskopicitet , sorptionsegenskaber og større evne til at hydrolysere , esterificere og oxidere . Den gennemsnitlige polymerisationsgrad af hydratiseret cellulose i viskosefibre varierer fra 300 til 600, hvilket svarer til en molekylvægt på 49.000-98.000. Under dannelsen af ​​viskosefiber dannes supramolekylære strukturer i den, hvis type afhænger af dannelsesbetingelserne (egenskaber ved viskosespindemassen, sammensætningen af ​​udfældningsbadet osv.). De fysiske og mekaniske egenskaber af viskosefibre (VV) er i høj grad bestemt af strukturen af ​​deres ydre skal, hvori cellulosehydrat indeholder en betydelig mængde tværbindinger, hvilket giver fibrene øget styrke. Densiteten af ​​viskosefibre er omkring 1,5 kg/m^2. [ specificer ] Viskosefibre er ikke termoplastiske og kan bruges i kort tid uden tab af mekaniske egenskaber ved en temperatur på 100-120 °C. Modstandsdygtig over for vand og upolære organiske opløsningsmidler (benzin, benzen), hvori de ikke svulmer. Under påvirkning af koncentrerede mineralsyrer ved normal temperatur og fortyndede syrer, når de opvarmes, såvel som alkalier i nærvær af atmosfærisk oxygen, undergår de ødelæggelse. De kvælder kraftigt i fortyndede alkaliopløsninger og opløses i en kobber-ammoniakopløsning. Viskosefibre er ustabile over for virkningen af ​​mikroorganismer , der forårsager deres ødelæggelse.

Henter

Kerneteknologi

Fremstillingen af ​​viskosefibre består af to på hinanden følgende trin: opnåelse af en spindemasse - viskose og spinding af fiberen. Det anvendte råmateriale er træmasse indeholdende 95-99% af den højmolekylære fiberdannende fraktion med en polymerisationsgrad på 800-1100.

Indhentning af viskose

At opnå viskose omfatter følgende operationer:

  • Adskillelse af cellulose fra træ . Da træmasse kun udgør halvdelen af ​​massen, udvindes papirmassen først. For at gøre dette anbringes træet i en opløsning af calciumhydrosulfit og koges under tryk i lukkede kedler i 24 timer. I dette tilfælde ødelægges bindingerne mellem cellulosefibrene. Vand tilsættes derefter til papirmassen og påføres transportøren. Derefter tørres det og skæres i plader. Det viser sig sulfitcellulose, som bruges både til fremstilling af papir og til fremstilling af viskose [3] .
  • Behandling af cellulose med 20 % natriumhydroxidopløsning (mercerisering) i 5–115 minutter ved en temperatur på +45…+60 °C. I dette tilfælde dannes en additiv forbindelse af cellulose med alkali: (alkalisk cellulose) (a) og cellulosealkoholater (b). Samtidig med reaktionerne (a) og (b) sker der under mercerisering kvældning af cellulose og opløsning af hemicelluloser, hvilket bidrager til diffusionen af ​​esterificeringsmidlet ind i fiberen under den efterfølgende xantogenering af alkalisk cellulose.
  • Klem suspensionen for at fjerne overskydende natriumhydroxidopløsning på pressepressen til ekstraktionsgraden (masseforhold mellem presset alkalicellulose og suspension) 0,33-0,36.
  • Formaling af presset alkalisk cellulose.
  • Oxidativ nedbrydning (formodning) af alkalisk cellulose på grund af dens oxidation med atmosfærisk ilt på en transportør eller i specielle apparater i 1,5-2 timer ved en temperatur på +50…+60 °C. I processen med formodning falder polymerisationsgraden af ​​cellulose til 400-600.
  • Xantogenering. Xantogeneringsprocessen består i at behandle alkalisk cellulose med kulstofdisulfid , og en ny kemisk forbindelse dannes - cellulosexanthat, som kan opløses i en fortyndet opløsning af natriumhydroxid.
  • Oversættelse af cellulose til opløsning, opnåelse af viskose. Som et resultat af forarbejdning af cellulose med en koncentreret opløsning af natriumhydroxid og carbondisulfid i de foregående trin opnår den evnen til at gå i opløsning, hvilket er nødvendigt for fiberdannelse. Cellulose opløses i en 4% natriumhydroxidopløsning og opbevares i flere dage, hvorved det "modner" - der opnås viskose [3] .

