Реферат хімічні волокна

метки: Волокно, Хімічні, Целюлози, Наприклад, Тканина, Складається, Вигляді, Нитка

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Державне освітній заклад професійної освіти

Контрольна робота

з дисципліни «Технологія хімічних волокон»

Хімічні волокна

Виконала
Перевірила

Москва

2011

ВСТУП

За останні 100 років населення Землі подвоїлося. Але ще більше зросли потреби людей. Вироблення природних волокон — вовни, бавовни, натурального шовку, льону, конопель — стала помітно відставати від попиту. Так, за останні 40 років, вона збільшилася лише на 25%, а попит — на 100%.

Усунути цю невідповідність допомогла хімія. Хіміки в багатьох країнах безперервно працюють над створенням нових волокон і поліпшенням якості вже відомих. Не відстають від них і технологи. Змінюючи склад сировини і технологію його переробки, вони покращують якість тканин і надають їм ряд особливих властивостей, наприклад, роблять їх водовідштовхувальними або не втрачають форму. У результаті на міжнародному ринку безперервно з’являються нові марки тканин.

Всього хіміки вже запропонували майже 1000 різних типів синтетичних волокон, однак з них лише кілька виробляються промисловістю у великих масштабах. В даний час найбільше значення мають чотири типи волокон: ПВХ, поліамідні, поліакрилонітрильні і поліефірні.

Вибір саме цих волокон обумовлений не тільки хімічними, фізичними та технологічними чинниками, а й, насамперед, економічними причинами. При масовому виробництві сировину обов’язково має бути дешевим і доступним.

Крім того, необхідно, щоб властивості кінцевих продуктів можна було варіювати в широких межах. Згадані типи волокон задовольняють всім цим вимогам.

1. ХІМІЧНІ ВОЛОКНА

Хімічні волокна діляться на штучні і синтетичні. Штучні волокна виготовляють з природних високомолекулярних сполук, в основному з целюлози. Синтетичні волокна виготовляють із синтетичних високомолекулярних сполук.

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

Перша стадія процесу виробництва будь-якого хімічного волокна полягає в приготуванні прядильної маси, яку залежно від фізико-хімічних властивостей вихідного полімеру отримують розчиненням його у відповідному розчиннику або переведенням його в розплавлений стан.

Отриману в’язку рідину ретельно очищають багаторазовим фільтруванням і видаляють тверді частинки і бульбашки повітря. У разі необхідності розчин (або розплав) додатково обробляють — додають барвники, піддають «дозріванню» (вистоювання) та ін Якщо кисень повітря може окислити високомолекулярне речовина, то «дозрівання» проводять в атмосфері інертного газу.

Друга стадія полягає у формуванні волокна. Для формування розчин або розплав полімеру за допомогою спеціального дозуючого пристрою подається в так звану фильеру. Фільєра являє собою невелику посудину з міцного теплостійкого і хімічно стійкого матеріалу з плоским дном, що мають велике число (до 25 тис.) маленьких отворів, діаметр яких може коливатися від 0,04 до 1,0 мм.

При формуванні волокна з розплаву полімеру тонкі цівки розплаву з отворів фільєри потрапляють в простір, де вони охолоджуються і тверднуть. Якщо формування волокна проводиться з розчину полімеру, то можуть бути застосовані два методи: сухе формування, коли тонкі цівки надходять в обогреваемую шахту, де під дією циркулюючого теплого повітря розчинник випаровується, і цівки тверднуть в волокна; мокре формування, коли цівки розчину полімеру з фільєри потрапляють у так звану осадительную ванну, в якій під дією різних містяться в ній хімічних речовин цівки полімеру тверднуть в волокна.

У всіх випадках формування волокна ведеться під натягом. Це робиться для того, щоб орієнтувати (розташувати) лінійні молекули високомолекулярної речовини вздовж осі волокна. Якщо цього не зробити, то волокно буде значно менш міцним. Для підвищення міцності волокна його зазвичай додатково витягають після того, як воно частково або повністю затвердіє.

Після формування волокна збирають в пучки або джгути, що складаються з багатьох тонких волокон. Отримані нитки промивають, піддають спеціальній обробці — Милення або замасливанию (для полегшення текстильної переробки) або висушують. Готові нитки намотують на котушки або шпулі.

При виробництві штапельного волокна нитки ріжуть на відрізки (штапелькі).

Штапельне волокно збирають у стоси.

