Основы технологии химических волокон

Технологический процесс получения целлофана

Сырье для производства целлофана

К основным видам сырья, применяемым в вискозном производстве, относятся целлюлоза, едкий натр, сероуглерод и серная кислота. Удельный расход основных видов сырья при производстве целлофана в таблице 1.

Таблица 1. Удельный расход основных видов сырья на производстве целлофана в кг на 1 кг продукции

Получение вискозы

Получение вискозы является первой стадией технологического процесса получения вискозной пленки и волокон. Эта стадия производства включает следующие основные процессы:

получение щелочной целлюлозы;

приготовление рабочих растворов щелочи;

получение ксантогената целлюлозы и его растворение;

подготовку вискозы к формованию.

Очищенная природная целлюлоза обрабатывается избытком концентрированного гидроксида натрия:

CellOH + NaOH CellONa + H2O

Cell + NaOH CellNaOH

После удаления избытка ее комки растирают и полученную массу выдерживают в тщательно контролируемых условиях. При таком старении уменьшается длина полимерных цепей, что способствует последующему растворению. Затем измельченную целлюлозу смешивают с дисульфидом углерода и образовавшийся ксантогенат растворяют в растворе едкого натра для получения вискозы - вязкого раствора. Когда вискоза попадает в водный раствор кислоты, из нее регенерируется целлюлоза. Упрощенные суммарные реакции таковы: целлофан гидратцеллюлозный вискоза

Вискоза для получения пленки

Целлофан формуется из вискозы, приготовленной обычным способом, но обладающей несколько отличными свойствами от вискозы, используемой для производства волокна. Для формования пленки применяют более зрелую вискозу.

Применение зрелой вискозы обеспечивает более быструю коагуляцию вискозы и, главное, более полное разложение ксантогената в процессе формования, что необходимо для получения прозрачного и гладкого целлофана. Кроме того, такая вискоза позволяет увеличить скорость формования и получать более толстую пленку (до 60 г/м 2). Однако у менее зрелой вискозы получаются пленки с лучшими физико-механическими показателями, в особенности по прочности.

Зрелость вискозы может быть повышена несколькими методами:

более продолжительным созреванием;

созреванием при более высокой температуре;

кратковременным подогреванием вискозы при созревании, фильтрации и удалении воздуха;

уменьшением количества сероуглерода при ксантогенировании до 25% от веса -целлюлозы;

приготовлением вискозы с небольшим содержанием едкого натра (отношение NaOH : целлюлоза = 0,6 : 1).

Физико-механические показатели пленки находятся в прямой зависимости от состава вискозы. При повышении содержания в вискозе -целлюлозы с 7,5% до 8,5% уменьшается усадка пленки; при одной и той же толщине получается более широкая (на 4-7%) пленка.

По мере повышения концентрации целлюлозы в вискозе улучшается также физико-механические показатели пленки.

Для производства целлофана применяется вискоза с вязкостью 30-40 сек.

Перед подачей на формование целлофана вискоза должна быть тщательно отфильтрована и обезвоздушена, так как пузырьки воздуха, попадая в фильеру, портят пленку (образование продольных трещин и обрывов). [1]

Формование пленки

Для производства целлофана применяется так называемая целлофановая машина (рис. 1), представляющая собой по существу сложный агрегат, состоящий из формовочной и отделочной частей, сушилки и приемного механизма, наматывающего готовую пленку в рулоны.

Рис. 1. Схема целлофановой машины: I - вискоза; II - в намотку; 1 - тарельчатый фильтр; 2 - фильера; 3 - ванна (барка); 4 - передаточные валы для пленки; 5 - отжимные валы; 6 - передаточные валы в ваннах; 7 - сушильные цилиндры

Из таблицы 3 видно, что с увеличением содержания глицерина прочность пленки снижается, но значительно увеличивается ее эластичность.

Если требуется цветная пленка, ее окрашивают в процессе изготовления на целлофановой машине растворами субстантивных красителей при температуре красильной ванны 60-80С. При получении пленок, окрашенных в темные цвета, концентрация красителя составляет от 1 до 3 г/л. Под красильную ванну занимают барки, которые обычно служат для промывки пленок. [3]

Сушка и намотка пленки в рулоны

По выходе из барки, в которой производится пластификация глицерином, целлофан поступает в сушильную часть машины, состоящую из двух рядов сушильных барабанов (верхних и нижних), обогреваемых изнутри горячей водой.

