Синтетические волокна, широко используемые в легкой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА ХИМИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА, ШИРОКО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВОРОНЕЖ 2020

Содержание

Введение

1. Понятие и способы получения синтетических волокон

1.1 Историческая справка

1.2 Сущность синтетических волокон

1.3 Получение синтетических волокон

2. Материалы из синтетических волокон для производства

2.1 Полиэфирные (ПЭ) волокна

2.2 Полиамидные (ПА) волокна

2.3 Полиакрилонитринные (ПАН) волокна

2.4 Поливинилспиртовые (ПВС) волокна

2.5 Полиуретановые (ПУ) волокна

2.6 Поливинилхлоридные (ПВХ) волокна

2.7 Полиолефиновые волокна

3. Преимущества и значение синтетических волокон

Заключение

Список литературы

Приложения



Введение

Производство синтетических волокон - новый этап в развитии производства химических волокон. Оно стало возможным только на определенной стадии развития химической промышленности. В настоящее время производство синтетических волокон значительно расширилось, это способствует увеличению сырьевых ресурсов текстильной промышленности, а также расширению выработки текстильных изделий с новыми свойствами.

Для волокон, изготовленных в результате полимеризации, исходное низкомолекулярное соединение (мономер) и полимер имеют один и тот же элементарный состав. Для улучшения свойств волокон, полученных из полимеров методом полимеризации, стали проводить совместную полимеризацию не одного мономера, а двух и более. При поликонденсации молекулы исходных веществ, имеющие противоположные по химическим свойствам функциональные группы, вступают во взаимодействии друг с другом, выделяя побочные продукты, например воду. В этом случае полимер отличается от исходного вещества и имеет иной химический состав.

Процессы полимеризации и поликонденсации идут при определенном давлении, температуре в присутствии катализаторов. В зависимости от условий, при которых они проводятся, получаются молекулы полимеров, различные не только по величине, но и по строению. Современные методы синтеза высокомолекулярных соединений позволяют путем использования различных мономеров и изменения условий синтеза вырабатывать соединения любого состава и, следовательно, изменять свойства полимера и получаемых из него волокон в нужном направлении [1].

Цель курсовой работы: ознакомиться с общей классификацией соединений синтетических волокон, рассмотреть основные способы получения синтетических волокон, изучить сведения об основных представителях, получаемые разными методами; рассмотреть основные виды широко используемых синтетических волокон в легкой промышленности.

Для того чтобы достичь цели работы, необходимо решить следующие задачи: синтетический волокно промышленность соединение

1) проанализировать теоретический материал по данной теме;

2) рассмотреть основные особенности синтетических волокон и материалов на их основе.

В ходе написания работы были использованы следующие методы исследования: теоретический анализ научной литературы, обобщение и синтез информации, систематизация обработанных источников.



1. Понятие и способы получения синтетических волокон

1.1 Историческая справка

Для получения синтетических материй применяется сырье разного состава - целлюлозы, стекловолокна, металлов, волокна из нефтепродуктов.

Синтетические ткани имеют короткую историю по сравнению с натуральными материями, которые производились и использовались людьми еще тысячи лет назад до нашей эры.

Первые мысли о том, как получить нить аналогичную нити шелкопряда, пришла ученому из Франции Реомюру еще в 1734 году. В 1890 году также во Франции в городе Безансоне было открыто производство по переработке нитрата целлюлозы, в результате чего получили первое в мире синтетическое волокно.

С 1891 года технология производства вискозного претерпевает изменения. Благодаря разработкам английских ученых Кросса и Бивана началось промышленное производство вискозного полотна, и уже к 20 веку выпуск расширился до промышленных объемов.

Конец 19 века и вплоть до 40-50 гг. 20 столетия шла разработка и совершенствование способов производства волокон из синтетических материалов из растворов натуральных полимеров. Но следует заметить, что объемы производства данных вида материала были незначительны.

1940-1970 годы дали толчок развитию синтеза волокнообразующих полимеров и мономеров, а также началу разработки способов изготовления волокон из расплавов искусственных полимеров. Основное производство этих волокон находилось в странах с развитой промышленностью. В это же время появились так называемые классические искусственные волокна. На этом этапе развития волокна играют роль дополнительных волокон, которые частично заменяют натуральные волокна. Начинается разработка модифицированных волокон [2].

Следующий этап развития химических волокон с 1970 г. по 1990 г. характеризуется расширением производства волокон данного вида. Модифицированные волокна улучшают свои потребительские свойства. В это же время искусственные волокна становятся самостоятельным видом продукции, их используют во многих сферах промышленности, в том числе и в смесовых материях. Началась разработка волокон из синтетических материалов третьего поколения, отличающихся абсолютно иными свойствами. Новый вид волокнистых материалов отличается сверхпрочностью, сверхмодульностью, термостойкостью, невозгораемостью, устойчивостью к воздействию химических соединений, эластомерностью и т. д.

С 1990 г. и до наших дней продолжается разработка новых технологий производства синтетических волокон. Появились новые методы модифицирования, создаются многотоннажные волокна, так называемые волокна четвертого поколения, в том числе на основе растительного сырья, новейшие полимеры и мономеры, созданные на основе биохимического синтеза. В это же время проходят исследования новых методов производства полимеров, а также волокон на основе процессов биомиметики и генной инженерии.

