1.4.4. Ацетатные волокна и нити

Ацетатные волокна — один из основных видов искусствен­ных волокон. Их выработка до 1957 г. бурно развивалась благо­даря ценным свойствам этих волокон, безвредности и простоте производства, отсутствию мокрых обработок, низкой стоимос­ти и доступности исходного сырья. В дальнейшем объемы их изготовления сократились в связи с появлением новых типов синтетических волокон.

Ацетатное волокно получают из сложного уксусного эфира целлюлозы ацетата целлюлозы, добываемого из хлопкового пуха, а также облагороженной древесной целлюлозы, содержа­щей не менее 98 % а-целлюлозы. Очищенную и отбеленную хлопковую целлюлозу замачивают в концентрированной уксус­ной кислоте, что способствует более равномерному протеканию последующего процесса ацетилирования, а затем обрабатывают смесью уксусной кислоты и уксусного ангидрида. Реакция про­текает с добавлением небольшого количества серной кислоты по следующей схеме:

[C₆H₇0,(0H)₃]_n f 3 пС,И_бОз > [С_вН₇0₂(0СНзС0)з]_п I- 3- nCIIgCOOH.

Ацетатные волокна могут вырабатываться двух видов: 1) диацетатное (ацетатное) и 2) триацетатное.

В результате реакции образуется триацетат целлюлозы (пер­вичный ацетат), который растворяется в метиленхлориде (СН₂С1₂). Его используют для получения триацетатного волокна. При частичном омылении триацетата целлюлозы получают диацетат целлюлозы — вторичный продукт, содержащий 74- 92 % ОН-групп, замещенных уксусной кислотой (в первичном ацета­те замещено более 92 % гидроксильных групп). Вторичный продукт растворяется в ацетоне. Его применяют для получения диацетатного (ацетатного) волокна.

Процесс приготовления прядильного раствора состоит из следующих основных операций: смешивание ацетилцеллюлозы (триацетата или диацетата), ее растворение, тщательная фильтрация на фильтрпрессах и обезвоздушивание.

Формование волокон проводят из концентрированных рас­творов первичных ацетатов в метиленхлориде или вторичных ацетатов в смеси ацетона с водой (95:5) сухим (рис. 1.22) и мок­рым способами.

Комплексные текстильные нити, как правило, формуют су­хим способом, а штапельные волокна — и сухим, и мокрым. Так как ацетатные волокна термопластичны, применяют их формование и из расплава (рис. 1.23).

1 — напорный трубопровод; 2 — прядильный насосик; 3 — свечевой фильтр; 4 — прядильная головка; 5 — прядильная шахта; б — замасливающий диск; 7— прядильный диск; 8 — нитепроводник; 9 — бобина; 10 — электроверетено; 11 — неподвижная планка с закрепленными на ней кольцами

Рис. 1.22. Схема формования волокон из раствора по сухому способу на прядильной машине для ацетатных текстильных нитей

1 — бункер для крошки; 2 — плавильная решетка; 3 — обогреваемая рубашка прядильной головки; 4 — насосный блок; 5 — напорный насосик; 6 — прядильный насосик; 7 — фильерный комплект; 8 — обдувочная шахта; 9 — сопровождающая шахта; 10 — препарационные диски; 11 — прядильные диски; 12 — бобина; 13 — приводной фрикционный вал; 14 — нитеводитель

Рис. 1.23. Схема прядильной машины для формования волокон из расплава

Выходящие из фильеры струйки раствора попадают в шах­ту, куда подается сухой подогретый воздух. Летучие раствори­тели быстро испаряются, и волокна затвердевают. Выходящие из прядильной шахты нити проходят нитепроводник и обраба­тываются безводным замасливателем для снятия электроста­тических зарядов и придания нити мягкости и эластичности. Текстильная обработка заключается в кручении, перематы­вании на бобину, сортировке и упаковке. Диацетатные нити формуют сухим способом, который исключает отдельные опе­рации.

Благодаря термопластичности ацетатные волокна применя­ют для изготовления нитей с повышенной объемностью и рых­лой структурой, для которых характерны большие размеры по­перечного сечения при малой линейной плотности.

В производстве высокообъемных ацетатных нитей распро­странен метод ложной крутки. Сначала нить подвергается вы­сокой крутке в одну сторону. Эта крутка термофиксируется при повышенной температуре (170-200 °С). Затем ее подвергают крутке в противоположную сторону. Поскольку первая крутка была закреплена, то напряжение, возникающее в нити после крутки в противоположную сторону, придает ей своеобразную извитость. Нить становится упругой и способной сильно вытя­гиваться.

Так как ацетатные волокна имеют небольшую прочность, то их сочетают с более прочной синтетической мононитыо (комби­нированная высокообъемная нить). Извитые ацетатные нити получают на прядильных машинах со специальными фильера­ми. При этом комплексная нить состоит из элементарных ни­тей, формируемых по всей длине не только из ацетата целлюло­зы, но и из полимера с другой усадкой. Последующая гидротер­мическая обработка придает комбинированной нити извитость.