Пленка, поступающая в сушильную часть машины, содержит около 350% влаги (от веса сухой целлюлозы), а высушенная - 6-13%.

В процессе формования, отделки и сушки вискозная пленка подвергается усадке - укорачивается. Величина усадки зависит от состава и зрелости вискозы, условий формования (состава и температуры осадительной ванны), толщины пленки и ряда других факторов.

При мокрых обработках (осадительные ванны, промывка, десульфурация, отбелка и кисловка) пленка усаживается на 34,7%, а во время сушки - на 9,9%. Это необходимо учитывать при технологических расчетах.

По выходе из сушилки пленка наматывается на бумажную гильзу, надетую на деревянную палку или на деревянную бобину длиной 1,2-1,3 м. Вес рулона составляет 200-300 кг. При толщине целлофана 35 г/м 2 и ширине 1,25 м длина пленки в таком рулоне достигает примерно 4600-7000 погонных метров.

Модификация целлофановой пленки

Одним из самых существенных недостатков целлофана является его большая водопроницаемость и высокая гигроскопичность. При погружении в воду целлофан через 24 ч поглощает равный себе объем воды, теряет прозрачность и механическую прочность (на 65-70%). Во влажной атмосфере целлофан деформируется, что портит внешний вид упаковки.

В результате модификации получают пленки, которые обладают пониженной паро- и влагопроницаемостью, хорошо перерабатываются в изделия методом тепловой сварки, не слипаются при хранении в рулонах. Применяют следующие методы модифицирования целлофановой пленки: дублирование с пленкой из полиэтилена или других полимеров, лакирование, обработка так называемым антиблоком (водной суспензией меламино-формальдегидной смолы).

Дублирование

Дублирование проводят на машине-ламинаторе, которая снабжена экструзионной головкой и обычно размещается в одну линию с целлофановой машиной. В ламинаторе на пленку при помощи экструзионной головки наносят расплав полиэтилена. Затем дублированная пленка проходит зону охлаждения (25-30С) и в пластическом состоянии поступает на прижимные валки (давление около 1,6 МПа), в результате чего увеличивается сцепление между пленкой и полиэтиленом. Толщина полиэтиленового покрытия зависит от соотношения скоростей перемещения целлофана и истечения расплава полиэтилена.

Лакирование

Для увеличения влагостойкости целлофан с одной или с обеих сторон покрывают лаковыми пленками толщиной от 2 до 4 мк. Для лакировки используются разбавленные растворы лаков, обладающих хорошей адгезией (сцеплением) к вискозной пленке (например, растворы колоксилина, различных поливиниловых соединений и др.).

Лакированный целлофан становится гидрофобным (влагопроницаемость 1-1,5 г/м 2ч вместо 300-1000 г/м 2ч у обычного целлофана) и может склеиваться при 130С без применения клея.

Готовый лак содержит 10% твердого вещества 90% растворителей, например смеси этилацетата, бутилацетата и толуола в соотношении 6:1:3. Регенерируется примерно 90% смеси, которая вновь используется для приготовления лака. Пленкообразующее вещество лака может состоять, например, из следующих компонентов (в %):

Нитрат целлюлозы (нитроцеллюлозы) 50,0

Смола 10,5

Пластификатор 38,0

Парафин 1,5

Обработка "антиблоком"

Обработку целлофана "антиблоком" проводят на стадии пластификации. В результате взаимодействия феноло-формальдегидной смолы с гидроксильными группами целлюлозы снижается гигроскопичность пленки. [4]

ГОСТ 7730-89 Пленка целлюлозная

Настоящий стандарт распространяется на целлюлозную пленку (целлофан), изготовленную вискозным способом и предназначенную для упаковывания пищевых продуктов, медикаментов и промышленных товаров с предварительным нанесением печатных рисунков или без них, а также для технических целей. Лакированная целлюлозная пленка предназначена для упаковывания изделий с влажностью не более 15%. Морозостойкость пленки - минус 20 град. С

Литература