Хімічні волокна (штучні та синтетичні)
Химия

Хімічні волокна (штучні та синтетичні)


Завантажити реферат: Хімічні волокна (штучні та синтетичні)

План реферату

Вступ
1. Штучні волокна.
2. Ксантонгенат целюлози
3. Синтетичні волокна

Вступ

Деякі високомолекулярні сполуки можна використовувати для отримання хімічних волокон.

Хімічні волокна поділяються на штучні та синтетичні. Штучні волокна виготовляють із природних високомолекулярних сполук, переважно з целюлози. Синтетичні волокна виготовляють із синтетичних високомолекулярних сполук.

Хімічні волокна мають низку серйозних переваг перед натуральними.

По-перше, виробництво хімічних волокон потребує значно менших витрат праці, ніж виробництво натурального волокна. Наприклад, виробництво 1 т бавовни-волокна треба витратити 200 людино-днів, на 1 т митої вовни – близько 400 человек-дней, але в виробництво 1 т віскозного штапельного волокна – всього 50 человеко-дней. Це різко позначається на вартості готової продукції.

По-друге, виробництво хімічних волокон не залежить від природних, географічних та кліматичних умов та може швидко нарощувати свої потужності. Типовий завод штапельного волокна випускає 100 т продукції на добу. Щоб одержати стільки волокна з бавовни, треба зібрати врожай із 50 тис. гектарів. А один завод синтетичного волокна дає на рік стільки вовни. Скільки можна одержати від 15-20 млн. овець.

По-третє, вже нині створені синтетичні волокна, що перевершують за багатьма властивостями (міцності, еластичності, хімічної стійкості та інших.) натуральні волокна. Так, наприклад, з деяких синтетичних волокон виробляють одяг, безрозмірні панчохи і білизну, винятково міцний одяг красивого забарвлення і багато іншого. Застосування корду з хімічних волокон різко підвищує термін служби автомобільних покришок. Синтетичні волокна не схильні до гниття, тому вони служать незамінним матеріалом для виробництва рибальських мереж, канатів та ін.

У всіх промислово розвинених країнах частка хімічних волокон у загальному обсязі виробництва основних видів текстильного волокна безперервно збільшується: у Японії, Італії та ФРН вона становить близько 99%, у Англії 96%, у Франції 85%, у США понад 52%. Це крім вищеперелічених переваг хімічних волокон проти натуральними пояснюється ще й тим, що натуральні волокна що неспроможні забезпечити необхідне зростання виробництва товарів народного споживання, викликаний збільшенням чисельності населення та розширенням його запитів.

Хімічні волокна виготовляються у вигляді нескінченної нитки, що складається з багатьох окремих волокон або з одного волокна, або у вигляді штапельного волокна – коротких відрізків (штапелек) некрученого волокна, довжина яких відповідає довжині волокна вовни або бавовни. Штапельне волокно аналогічно шерсті або бавовні служить напівпродуктом для отримання пряжі. Перед прядінням штапельне волокно може бути змішане з вовною або бавовною.

1. Штучні волокна.

Найбільше значення як вихідного природного високомолекулярного з’єднання для виробництва штучного волокна має целюлоза.

На основі целюлози виготовляються віскозні, ацетатні та мідноаміачні волокна.

Віскозне волокно. Основною сировиною для одержання віскозного волокна є деревна (зазвичай ялина) целюлоза. У ялиновій деревині міститься близько 45% целюлози (з 1м3 деревини виходить близько 200 кг целюлози). Для одержання целюлози суху ялинову деревину розварюють із лугами, розчинами сульфіту натрію або іншими реагентами. Волокнисту целюлозну масу відокремлюють від варильної рідини (в якій залишаються домішки), промивають, відбілюють і після вторинного промивання формують у вигляді листів картону. Целюлоза, що надходить на заводи віскозного волокна, повинна містити не менше 88% так званої альфацелюлози (чистої целюлози, яка не розчиняється в 18%-ному розчині їдкого натру при кімнатній температурі).

Для отримання прядильної маси целюлозу піддають мерсеризації — обробці 18% розчином їдкого натру. При цьому з целюлози видаляються розчинні речовини, і вона набуває здатності вступати в наступні реакції. Целюлоза набухає та утворює з їдким натром так звану лужну целюлозу (алкаліцелюлозу):

[C6H7O2(OH)3]n NaOH
[C6H7O2(OH)2 – ONa]n

целюлоза лужна целюлоза

Після мерсеризації та віджиму лужної целюлози її подрібнюють у спеціальних машинах і піддають дозріванню, що призводить до зменшення ступеня полімеризації целюлози внаслідок окислювальної деструкції (розриву) макромолекул. Передозрівання проводять шляхом витримування подрібненої лужної целюлози в спеціальних камерах або на стрічках, що безперервно рухаються, протягом 8-10 год при 36-40 оС. Далі лужну целюлозу для переведення її в розчинну сполуку обробляють сірковуглецем. При цьому утворюється ксантогенат целюлози (натрієва сіль кислого ефіру дитіовугільної кислоти та целюлози):

[C6H7O2 (OH)2 –
ONa]n [C6H7O2 (OH)2 – O – C – SNa]n

2. Ксантонгенат целюлози

Ксантогенат целюлози – сипуча речовина, яка добре розчиняється у лугу; при цьому утворюється віскозний розчин. Цей розчин піддають дозріванню, в результаті якого відбувається поступовий гідроліз целюлози ксантогенату з відщепленням деякої частини груп, що містять сірку. При гідролізі знижується рівень етерифікації целюлози. Після фільтрування на фільтрпресах та видалення бульбашок повітря у вакуумі розчин надходить на формування волокна.