Производство триацетатных волокон имеет ряд технико- экономических преимуществ: процесс получения короче в два раза, так как исключается ряд операций, обусловленных омы­лением первичного ацетата целлюлозы; ниже расход химичес­ких материалов.

Способ сухого формования триацетатных волокон основан на использовании раствора триацетата в смеси с метиленхлоридом и метанолом. Приготовление прядильного раствора, фор­мование и последующая обработка нити осуществляются на оборудовании, аналогичном получению нити из вторичного ацетата целлюлозы. Вместо с тем имеется и ряд особенностей» Для того чтобы избежать быстрого высаживания полимера из

раствора, в шахту подается подсушенный горячий воздух с ус­тановленным содержанием воды. Для уменьшения обрывности триацетатной нити вследствие ее малой пластичности при фор­мовании применяется незначительная фильерная вытяжка. Кроме того, формование нити проводится при относительно низкой температуре (40-41 °С) в связи с тем, что температура кипения метиленхлорида ниже температуры кипения ацетата.

Триацетатное волокно, полученное способом мокрого фор­мования, обладает повышенной прочностью, поэтому из него можно вырабатывать более тонкую и прочную пряжу, чем из волокна, полученного сухим способом. Формование триацетат­ного волокна непосредственно из раствора ацетатов целлюлозы в ацетилирующей смеси является наиболее рациональным спо­собом получения волокна, так как отпадают такие операции, как высаживание триацетата целлюлозы из раствора, промыв­ка и сушка триацетата целлюлозы, повторное растворение его для получения прядильного раствора и регенерация раствори­телей при производстве ацетатов целлюлозы. Общая продолжи­тельность процессов сокращается почти в 2 раза.

Триацетатные волокна (С_бН₇0₂(00ССНз)з — формула триа­цетата) представляют собой уксуснокислый эфир целлюлозы, у которого все три гидроксильные группы замещены на аце­тильные. Вследствие этого триацетатное волокно по свойствам несколько отличается от ацетатного.

Для триацетатного волокна, в отличие от других видов ис­кусственных волокон, обязательной операцией является терми­ческая обработка готовой нити. Она производится перегретым водяным паром или горячим воздухом, а также инфракрасны­ми лучами. Эффективность термообработки триацетатного во­локна обусловлена тем, что оно, в отличие от диацетатного, имеет более упорядоченную структуру, обеспечивающую воз­можность кристаллизации при высокой температуре. С увели­чением кристалличности повышаются термо- и светостойкость, снижается вероятность проникновения микроорганизмов в во­локна, следовательно, им придается биостойкость.

Строение триацетатного волокна примерно такое же, как и ацетатного. Оно так же имеет поперечное сечение в виде круп­ной ребристости и может быть профилированным. Штапель­ное волокно извитое, что повышает его цепкость. Кроме того, триацетатные волокна обладают поперечным срезом сложного контура с глубокими впадинами, которые возникают в резуль­тате испарения растворителя при формировании волокон (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Поперечный срез триацетатного волокна

Сухой способ формования триацетатных штапельных воло­кон практически не отличается от способа формования ацетат­ных комплексных нитей. Число отверстий в фильерах увеличи­вается до нескольких сотен. Сформованные нити соединяются в жгут, подвергаются гофрированию в атмосфере водяного пара для придания извитости. Из них удаляются остатки раствори­теля. Далее жгут замасливается и поступает на резку для полу­чения штапельных волокон.

При формовании мокрым способом из растворов применяют фильеры с числом отверстий 1000 и более. При реализации это­го способа увеличивается ориентация макромолекул в волокне. После термообработки оно приобретает устойчивость к сминанию, воздействию высоких температур, усадке.

Ацетатные волокна специфичны по своим свойствам. У них сочетаются характеристики как обычных гидратцеллюлозных волокон (невысокие показатели механических свойств, потеря прочности в мокром состоянии), так и синтетических (высокая упругость, низкая гигроскопичность, термопластичность, по­вышенная электризуемость). Это объясняется тем, что по хими­ческому составу они наполовину состоят из природного полиме­ра — целлюлозы.

Относительная разрывная нагрузка ацетатных волокон — 10,3-14,0 сН/текс; в мокром состоянии прочность на разрыв снижается на 30-40 %; относительное разрывное удлинение достигает 21-30 %; усадка в воде при температуре 45 °С не пре­вышает 0,9-1,5 %; гигроскопичность — 6,2 %; термопластич­ны, размягчаются при температуре 175-180 °С (триацетатные при 250 °С); в растворах минеральных кислот и щелочей волок­на омыляются, особенно при повышенной температуре; не пов­реждаются молью; плотность — 1,30-1,33 г/см³ (триацетат­ных — 1,28-1,32 г/см³). По сравнению с вискозными, ацетат­ные волокна являются более упругими, меньше набухают в во­де, в меньшей степени снижается и их разрывная нагрузка.

Недостатками ацетатных волокон являются низкая устой­чивость к истиранию, повышенная электризуемость, плохая накрашиваемость и недостаточная устойчивость к облучению, богатому ультрафиолетовыми лучами, образование заломов у изделий.

