Viskoosikuitu

Viskoosikuitu (latinan sanasta Viscosus - tahmea) - keinotekoinen kuitu, joka saadaan käsittelemällä luonnollista selluloosaa . Sitä valmistetaan tekstiili- ja nauhalankojen sekä katkokuitujen muodossa.

Viskoosikuitu on yksi ensimmäisistä tekokuiduista, joille on löydetty käytännöllistä sovellusta: viskoosikuidun valmistusprosessi kehitettiin 1800- luvun lopulla ja sitä käytetään edelleenkin vähäisin muutoksin. Viskoosikuidun valmistusprosessi koostuu seuraavista vaiheista:

Viskoosikuitu on helposti värjätty luonnonkuitujen ( puuvilla , pellava ) väriaineilla, hygroskooppinen , mikä määrää siitä kankaan korkeat hygieeniset ominaisuudet, ja tuotannossa käytettävien raaka-aineiden ja reagenssien saatavuuden vuoksi suhteellisen edullinen.

Viskoosikuidun haittoja ovat helppo rypistyminen, märkälujuuden huomattava menetys ja riittämätön kulutuskestävyys. Nämä puutteet voidaan jossain määrin poistaa myöhemmillä muutoksilla ja käsittelyllä.

Historia

Prosessin selluloosan regeneroimiseksi liuoksesta lisäämällä happoa sen väkevään ammoniumkuparin (eli joka sisältää kuparisulfaattia ja ammoniumhydroksidia) vesiliuokseen kuvasi englantilainen tiedemies John Mercer ( eng.  John_Mercer ) noin vuonna 1844 . Mutta tämän menetelmän ensimmäinen teollinen sovellus, joka loi perustan kupari-ammoniakkikuituteollisuudelle, johtuu E. Schweitzeristä (1857), ja sen jatkokehitys on M. Kramerin ja I. Schlossbergerin (1858) ansio. . Ja vasta vuonna 1892, Cross, Bevin ja Beadle Englannissa keksivät menetelmän viskoosikuidun saamiseksi: viskoosi (josta nimi viskoosi) selluloosan vesiliuos saatiin sen jälkeen, kun selluloosaa oli käsitelty ensin vahvalla natriumhydroksidiliuoksella , joka antoi "soodaa" selluloosa", ja sitten hiilidisulfidilla (CS 2 ), jolloin saadaan liukoinen selluloosaksantaatti. Puristamalla tippa tätä "pyörivää" liuosta pienellä pyöreällä reiällä varustetun kehruulaitteen läpi happokylpyyn, selluloosa regeneroitui viskoosikuidun muodossa. Kun liuos puristetaan samaan kylpyyn suulakkeen läpi, jossa on kapea rako, saadaan kalvo, jota kutsutaan sellofaaniksi .
Jacques Brandenberger , joka oli mukana tässä tekniikassa Ranskassa vuosina 1908-1912, patentoi ensimmäisenä jatkuvan sellofaanin valmistusprosessin.

30. syyskuuta 1902 keinosilkki ( viskoosi ) patentoitiin .[ kenen toimesta? ] .

Neuvostoliitossa viskoosikuitujen ensimmäinen tuotanto alkoi ilmestyä vuonna 1927 - Mytishchin , Leningradin , Mogilevin ja Klinin kaupungeissa [1] . Yritysten suunnittelusta vastasi valtion suunnitteluinstituutti GIPROIV [2] .

Valikoima viskoosikuituja

Viskoosikuituja valmistetaan käyttötarkoituksesta riippuen jatkuvina lankoina (tekstiili- ja tekninen, esim. erikoisvahva naru) tai erityyppisiä katkokuituja : tavallista lujaa, lujaa, poimutettua ja polynoosia (puuvillamainen). Erityinen ryhmä muodostuu muunnetuista viskoosikuiduista erikoistarkoituksiin: lisääntynyt kemiallinen kestävyys, ioninvaihto, bakteereja tappava, hemostaattinen ja muut, sekä viskoosikalvo.

