Технология производства химических волокон — 3-е изд. - Ряузов A.H.
Скачать (прямая ссылка):
При применении поверхностно-активных веществ необходимо Учитывать, что многие из них нестойки в кислотах и щелочах, а Рй взаимодействии друг с другом могут образовывать нераство-
Мь'е соединения, загрязняющие технологические растворы.
лава 7
ПОЛУЧЕНИЕ ВИСКОЗНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ
7.1. ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ФОРМОВАНИИ НИТЕЙ
Формованием называется технологический процесс выделения (высаживания) из раствора или расплава полимера в форме нитей бесконечной длины.
Приготовленная к формованию вискоза по трубопроводу (вис-козопровод) под давлением подается к прядильным машинам. На прядильной машине основными элементами для формования нити являются дозирующий насос и фильера. Дозирующим насосом вискоза из вискозопровода под давлением подается к фильере, в донышке которой имеются мелкие отверстия. Вискоза вытекает из отверстий фильеры в виде тонких струек в осадительную ванну и быстро затвердевает, превращаясь из жидкости в твердое пластичное тело. Осадительной ванной называется водный раствор кислоты и ее солей. При получении вискозных нитей и волокон традиционной осадительной ванной является водный раствор H2SO4, Na2SO4 и ZnSO4.
Формование — важнейшая стадия технологического процесса, определяющая структуру нити и ее свойства. Условия формования, состав вискозы и осадительной ванны могут изменяться в широких пределах, что дает возможность получать гидратцеллюлозные нити по вискозному способу с различными физико-механическими свойствами.
Основным компонентом осадительной ванны является серная кислота. При попадании струйки вискозы в осадительную ванну серная кислота нейтрализует содержащийся в ней едкий натр:
2NaOH+ H2SO4 —> Na2SO4 + 2H2O
Поскольку едкий натр в вискозе является растворителем ксантогената целлюлозы, последний высаживается из раствора в виде ксантогенатных элементарных нитей. Одновременно серная кислота омыляет ксантогенат, в результате чего регенерируется целлюлоза:
[C6H8O4OC=S-I -MH2SO4 —>- (C6H8OiOH)n+ «NaHSO4 + «CS2 SNa Jn
Образовавшаяся в осадительной ванне нить представляет собою регенерированную целлюлозу — гидратцеллюлозу, которая по структуре и свойствам отличается от исходной целлюлозы. ПоЭ' тому нити, полученные из вискозы, называют гидратцеллюл03 ными.
При формовании волокна серная кислота разлагает побочны продукты, содержащиеся в вискозе:
тритиокарбонат:
Na2CS3+ H2SO4 —> Na2SO4 + H2S + CS2
сернистые и многосернистые соединения:
Na2S+H2SO4 —> Na2SO4 + H2S Na2S2+ H2SO4 —> Na2SO4+ H2S+ S
тиосульфат натрия:
Na2S2O3 + H2SO4 —> Na2SQ4 +H2O+ SO2+ S
Как видно из приведенных реакции, при разложении ксантогената кроме гидратцеллюлозы выделяется сероуглерод, сероводород, сернистый газ и сера.
Применение в качестве осадительной ванны разбавленной (10— 12%-ной) серной кислоты нецелесообразно, так как в таких растворах серная кислота сильно диссоциирована и вследствие этого очень быстро реагирует с едким натром и ксантогенатом целлюлозы, разлагая его с выделением гидратцеллюлозы, образующей на поверхности формующихся нитей жесткую целлюлозную пленку. Нить получается сильно набухшей и при высыхании становится хрупкой. Для получения нитей с требуемыми свойствами необходимо замедлить эти реакции, что может быть достигнуто снижением степени диссоциации кислоты'. Степень диссоциации серной кислоты может быть уменьшена при повышении ее концентрации в осадительной ванне или же при введении в раствор солей серной кислоты. Наиболее распространен последний способ: в состав осадительной ванны вводят сульфаты натрия, аммония, магния, цинка, алюминия. Сульфат натрия не только снижает степень диссоциации серной кислоты, но, являясь дегидратирующим веществом, уменьшает набухание формующихся нитей. Таким же свойством обладает применяющийся в последнее время в ваннах, не содержащих ZnSO4, сульфат алюминия. Сульфаты аммония и магния на практике применяются редко.
Таким образом, при формовании вискозных волокон протекают три основных процесса:
нейтрализация растворителя ксантогената целлюлозы (NaOH) с одновременным осаждением полимера — ксантогената целлюлозы;
разложение ксантогената целлюлозы с выделением гидратцеллюлозы;
частичное удаление воды из свежесформованной нити под воздействием некоторых сульфатов металлов и связанное с этим Уплотнение структуры свежесформованной нити.
Процессы, происходящие на начальной стадии формования, Тематично представлены на рис. 7.1.
При соприкосновении струйки вискозы с осадительной ванной иа поверхности струи мгновенно происходит нейтрализация NaOH высаживание ксантогената целлюлозы, его частичное разложе-е с образованием тонкой пленки. Последующий процесс про-кновения ионов кислоты и солей внутрь вискозной струи уже
Рис. 7.1. Схема первой стадии процесса формования:
/—фильера; 2—тонкая наружная (поверхностная) пленка; S—область высаженного из рас, твора ксантогената целлюлозы (слабощелочная среда); 4—область высаженного из раствора и разлагающегося под действием кислоты ксантогената целлюлозы (кислая среда); D—тачм нейтрализации.
