Производство вискозной ткани для подклада

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Историческая справка

2. Основные виды сырья вискозного производства

2.1 Целлюлоза

2.2 Химическая структура

3. Производство вискозного волокна

4. Строение вискозного волокна

5. Свойства вискозных волокон

6. Создание ткани из вискозного волокна

7. Применение

Заключение

Список использованных источников

Введение

Вискозное волокно одно из наиболее распространенных химических волокон. В настоящее время из общего объема производства искусственных волокон на долю вискозного приходится около 75%. Такой объем производства вискозного волокна объясняется тем, что в качестве основного сырья используют дешевое сырье - древесную целлюлозу и сравнительно простые химические материалы - едкий натр, сероуглерод, серную кислоту и ее соли.

7 мая 2012 года исполнилось 120 лет со дня изобретения вискозного процесса. С этого дня можно вести отсчет развития современных процессов получения химических волокон, поскольку ранее изобретенные нитроцеллюлозные и медно-аммиачные волокна теперь уже не выпускаются.

За более чем столетнюю историю химических волокон их роль в создании и применении материалов и изделий, необходимых для обеспечения жизни людей, развития техники стала неоспоримой.

В данной курсовой работе рассматриваются свойства вискозного волокна, получение и применение. Также рассмотрены виды и свойства сырья из которого мы получено данное волокно.

1. Историческая справка

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (то есть содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж. Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно-аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие -- заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем -- дисульфидом углерода (CS₂), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

30 сентября 1902 года был запатентован искусственный шёлк (вискоза).

В СССР первые производства вискозных волокон начали появляться в 1927 году, в городах Мытищи, Ленинград, Могилёв и Клин. Проектирование предприятий велось проектным институтом ГИПРОИВ.

Со времени создания первой технологии производства вискозных волокон появились многие новые их виды и новые технологии, а выпуск вискозных волокон в мире достиг максимума в середине девяностых годах прошлого века и составил 3,5 миллиона тон. В настоящее время он несколько сократился и держится на уровне примерно 2,6 миллиона тон. Сокращение произошло в значительной мере из-за падения производства вискозной технической нити, в то время как производство вискозной текстильной нити и штапельных волокон сохранилось.

целлюлоза вискозный волокно химический

2. Основные виды сырья вискозного производства

2.1 Целлюлоза

В настоящее время промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы - хлопок и древесная масса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, чтобы стать исходным материалом для изготовления искусственного волокна и неволокнистых пластиков. После того как от хлопкового семени отделены длинные волокна, используемые для изготовления хлопчатобумажных тканей, остаются короткие волоски, или «линт» (хлопковый пух), длиной 10-15 мм. Линт отделяют от семени, в течение 2-6 ч нагревают под давлением с 2,5-3%-м раствором гидроксида натрия, затем промывают, отбеливают хлором, снова промывают и сушат. Полученный продукт представляет собой целлюлозу чистоты 99%. Выход равен 80% (масс.) линта, а остальное приходится на лигнин, жиры, воски, пектаты и шелуху семян. Древесную массу делают обычно из древесины деревьев хвойных пород. Она содержит 50-60% целлюлозы, 25-35% лигнина и 10-15% гемицеллюлоз и нецеллюлозных углеводородов. В сульфитном процессе древесную щепу варят под давлением (около 0,5 МПа) при 140° C с диоксидом серы и бисульфитом кальция. При этом лигнины и углеводороды переходят в раствор и остается целлюлоза. После промывки и отбеливания очищенная масса отливается в рыхлую бумагу, похожую на промокательную, и сушится. Такая масса на 88-97% состоит из целлюлозы и вполне пригодна для химической переработки в вискозное волокно [1].

2.2 Химическая структура

На рисунке 1 приведена структура молекулы целлюлозы.

Рисунок 1. Структура молекулы целлюлозы

Характеризуя в целом химические свойства целлюлозы, можно сказать, что они определяются наличием гликозидных связей между элементарными звеньями (реакции деструкции) и гидроксильных групп (реакции окисления, этерификации - синтеза сложных эфиров и О-алкилирования - синтеза простых эфиров). Наиболее характерный пример реакции деструкции целлюлозы - реакция кислотного гидролиза, конечным продуктом которого является глюкоза. Именно эта реакция лежит в основе одного из промышленных методов получения этилового спирта (гидролиз целлюлозосодержащих отходов с последующим спиртовым брожением гидролизата). Следует вместе с тем отметить необычное течение процесса гидролиза целлюлозы при проведении его в гетерогенной среде, то есть без предварительного перевода ее в раствор, в мягких условиях (например, водными 1-2,5 н. растворами HCl). В этом случае реакция деструкции идет не до конца. Наблюдаются две резко отличающиеся по скорости стадии гидролитической реакции: первая, на которой происходит гидролиз аморфных участков структуры, и вторая, со значительно более низкой скоростью, на которой реакция идет за счет расщепления гликозидных связей, находящихся на концах кристаллитов.