2. ПРИРОДНІ ВОЛОКНА

Природні волокна — це натуральні текстильні волокна, що утворюються в природних умовах міцні й гнучкі тіла малих поперечних розмірів і обмеженої довжини, придатні для виготовлення пряжі або безпосередньо текстильних виробів (наприклад, нетканих).

Одиночні волокна, що не діляться в подовжньому напрямі без руйнування, називаються елементарними (волокно великої довжини — елементарними нитками); кілька волокон, поздовжньо скріплених (наприклад, склеєних) між собою, називаються технічними. За походженням, яке визначає і хімічний склад волокон, розрізняють волокна рослинного, тваринного і мінерального походження.

2 .1. ВОЛОКНА РОСЛИННОГО ПОХОДЖЕННЯ

Волокна рослинного походження формуються на поверхні насіння (бавовна), в стеблах рослин (тонкі стеблові волокна — льон, рамі; грубі — джут, пенька з конопель, кенаф тощо) і в листках (жорсткі листові волокна, наприклад, манільське пенька (абака ), сизаль).

Загальна назва стеблових і листових волокон — луб’яні. Рослинні волокна являють собою поодинокі клітини з каналом в центральній частині. При їх формуванні утворюється спочатку зовнішній шар (первинна стінка), усередині якого поступово відкладаються кілька десятків шарів синтезирующейся целюлози (вторинна стінка).

Така структура волокон визначає особливості їх властивостей — відносно високу міцність, невелике подовження, значну вологоємність, а також хорошу нафарбовуваність, обумовлену великою пористістю (30% і більше).

Найважливіше текстильне волокно — бавовна. Насіння бавовнику, опушені волокном, називаються бавовною — сирцем. При його первинній обробці від насіння послідовно відривають бавовна — волокно (довжина> 20 мм), більш короткі волокна (пух, або линт) і підпушок (делінт, довжина до 5 мм).

Склад бавовни-волокна (% по масі): целюлоза до 96%, пентозани 1,5-2,0, жири і воски 1, азотовмісні і білкові речовини 0,3, зола 0,2-0,4. Пряжу з цього волокна застосовують (іноді в суміші з іншими природними або хімічними волокнами) для вироблення тканин побутового та технічного призначення, трикотажу (переважно білизняного та панчішного), гардинно-тюлевих виробів, мотузок, канатів, швейних ниток та ін Безпосередньо з бавовни- волокна виготовляють неткані і ватні

вироби. Бавовна нижчих сортів, пух і підпушок застосовують для отримання ефірів целюлози. Основні бавовницьких країни — країни СНД (близько 25% світового збору), Китай, США, Індія, Пакистан, Туреччина, Єгипет.

Луб’яні волокна виділяють з рослин головним чином у вигляді технічних волокон. Серед тонкостебельних волокон найбільш важливий льон (містить близько 80% целюлози, до 8% пентозанів, більше 5% лігніну), серед грубостебельних волокон основне значення мають джут (близько 70% целюлози, до +30% пентозанів і лігніну) і пенька. З лляної пряжі виготовляють білизняні та інші тканини, парусину, брезент, пожежні рукави, шнури, з так званої оческовой пряжі (одержуваної з відходів первинної обробки льону) — мішечні тканини, полотна, низькоякісну парусину і брезент. Лляне волокно часто застосовують у суміші з хімічними, наприклад, поліефірними, або бавовною. Льонарство розвинене в країнах СНД (північно-західні області Росії, західна частина України, Білорусі, країн Прибалтики), у ряді країн Центральної та Північної Європи.

Грубостебельное волокна переробляють в товсту пряжу для мішечних і тарних тканин, а також для канатів, мотузок, шпагату. Основні країни — виробники джуту — Індія, Бангладеш, Пакистан, Індонезія, Китай.

Коноплярства розвинене в СНД (європейська частина Росії, Україна, країни Середньої Азії), багатьох країнах Західної Європи, Індії, Пакистані та ін

Листові луб’яні волокна, використовувані в канатному виробництві, для плетіння циновок і ін, виділяють з тропічних рослин, які ростуть в країнах Африки, Центральної Америки, в Індонезії, на Філіппінах і ін Ці волокна з успіхом замінюються синтетичними.