З фільєр цівки розчину потрапляють в осадову ванну із сірчаною кислотою, яка повністю омиляє ксантогенат целюлози і нейтралізує їдкий натр:

[C6H7O2 (OH)2 – O
– C – SNa]n +H2SO4 [C6H7O2(OH)3]n

S — Na2SO4

Регенеровану целюлозу («гідратцелюлозу») у вигляді віскозної нитки після виходу з осадової ванни витягують. При цьому лінійні макромолекули целюлози розташовуються (орієнтуються) вздовж осі нитки, у результаті міцність волокна значно збільшується. Таким чином, сутність процесу отримання віскозного волокна полягає в тому, що нерозчинну целюлозу переводять для формування розчинний стан, а потім знову переводять в нерозчинний стан (регенерують).

Спільні заводи віскозного волокна є потужними хімічними підприємствами, що виробляють щодобово до 100-120 т волокна.

Ацетатне волокно. Вихідною сировиною для отримання ацетатного волокна служить ацетат целюлози, який виходить ацетилюванням целюлози оцтовим ангідридом у присутності оцтової кислоти як розчинник і сірчаної кислоти як каталізатор.

На першій стадії ацетилювання целюлози утворюється тріацетат целюлози [C6H7O2(OCOCH3)3]n, який далі частковим омиленням перетворюється на так званий «вторинний ацетат», що містить близько 50% пов’язаної оцтової кислоти. Отриманий ацетат целюлози розчинний в органічних розчинниках.

Для приготування прядильної маси целюлози ацетат розчиняють в суміші ацетону (85%) з етиловим спиртом (15%). Формування ацетатного волокна із розчину проводиться сухим методом. У решті технологічний процес отримання ацетатного волокна ведеться звичайним способом.

Ацетатне волокно складається з ефіру целюлози, а не хімічно незмінної целюлози, як віскозне волокно, і відрізняється від останнього великою еластичністю.

Мідноаміачне волокно. Мідноаміачне волокно, як і віскозне, є чистою регенерованою целюлозою. Спосіб отримання цього волокна заснований на розчинності целюлози в аміачному розчині окису міді, в якому мідь знаходиться у вигляді комплексної сполуки [Cu(NH3)4](OH)2. Цей метод економічно менш вигідний проти описаними вище.

3. Синтетичні волокна

Поліамідні волокна. Поліамідні волокна, що у багатьох відношеннях перевершують за якістю всі природні та штучні волокна, завойовують все більше і більше визнання. До найпоширеніших поліамідних волокон, що випускаються промисловістю, відносяться капрон і нейлон. Понад двадцять років тому було отримано поліамідне волокно енант.

Капрон – поліамідне волокно, одержуване з полікапроаміду, що утворюється при полімеризації капролактаму (лактама ε — амінокапронової кислоти): CH2

H2C C=O O

n H2C NH [-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-C-NH-]n

H2C CH2

Вихідний капролактам практично виходить двома шляхами: з фенолу та з бензолу.

Окислення циклогексану проводять киснем повітря в рідкій фазі при 130-140оС і 15-20 кг с/см2 у присутності каталізатора — марганцю стеарату. При цьому утворюються циклогексанон та циклогексанол у співвідношенні 1:1. Циклогексанол дегідрується до циклогексанону, а останній перетворюється на капролактам описаним вище способом.

При будівництві нових та розширенні існуючих виробництв капролактаму використовуватиметься переважно друга схема його отримання. При цьому окиснення циклогексанону повітрям буде інтенсифіковано за рахунок підвищення температури реакції до 190-200оС, що суттєво скоротить тривалість реакції.

Полімеризацію капролактаму ведуть на тих самих заводах, які виробляють синтетичні волокна. Капролактам перед полімеризацією розплавляють. Для запобігання окисленню лактаму процес полімеризації, що протікає при 15-16 кг з/см2 та температурі близько 260оС, проводять в атмосфері азоту. Полімер, що утворився в результаті полімеризації капролактаму, застигає в білу рогоподібну масу, яку потім подрібнюють і обробляють водою при підвищеній температурі для вилучення непрореагував мономеру і димерів, що утворилися, і тримерів.

Для формування волокна капрон, висушений полімер завантажують у закриті сталеві апарати, забезпечені решітками, на яких він розплавляється при 260-270оС в атмосфері азоту. Відфільтрований під тиском плав надходить у фільєри. Фільєри волокна, що утворюються після виходу, охолоджують у шахті і намотують на бобіни. Одночасно з бобін пучок волокон направляють на витяжку, крутку, промивання та сушіння.

Волокно капрон на вигляд нагадує натуральний шовк; за міцністю воно значно перевершує його, але дещо менш гігроскопічно. Це волокно знаходить широке застосування виготовлення високоміцного корду, тканин, панчішних і трикотажних виробів, канатів, мереж та інших.

Волокно найлон (анід). Виходить із поліаміду – продукту поліконденсації так званої солі АГ (гексаметилендіамінадіпінат).

Сіль АГ виходить взаємодією адипінової кислоти з гексаметилендіаміном у метанолі:

H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOH H2N(CH2)6NH2•HOOC(CH2)4COOH

Поліамід, отриманий в результаті поліконденсації солі АГ, розплавленому вигляді продавлюють через щілинний отвір у ванну з холодною водою. Застиглу смолу сушать, подрібнюють, плавлять і з розплаву формують волокно.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *