3. Химические нити и волокна

Выпуск химических нитей и волокон из года в год в Мире увели­чивается. Это связано с двумя причинами. Первая и наиболее главная состоит в том, что на Земле ограничены ресурсы пахотных земель для выращивания технических растений (хлопок, лен и др.) и животного мира. Вторая причина состоит в том, что непрерывное расширение знаний человечества приводит к созданию полимерных веществ, ко­торые с успехом заменяют природные полимерные волокнообразую-щие вещества.

Химические нити и волокна, исходя из приведённой классифика­ции, делятся на искусственные и синтетические.

В ходе производства химических нитей изготовляют элементар­ные нити и мононити.

Элементарная нить - протяженное, гибкое и прочное тело с ма­лым поперечным сечением, неограниченной длины, пригодное для из­готовления волокон и текстильных нитей.

Мононить - одиночная нить, которая не делится в продольном на­правлении без разрушения, пригодная для непосредственного исполь­зования в текстильных материалах.

Толщина (диаметр) мононити значительно превосходит диаметра элементарной нити.

Искусственные нити и волокна получают из высокомолекуляр­ных органических соединений растительного и животного происхож­дения, а также из неорганических соединений путем их химической переработки.

К искусственным нитям и волокнам, полученным из раститель­ных органических соединений, относятся вискозные, полинозные, триацитатные и другие. К нитям и волокнам из белков раститель­ного происхождения относится зеиновое волокно, а белков животного происхождения - казеиновое волокно. Стеклянные, металлические и другие нити и волокна относятся к неорганическим искусственным волокнам.

Синтетические нити и волокна изготавливают из высокомолеку­лярных соединений. Наиболее распространённые полимеры, которые применяются для изготовления элементарных нитей, мононитей и во­локон приведены в таблице1.

Таблица 1.

Название	Химическая формула
Гетероцепные
Полиамид	[-NH-(CH2)k –CONH-(CH2)m –CO-]n
Полиэфир	[-OC- -CO-O(CH2)2 –O-]n
Полуиуретан	[-C-NH-(CH2)k –NHCO-(CH2)m –O-]n II II O O
Карбоцепные
Полиэтилен	[-CH2 –CH2 -]n
Полипропилен	[-CH-CH2 –CH-CH2 -]n I I CH3 CH3
Поливинилхлорид	[-CH2 –CH-]n I Cl
Полиакрилонитрил	[-CH2 –CH-]n I CN
Поливиниловый спирт	[-CH2 –CH-]n I OH

Свойства некоторых химических волокон

В 1892 году в Великобритании разработали способ обработки целлюлозы сероуглеродом в присутствии щелочи с получением ксантогената целлюлозы. Этот раствор назвали вискозой (на основе вискозы были получены гидратцеллюлозные волокна).

Слово вискоза происходит от английского слова viscosity – вязкость. Именно так назвали раствор ксантогената целлюлозыв щелочи авторы патента на получение этого волокна.

Первое в мире производства вискозных волокон было начато в 1905 г. в г. Ковентри в Великобритании.

Д.И.Менделеев высказал предложение о создании производства вискозных волокон в России и уже в 1909 г. фабрика «Вискоза» в Мытищах под Москвой начала небольшое производства этих волокон. Первое крупное производства вискозных волокон в России было создано на Ленинградской фабрике «Пятилетка» в 1930 г. В 1935 г. такие производства запущены в г. Киеве и Могилеве.

Получают вискозу в результате реакции полимеризации над щелочной целлюлозой (обрабатывается древесина ели, пихты, сосны, отходы хлопкоперерабатывающих и льноперерабатывающих предприятий): первый этап – обработка щелочной целлюлозы сероуглеродом с получением натриевой соли сложного кислого эфира целлюлозы и дитиугольной кислоты; 2 этап – растворение ксантогената целлюлозы в 4-5% растворе щелочи. Вискоза, по сути, является продуктом разложения водной щелочной целлюлозы. Щелочная целлюлоза – соединение едкого натра с целлюлозой. Формуется из раствора по мокрому способу.

Характеристики вискозного волокна:

1) СП = 300-350; 2) ; 3) ; 4)γ = 1,5-1,52 г/см³; 5)Т_в=0,33-0,5 текс; 6)Р_р(сух)=14,5 – 19,8 сН/текс; 7)Р_р(мокр)=40-50% от нагрузки для сухого; 8)U_сух=20-30%; 9)U_мокр=25-35%; 10)W_н=12-18%; 11)Устойчивость к истиранию – 880 циклов; 12)Устойчивость к изгибанию – 300000 циклов; 13)Т_экспл=130-150⁰С; 14)Т_разр=200-230⁰С; 15)мягкое, светостойкое; 16)нерастворимо: фенол, ацетон; растворимо: медноаммиачный комплекс, щелочь, серная кислота, соляная кислота, азотная кислота; 17)горит вискозное волокно как натуральные целлюлозные волокна; 18)обладает блеском и гладкостью; 19)отличается высокой усадкой (2 раза); 20)не обладает электризуемостью.

Характеристики высокопрочного вискозного волокна:

1)более равномерно по структуре; 2)более прочное: Р_р(сух)=27-45 сН/текс; Р_р(мокр)=45-60% от прочности сухого; 3) U_сух=10-16%; U_мокр=14-20%; 4)более устойчиво к истиранию; 5)более устойчиво к многократным изгибам; 6)СП = 400-450; 7) γ =1,48-1,5; 8)Т_в=0,33-0,5 текс; 9)меньше набухает при сорбции; 10) W_н=6-12%; 11) Т_экспл=130-150⁰С; Т_разр=200-220⁰С.

