Fibră de viscoză

Fibră de vâscoză (din latinescul viscosus - sticky) - o fibră artificială obținută prin prelucrarea celulozei naturale . Este produs sub formă de fire textile și snur și fibre discontinue.

Fibra de vascoza este una dintre primele fibre artificiale care a gasit aplicatii practice: procesul de producere a fibrei de vascoza a fost dezvoltat la sfarsitul secolului al XIX-lea si este folosit si astazi cu modificari minime. Procesul de obținere a fibrei de viscoză constă în următoarele etape:

Fibra de viscoză este ușor de vopsit cu coloranți pentru fibre naturale ( bumbac , in ), higroscopice , ceea ce determină calitățile igienice ridicate ale țesăturii din ea și, datorită disponibilității materiilor prime și reactivilor utilizați în producție, este relativ ieftină.

Dezavantajele fibrei de viscoză includ încrețirea ușoară, pierderea semnificativă a rezistenței la umezeală și rezistența insuficientă la abraziune. Aceste neajunsuri pot fi eliminate într-o oarecare măsură prin modificări și procesări ulterioare.

Istorie

Procesul de regenerare a celulozei dintr-o soluție prin adăugarea de acid la soluția sa apoasă concentrată de cupru de amoniu (adică care conține sulfat de cupru și hidroxid de amoniu) a fost descris de omul de știință englez John Mercer ( ing.  John_Mercer ) în jurul anului 1844 . Dar prima aplicare industrială a acestei metode, care a pus bazele industriei fibrei de cupru-amoniac, este atribuită lui E. Schweitzer (1857), iar dezvoltarea ei ulterioară este meritul lui M. Kramer și I. Schlossberger (1858) . Și abia în 1892, Cross, Bevin și Beadle în Anglia au inventat un procedeu de obținere a fibrei de viscoză: o soluție apoasă vâscoasă (de unde denumirea de viscoză) de celuloză a fost obținută după tratarea celulozei mai întâi cu o soluție puternică de hidroxid de sodiu , care a dat „sodă”. celuloză”, și apoi cu disulfură de carbon (CS2 ) , rezultând un xantat de celuloză solubil. Prin stoarcerea unui firicel din această soluție „învârtită” printr-o filă cu o mică gaură rotundă într-o baie acidă, celuloza a fost regenerată sub forma unei fibre de viscoză. Când soluția este stoarsă în aceeași baie printr-o matriță cu o fantă îngustă, se obține o peliculă, numită celofan .
Jacques Brandenberger , care a fost implicat în această tehnologie în Franța între 1908 și 1912, a fost primul care a brevetat un proces continuu de fabricare a celofanului.

La 30 septembrie 1902, mătasea artificială ( vâscoză ) a fost brevetată .[ de cine? ] .

În URSS, prima producție de fibre de viscoză a început să apară în 1927 - în orașele Mytishchi , Leningrad , Mogilev și Klin [1] . Proiectarea întreprinderilor a fost realizată de Institutul de Stat de Proiectare GIPROIV [2] .

Gama de fibre de vascoza

În funcție de scop, fibrele de viscoză sunt produse sub formă de fire continue (textile și tehnice, de exemplu, snur extra rezistent) sau fibre discontinue de diferite tipuri: rezistență obișnuită, rezistență ridicată, ondulate și polinoză (asemănătoare bumbacului). Un grup special este alcătuit din fibre de viscoză modificate pentru scopuri speciale: rezistență chimică crescută, schimb de ioni, bactericide, hemostatice și altele, precum și film de viscoză.