Все синтетические материи имеют свои преимущества и недостатки, каждая из них предназначена для получения определенных изделий. Но разнообразие материй на основе химических волокон поражает своим разнообразием [2].

1.2 Сущность синтетических волокон

Синтетические волокна - волокна, полученные путем синтеза полимеров, состоящих из природных низкомолекулярных веществ (C, H, O, N и др.) в результате реакции полимеризации или поликонденсации. Полимеры синтезируют из продуктов переработки нефти, газа и каменного угля (бензола, фенола, этилена, ацетилена, аммиака, синильной кислоты), которые в огромных количествах получают на химических заводах. Меняя состав исходных продуктов, можно варьировать строение и свойства синтетических полимеров и получаемых из них волокон. Синтетические волокна характеризуются высокой прочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реагентов [5].

Важнейшими группами синтетических волокон, используемыми в текстильной промышленности для производства тканей, являются полиамиды, полиэфиры, полиакрилы, полипропены и хлористые волокна.

К числу наиболее распространенных и известных видов относятся следующие синтетические волокна: полиуретановые, полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, полиолефиновые, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые.

Классификация синтетических волокон представлена на следующей схеме 1:

Схема 1 Классификация синтетических волокон

Гетероцепные волокна содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы других элементов, а карбоцепные волокна содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода [6].

Полиамидные волокна - это волокна в настоящее время занимают основное место среди синтетических волокон. Из полиамидных волокон, выпускаемые нашей промышленностью, известны капрон и анид.

Исходными материалами для получения волокна капрон служат продукты перегонки каменноугольной смолы: фенол и бензол. Из указанных продуктов в результате химических реакций при определенных условиях получают аминокапроновую кислоту NH₂(CH₂)₅COOH, из которой образуется капролактам. Капролактам в специальных расплавителях переходит в расплав при 95 °С. Прозрачный расплав под давлением чистого азота подают через фильтр в аппарат для полимеризации капролактама. Молекулы лактама при температуре 250-260 °С соединяются в длинные цепочки, образуя линейные полимеры из 100-150 звеньев лактама. Реакция полимеризации протекает в среде азота в течение 10-11 часов. Получающийся в результате реакции полимеризации промежуточный продукт в виде ленты нарезают на кусочки длиной 7-8 мм (крошку). Для удаления низкомолекулярных функций крошку промывают и затем высушивают. В таком виде крошка может быть использована для получения волокна, щетины и других изделий.

Исходным сырьем для получения смолы и волокна анид является соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (соль АГ - С₁₂Н₂₆О₄N₂), получаемая из продуктов перегонки каменноугольной смолы [7].

Полиамидные волокна (капрон, анид) обладают комплексом важных свойств, что позволяет широко использовать их для изготовления разнообразных изделий. Полиамидное волокно очень ценно своей высокой устойчивостью к истиранию и изгибу, прочностью на разрыв, эластичностью и устойчивостью к многократным деформациям. Так, прочность на разрыв капронового волокна в 2-3 раза выше, чем у хлопка. Самое ценное свойство полиамидных волокон - это устойчивость к истиранию. Если устойчивость полиамидного волокна к истиранию принять за 100 %, то для хлопка (при испытании в таких же условиях) она составит всего 10 %. Благодаря такой высокой устойчивости волокон к истиранию их целесообразно применять в качестве добавок в смеси с другими волокнами (шерсть, вискоза). Установлено, что добавление в смесь пряжи вискозного волокна и шерсти 10-15 % полиамидного штапельного волокна повышает устойчивость к истиранию камвольных (гребневых) тканей в 2-4 раза. Полиамидные волокна имеют высокие эластические свойства, что определяет значительную величину обратимых удлинений, высокую прочность нити и устойчивость к многократным деформациям. Это выражается в том, что длина полиамидных волокон после снятия небольших нагрузок остается почти неизменной, тогда как другие волокна (шерсть, вискоза) имеют некоторое приращение длины.

Гладить изделия с капроновым волокном нужно утюгом, нагретым не выше 100-110 °С. При сжигании эти волокна не горят, а плавятся. Полиамидные волокна имеют недостаточно высокую устойчивость к действию солнечного света и атмосферных влияний. Эти волокна характеризуются устойчивостью к большинству химических реагентов, в частности к щелочам. К концентрированным минеральным кислотам полиамидные волокна неустойчивы, а в ледяной уксусной, муравьиной кислотах и водофенольных растворах растворяются [3].

Физикомеханические показатели волокна анид аналогичны показателям волокна капрон. Полиамидные волокна округлые, гладкие, что обусловливает пониженную сцепляемость их с другими волокнами. Например, при смешивании с шерстью (более 20 %) капроновое штапельное волокно в процессе эксплуатации мигрирует в поверхностные слои ткани, вследствие чего нарушается структура и ухудшается внешний вид изделий. Большой спуск петель в чулках и других трикотажных изделиях из полиамидных волокон также следует отнести за счет их повышенной гладкости, а также недостаточной фиксации формы петли вследствие упругости нити. Из полиамидных волокон вырабатывают различные изделия бытового и технического назначения [4].

Из товаров бытового назначения наиболее распространены чулочноносочные изделия. Капроновые чулки благодаря их высокой прочности к истиранию, прозрачности, способности принимать нужную форму, хорошей носкости и легкой стирки завоевали широкую популярность.

