Химия высокомолекулярных соединений (стр. 25 из 34)

Волокно после мокрого прядения поступает в кружку центрифуги. Волокно можно промывать, сушить и окрашивать в том виде, в каком оно укладывается в кружке центрифуги.

При сухом прядении процесс начинается с приготовления раствора полимера. Прядение осуществляют в вертикальной трубе – шахте, снабженной рубашкой для регулирования температуры. Аналогичное устройство применяется и при мокром прядении.

Получаемые различными способами химические волокна характеризуются следующими наиболее важными показателями:

Прочностью волокон, которая выражается длиной волокна, имеющего вес, равный нагрузке, разрывающей волокно (ркм – разрывные километры). Разрывная длина химических волокон изменяется в пределах от 9 ркм (казеиновое волокно) и до 75 ркм (полиамидное волокно).

Разрывным удлинением – удлинением волокна в момент его разрыва, выражаемым в процентах от длины волокна перед нагружением. Разрывное удлинение волокон в сухом состоянии колеблется от 6–8 % (хлопок) до 25 % (казеиновое волокно). В мокром состоянии разрывное удлинение колеблется от 7–9 % (хлопок) до 30 % (казеиновое волокно).

Тониной элементарного волокна, выражаемой обычно метрическим номером, т. е. длиной волокна в метрах, соответствующей его весу в граммах.

15.1.1. Полиамидные волокна

Формование полиамидных волокон может быть осуществлено как из раствора, так и из расплава. Однако основным методом формования волокна типа капрон или найлон является формование волокна из расплава.

Полиамидные волокна имеют высокую прочность – 40–50 ркм разрывной длины в сухом состоянии. За счет увеличения степени вытягивания разрывную прочность можно повысить до 70–75 ркм. Потеря прочности в мокром состоянии ввиду малой гидрофильности не превышает 10 %. Общее удлинение полиамидных волокон составляет 20–25 %. Полиамидные волокна имеют высокие электроизолирующие свойства. По устойчивости к многократным деформациям полиамидные волокна превосходят все природные и химические волокна.

Получение энантного волокна

Исходным веществом для получения энанта является w-аминоэнантовая кислота.

В результате взаимодействия хлорэнантовой кислоты с водным раствором аммиака получают аминоэнантовую кислоту:

Cl(CH2)COOH ® H₂N(CH₂)₆COOH

Аппаратурное оформление поликонденсации аминоэнантовой кислоты такое же, как и в случаях получения полиамидов капрон и найлон. Процесс осуществляется при 250–260 °С. Полиамид энант характеризуется высокой термостабильностью и высокой температурой плавления – 225°.

Химизм процесса получения капрона и найлона описан на с. 51.

15.1.2. Полиэфирные волокна

Полиэфирное волокно лавсан изготовляется из диметилового эфира терефталевой кислоты. Этот эфир получают окислением параксилола до двухосновной терефталевой кислоты. Для окисления параксилола используют азотную кислоту или кислород воздуха. В результате взаимодействия продукта окисления с метиловым спиртом образуется диметиловый эфир терефталевой кислоты:

Диметиловый эфир терефталевой кислоты очищают дистилляцией и перекристаллизацией от метилового спирта и эфира п-толуиловой кислоты.

Полиэфирную смолу получают в три стадии. В первом аппарате осуществляют растворение диметилового эфира терефталевой кислоты в этиленгликоле. Во втором аппарате протекает процесс переэтерификации и образуется дигликолевый эфир терефталевой кислоты.

Процесс переэтерификации проводят в присутствии катализаторов при 180 °С. Затем полученный продукт поступает в третий реактор, где осуществляется поликонденсация.

Поликонденсация происходит под вакуумом, температура около 280 °С. Избыток этиленгликоля отгоняется. Полученный полиэфир из реактора выливается в виде ленты в водную ванну, где охлаждается и затвердевает. Твердую ленту рубят в крошку и сушат для удаления влаги. В виде тонкой крошки смола поступает на формование.

Лавсан по своим свойствам приближается к лучшим сортам шерсти. Он стоек к свету, хорошо сохраняет форму изделий. Заранее нанесенные складки не исчезают даже при смачивании. Это прекрасная добавка к шерсти, а по стоимости лавсан в три раза дешевле ее.

15.1.3. Волокно хлорин

При увеличении содержания хлора в молекуле, сходной с молекулой поливинилхлорида, и при достаточно равномерном его распределении в макромолекуле растворимость полимера в ацетоне значительно повышается. Хорошая растворимость дополнительно хлорированного поливинилхлорида в ацетоне и других растворителях обусловили возможность и целесообразность применения этого полимера для получения волокон. Дополнительное хлорирование поливинилхлорида с целью получения волокон производят в растворе. При этом образуется перхлорвинил. Один из возможных типов строения перхлорвинила таков:

...−CH₂−CHCl−CHCl−CHCl−CH₂−CHCl−CHCl−CHCl−...

Для получения прядильного раствора перхлорвинил растворяют в ацетоне. Для формования волокна используют 25–34%-й раствор хлорина в ацетоне. Полученный концентрированный раствор трехкратно фильтруется,
отстаивается для удаления пузырьков воздуха и поступает на прядильную машину. Формование волокна хлорина обычно производится мокрым способом. В качестве прядильной ванны используется разбавленный раствор ацетона в воде. Формование осуществляется не в ванне, а в вертикальной стеклянной трубке высотой 2–2,5 м. В трубки поступают вытекающие из фильер струйки прядильного раствора и разбавленный раствор ацетона в воде. Выходящая из трубки нить поступает на верхний прядильный диск, а затем вытягивается между верхним и нижним дисками. Затем волокно замасливается и наматывается на бобину.

Волокно хлорин, получаемое по мокрому способу, характеризуется следующими показателями. Разрывная длина волокна в сухом состоянии 15–25 ркм, разрывное удлинение 20–40 %. Волокно гидрофобно, оно наиболее устойчиво к действию большинства химических реагентов, а также к действию микроорганизмов.

Волокно хлорин недостаточно термостойко и недостаточно устойчиво к фотохимическим воздействиям. Для повышения светостойкости этого волокна вводят небольшие количества стабилизаторов: дитиогликоля, тиогликоля, диэтилдиксантагената и др. Введение этих реагентов в количестве 0,5–1 % повышает светостойкость волокна в 2–4 раза.

15.1.4. Полиакрилонитрильное волокно нитрон

Волокно нитрон производится полимеризацией акрилонитрила

CH₂=CH−C≡N

Сырьем для получения акрилонитрила является ацетилен (или этилен) и синильная кислота. Смола нитрон в виде белого порошка поступает на завод химического волокна. Ее растворяют в диметилформамиде. Формование волокна производится следующим образом. Получающийся прядильный раствор фильтруют и освобождают от пузырьков воздуха. После очистки прядильный раствор насосом продавливают через фильеры. Из фильер струйки прядильного раствора поступают в осадительную ванну, где вымывается растворитель и затвердевают струйки прядильного раствора, образуя тонкие волокна. Полученные волокна подвергают вытяжке и промывке, замасливают, гофрируют, режут на отрезки небольшой длины, а затем сушат.

Прочность штапельного нитронового волокна составляет 20–25 ркм. Разрывное удлинение 25–30 %. Нитроновый шелк может быть получен с прочностью до 40 ркм. Волокно нитрон превосходит все иные волокна по светостойкости. Оно эластично, имеет вид шерсти, характеризуется малой теплопроводностью. Волокно нитрон обладает пока существенным недостатком: оно плохо поддается окраске.

Одна из важнейших отличительных черт, которая во многом определяет экономическое значение этого типа волокна и области его применения, – высокая погодоустойчивость.

Ценные свойства волокна нитрон определяют разнообразие отраслей его применения как для технических, так и, особенно, для бытовых нужд.

В последнее время разработаны методы получения новых типов синтетических волокон на основе стереорегулярных (изотактических) модификаций полимеров, ранее не использованных для формования волокон ввиду их низкой механической прочности и теплостойкости. Высокопрочные волокна, обладающие сравнительно высокой теплостойкостью, в последнее время получены из изотактического полипропилена.

15.2. Преимущество и значение синтетических волокон

В последние десятилетия особое внимание уделяется созданию новых уникальных волокон – термо- и жаростойких, негорючих. Эти волокна позволили решить многие проблемы, возникающие при освоении космоса, развитии самолето- и ракетостроения, атомной энергетики и других отраслей техники.

Ионообменные волокна используют для создания тонких мембран в ряде технологических процессов. Ионообменные волокна выступают в роли катализаторов, фильтров, так как в некоторых процессах ионный обмен сопровождается выпадением осадков, которые в случае смол отделить невозможно.

Биологически активные волокна – это волокна, способные защитить организм человека от действия микроорганизмов или оказывать лечебный эффект. Антимикробные волокна внедряются и в технику. Способность волокон убивать микроорганизмы, вызывающие разрушение текстильных материалов, позволяют применять их для изготовления негниющих брезентов, упаковочных материалов, оплетки электропроводов. Наряду с антимикробными, химики создали для медицинской промышленности целый ряд других волокон: волокна, излучающие радиоактивные изотопы, используемые для лечения кожных заболеваний, опухолей; гемоактивные, которые в зависимости от применяемых лекарственных препаратов могут останавливать кровотечения или препятствовать закупорке сосудов; обезболивающие или анестезирующие; противовоспалительные волокна. Применение нескольких видов волокон, обладающих различными свойствами, в некоторых случаях дает синергетический эффект. Но все эти волокна производят в сравнительно небольшом количестве, и одну тонну такого волокна не могут заменить сотни тонн обычных химических волокон. Большое будущее имеют крупнотоннажные волокна – полиамидные, полиэфирные, ПАН. Несмотря на то что их выпускают уже в течение 40 лет, свойства их постоянно улучшаются. Тенденция развития производства этих классов волокон состоит в придании им новых ценных свойств, рационализации и упрощении технологии их получения, а следовательно, расширении области применения.