Structura și proprietățile fibrei de viscoză

Fibra de viscoză este o fibră chimică artificială realizată din celuloză hidratată, adică una dintre modificările structurale ale fibrei celulozei dintr-o soluție. Celuloza hidratată diferă de celuloza naturală prin higroscopicitatea crescută , proprietățile de sorbție și capacitatea mai mare de hidroliza , esterificare și oxidare . Gradul mediu de polimerizare a celulozei hidratate în fibre de viscoză variază de la 300 la 600, ceea ce corespunde unei greutăți moleculare de 49.000–98.000. În timpul formării fibrei de viscoză, în ea se formează structuri supramoleculare, al căror tip depinde de condițiile de formare (caracteristicile masei de filare a viscozei, compoziția băii de precipitare etc.). Proprietățile fizice și mecanice ale fibrelor de viscoză (VV) sunt în mare măsură determinate de structura învelișului lor exterior, în care hidratul de celuloză conține o cantitate semnificativă de legături încrucișate, ceea ce conferă fibrelor o rezistență sporită. Densitatea fibrei de viscoză este de aproximativ 1,5 kg/m^2. [ specificați ] Fibrele de viscoză nu sunt termoplastice și pot fi folosite pentru o perioadă scurtă de timp fără pierderea proprietăților mecanice la o temperatură de 100-120 °C. Rezistent la apă și solvenți organici nepolari (benzină, benzen), în care nu se umflă. Sub acțiunea acizilor minerali concentrați la temperatură normală și a acizilor diluați atunci când sunt încălzite, precum și a alcalinelor în prezența oxigenului atmosferic, acestea suferă distrugere. Se umflă puternic în soluții alcaline diluate și se dizolvă într-o soluție de cupru-amoniac. Fibrele de vâscoză sunt instabile la acțiunea microorganismelor care provoacă distrugerea lor.

Obținerea

Tehnologia de bază

Productia fibrei de vascoza consta in doua etape succesive: obtinerea unei mase de filare - vascoza si filarea fibrei. Materia primă utilizată este celuloza de lemn care conține 95–99% din fracțiunea care formează fibre cu greutate moleculară mare, cu un grad de polimerizare de 800–1100.

Obținerea viscozei

Obținerea viscozei include următoarele operații:

  • Separarea celulozei de lemn . Deoarece celuloza de lemn reprezintă doar jumătate din masă, celuloza este mai întâi extrasă. Pentru a face acest lucru, lemnul se pune într-o soluție de hidrosulfit de calciu și se fierbe sub presiune în cazane închise timp de 24 de ore. În acest caz, legăturile dintre fibrele celulozice sunt distruse. Apoi se adaugă apă în pastă și se aplică pe transportor. După aceea, se usucă și se taie în foi. Rezultă celuloză sulfit, care este folosită atât pentru producția de hârtie , cât și pentru producerea de viscoză [3] .
  • Tratarea celulozei cu soluție de hidroxid de sodiu 20% (mercerizare) timp de 5–115 minute la o temperatură de +45…+60 °C. În acest caz, se formează un compus aditiv al celulozei cu alcalii: (celuloză alcalină) (a) și alcoolați de celuloză (b). Concomitent cu reacțiile (a) și (b), în timpul mercerizării, are loc umflarea celulozei și dizolvarea hemicelulozelor, ceea ce contribuie la difuzia agentului de esterificare în fibră în timpul xantogenării ulterioare a celulozei alcaline.
  • Stoarcerea suspensiei pentru a elimina excesul de soluție de hidroxid de sodiu pe presa de comprimare la gradul de extracție (raportul de masă dintre celuloza alcalină stoarsă și suspensie) 0,33-0,36.
  • Măcinarea celulozei alcaline presate.
  • Degradarea oxidativă (prematurare) a celulozei alcaline datorită oxidării acesteia cu oxigenul atmosferic pe un transportor sau în aparate speciale timp de 1,5–2 ore la o temperatură de +50…+60 °C. În procesul de prematurare, gradul de polimerizare a celulozei scade la 400-600.
  • Xantogenarea. Procesul de xantogenare constă în tratarea celulozei alcaline cu disulfură de carbon și se formează un nou compus chimic - xantatul de celuloză, care se poate dizolva într-o soluție diluată de hidroxid de sodiu.
  • Translatarea celulozei în soluție, obținerea viscozei. Ca urmare a prelucrării celulozei cu o soluție concentrată de hidroxid de sodiu și disulfură de carbon în etapele anterioare, aceasta dobândește capacitatea de a intra în soluție, care este necesară pentru formarea fibrelor. Celuloza se dizolvă într-o soluție de hidroxid de sodiu 4% și se păstrează câteva zile, în urma căreia se „coace” – se obține viscoză [3] .