3. Производство вискозного волокна

Подготовка целлюлозы заключается в подсушивании ее до влажности 6 - 8 %, обработке 18 %-ным раствором едкого натра и предсозревании.

В растворе едкого натра целлюлоза набухает, из нее удаляются растворимые примеси и образуется щелочная целлюлоза, которую затем выдерживают (для предсозревания) в течение некоторого времени с целью деполимеризации целлюлозы (до n = 300 - 400), т. е. снижения ее молекулярной массы под действием кислорода воздуха, что дает возможность получить раствор необходимой вязкости.

Получение прядильного раствора состоит в ксантогенировании подготовленной массы и ее созревании. Подготовленную массу щелочной целлюлозы обрабатывают сероуглеродом, получают ксантогенат целлюлозы, который затем растворяют в щелочи и получают вязкий раствор - вискозу (7,5% целлюлозы, 6,5% щелочи, 86 % воды). Вискоза проходит стадию созревания, в процессе которой она приобретает необходимую вязкость и уменьшает устойчивость к действию кислотных растворов. Для получения окрашенного волокна в прядильный раствор вводят соответствующие красители, а для получения матированного волокна - соль двуокиси титана.

Формование волокна заключается в том, что вискозный раствор по трубопроводу 8 (рис. 2) подается в прядильную машину (бобинную или центрифугальную). Под давлением, создаваемым поршневым насосом 9, раствор проходит дополнительный фильтр 3 и продавливается через фильеру 6 в осадительную ванну 7, содержащую водный раствор серной кислоты и сернокислых солей. Фильера (рис. 3) представляет собой колпачок из антикоррозийного металла, имеющий 24 - 36 отверстий диаметром 0,07 - 0,08 мм. При взаимодействии вискозного раствора с кислотой ксантогенат разлагается, целлюлоза восстанавливается и струйки ее затвердевают, образуя твердые тонкие нити, называемые вискозными.

На центрифугальных прядильных машинах выходящие из ванны элементарные нити соединяются в одну комплексную нить. Затем нити проходят систему прядильных дисков 2 и 1, с помощью которых они получают необходимую вытяжку, и поступают через воронку 4 во вращающуюся с частотой 6000 - 8000?№ мин центрифугу 5. В центрифуге нити образуют кулич, одновременно получая крутку 100 - 130 кр./м (уточная крутка). Скорость формования вискозных нитей 80 - 100 м/мин. Нить, полученная с бобинной машины, наматывается на бобину без предварительной крутки.

Отделка вискозного волокна складывается из промывки - для удаления серной кислоты и ее солей во избежание возможного гидролиза целлюлозы, ослабления и обрыва волокон, десульфурации - для удаления с волокон коллоидной серы, которая придает им желтоватый цвет и некоторую жесткость, беления гипохлоритом натрия, кислования серной кислотой для удаления остатков гипохлорита, мылования раствором мыла для придания волокнам мягкости и рассыпчатости, сушки при температуре 80 - 50'С, крутки, запаривания с целью фиксации крутки. На рисунке 4 представлены упрощеные суммарные реакции получения вискозного волокна.

Вискозное волокно получают в виде комплексных нитей линейной плотности 22,2 - 11,1 текс, из которых изготовляют платьевые, бельевые и подкладочные ткани, и в виде штапельного волокна разной линейной плотности в зависимости от его назначения.

Штапельное вискозное волокно вырабатывается почти на таком же оборудовании и из тех же исходных продуктов, что и вискозные нити. Особенностью производства является больший размер фильер, число отверстий 1600 - 12 000. Нити из каждой фильеры соединяются в общий жгут, который, пройдя отделочные операции, поступает на резальную машину, где разрезается на штапельки заданной длины (40 - 150 мм). Штапельное волокно можно получить извитым - его лучше прясть.

Штапельное волокно получают также в виде штапелированных жгутов.