Капроновое волокно также используется для упрочнения носка и пятки в хлопчатобумажных, вискозных и шерстяных носках. Здоровые люди могут носить чулки и носки из полиамидных волокон без ограничений, но следует знать, что капроновое волокно недостаточно впитывает влагу, а жиропотовые выделения ног могут вступать в реакцию с азокраской чулок, что может вызывать раздражение кожи. Поэтому капроновые чулки и носки следует ежедневно стирать. Для тех, кто страдает грибковыми заболеваниями, такие изделия носить не рекомендуется. Полиамидные волокна применяют для изготовления белья, которое легко стирается и удобно в носке, однако, чтобы повысить его гигроскопичность, следует применять для его изготовления переплетения с малой плотностью для обеспечения лучшей вентиляции (воздухопроницаемости и паропроницаемости) [4].

Капроновое волокно может широко использоваться для выработки тканей различного назначения как в чистом виде, так и в сочетании с другими волокнами. К таким тканям относятся блузочные, платьевые, плащевые, платьево-костюмные, декоративные и др.

Полиэфирное волокно - лавсан, вырабатываются из продуктов переработки нефти. В поперечном сечении лавсан имеет форму круга. Исходным продуктом для производства полиэфирного волокна лавсан является этиленгликоль и терефталевая кислота, которая может быть получена из продуктов перегонки нефти (например, ксилола или толуола).

Для производства лавсана терефталевая кислота должна быть очень чистой для получения прочных линейных полимеров. Производство лавсана непосредственно из терефталевой кислоты не имеет широкого промышленного распространения, так как ее не удается доступными способами получить в чистом виде. Поэтому в качестве исходного продукта берут не свободную терефталевую кислоту, а ее диметиловый эфир [8].

Изделия из волокна лавсан рекомендуется гладить при температуре не выше 130-160 °С. При температуре около 200 °С утюг будет прилипать к волокну. Волокно устойчиво к действию кислот и окислителей и особенно к холодным концентрированным кислотам: серной (H₂SO₄), соляной (HCl) и фтористоводородной (HF). Оно разлагается лишь при действии на него крепких щелочей при высоких температурах. Прочность к истиранию волокна лавсан выше прочности вискозного и природных волокон, однако значительно уступает прочности капронового. По этой причине лавсан нецелесообразно использовать для чулочно-носочных изделий. Лавсан лучше противостоит действию света и атмосферных условий, чем полиамидные волокна, поэтому может применяться для изготовления гардинных и мебельных тканей. Одним из отличительных свойств лавсана является его высокая упругость, при удлинении до 8 % деформации полностью обратимы. В отличие от капрона лавсан разрушается при действии на него кислот и щелочей, гигроскопичность его ниже, чем капрона (0,4 %), поэтому для выработки тканей бытового назначения лавсан в чистом виде не применяется. Волокно является термостойким, обладает низкой теплопроводностью и большой упругостью, что позволяет получать из него изделия, хорошо сохраняющие форму; имеют малую усадку. Недостатками волокна являются его повышенная жесткость, способность к образованию пиллинга на поверхности изделий и сильная электризуемость.

Лавсан широко применяется при выработке тканей бытового назначения в смеси с шерстью, хлопком, льном и вискозным волокном, что придает изделиям повышенную стойкость к истиранию и упругость. Он также с успехом применяется при производстве нетканых полотен, швейных ниток, гардинно-тюлевых изделий, технических тканей и корда. Кроме того, волокно используется в медицине для изготовления хирургических нитей и кровеносных сосудов. Штапельное волокно лавсан хорошо смешивается с шерстью в пропорциях до 50 %. Введение полиэфирного волокна лавсан в смеси с шерстью улучшает свойства таких тканей: увеличивает прочность, уменьшает сминаемость и усадку. Высокая прочность в мокром состоянии, малое влагопоглощение и устойчивость к воздействию микроорганизмов и плесени делают его очень ценным для производства морских канатов и рыболовных сетей. Указанные свойства позволяют широко применять лавсан в самых различных отраслях промышленности, и, в частности, для производства товаров народного потребления [10].

Волокно лавсан по внешнему виду и упругости напоминает шерсть, но имеет при этом малую сминаемость.

Вследствие этого полиэфирные волокна находят широкое применение в производстве костюмных и платьевых шерстяных тканей гребенного типа.

Проведенные практические испытания костюмов из таких тканей показали, что изделия из шерсти с добавлением лавсана имеют исключительные преимущества, особенно при носке в сырую погоду. Высокая обратимая деформация лавсана способствует хорошему сохранению формы. Костюм из лавсана не нужно часто гладить. Складки на нем не исчезают даже при смачивании. Изделия, сшитые из таких тканей, длительное время сохраняют приданную им форму. Из короткого волокна лавсан можно получить пряжу в чистом виде и в смеси с другими волокнами. Основными недостатками лавсана являются пиллингуемость, загрязняемость, малая гигроскопичность, электризуемость, плохая окрашиваемость. Однако использование в производстве окрашенного в массе волокна, объемной пряжи и нитей, а также применение специальных красителей и обработок позволит устранить эти недостатки [12].

Полиуретановые волокна - гетероцепные полимеры, содержащие незамещенные и(или) замещенные уретановые группы -N(R)-С(О)О- (где R = Н, алкил, арил или ацил). В зависимости от природы исходных компонентов в макромолекулах полиуретанов могут содержаться и другие функциональные группы: простые эфирные и сложноэфирные (полиэфируретаны), амидные (полиамидоуретаны), двойные связи (полидиенуретаны).