Alkalisk cellulosexantogenering udføres i hermetisk lukkede enheder med periodisk virkning - xantogenatorer. Xanthogenatoren er udstyret med en kølekappe, inde i den er der en vandret omrører, læsse- og aflæsningsluger, sikkerhedsventiler på kroppen. Kommunikation for kulstofdisulfid , vand , alkali , nitrogen , opsugning af kulstofdisulfiddampe og skabelse af et vakuum er blevet tilsluttet .

2200 kg alkalisk cellulose fyldes i xanthogenatoren ved hjælp af pneumatisk transport fra en vejetragt. Efter påfyldning bringes alkalisk cellulose til den oprindelige xantogeneringstemperatur på +18 ... +22 °С ± 0,5 °C ved at tilføre underafkølet vand til xantogenatorkappen om sommeren og flodvand om vinteren. Når den oprindelige temperatur for xantogenering er nået, tilføres carbondisulfid i xantogenatoren i en mængde på 30 ... 36 % af massen af ​​alfa-cellulose.

Begyndelsen af ​​tilførslen af ​​carbondisulfid betragtes som begyndelsen på xantogeneringsprocessen, som varer 60-75 minutter. Når xantogeneringsprocessen er afsluttet, føres opløsningsmiddelalkali, afkølet til +5 ± 1 °C, ind i xantogenatoren gennem tælleren i den mængde, der er bestemt ved beregning. Af den beregnede mængde er 1000-1500 liter opløsningsmiddelalkali tilbage til vask af xantogenatoren efter aflæsning.

Fiberspinding

Efter modtagelse af viskosen spindes fiberen. For at gøre dette filtreres viskose i spinderiet og passerer gennem spindedyser - metalhætter med mange små huller, der kommer ind i udfældningsbadet, for eksempel med svovlsyre, hvor xanthat, som var nødvendigt for at overføre cellulose til opløsning, hydrolyseres og cellulose dannes igen, men allerede i form af lange fibre. Fibrene fra en spindedyse kombineres på en eller anden måde til en tråd. For at opnå korte fibre skæres trådene i små stykker [3] .

Teknologi til fremstilling af viskosefibre på en semi-kontinuerlig måde

En helt anden mulighed for at opnå tynde viskose tekstilgarner er vist ved at bruge et semi-kontinuerligt princip, der implementerer højhastigheds vådspinding.

Andre teknologier til at opnå viskosefibre

Lyocell

At opnå viskosefibre ( lyocell ) blev muligt baseret på processerne med direkte opløsning af cellulose i N-methyl-morpholin-N-oxid (NMMO) [4] [5] .

Produktionen af ​​viskosefibre ved MMO-processen baseret på cellulosecarbamat i industriel skala begyndte i 1992 af Courtaulds, Storbritannien, som producerede de første 18 tusinde tons af denne fiber. Færdig hydreret cellulose kom ind på markedet under forskellige navne, der blev tildelt det af mærkeejere: lyocell (lyocell) eller lyocell i engelsk udtale, newcell (newcell), tencel (tencel), orcell (orcell).

Den teknologiske proces med at opnå viskosefibre ved hjælp af MMO-metoden består af følgende hovedfaser [6] :

  1. Fremstilling af cellulose (knusning og opnåelse af papirmasse eller pulver, afhængigt af teknologien).
  2. Tilsætning af methylmorpholinoxid (MMO) til cellulosemasse eller pulver.
  3. Blanding i en ekstruder opvarmet til +100 °C.
  4. Tilførsel af opløsningen til fældningsbadet, efterfulgt af farvning og tørring.