Xantogenarea celulozei alcaline se realizează în dispozitive închise ermetic cu acțiune periodică - xantogenatoare. Xantogenatorul este echipat cu o manta de racire, in interiorul acestuia se afla un agitator orizontal, trape de incarcare si descarcare, supape de siguranta pe corp. Au fost conectate comunicațiile pentru disulfură de carbon , apă , alcali , azot , aspirarea vaporilor de disulfură de carbon și crearea unui vid .

2200 kg de celuloză alcalină sunt încărcate în xantogenator folosind transport pneumatic dintr-un buncăr de cântărire. După încărcare, celuloza alcalină este adusă la temperatura inițială de xantogenare de +18 ... +22 °С ± 0,5 °C prin alimentarea cu apă suprarăcită a mantalei xantogenatorului vara și apă de râu iarna. La atingerea temperaturii inițiale de xantogenare, disulfura de carbon este furnizată în xantogenator în cantitate de 30 ... 36% din masa alfa celulozei.

Începutul furnizării de disulfură de carbon este considerat începutul procesului de xantogenare, care durează 60-75 de minute. Când procesul de xantogenare este încheiat, solventul alcalin, răcit la +5 ± 1 °C, este introdus în xantogenator prin contor în cantitatea determinată prin calcul. Din cantitatea calculată, se lasă 1000-1500 litri de solvent alcalin pentru spălarea xantogenatorului după descărcare.

Filatura fibrelor

După primirea viscozei, fibra este filată. Pentru a face acest lucru, în atelierul de filare, viscoza este filtrată și trecută prin filiere - capace metalice cu multe găuri mici, care intră în baia de precipitare, de exemplu, cu acid sulfuric, unde xantatul, care era necesar pentru a transfera celuloza în soluție, este hidrolizat. iar celuloza se formează din nou, dar deja sub formă de fibre lungi. Fibrele dintr-o filă sunt combinate într-un fel într-un singur fir. Pentru a obține fibre discontinue, firele sunt tăiate în bucăți de lungime mică [3] .

Tehnologie de producere a fibrei de viscoză în mod semi-continuu

O posibilitate complet diferită de a obține fire textile de viscoză de gamă subțire este arătată prin utilizarea unui principiu semi-continuu care implementează filarea umedă de mare viteză.

Alte tehnologii pentru obținerea fibrei de viscoză

Lyocell

Obținerea fibrelor de viscoză ( lyocell ) a devenit posibilă pe baza proceselor de dizolvare directă a celulozei în N-metil-morfolină-N-oxid (NMMO) [4] [5] .

Producția de fibre de viscoză prin procesul MMO pe bază de carbamat de celuloză la scară industrială a început în 1992 de către Courtaulds, Marea Britanie, care a produs primele 18 mii de tone din această fibră. Celuloza gata hidratată a intrat pe piață sub diferite denumiri atribuite de proprietarii mărcii: lyocell (lyocell) sau lyocell în pronunția engleză, newcell (newcell), tencel (tencel), orcell (orcell).

Procesul tehnologic de obținere a fibrelor de viscoză prin metoda MMO constă din următoarele etape principale [6] :

  1. Prepararea celulozei (zdrobirea si obtinerea pulpei sau pulberii, in functie de tehnologie).
  2. Adăugarea de oxid de metilmorfolină (MMO) la pulpă sau pulbere de celuloză.
  3. Amestecare într-un extruder încălzit până la +100 °C.
  4. Alimentarea cu soluție în baia de precipitare, urmată de colorare și uscare.