Полиакрилонитрильное волокно - нитрон. Волокно нитрон вырабатывают из полиакрилонитрила. Полиакрилонитрил получают на предприятиях химической промышленности полимеризацией акрилонитрила CH₂=CHCN в присутствии ускорителей реакции (катализаторов).

Акрилонитрил получают синтезом из очень доступного и дешевого сырья этилена или ацетилена и синильной кислоты. До последнего времени полиакрилонитрильное волокно (нитрон, орлон и др.) формовали из одного полиакрилонитрила. Однако изделия, получаемые из полиакрилонитрила в обычных условиях, отличаются хрупкостью и плохо окрашиваются.

В настоящее время для формования волокна используют сополимеры акрилонитрила с небольшим количеством другого мономера (винилпиридин, винилацетат, стирол и др.). Полученные сополимеры обладают большей гибкостью, эластичностью и лучшей окрашиваемостью [14].

В последнее время в некоторых странах для формования полиакрилонитрильного волокна стали использовать не однородный полимерный материал, а материал, состоящий из двух полимеров разнородных по свойствам. Два разных по свойствам полимера (один-с высокой упругостью, а другой - с малой) в виде прядильных растворов одновременно подаются при формовании волокна на фильеры. В результате такого формования получается волокно, поперечник которого состоит как бы из двух соединенных друг с другом половинок, обладающих разными свойствами. К волокнам такого типа относится волокно экслан, обладающее высокой упругостью и эластичностью, способностью быстро восстанавливать форму, по внешнему виду и по многим свойствам напоминающее шерсть. Формование полиакрилонитрильного волокна производится из раствора. В качестве растворителя применяют диметилформамид. Раствор полиакрилонитрила в диметилформамиде продавливают через фильеры. В дальнейшем свежесформованное волокно проходит отделочные операции, подготавливающие его к текстильной переработке.

Вытянутое нитроновое волокно, как и все термопластичные волокна, изменяет свои свойства (происходит усадка) при повышении температуры (при крашении, обработке в горячей воде). Для ликвидации этого недостатка (усадки) нитрон и другие синтетические волокна после вытяжки подвергают термофиксации. При термофиксации волокно нагревают до определенной температуры и выдерживают некоторое время, при этом для каждого синтетического волокна существуют свой верхний температурный предел и время обработки. В результате тепловой обработки отдельные звенья молекул сближаются, между ними образуются новые связи, волокно упрочняется и при дальнейшей переработке не изменяет своих свойств. Волокно нитрон обладает высокой прочностью, но она несколько ниже, чем у полиамидного и полиэфирного. Достоинством нитрона является его малая плотность (1,17 г/см³) нитрона 16-20 %. Волокно нитрон и его сополимеры обладают высоким начальным модулем упругости, т. е. хорошо сопротивляются при растяжении многократным нагрузкам, благодаря чему внешний вид изделий из этих волокон после смятия восстанавливается. При нормальной относительной влажности (65 %) волокно сорбирует из воздуха не более 1 % влаги. Волокно нитрон в мокром состоянии незначительно теряет свою прочность.

Следует отметить, что механические показатели волокна нитрон, а также его упругие свойства могут изменяться в широких пределах в зависимости от условий формования (вытяжки и термофиксации), поэтому из одного и того же прядильного раствора можно получить волокно с различными разрывными нагрузками (разрывной длиной от 20 до 45 км) и удлинением [12].

Полихлорвиниловые волокна (хлорин, ПВХ). Волокно хлорин получается из полимерного продукта - хлорированного полихлорвинила. При химической обработке таких веществ как этилен или ацетилен, получают хлорвинил. В результате реакции полимеризации из хлорвинила и получают полихлорвинил, который плохо растворяется в обычных растворителях. Одним из способов повышения растворимости поливинилхлорида является его дополнительное хлорирование. Полученный, таким образом, хлорированный полихлорвинил растворим в ацетоне.

Хлориновое волокно по своим свойствам значительно отличается от других химических волокон. Прочность непрерывного волокна хлорин ниже, чем у хлопчатобумажной пряжи. Для этого волокна характерна высокая устойчивость к действию большинства химических реагентов (кислот, щелочей, окислителей). Даже "царская водка" (смесь азотной и соляной кислот) не производит действия на хлориновое волокно. Волокно при нормальной влажности воздуха поглощает не более 0,1-0,15% влаги. Прочность волокна в сухом и мокром состоянии не изменяется. В пламени не горит, а лишь спекается. Хлорин так же, как и все синтетические волокна, устойчив против действия микроорганизмов, бактерий и плесени. К недостаткам его следует отнести незначительную термостойкость к температурам выше +70 °С и ниже 15-20 °С, малую гигроскопичность и неустойчивость к действию света и атмосферных влияний. При действии света в течение одного месяца волокно теряет половину разрывной прочности. При температуре ниже 15 °С у волокна исчезает эластичность, он приобретает жесткость и ломкость. Волокно хлорин широко применяется в различных отраслях химической промышленности для изготовления фильтров, спецодежды, сальников и др. Если ассортимент технических изделий из хлорина сравнительно широк, то этого нельзя сказать в отношении производства бытовых изделий: хлориновое штапельное волокно нашло применение для изготовления бельевого трикотажа, используемого для лечебных целей. Такое белье рекомендуется для носки людям, страдающим радикулитом и ревматизмом. Лечебные свойства белья из хлоринового волокна заключаются в так называемом трибоэлектрическом эффекте [15].