Viskoosikuidun rakenne ja ominaisuudet

Viskoosikuitu on keinotekoinen kemiallinen kuitu, joka on valmistettu hydratoidusta selluloosasta, eli yksi kuituselluloosan rakenteellisista muunnoksista liuoksesta. Hydratoitu selluloosa eroaa luonnollisesta selluloosasta lisääntyneen hygroskooppisuuden , sorptioominaisuuksien ja paremman hydrolysoitumis- , esteröity- ja hapetuskykynsä ansiosta . Hydratoidun selluloosan keskimääräinen polymeroitumisaste viskoosikuidussa vaihtelee välillä 300 - 600, mikä vastaa 49 000 - 98 000 molekyylipainoa. Viskoosikuidun muodostuksen aikana siihen muodostuu supramolekyylisiä rakenteita, joiden tyyppi riippuu muodostumisolosuhteista (viskoosin kehruumassan ominaisuudet, saostuskylvyn koostumus jne.). Viskoosikuitujen (VV) fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet määräytyvät suurelta osin niiden ulkokuoren rakenteesta, jossa selluloosahydraatti sisältää merkittävän määrän silloituksia, mikä lisää kuiduille lujuutta. Viskoosikuidun tiheys on noin 1,5 kg/m^2. [ täsmennä ] Viskoosikuidut eivät ole kestomuovia ja niitä voidaan käyttää lyhyen aikaa ilman, että mekaaniset ominaisuudet heikkenevät 100-120 °C:n lämpötilassa. Kestää vettä ja ei-polaarisia orgaanisia liuottimia (bensiini, bentseeni), joissa ne eivät turpoa. Konsentroitujen mineraalihappojen vaikutuksesta normaalilämpötilassa ja laimennettujen happojen vaikutuksesta kuumennettaessa sekä emästen vaikutuksesta ilmakehän hapen läsnä ollessa ne tuhoutuvat. Ne turpoavat voimakkaasti laimeissa alkaliliuoksissa ja liukenevat kupari-ammoniakkiliuokseen. Viskoosikuidut ovat epävakaita mikro- organismien toiminnalle, jotka aiheuttavat niiden tuhoamisen.

Haetaan

Ydintekniikka

Viskoosikuidun valmistus koostuu kahdesta peräkkäisestä vaiheesta: kehruumassan - viskoosin - saamisesta ja kuidun kehruusta. Raaka-aineena käytetään puumassaa, joka sisältää 95–99 % korkeamolekyylipainoista kuituja muodostavaa fraktiota, jonka polymerointiaste on 800–1100.

Viskoosin saaminen

Viskoosin saaminen sisältää seuraavat toimenpiteet:

  • Selluloosan erottaminen puusta . Koska puumassa on vain puolet massasta, massa uutetaan ensin. Tätä varten puu laitetaan kalsiumhydrosulfiittiliuokseen ja keitetään paineen alaisena suljetuissa kattiloissa 24 tuntia. Tässä tapauksessa selluloosakuitujen väliset sidokset tuhoutuvat. Vettä lisätään sitten massaan ja levitetään kuljettimelle. Sen jälkeen se kuivataan ja leikataan levyiksi. Osoittautuu sulfiittiselluloosa, jota käytetään sekä paperin että viskoosin valmistukseen [3] .
  • Selluloosan käsittely 20 % natriumhydroksidiliuoksella (merserointi) 5–115 minuutin ajan +45…+60 °C lämpötilassa. Tällöin muodostuu selluloosan lisäaineyhdiste alkalin kanssa: (emäksinen selluloosa) (a) ja selluloosaalkoholaatit (b). Samanaikaisesti reaktioiden (a) ja (b) kanssa merserisaation aikana tapahtuu selluloosan turpoamista ja hemiselluloosien liukenemista, mikä edistää esteröivän aineen diffuusiota kuituun myöhemmän alkalisen selluloosan ksantogenoinnin aikana.
  • Suspension puristaminen ylimääräisen natriumhydroksidiliuoksen poistamiseksi puristuspuristimessa uuttoasteeseen (puristetun alkaliselluloosan ja suspension massasuhde) 0,33-0,36.
  • Puristetun alkalisen selluloosan jauhaminen.
  • Alkalisen selluloosan hapettava hajoaminen (esikypsyminen) sen hapettumisesta ilmakehän hapen kanssa kuljettimella tai erikoislaitteessa 1,5–2 tunnin ajan +50…+60 °C lämpötilassa. Esikypsytysprosessissa selluloosan polymeroitumisaste laskee 400-600:aan.
  • Ksantogenointi. Ksantogenointiprosessi koostuu alkalisen selluloosan käsittelemisestä hiilidisulfidilla , jolloin muodostuu uusi kemiallinen yhdiste - selluloosa-ksantaatti, joka voi liueta laimeaan natriumhydroksidiliuokseen.
  • Selluloosan muuntaminen liuokseksi viskoosin saamiseksi. Selluloosan käsittelyn seurauksena väkevällä natriumhydroksidi- ja hiilidisulfidiliuoksella edellisissä vaiheissa se saa kyvyn mennä liuokseen, mikä on välttämätöntä kuidun muodostukselle. Selluloosa liuotetaan 4-prosenttiseen natriumhydroksidiliuokseen ja säilytetään useita päiviä, minkä seurauksena se "kypsyy" - saadaan viskoosia [3] .