Характеристики высокомолекулярного вискозного волокна:

1)полноценный заменитель средневолокнистого хлопка; 2)более прочное, упругое, износостойкое, чем обычная вискоза; 3)используется для смешивания с хлопком, химическими волокнами; 4)обеспечивает тканям шелковистость, формоустойчивость, уменьшает их усадку и сминаемость.

Характеристики высокомодульного вискозного волокна (ВВМ):

1)прочность на 40-50% выше прочности вискозного волокна, на 15-20% выше прочности средневолокнистого хлопка; 2)прочность в мокром состоянии в 2 раза выше прочности обычной вискозы; 3)растворимость в щелочах в 2 раза ниже вискозного волокна; 4)при переработке обрывность в прядении на 20% ниже; 5)обладает гигроскопичностью и воздухопроницаемостью подобной хлопку; 6)применяется в смесях со средневолокнистым и тонковолокнистым хлопком, в чистом виде или в смесях с любыми синтетическими волокнами.

Полинозное волокно – модифицированное вискозное волокно, которое является полноценным заменителем тонковолокнистого хлопка. Волокно используется при производстве сорочечных, бельевых, плащевых тканей, тонких трикотажных полотен и швейных нитей. Это волокно превосходит обычное вискозное по прочности, упругости, износостойкости, устойчивости к действию щелочей, но имеет более низкую гигроскопичность. 1)СП=500-550; 2)Р_р(сух)=35-40 сН/текс; Р_р(мокр)=75-85% прочности сухого; 3) U_сух=11-13%; U_мокр=12-15%; 4) W_н=4-8%.

Из всех искусственных волокон вискозное волокно имеет наиболее широкое применение при изготовлении текстильных изделий.

Лиоцелл – по сути, целлюлозное вискозное волокно, но полученное прямым растворением целлюлозы в N-морфолиноксиде и имеющее хорошие физико-химические характеристики.

Ацетатное волокно - волокно полученное на основе ацетилцеллюлозы. Ацетилцеллюлоза – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты (хлопковая целлюлоза). Эти волокна обычно тоньше, мягче, легче вискозных и имеют больший блеск. По гигроскопичности, прочности, износостойкости они уступают вискозе. В мокром состоянии волокно дает трудно устранимые замины, поэтому изделия из ацетатного волокна при стирке не рекомендуется кипятить и выкручивать. Волокно обладает способностью пропускать ультрафиолетовые лучи. При горении – на конце пучка волокон образуется оплавленный, бурый трудно разрушимый шарик, выдйляется запах уксусной кислоты. Волокно обладает высокой электризуемостью, низкой гигроскопичностью и воздухопроницаемостью, имеет не высокие механические свойства, способно повреждаться при стирке и химчистке. В настоящее время сокращаются объемы его производства. 1)СП=300-400; 2) γ =1,32 г/см³; 3)Т_в=0,2-0,5 текс; 4) Р_р(сух)=10,8-13,5 сН/текс; Р_р(мокр)=55-60% прочности сухого; 5) U_сух=22-30%; U_мокр=28-35%; 6)W_н=6-8%; 7) Т_экспл=100-110⁰С; Т_разр=180⁰С; 8)Устойчивость к истиранию – 409 циклов; 9)устойчивость к изгибанию 10000 циклов; 10)плохо растворимо: в медно-аммиачном комплексе; хлорированном углеводороде; растворимо: в щелочах, серной, соляной, азотной, муравьиной кислотах, в феноле и ацетоне.

Триацетатное волокно – имеет гигроскопичность в 2,5 раза ниже, чем ацетатное. Горит волокно укорачиваясь с кислым запахом и оплавлением.

Коллоксилины – нитроцеллюлозы с содержанием азота 11-12,7%. Целлюлоза +азотная кислота = азотно-кислый эфир целлюлозы.

Применяется для производства пленок, нитратного волокна.

Медно-аммиачное волокно. Исходным сырьем для его производства является хлопковый пух (линт) и древесная целлюлоза. Формуется из прядильного раствора.

Целлюлоза + гидроокись меди или соль меди основная + концентрированный водный раствор аммиака.

*Оксицеллюлоза – смесь продуктов распада целлюлозы, полученных под действием окислителей.

Это волокна с повышенной линейной плотностью (1,0 – 1,5 текс). Применяются в смеси с химическими и шерстяными волокнами для получения ковровых изделий (постепенное сокращение производства - вывод из сырьевой базы текстильной промышленности). Это волокно нерастворимо: в феноле, ацетоне; растворимо: в медно-аммиачном комплексе, щелочах, серной кислоте, соляной кислоте и азотной кислоте.

Альгинатные нити (волокна) – искусственные нити. Исходное сырье – раствор альгината натрия, выделяемый из бурых морских водорослей.

Капроновое (полиамидное) волокно – (1930г).- гетероцепное волокно. Продукт переработки отходов производства каменного угля и нефти (бензол, фенол, толуол, циклогексан, касторовое и резиновое масла).

Полимеризация

П оликапроамидные волокна	Полиамидные волокна
капролактам	адитиновая кислота + гексаметилендиамид
капрон нейлон	анид найлон 6.6