Указанное волокно может быть использовано для изготовления лечебного трикотажного белья, фильтровальной тканей, а также в смесях с шерстью в ковровом производстве. Для улучшения некоторых свойств волокна хлорин в последнее время стали вырабатывать сополимерные волокна из смеси хлорина и ацетилцеллюлозы - ацетохлорин из смеси хлорина и нитроцеллюлозы - винитрон и др. У волокон ацетохлорин и винитрон удачно сочетаются свойства волокна хлорин и другого их компонента, поэтому новые волокна характеризуются высокой температурой размягчения, повышенной гигроскопичностью, воспламеняемостью [8].

Полиолефиновые волокна. К этой группе волокон следует отнести полипропиленовое и полиэтиленовое. Исходным продуктом для синтеза полипропилена является пропилен СН₃-СН=СН₂, получаемый в качестве побочного продукта при переработке нефти. Синтез полипропилена осуществляется в присутствии комплексного катализатора. Доступность, невысокая стоимость исходного сырья и высокие физико-механические показатели полипропилена способствуют широкому применению его в качестве сырья для волокнообразующих материалов. Волокно формуется из расплава на машинах специальной конструкции. Для формования можно также использовать оборудование, предназначенное для получения гетероцепных волокон (лавсан, капрон). После вытяжки и соответствующей отделки готовое волокно поступает на переработку [16].

Наряду с высокими физико-механическими свойствами волокно из полипропилена отличается небольшой плотностью (0,92 г/см³), поэтому изделия из него не тонут в воде; оно обладает стойкостью к действию кислот, щелочей, микроорганизмов и т. п. Однако волокно из пропилена недостаточно стойко к действию тепла и света. Этот недостаток устраняют введением и полимер специальных веществ - ингибиторов, которые предотвращают преждевременное разрушение волокна [18].



1.3 Получение синтетических волокон

Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании исходных растворов или расплавов полимеров через тончайшие отверстия фильер.

Несмотря на некоторые различия в получении химических волокон и нитей разных видов, общая схема их производства состоит из следующих основных этапов:

1. Получение сырья и его предварительная обработка

2. Приготовление прядильного раствора (расплава)

3. Формование волокна

4. Вытягивание и термообработка волокна

5. Отделка сформованного волокна

1. Получение сырья и его предварительная обработка.

Сырье для синтетических волокон получают путем реакций синтеза (полимеризации и поликонденсации) полимеров из простых веществ (мономеров) на предприятиях химической промышленности. Предварительной обработки это сырье не требует.

Полимеризация - процесс получения полимеров путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру на конце растущей цепи (рис. 1). Молекула мономера, входя в состав цепи, образует её мономерное зерно. Число таких звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации.

Рисунок 1 Полимеризация на примере этилена и пропилена

Поликонденсация - процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений (мономеров), сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.) (рис. 2).

Рисунок 2 Реакция образования лавсана (полиэфирного волокна)

2. Приготовление прядильного раствора (расплава).

При изготовлении химических волокон необходимо из исходного твердого полимера получить длинные тонкие нити с продольной ориентацией макромолекул, т.е. нужно переориентировать макромолекулы полимера. Для этого переводят исходный полимер в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). В жидком (раствор) или размягченном (расплав) состоянии нарушается межмолекулярное взаимодействие, увеличивается расстояние между молекулами и появляется возможность их свободного перемещения относительно друг друга.

Растворение полимера осуществляют для полимеров, имеющих дешевый и доступный растворитель. Растворы используются для искусственных и некоторых синтетических (полиакрилонитрильных, поливинилспиртовых, поливинилхлоридных) волокон.

Расплавление полимера применяют для полимеров с температурой плавления ниже температуры разложения. Расплавы готовят для полиамидных, полиэфирных и полиолефиновых волокон.

Для приготовления прядильного раствора также выполняют следующие операции:

· Смешивание полимеров из различных партий. Выполняют для повышения однородности раствора, чтобы получить волокна равномерные по своим свойствам на всем протяжении. Смешивание возможно как после получения раствора, так и в сухом виде до растворения (расплавления) полимера.

· Фильтрация раствора. Заключается в удалении механических примесей и нерастворившихся частиц полимера путем многократного прохождения раствора через фильтры. Фильтрация необходима для предотвращения засорения фильер и улучшения качества нитей.

· Обезвоздушивание раствора. Выполняется для удаления из пузырьков воздуха, которые, попадая в отверстия фильер, обрывают образующиеся волокна. Обезвоздушивание осуществляется путем выдерживания раствора в вакууме. Расплав обезвоздушиванию не подвергается, так как в расплавленной массе воздуха практически нет.

· Введение различных добавок. Добавление небольшого количества низкомолекулярных веществ, обладающих специфическими свойствами, позволяет изменить свойства получаемых волокон. Например, для повышения степени белизны вводится оптические отбеливатели, для приобретения матовости добавляют двуокись титана. Введение добавок можно придать волокнам бактерицидные, огнестойкие и другие свойства. Добавки, не вступая в химическое взаимодействие с полимером, располагаются между его молекулами.

3. Формование волокна.

Процесс формования волокон состоит из следующих этапов:

- продавливание прядильного раствора через отверстия фильер,

- затвердевание вытекающих струек,

- наматывание полученных нитей на приемные устройства.