Fordelene ved denne proces og det resulterende materiale:

  • øget vådstyrke;
  • kompatibilitet med hele udvalget af naturlige og syntetiske fibre;
  • god og stabil farvning af fiberen, speciel glans som følge af farvning;
  • miljøvenlig produktionsteknologi;
  • pålidelighed i at bære materialer baseret på denne fiber;
  • lige effektiv brug i produktionen af ​​vævede og ikke-vævede materialer;
  • høje forbrugeregenskaber, der ligner egenskaberne af bomuldsfibre, og endda overstiger dem med hensyn til styrke, farvekvalitet og overfladeeffekter;
  • taktil effekt af naturlig silke, på trods af at denne fiber er mere hygroskopisk end naturlig silke.

Ulemperne omfatter:

  • øget fibrillering af fibre, som hovedsageligt fjernes af formaldehydmidler, som ikke altid opfylder sanitære og hygiejniske standarder, på den anden side øger fibrenes omkostninger ved at reducere fibrillering mekanisk eller ved hjælp af enzymbehandling;
  • høje omkostninger ved licenser;
  • høje omkostninger for færdige fibre.
Siblon

Siblon - high-modulus viskose fiber (VVM), forbedret viskose, udviklet af VNIIIVproekt . Siblon blev opfundet i 1970'erne og blev produceret på Sibvolokno-fabrikken i byen Zelenogorsk (Krasnoyarsk-territoriet) indtil begyndelsen af ​​2000'erne af nåletræ. Siblon er omkring halvanden gang stærkere end viskose, den er mere hygroskopisk og modstandsdygtig over for alkalier, stoffer fra siblon krymper og rynker mindre [7] .

Ansøgning

Viskosefibre har et godt udseende, er let at farve, har bedre hygiejniske kvaliteter end syntetiske fibre, har tilstrækkelig høj styrke og træthedsegenskaber og er relativt billige. Som følge heraf er viskosefibre meget udbredt til produktion af forbrugertekstilstoffer og en bred vifte af tekniske produkter. Viskosefilm ( cellofan ) har en høj damp- og fugtbestandighed, er modstandsdygtig over for fedtstoffer og olier, som følge heraf bruges som emballagemateriale.

Noter

  1. Del I. Fabrik "Klinvolokno" - fabriksnummer 507 (1929-1945). Produktion af viskosespole  : [ bue. 31. oktober 2010 ] // Kronik om Klinvolokno-virksomheden.
  2. Historie: [ arch. 29. november 2010 ] // GIPROIV. - OJSC "GIPROIV".
  3. 1 2 3 Tsvetkov L. A. Kunstige og syntetiske fibre // Læsebog om organisk kemi. Studiehjælp. - M .: Uddannelse , 1975. - S. 196-209 .
  4. Perepelkin K. E. Lyocell-fibre baseret på direkte opløsning af cellulose i N-methyl-morpholin-N-oxid: udvikling og udsigter Arkivkopi af 13. december 2009 på Wayback Machine
  5. Gubina S., Stokozenko V. Viscose og lyocell: to udførelsesformer af cellulose // Science and Life. nr. 1, 2007. . Dato for adgang: 6. februar 2013. Arkiveret fra originalen 26. juli 2013.
  6. Marini M., Firgo G., Able M. Lyocell fiber fra Lenzing // Chemical fibers. nr. 1, 1996, s. 27-30
  7. Nasonova A. Siblon: fiber fra et juletræ  // Chemistry and Life  : Journal. - 1997. - Nr. 1 . - S. 36-37 . Arkiveret fra originalen den 4. marts 2016.

Litteratur

  • Radishevsky, M. B., Kalacheva, A. V., Serkov, A. T., Kiseleva N. O. Semi-kontinuerlig metode til fremstilling af viskose tekstilgarn. — Kemiske fibre. - nr. 6, 2003. - S. 15-17.