Рисунок 2. Центрифугальная прядильная машина

Рисунок 3. Фильера

Рисунок 4. Упрощенные суммарные реакции получения вискозы

4. Строение вискозного волокна

При рассмотрении вискозных волокон под микроскопом (рисунок 5), на их поверхности видны продольные штрихи, поперечник волокон имеет неправильную, ребристую форму. Такое строение объясняется неодновременным отвердеванием наружных и внутренних слоев волокон в процессе их формования. При отвердевании внутреннего слоя происходит его сжатие, в результате чего поверхностный слой сморщивается и в волокне образуются продольные бороздки. Молекулярные цепи целлюлозы в наружных слоях вискозных нитей ориентированы в направлении нити, что объясняется небольшой вытяжкой нити в процессе формования, а во внутренних слоях не ориентированы, поэтому внутренние слои нитей более рыхлые.

Несмотря на ребристую форму, вискозные волокна гладкие, с сильным блеском, в тканях сильно скользят, раздвигаются и осыпаются.

Рисунок 5. Продольный вид и поперечный срез вискозного волокна

5. Свойства вискозных волокон

Вискозные волокна характеризуются хорошими показателями гигроскопичности, светостойкости, удлинения, вполне удовлетворительными показателями теплостойкости, разрывной нагрузки. Прочность вискозного волокна может быть повышена путем изменения технологии производства волокон, и в первую очередь увеличением степени вытяжки волокна. В связи с этим различают обычное, упрочненное (22 - 25 сН/текс), высокопрочное (25 - 45 сН/текс) и сверхпрочное (45 - 60 сН/текс) волокна.

Недостатками вискозного волокна являются малая доля упругого удлинения, отчего изделия из этого волокна плохо противостоят смятию; большая потеря прочности при увлажнении волокна, объясняющаяся прониканием молекул воды в межмолекулярные пространства волокон, что приводит к ослаблению поперечных связей молекул, в значительной степени определяющих прочность волокон; недостаточная стойкость к истиранию. Горят вискозные волокна, как хлопок.

Штапельные вискозные волокна (в дальнейшем просто штапельные волокна) характеризуются большой равномерностью по длине и толщине, прочности и удлинению. Они не имеют сорных примесей, не повреждаются микроорганизмами и молью - в этом заключается их преимущество перед натуральными.

Применение штапельного волокна в смеси с шерстью повышает прядильную способность смеси; прочность изделий в сухом виде в этом случае возрастает. При смешивании с грубой шерстью штапельное волокно улучшает внешний вид изделий. Штапельное вискозное волокно смешивают с разнообразными натуральными волокнами и химическими штапельными волокнами для изготовления разнообразных тканей, нетканых материалов и трикотажных изделий.

Найдены пути улучшения свойств вискозного штапельного волокна путем структурной модификации, в результате которой получены полинозные и вискозные высокомодульные волокна (ВВМ). Они в отличие от обычных вискозных волокон имеют более высокую прочность (35 - 45 сН/текс), высокий начальный модуль жесткости, меньшую набухаемость, усадку и потерю прочности в мокром состоянии, большую устойчивость к действию щелочных растворов. ВВМ отличается от полинозного волокна главным образом меньшим модулем в мокром состоянии и меньшей устойчивостью к действию щелочей, но оно менее хрупкое. Эти волокна применимы для замены хлопка, включая тонковолокнистый-. Способ производства ВВМ проще и экономичнее, чем полинозного.

Полинозные волокна формуются из прядильного раствора, полученного на базе целлюлозы более высокого качества, подвергшейся меньшей степени деполимеризации, в результате чего макромолекулы сохранили большую длину цепей (n = 550 - 650).

Формование волокна проводится в слабокислой низкотемпературной ванне с одновременной (первой) вытяжкой на 50 - 60 % и с последующей (второй) вытяжкой в пластификационной ванне (95 'С) на 55 - 65 %. Скорость формования 15-22м/мин.

Полученные жгуты волокон проходят термофиксацию и направляются на разрезание и отделку.

Полинозные волокна в отличие от вискозных обладают значительно большей прочностью, превышающей даже прочность хлопка, меньшей потерей прочности в мокром состоянии, несколько меньшим удлинением, но большей упругостью, вследствие чего изделия из этого волокна меньше сминаются и обладают большей носкостью. Важным свойством полинозных волокон является их хорошая устойчивость к действию щелочей, позволяющая подвергать изделия из полинозного волокна и его смесей с хлопком мерсеризации. Полинозное волокно обладает меньшей набухаемостью, чем вискозное, и вследствие этого меньше усаживается.

Благодаря шелкоподобному грифу и способности ярко окрашиваться полинозные волокна широко используются главным образом в смесях с хлопком при изготовлении тканей для женской и детской одежды, сорочечных тканей, бельевого трикотажа и тканей для спортивной одежды. Изделия из этого волокна обладают мягкостью, шелковистым блеском, приятным внешним видом, хорошей устойчивостью к многократным стиркам и повышенной носкостью.