Прядильный раствор подаётся на прядильную машину для формования волокон. Рабочими органами, непосредственно осуществляющими процесс формования химических волокон на прядильных машинах, являются фильеры. Изготавливаются фильеры из тугоплавких металлов - платины, нержавеющей стали и др. - в форме цилиндрического колпачка или диска с отверстиями.

В зависимости от назначения и свойств формуемого волокна количество отверстий в фильере, их диаметр и форма могут быть различными (круглые, квадратные, в виде звездочек, треугольников и т. п.). При использовании фильер с отверстиями фигурного сечения получают профилированные нити с различной конфигурацией поперечного сечения или же с внутренними каналами. Для формирования бикомпонентных (из двух и более полимеров) нитей отверстия фильер разделены перегородкой на несколько (две или более) частей, к каждой из которых подаётся свой прядильный раствор [18].

4. Вытягивание и термообработка волокна.

Химические волокна и нити непосредственно после формования не могут быть использованы для производства текстильных материалов. Они требуют дополнительной обработки.

В процессе формования образуется первичная структура нити. В растворе или расплаве макромолекулы имеют сильно изогнутую форму. Так как при формовании степень вытягивания нити невелика, то макромолекулы в нити расположены с малой долью распрямленности и ориентации вдоль оси нити. Для распрямления и переориентации макромолекул в осевом направлении нити выполняется пластификационная вытяжка, в результате которой ослабляются межмолекулярные связи, и образуется более упорядоченная структура нити. Вытягивание приводит к увеличению прочности и улучшению текстильных свойств нити.

Но в результате большой распрямленности макромолекул нити становятся менее растяжимыми. Такие волокна и изделия из них подвержены последующей усадке во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах. Поэтому возникает необходимость подвергнуть нити термофиксации - тепловой обработке в натянутом состоянии. В результате термофиксации происходит частичная усадка нитей из-за приобретения макромолекулами изогнутой формы при сохранении их ориентации. Форма пряжи стабилизируется, последующая усадка, как самих волокон, так и изделий из них снижается.

5. Отделка сформованного волокна.

Характер отделочных операций зависит от условий формования и вида волокна.

- Удаление примесей и загрязнений необходимо при получении нитей мокрым способом. Операция осуществляется путем промывки нитей в воде или различных растворах.

- Беление нитей или волокон проводится путем обработки оптическими отбеливателями для последующего окрашивания волокон в светлые и яркие цвета.

- Поверхностная обработка (авиваж, аппретирование, замасливание) необходима для придания нитям способности к последующим текстильным переработкам. При такой обработке повышаются скольжение и мягкость, поверхностной склеивание элементарных нитей и уменьшается их обрывистость, снижается электризуемость и т. п.

- Сушка нитей после мокрого формования и обработки различными жидкостями выполняется в специальных сушилках.

- Текстильная переработка включает в себя следующие процессы:
Скручивание и фиксация крутки - для соединения нитей и повышения их прочности

- Перематывания - для увеличения объема паковок нитей.
Сортировка - для оценки качества нитей [19].

В настоящее время в мировой текстильной промышленности полиэфирные волокна занимают доминирующую позицию среди волокон синтетического происхождения [20].



2. Материалы из синтетических волокон для производства

2.1 Полиэфирные (пэ) волокна

Материалы из синтетических волокон очень активно используются для производства современной модной одежды, спецодежды, одежды для экстремальных условий и спорта.

К числу наиболее распространенных и известных видов относятся следующие синтетические волокна.

Торговые названия - лавсан, полиэстр, тетерон, элана, тергаль. Широко применяют для изготовления тканей и трикотажа бытового назначения, тканей для интерьера жилья, автомашин и др. Из него изготавливают швейные и вышивальные нити. В случае использования штапельных ПЭ волокон в смеси натуральными почти полностью устраняются недостатки натуральных волокон (сминаемость, низкая биостойкость), но сохраняются высокие гигроскопические характеристики, увеличивается прочность изделий, устойчивость к истиранию.

Особенности горения: загораются легко, горят быстро, с копотью, имеют едкий запах, образуют твердый блестящий шарик черного цвета. Вне пламени горение продолжается (Приложение 1).

2.2 Полиамидные (па) волокна

Торговые названия: капрон, анид, нейлон, дедерон. Широко применяются для производства чулочно-носочных и трикотажных изделий, для производства швейных ниток, и галантерейных изделий (кружева, тесьмы, ленты), канатов, рыболовных сетей, конвейерных лент, тканей технического назначения.

Широко применяется штапельное полиамидное волокно в смеси с другими волокнами, что почти не ухудшает гигроскопических свойств изделий, но позволяет значительно увеличить срок их службы.

Особенности горения: загораются с трудом, горят без копоти, умеренно, имеют запах сургуча; образуют твердый блестящий шарик. Вне пламени горение прекращается (Приложение 2).

2.3 Полиакрилонитринные (пан) волокна

Торговые названия: нитрон, акрил, панакрил, орлон, акрилан. Используются главным образом в производстве тканей для верхней одежды, в смесях с шерстью, и другими волокнами, верхнего трикотажа, искусственного меха.

По своим механическим свойствам ПАН волокна очень близки к шерсти и в этом отношении они превосходят все остальные химические волокна. Их нередко называют «искусственной шерстью».