Alkalisen selluloosan ksantogenointi suoritetaan hermeettisesti suljetuissa säännöllisen toiminnan laitteissa - ksantogenaattoreissa. Ksantogenaattori on varustettu jäähdytysvaipalla, sen sisällä on vaakasuora sekoitin, lastaus- ja purkuluukut, varoventtiilit rungossa. Hiilidisulfidin , veden , alkalin , typen , hiilidisulfidihöyryjen imemisen ja tyhjiön luomisen yhteydet on kytketty .

2200 kg alkalista selluloosaa ladataan ksantogenaattoriin pneumaattisella kuljetuksella punnitusastiasta. Latauksen jälkeen alkalinen selluloosa saatetaan ksantogenoinnin alkulämpötilaan +18 ... +22 °С ± 0,5 °C syöttämällä alijäähdytettyä vettä ksantogenaattorin vaippaan kesällä ja jokivettä talvella. Kun ksantogenoinnin alkulämpötila saavutetaan, hiilidisulfidia syötetään ksantogenaattoriin 30 - 36 % alfaselluloosan massasta.

Hiilidisulfidin toimituksen alkamista pidetään ksantogenointiprosessin alkamisena, joka kestää 60-75 minuuttia. Ksantogenointiprosessin päätyttyä ksantogenaattoriin syötetään +5 ± 1 °C:seen jäähdytettyä liuotinalkaa laskurin kautta laskennallisesti määritetty määrä. Lasketusta määrästä 1000-1500 litraa liuotinemästä jätetään ksantogenaattorin pesuun purkamisen jälkeen.

Kuidun kehruu

Viskoosin vastaanottamisen jälkeen kuitu kehrätään. Tätä varten kehruupajassa viskoosi suodatetaan ja johdetaan kehruurenkaiden - metallikorkkien, joissa on monia pieniä reikiä, läpi, jotka joutuvat saostushauteeseen, esimerkiksi rikkihapolla, jossa ksantaatti, jota tarvittiin selluloosan siirtämiseen liuokseen, hydrolysoituu. ja selluloosaa muodostuu uudelleen, mutta jo pitkien kuitujen muodossa. Yhden kehruulangan kuidut yhdistetään jollain tavalla yhdeksi langaksi. Katkokuitua varten langat leikataan pieniksi paloiksi [3] .

Tekniikka viskoosikuidun valmistukseen puolijatkuvasti

Täysin erilainen mahdollisuus saada ohuen alueen viskoositekstiililankoja on esitetty käyttämällä puolijatkuvaa periaatetta, joka toteuttaa nopean märkäkehruun.

Muut tekniikat viskoosikuidun saamiseksi

Lyocell

Viskoosikuitujen ( lyocell ) saaminen mahdollisti selluloosan suoran liukenemisprosesseilla N-metyylimorfoliini-N-oksidiin (NMMO) [4] [5] .

Viskoosikuitujen tuotannon MMO-prosessilla, joka perustuu selluloosakarbamaattiin teollisessa mittakaavassa, aloitti vuonna 1992 Courtaulds, Iso-Britannia, joka tuotti ensimmäiset 18 tuhatta tonnia tätä kuitua. Valmis hydratoitu selluloosa tuli markkinoille useilla tuotemerkkien omistajien sille antamilla nimillä: lyocell (lyocell) tai lyocell englannin kielellä, newcell (newcell), tencel (tencel), orcell (orcell).

Teknologinen prosessi viskoosikuitujen saamiseksi MMO-menetelmällä koostuu seuraavista päävaiheista [6] :

  1. Selluloosan valmistus (murskaus ja massan tai jauheen saaminen tekniikasta riippuen).
  2. Metyylimorfoliinioksidin (MMO) lisääminen selluloosamassaan tai -jauheeseen.
  3. Sekoitus +100 °C:een kuumennetussa ekstruuderissa.
  4. Liuos syötetään saostushauteeseen, minkä jälkeen värjätään ja kuivataan.