У триацетатных волокон некоторые из этих недостатков проявляются в меньшей мере, они устраняются в результате термообработки: повышается температура размягчения и плав­ления, светоустойчивость, устойчивость к действию микроор­ганизмов.

Диацетатное и триацетатное волокна во многом схожи по своим свойствам, однако последнее по всем показателям, кроме гигроскопичности, превосходит диацетатное.

Триацетатное волокно в мокром состоянии меньше теряет прочность, обладает более высокой теплостойкостью, началь­ный модуль в сухом и особенно в мокром состоянии выше в 2 ра­за, устойчиво к стирке, почти не дает усадки после обработки при температуре 100 °С, более устойчиво к многократным де­формациям. Ткани из триацетатного волокна проще подверга­ются отделке и окраске (при этих операциях не образуются за­ломы), их отличает малая сминаемость.

Ацетатные волокна используются в чистом виде и в смеси с другими волокнами и нитями для изготовления тканей в шел­ковой промышленности (платьевые, блузочные, сорочечные, плащевые, костюмные), при производстве бельевого и верхнего трикотажа, галстуков, шарфов, кружев, а также тканей специ­ального назначения.

Использование ацетатного волокна в смеске с вискозным позволяет не только создавать новые колористические эффек­ты, но и значительно снижать сминаемость получаемых изде­лий, а также более длительное время сохранять их первона­чальный вид.

Ацетатные волокна мягкие, шелковистые и теплые на ощупь, поэтому особенно пригодны для изготовления легких платель­ных и блузочных тканей для женской одежды.

Короткие ацетатные волокна используют в смесках с вис­козными, нитроновыми и другими для выработки плащевых и платьево-костюмных тканей.

Ацетатные волокна обладают повышенной сорбцией вред­ных веществ табачного дыма, а продукты горения волокон без­вредны, поэтому большая часть сигарет в мире производится с фильтром из ацетатных волокон, задерживающих 30-50 % никотина, до 80 % фенола и пирокатехина, 30-40 % — 3,4-бенз- пирена. На изготовление сигаретного фильтра расходуется око­ло 20 % мирового выпуска ацетатов целлюлозы.

С помощью полых ацетатных волокон можно разделять жидкие смеси методами обратного осмоса, ультрафильтрациии диализа. Такие волокна (полупроницаемые или разделитель­ные) могут быть использованы для опреснения солоноватых и морских вод, ультрафильтрационного разделения жидких сме­сей, в аппаратах для диализа крови («искусственная почка»).

Из ацетатных нитей в смеси с капроновыми и лавсановыми нитями (комплексными и мононитями, нитями с фасонными эффектами, петельными, эластичными) вырабатывают смешан­ные ткани различного назначения.

Малое водопоглощение позволяет использовать ткани из ацетатных нитей для плащей, купальных костюмов, так как ацетилцеллюлоза (в последнем случае) пропускает ультрафио­летовые лучи, жизненно необходимые человеку.

Ацетатные волокна благодаря высокой термопластичности используются также в производстве нетканых текстильных ма­териалов для их сваривания, а также как основное сырье.

Ткани из триацетатного волокна зачастую предназначают­ся для изделий с обработкой гофре и плиссе в силу высоких уп­ругих свойств. Эти изделия не нуждаются в глажении после стирки.

Часть триацетатного штапельного волокна не подвергают дальнейшей текстильной переработке, а применяют в качестве наполнителя для одеял, одежды, мебели.

Вырабатываются текстурированная трощеная диацетатная комплексная нить с капроновой мононитью —• комэлан; тексту­рированная диацетатная нить, обвитая капроновой мононитью — окэлан; текстурированная капроацетатная нить — акон; нить линейной плотности 35 текс, с креповым эффектом за счет пневмосоединенных триацетатных и полиэфирных комплекс­ных нитей, — текрен.

Для улучшения качества ацетатных волокон и нитей прово­дятся работы по снижению их электризуемости и повышению устойчивости к истиранию (поверхностное омыление в щелоч­ной среде * С-отделка).

Известны методы модификации ацетатных волокон добав­кой в ацетилцеллюлозу оптических отбеливателей, а также ве­ществ, повышающих огне-, термо- и светостойкость, окрашива- емость.

Ацетатные нити, содержащие фотохроматические красите­ли, применяются для этикетирования швейных изделий. Осве­щенные лучами соответствующей частоты, они приобретают цвет, который на солнце становится белым.

Производство ацетатных волокон экономичнее производ­ства вискозных волокон, причем преимущества возрастают с уменьшением линейной плотности нити. Например, но сравнению с производством текстильной ацетатной нити линеинои плотности 6,67 текс капитальные вложения в производство вискозной нити той же линейной плотности составляют 158 %, а затраты труда — 160 %.

Очевидно, что дальнейшее расширение производства аце­татных волокон необходимо, так как оно несет в себе экономи­ческие выгоды для предприятий и является хорошей альтерна­тивой производству вискозных волокон по ряду направлений.