Avantajele acestui proces și materialul rezultat:

  • rezistență crescută la umezeală;
  • compatibilitate cu întreaga gamă de fibre naturale și sintetice;
  • vopsire bună și stabilă a fibrei, luciu special ca rezultat al vopsirii;
  • tehnologie de producție ecologică;
  • fiabilitatea în purtarea materialelor bazate pe această fibră;
  • utilizare la fel de eficientă în producția de materiale țesute și nețesute;
  • proprietăți ridicate ale consumatorului, similare cu proprietățile fibrei de bumbac și chiar depășirea acestora în ceea ce privește rezistența, calitatea culorii și efectele de suprafață;
  • efectul tactil al mătăsii naturale, în ciuda faptului că această fibră este mai higroscopică decât mătasea naturală.

Dezavantajele includ:

  • fibrilația crescută a fibrelor, care este îndepărtată în principal de agenți de formaldehidă, care nu respectă întotdeauna standardele sanitare și igienice, pe de altă parte, reducerea fibrilației mecanic sau prin intermediul tratamentului enzimatic crește costul fibrelor;
  • costul ridicat al licențelor;
  • costul ridicat al fibrei finite.
Siblon

Siblon - fibră de viscoză cu modul înalt (VVM), viscoză îmbunătățită, dezvoltată de VNIIIVproekt . Siblon a fost inventat în anii 1970 și a fost produs la uzina Sibvolokno din orașul Zelenogorsk (teritoriul Krasnoyarsk) până la începutul anilor 2000 din lemn de conifere. Siblon este de aproximativ o dată și jumătate mai puternic decât viscoza, este mai higroscopic și rezistent la alcalii, țesăturile din siblon se micșorează și se încrețesc mai puțin [7] .

Aplicație

Fibrele de viscoză au un aspect bun, sunt ușor de vopsit, au calități igienice mai bune decât fibrele sintetice, au caracteristici de rezistență și oboseală suficient de ridicate și sunt relativ ieftine. Ca urmare, fibra de viscoză este utilizată pe scară largă pentru producția de țesături textile de consum și o gamă largă de produse tehnice. Filmul de viscoză ( celofan ) are o rezistență ridicată la vapori și umiditate, este rezistent la grăsimi și uleiuri, drept urmare este folosit ca material de ambalare.

Note

  1. ↑ Partea I. Fabrica „Klinvolokno” - fabrica numărul 507 (1929-1945). Producția bobinei de viscoză  : [ arh. 31 octombrie 2010 ] // Cronica întreprinderii Klinvolokno.
  2. ↑ Istoric: [ arh. 29 noiembrie 2010 ] // GIPROIV. - OJSC „GIPROIV”.
  3. ↑ 1 2 3 Tsvetkov L. A. Fibre artificiale și sintetice // Carte de lectură despre chimia organică. Ajutor pentru studenți. - M . : Educaţie , 1975. - S. 196-209 .
  4. ↑ Fibre Perepelkin K. E. Lyocell bazate pe dizolvarea directă a celulozei în N-metil-morfolină-N-oxid: dezvoltare și perspective Copie de arhivă din 13 decembrie 2009 la Wayback Machine
  5. ↑ Gubina S., Stokozenko V. Viscose and lyocell: two embodiments of cellulose // Science and Life. Nr. 1, 2007. . Data accesului: 6 februarie 2013. Arhivat din original pe 26 iulie 2013.
  6. ↑ Marini M., Firgo G., Able M. Lyocell fiber from Lenzing // Chemical fibres. Nr. 1, 1996, p. 27-30
  7. ↑ Nasonova A. Siblon: fibră dintr-un pom de Crăciun  // Chemistry and Life  : Journal. - 1997. - Nr. 1 . - S. 36-37 . Arhivat din original pe 4 martie 2016.

Literatură

  • Radishevsky, M. B., Kalacheva, A. V., Serkov, A. T., Kiseleva N. O. Metodă semi-continuă pentru producția de fire textile de viscoză. - Fibre chimice. - Nr. 6, 2003. - S. 15-17.