Tämän prosessin ja tuloksena olevan materiaalin edut:

  • lisääntynyt märkälujuus;
  • yhteensopivuus kaikkien luonnollisten ja synteettisten kuitujen kanssa;
  • kuidun hyvä ja vakaa värjäys, erityinen kiilto värjäyksen seurauksena;
  • ympäristöystävällinen tuotantotekniikka;
  • tähän kuituun perustuvien kuluvien materiaalien luotettavuus;
  • yhtä tehokas käyttö kudottujen ja kuitukankaiden valmistuksessa;
  • korkeat kuluttajaominaisuudet, jotka ovat samanlaisia ​​kuin puuvillakuidun ominaisuudet ja jopa ylittävät ne lujuuden, värin laadun ja pintavaikutusten suhteen;
  • Luonnonsilkin kosketusvaikutus huolimatta siitä, että tämä kuitu on hygroskooppisempaa kuin luonnonsilkki.

Haittoja ovat mm.

  • kuitujen lisääntynyt fibrillaatio, joka poistetaan pääasiassa formaldehydiaineilla, mikä ei aina täytä saniteetti- ja hygieniastandardeja, toisaalta fibrilloinnin vähentäminen mekaanisesti tai entsyymikäsittelyn avulla nostaa kuitujen kustannuksia;
  • korkeat lisenssikustannukset;
  • valmiin kuidun korkeat kustannukset.
Siblon

Siblon - korkean moduulin viskoosikuitu (VVM), parannettu viskoosi, kehittänyt VNIIIVproekt . Siblon keksittiin 1970-luvulla ja sitä valmistettiin Sibvoloknon tehtaalla Zelenogorskin kaupungissa (Krasnojarskin alue) 2000-luvun alkuun saakka havupuusta. Siblon on noin puolitoista kertaa vahvempi kuin viskoosi, se on hygroskooppisempaa ja emäksiä kestävämpää, siblon-kankaat kutistuvat ja rypistyvät vähemmän [7] .

Sovellus

Viskoosikuiduilla on hyvä ulkonäkö, helppo värjäys, synteettisiä kuituja paremmat hygieniaominaisuudet, riittävän hyvät lujuus- ja väsymisominaisuudet ja ne ovat suhteellisen halpoja. Tämän seurauksena viskoosikuitua käytetään laajasti kulutustekstiilikankaiden ja monenlaisten teknisten tuotteiden valmistukseen. Viskoosikalvolla ( sellofaani ) on korkea höyryn- ja kosteudenkestävyys, se kestää rasvoja ja öljyjä, minkä seurauksena sitä käytetään pakkausmateriaalina.

Muistiinpanot

  1. ↑ Osa I. Tehdas "Klinvolokno" - tehdasnumero 507 (1929-1945). Viskoosipuolan tuotanto  : [ arch. 31. lokakuuta 2010 ] // Klinvolokno-yrityksen kronika.
  2. ↑ Historia: [ arch. 29. marraskuuta 2010 ] // GIPROIV. - OJSC "GIPROIV".
  3. ↑ 1 2 3 Tsvetkov L. A. Keinotekoiset ja synteettiset kuidut // Orgaanisen kemian lukukirja. Opiskelijatuki. - M . : Koulutus , 1975. - S. 196-209 .
  4. ↑ Perepelkin K. E. Lyocell-kuidut, jotka perustuvat selluloosan suoraan liukenemiseen N-metyylimorfoliini-N-oksidiin: kehitys ja tulevaisuudennäkymät Arkistokopio 13. joulukuuta 2009 Wayback Machinessa
  5. ↑ Gubina S., Stokozenko V. Viskoosi ja lyocell: kaksi selluloosan suoritusmuotoa // Tiede ja elämä. Nro 1, 2007. . Käyttöpäivä: 6. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 26. heinäkuuta 2013.
  6. ↑ Marini M., Firgo G., Able M. Lyocell fiber from Lenzing // Chemical fibers. nro 1, 1996, s. 27-30
  7. ↑ Nasonova A. Siblon: kuitua joulukuusesta  // Chemistry and Life  : Journal. - 1997. - Nro 1 . - S. 36-37 . Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016.

Kirjallisuus

  • Radishevsky, M. B., Kalacheva, A. V., Serkov, A. T., Kiseleva N. O. Puolijatkuva menetelmä viskoositekstiililankojen valmistamiseksi. — Kemialliset kuidut. - Nro 6, 2003. - S. 15-17.