В вязальной пряже акрил чаще всего используют в смеси с шерстью или мохером, что позволяет создавать пушистые и в то же время формостойкие изделия.

Особенности горения: загораются легко, горят быстро, с копотью, имеют едкий запах, образуют рыхлый матовый шарик. Вне пламени горение продолжается (Приложение 3).

2.4 Поливинилспиртовые (пвс) волокна

Торговые названия: винол, мтилан, винилон, куралон. В зависимости от технологии производства могут быть получены нити со специфическими свойствами. Штапельные ПВС волокна применяют в чистом виде или в смеси с натуральными и химическими волокнами. Так, в смеси с хлопком и вискозными волокнами их используют для производства бельевых, сорочечных и одежных тканей.

Высокая гигиеничность волокон, устойчивость к различным реагентам позволяет применять их вместо хлопка, шерсти и льна при изготовлении спецодежды.

Винол используется при выработке тканей для белья и верхней одежды.

Мтилан обладает антимикробными свойствами и используется в медицине в качестве нитей для временного соединения хирургических швов (Приложение 4).

2.5 Полиуретановые (пу) волокна

Торговые названия: эластан, лайкра, спандекс. ПУ нити редко применяются в чистом виде, они чаще являются каркасными нитями, вокруг которых навиваются другие нити. Изделие из таких нитей характеризуется повышенной комфортностью за счет высокой эластичности и при этом сохраняет все лучшие свойства и полное ощущение того вида волокна, которое использовалось для внешней обмотки. Из них изготавливают эластичные ткани и трикотаж разнообразных видов, шьют облегающие тело изделия, в том числе спортивные, галантерейные и медицинские (Приложение 5).

2.6 Поливинилхлоридные (пвх) волокна

Торговые названия: хлорин, саран, виньон, ровиль, тевирон. Для производства фильтровальных и негорючих драпировочных тканей, нетканых материалов, теплоизоляционных материалов, используемых при низких температурах.

При трении волокно приобретает высокий электростатический заряд, это свойство используется для изготовления из них лечебного белья при таких заболеваниях, как радикулит, артрит.

В смесях с другими волокнами могут использоваться для получения рельефных тканей, ковров, искусственной кожи, пушистых трикотажных изделий и др.).

Применение ПВХ волокон ограничено из-за низкой термостойкости.

Особенности горения: загораются легко, горят быстро, с копотью, имеют едкий запах, образуют твердый пористый шарик черного цвета. Вне пламени горение прекращается (Приложение 6).

2.7 Полиолефиновые волокна

Самая лёгкая синтетика, изделия из которой не тонут в воде.

К ним относятся полиэтиленовые и полипропиленовые волокна.

Используются главным образом для технических целей.

Особенности горения: загораются легко, горят быстро, с копотью, имеют запах парафина, образуют твердый шарик. Вне пламени горение продолжается (Приложение 7).



3. Преимущества и значение синтетических волокон

В связи с развитием техники и повышением материального уровня жизни народа быстро растет потребность в разнообразных волокнах. Эта потребность не может быть удовлетворена полностью за счет природных волокон. В дополнение к ним, а часто и для замены их, во все возрастающих количествах производятся химические волокна - искусственные и особенно синтетические.

В чем же преимущества этих волокон?

Получение химических волокон оказывается значительно более производительным и экономичным, чем получение природных волокон. Хлопковое волокно, например, вырастает за три месяца всего на 3-4 см, химические же волокна получают со скоростью сотен метров в минуту. О большей экономичности производства таких волокон говорят следующие цифры: на получение тонны хлопка затрачивается 200 рабочих дней, на получение тонны льна - 400 рабочих дней, а на тонну вискозного волокна - всего лишь 50 рабочих дней.

Производство синтетических волокон практически не зависит от природных условий. Чтобы получить много шерсти, нужны огромные пастбища для овец. Чтобы вырастить хлопок, лен и т. д., требуются плодородные почвы. Для получения натурального шелка нужны плантации тутовых деревьев. Во всех этих случаях сбор продукции сильно зависит от засухи и дождей, поздней или ранней весны, от времени наступления осени и морозов. Производство же синтетических волокон может быть организовано почти в любой местности, и на него не влияют условия погоды.

Качество синтетических волокон во многих случаях выше, чем природных. Мы видели, что могут быть получены волокна не гниющие, не поедаемые молью, стойкие по отношению к кислотам и щелочам, с высокими электроизоляционными свойствами и т. д. Наконец, по самому важному свойству - по прочности - синтетические волокна намного превосходят природные. Прочность волокон часто выражают в километрах разрывной длины, т. е. длиной волокна, при которой происходит разрыв его под действием собственного веса. Высокие свойства синтетических волокон обусловливают широкое использование их в технике и для производства предметов народного потребления [17].



Заключение

В курсовой работе «Синтетические волокна, широко используемые в легкой промышленности» рассмотрены основные способы получения синтетических волокон, а также основные представители синтетических волокон, получаемые разными методами; изучены основные виды широко используемых синтетических волокон. Также проделанная работа позволяет сделать вывод о том, что производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и разнообразием свойств исходных синтетических полимеров, что позволяет получать синтетические волокна с различными свойствами, в то время как возможности варьировать свойства искусственных волокон очень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера (целлюлозы или её производных).

Очень важно и то, что свойства синтетического волокна и, получаемого из него, материала можно задавать наперед. Физико-механические и физико-химические свойства синтетических волокон можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а также путём модификации, как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера волокна химические, обладающие разными свойствами [2].