2.2. Волокна тваринного походження

До волокнам тваринного походження відносяться шерсть і шовк. Шерсть — волокна волосяного покриву овець (майже 97% загального обсягу виробництва вовни), кіз, верблюдів та ін тварин. У вовни зустрічаються волокна наступних видів: 1) пух — найбільш тонке і пружне волокно з внутрішнім («кірковим») шаром, слагающимся з веретеноподібних клітин, і зовнішнім лускатим шаром; 2) ость-більш товсте волокно, що має також серцевинний пухкий шар, який складається з рідко розташованих пластин, перпендикулярних до осі волокна; 3) перехідною волосся, в якому серцевинний шар розташований по довжині волокна переривчасто (займає по товщині проміжне значення між пухом і остю); 4) «мертвий» волосся — грубе, дуже товсте, жорстке і ламке волокно з сильно розвиненим серцевинним шаром. Овечу вовну, що складається з волокон першого або другого виду, називають однорідною, що складається з волокон всіх видів — неоднорідною.

Вовняне волокно характеризується невисокою міцністю, великою еластичністю і гігроскопічністю, малою теплопровідністю. Переробляють його (у чистому вигляді або в суміші з хімічними волокнами) в пряжу, з якої виготовляють тканини, трикотаж а також фільтри, прокладки і т.д.

Шовк — продукт виділення шелкоотделітельниє залоз комах, з яких основне промислове значення має тутового шовкопряда. Гусениця шовкопряда випускає нитка, що складається з двох елементарних фіброінових ниток товщиною близько 15 мкм кожна, склеєних іншим білковим речовиною — серицином. Укладаючи нитку навколо себе, гусениця формує щільну багатошарову оболонку (кокон).

Під час розмотування коконів з’єднують зазвичай 5-10 елементарних ниток отримуючи шовк-сирець. Утворені при цьому відходи розривають на короткі відрізки і переробляють в пряжу. Шовк має високу міцність, еластичністю, великим влагопоглощенієм, приємним матовим блиском, легкої нафарбовуваність. З шовкових ниток виробляють платьевиє (крепові та ін), декоративні та краваток тканини, атласи, вишивальні нитки, з пряжі — різні полотна та ін

2.3. ВОЛОКНА МІНЕРАЛЬНОГО ПОХОДЖЕННЯ

До волокнам мінерального походження відносяться азбести (найбільш широко використовують хризоліт-азбест), розщеплюючи які отримують технічні волокна. Переробляють їх (зазвичай в суміші з 15-20% бавовни або хімічних волокон) в пряжу, з якої виготовляють вогнезахисні і хімічно стійкі тканини, фільтри та ін Непрядомое короткий азбестове волокно використовують у виробництві композитів (Асбопластіки), картонів і ін

3. Синтетичного волокна

До синтетичних волокон належать: поліамідні, поліакрилонітрильні, поліефірні, перхлорвінілові, поліолефінові волокна.

3.1. Поліамідні волокна

Поліамідні волокна, у багатьох відношеннях перевершують по якості всі природні і штучні волокна, завойовують все більшу і більшу визнання. До найбільш поширених поліамідним волокнам, що випускається промисловістю, відносяться капрон і нейлон. Порівняно недавно отримано полиамидное волокно енант.

Капрон — полиамидное волокно, що отримується з поликапроамида, що утворюється при полімеризації капролактаму (лактаму амінокапронової кислоти):

Вихідний капролактам практично виходить двома шляхами:

1. З фенолу:

Далі оксим циклогексану в кислому середовищі (олеум) зазнає перегрупування Бекмана, характерну для оксимов багатьох кетонів. У результаті такої перегрупування відбувається розрив вуглець-вуглецевого зв’язку та розширення циклу; при цьому атом азоту входить в цикл:

2. З бензолу:

Окислення циклогексану проводять киснем повітря в рідкій фазі при 130-140 ^o С і 15-20 кгс / см ² в присутності каталізатора — стеарата марганцю. При цьому утворюються циклогексанон і циклогексанол у співвідношенні 1:1. Циклогексанол дегенерирует до циклогексанона, а останній перетворюється на капротам описаним вище способом.

При будівництві нових і розширенні існуючих виробництв капролактаму буде використовуватися переважно друга схема його отримання. При цьому окислення циклогексанону повітрям буде інтенсифікувати за рахунок підвищення температури реакції до 190-200 ⁰ С, що істотно скоротить тривалість реакції.