Вискозные высокомодульные волокна формуются также из высокомолекулярного ксантогената целлюлозы, в состав которого вводят модификаторы для получения однородной структуры волокна из длинных молекул. При вытягивании волокна молекулы ориентируются вдоль его оси, образуя крупнокристаллическую структуру.

Вискозные высокомодульные волокна обладают высокой износостойкостью и рекомендуются в первую очередь для спецодежды, постельного белья, швейных ниток как в чистом виде, так и в смеси с хлопком и полиэфирным волокном. Они придают тканям 'высокую прочность и малоусадочность, обладают повышенной стойкостью к изгибанию, но имеют гриф, близкий к грифу тканей из обычного вискозного волокна.

6. Создание ткани из вискозного волокна

Процесс ткачества (переплетение основных и уточных нитей) осуществляется на ткацком станке (рисунок 6). Часть нитей основы (например, четные), продетые в глазки одной ремизки, периодически поднимается, а другие нити (нечетные), продетые в глазки другой ремизки, опускаются. Между ними образуется зев, в него быстро пробрасывается механизмом челнок с уточной нитью, которая немедленно прибивается бердом к опушке вырабатываемой ткани. Затем ремизки с нитями основы меняют положение для следующего пробрасывания челнока с уточной нитью. В такой последовательности процесс образования ткани повторяется до конца основы. Пролет челнока через зев из одной челночной коробки в другую происходит очень быстро, через каждые 0,3 секунды и менее, при этом за 1 мин прокладывается 220 уточин.

Рисунок 6. Схема ткацкого станка: 1,2- эксцентрики,3,4-подножки, 5,6-ремизки, 7-челнок, 8-уточная нить, 9-бердо, 10-батан, 11-рычаги, 12-грудница, 13-вальян, 14-натяжной валик, 15-товарный валик, 16-навой, 17-груз, 18-скало, 19-ламели, 20-брус батана

Ткацкие станки бывают различного типа: одночелночные, многочелночные и бесчелночные.

Многочелночные ткацкие станки применяют при производстве тканей с утком разного волокнистого состава, неодинаковых круток и направлений крутки, разных цветов, полутораслойных и двухслойных. В зависимости от способа питания утком различают механические и автоматические челночные станки.

Наиболее распространены ткацкие станки СТБ (станок ткацкий бесчелночный), в которых уточная нить прокладывается микрочелноком (маленькой плоской пластинкой). Производительность такого станка в 2--4 раза выше, чем обычного, кроме того, он работает бесшумно. В последние годы были созданы бесчелночные станки, в которых уточная нить прокладывается в зев с помощью капли воды или струи воздуха. Первые называются гидравлическими, вторые -- пневматическими.

Для выработки тканей более сложных переплетений применяют кареточные жаккардовые станки.

Физико-механические свойства тканей, их внешний вид зависят от вида и свойств применяемых текстильных нитей и структуры ткани, которая определяется их переплетением, т.е. порядком взаимного перекрытия нитей основы нитями утка. Существует множество видов ткацких переплетений, которые подразделяют на четыре основных класса: простые, мелкоузорчатые, сложные и крупноузорчатые.

7. Применение

Несомненным достоинством вискозной ткани является ее происхождение из натуральных природных ресурсов, а потому она не вызывает аллергию, хорошо впитывает влагу, и тело в изделиях из вискозы легко и свободно «дышит», поэтому отлично подойдет для изготовления подклада. Как полиэстер и хлопок, вискозная материя не накапливает статическое электричество. Этот материал унаследовал от своего прототипа и недостатки: он легко мнется, дает усадку, а под комплексным воздействием атмосферных факторов может испортиться. И все равно в сравнении с хлопком вискоза мнется намного меньше, а разглаживается легче. Впрочем, все минусы вискозы можно компенсировать добавлением в структуру волокна разных защитных добавок. Так, если в вискозу при производстве добавляют эластан, ткань хорошо тянется, становится более прочной.

Список использованных источников

1. Роговин З. А., Химия целлюлозы, М., 1972; Целлюлоза и ее производные, под ред. Н. Байклза, Л. Сегала, пер. с англ., т. 1-2, М., 1974

2. Роговин З.А., Гальбрайх Л.С. Химические превращения и модификация целлюлозы. М.: Химия, 1979

3. Гурусова А.А., Ивлев А.Г., Шаповалюк Е.В. Строение, состав и свойства целлюлозных волокон. Кострома: КГТУ, 2005

4. Серков А.Т. Вискозные волокна. М: Химия, 1980

Размещено на Allbest.ru