Именно поэтому, текстильные изделия нового поколения более адаптированы к потребностям человека, обладают многофункциональными и комфортными свойствами, комплиментарно поддерживают здоровье человека, позволяют существенно повысить безопасность среды его обитания. Как ни парадоксально, использование одежды на основе нового поколения "синтетики" позволяет повысить работоспособность организма в экстремальных условиях. В связи с этим синтетические волокна существенно потеснили натуральные и искусственные волокна в производстве некоторых видов изделий. Материалы из синтетических волокон очень активно используются для производства современной модной одежды, спецодежды, одежды для экстремальных условий и спорта.

Компании с мировыми именами целенаправленно занимаются разработкой новых синтетических материалов. В настоящее время существует несколько тысяч видов химических волокон, и число их увеличивается с каждым годом. Однако основную роль в производстве химических волокон в обозримом будущем составят уже известные выпускаемые химической промышленностью волокна с улучшенными свойствами. Современные синтетические материалы, значительно более прочны и долговечны, легки, меньше мнутся, быстрее сохнут. Они могут обладать свойством быстро впитывать и отводить конденсат от поверхности тела, предохранять тело от перенагревания или переохлаждения, химического воздействия, облучения и др. [11].



Список литературы

1. Аверко-Антонович, Ю. И. Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учебное пособие / Ю. И. Аверко-Антонович, Р. Т. Бикмуллин. Казань: КГТУ, 2002. 604 с.

2. Осовская, И. И. Природные и химические волокна / Осовская И. И. Москва: Государственное издательство иностранной литературы, 2015. 566 c.

3. Головкин, Г. С. Научные основы производства изделий из термопластичных композиционных материалов / Г. С. Головкин, В. П. Дмитренко. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 424 с.

4. Гросберг, А. Ю. Полимеры с точки зрения физики / А. Ю. Гросберг, А. Р. Хохлов. Москва: Интеллект, 2010. 304 c.

5. Донцов, А. А. Химические волокна и их применение / А. А. Донцов, Г. Я. Лозовик. Москва: Химия, 1979. 232 c.

6. Каллистер-мл., У. Д. Материаловедение. От технологии к применению (металлы, керамика, полимеры) / У. Д. Каллистер-мл., Д. Дж. Ретвич. Москва: Научные основы и технологии, 2011. 902 c.

7. Малбиев, С. А. Полимеры в строительстве / С. А. Малбиев, В. К. Горшков. Москва: Высшая школа, 2008. 456 c.

8. Манушин, В. И. Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе / В. И. Манушин, К. С. Никольский. Владимир: Полимерсинтез, 2002. 107 с.

9. Пахомов, П. М. Основы полимерной химии / П. М. Пахомов. Тверь: ТвГУ, 2011. 56 с.

10. Дженкинс, М. Полимеры в биологии и медицине / М. Дженкинс. Москва: Научный мир, 2011. 256 c.

11. Сагалаева, Г. В. Справочник по технологии изделий из синтетических волокон / Под ред. Г. В. Сагалаева [и др.] - Москва: Химия, 2000. 424 с.

12. Хохлов, А. Р. Лекции по физической химии полимеров / А. Р. Хохлов, В. Р. Кучанов. Москва: Мир, 2000. 192 с.

13. Фрейзер, А. Г. Высокотермостойкие полимеры / А. Г. Фрейзер. Москва: Химия, 2006. 292 c.

14. Балашова, Т. Д. Отделка шелковых тканей / Т. Д. Балашова, Н. Е. Бушуева, И. В. Попиков. Москва: Легпромбытиздат, 1986. 375 с.

15. Клепачева, Л. С. Синтетические волокна / Л. С. Клепачева, // Юный ученый. 2008. URL: http://www.biysk.ru/~karman/mat_vol_x_sintet.htm (дата обращения: 20.05.2020).

16. Зыкин С.В. Волокнистые материалы и их свойства / С.В. Зыкин, // «Золотое Русо». 2017. URL: https://ggptknhp.by/files/posobija/voloknistyje_matyerialy/t7.html (дата обращения: 22.05.2020).

17. Клепикова Н.С. Синтетические волокна / Н.С. Клепикова, // Химия. 2005. URL: https://www.rukodelie.ru/articles/sinteticheskije_volokna/ (дата обращения: 18.05.2020).

18. Антонова Н.А. Промышленное производство синтетических волокон / Н.А. Антонова, // Юный химик. 2009. URL: https://foxford.ru/wiki/himiya/promyshlennoe-proizvodstvo-sinteticheskih-volokon (дата обращения: 20.05.2020).

19. Иванов П.В. Что такое синтетические волокна - виды и свойства / П.В. Иванов, // Алхимия. 2007. URL: https://www.stayer.su/internet-magazin/interesnoe-i-poleznoe/chto-takoe-sinteticheskie-volokna-vidy-i-svoystva.html (дата обращения: 17.05.2020).

20. Клепикова Н.С. Текстильные волокна и нити. Классификация. Искусственные волокна / Н.С. Клепикова, // Химия. 2009. URL: https://znaytovar.ru/new371.htmlhttps://znaytovar.ru/new371.html (дата обращения: 23.05.2020).



Приложение 1



Приложение 2



Приложение 3



Приложение 4



Приложение 5



Приложение 6



Приложение 7

Размещено на Allbest.ru

...