Полімеризацію капролактаму ведуть на тих заводах, які виробляють синтетичне волокно. Капролактам перед полімеризацією розплавляють. Для запобігання окислення лактаму процес полімеризації протікає при 15-16 кгс / см ² при температурі близько 260 ⁰ С, проводять в атмосфері азоту. Утворився в результаті полімеризації капролактаму полімер застигає в білу рогоподібну масу, яку потім подрібнюють і обробляють водою при підвищеній температурі для подрібнення НЕ прореагировавшего мономера і утворилися димерів і тримерів.

Для формування волокна капрону висушений полімер завантажують в закриті сталеві апарати, забезпечені гратами, на яких він розплавляється при 260-270 ⁰ С в атмосфері азоту. Відфільтрований під тиском сплав надходить в фільєри. Утворені після виходу з фільєри волокна охолоджують в шахті і намотують на бобіни. Відразу з бобін пучок волокон направляють на витяжку, крутку, промивку і сушку.

Волокно капрон за зовнішнім виглядом нагадує натуральний шовк; по міцності воно значно перевершує його, але дещо менш гигроскопично. Це волокно знаходить широке застосування для виготовлення високоміцного корду, тканин, панчішних і трикотажних виробів, канатів, мереж та ін

Волокно нейлон (анид).

Виходить з поліаміду — продукту поліконденсації так званої солі АГ (гексаметилендиаминадипинат).

Сіль АГ виходить взаємодією адипінової кислоти з гексаметилендиамина в метанолі:

Поліконденсація проводиться в автоклаві при 275-280 ⁰ С в атмосфері азоту:

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

Останнім часом російськими хіміками створено нове полиамидное волокно енант, що відрізняється еластичністю, світлостійкістю і міцністю. Енант виходить поліконденсацією?-Аміноенантовой кислоти. Технологічні процеси отримання волокон капрон і енант схожі між собою.

3.2. Поліефірного волокна

Найбільше значення з поліефірних волокон має волокно лавсан, яке випускається в різних країнах під назвою «терилен», «дакрон» та ін

Лавсан — синтетичне волокно, що отримується з поліетилентерефталату. Початковою сировиною для виробництва поліетилентерефталату служить диметилтерефталат (диметиловий ефір терефталевой кислоти) або терефталевая кислота. Діметілтерефталат спочатку нагрівають при 170-280 ^o С, з надлишком етиленгліколю. При цьому відбувається переетефікація і виходить діетілолтерефталат:

Діетілолтерефталат піддається поліконденсації у вакуумі (залишковий тиск 1-3 мм. Рт. Ст.) При 275-280 ^o С в присутності каталізаторів (алкоголяти лужних металів, PbO і ін):

Застосування диметилтерефталата, а не вільної терефталевої кислоти для отримання поліефіру пояснюється тим, що для останньої реакції поліконденсації вирішальне значення має чистота терефталевой кислоти. Оскільки отримання чистої кислоти є досить складним завданням, всі раніше розроблені технологічні процеси одержання лавсану грунтувалися на застосуванні як вихідного мономера диметилтерефталата.

В настоящее время крупнейшие зарубежные фирмы применяют в качестве исходного мономера не диметилтерефталат, а терефталевую кислоту высокой степени очистки, что дает возможность исключить из технологического процесса громоздкую стадию переэтерификации и, в связи с этим, значительно удешевить стоимость всего технологического процесса.

Полученный полиэфир выливают из реактора в виде ленты в осадительную ванну с водой или барабан, где он затвердевает. Затем его измельчают, сушат и формируют на машинах, аналогичных применяемым в производстве капрона. Волокно лавсан очень прочно, упруго, тепло- и светостойко, устойчиво к атмосферным воздействиям, к действию химических веществ и истиранию. Будучи похоже по внешнему виду и ряду свойств на шерсть, оно превосходит ее по носкости и значительно меньше мнется. Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовления не мнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Лавсан применяется также для транспортерных лент, ремней, парусов, занавесей и др.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. З.А.Зазулина, Т.В.Дружинина, А.А.Конкин. Основы технологии химических волокон: Учебник для вузов. — 2-е вид., Перераб. І доп. – М.: Химия, 1985.

2. Э.Гроссе, Х. Вайсмантель. Химия для любознательных. 1987

3. В.Г. Жиряков. Органическая химия. 6-е изд., М.: «Химия», 1987, 408 с.

4. Г.Н.Кукин, А.Н. Соловьёв. Текстильное материаловедение, ч.1 –Исходные текстильные материалы, М., 1985.