Хлопковая целлюлоза

В табл. 44 приведены дополнительные данные об изменении содержания в целлюлозе восков, жиров и золы на различных ста­ диях процесса очистки.

Приведенные данные подтверждают сказанное выше о влиянии отбелки на качество хлопковой целлюлозы и доказывают, что от­ белка является незаменимой и необходимой составной частью тех­ нологического процесса получения хлопковой целлюлозы.

Изменения вязкости целлюлозы при отбелке. Как уже отмеча­ лось, в производстве хлопковой целлюлозы регулирование вязкости в процессе отбелки не менее важно, чем очистка волокна от загряз­ нений, до чистого белого цвета. Для снижения вязкости целлюлозы необходимо, чтобы в отбельной ванне и в самом волокне протекал окислительно-восстановительный процесс с достаточно большим окислительно-восстановительным потенциалом. При этом снижение вязкости целлюлозы целесообразно представлять как окислитель­ ную реакцию, сопряженную с этим процессом.

Для общего ознакомления с характером изменения вязкости целлюлозы при отбелке приводим три диаграммы (рис. 34, 35, 36).

В табл. 47 приведены данные о влиянии модуля отбельной ван­ ны на снижение вязкости хлопковой целлюлозы. Во всех опытах было взято отваренное волокно с вязкостью 1083 сП и одинаковое количество активного хлора (3% от массы волокна); отбелка про­ водилась в течение 1 ч при 14° С. Количество воды, взятое для изго­ товления отбельной ванны, менялось.

Т а б л и ц а 47 Влияние модуля отбельной ванны на снижение вязкости

Как видим, вязкость целлюлозы снижается практически до оди­ накового предела, но количество израсходованного на отбелку активного хлора тем меньше, чем меньше концентрация отбельной ванны. Иначе, при отбелке снижение вязкости целлюлозы зависит от абсолютного количества активного хлора, взятого для отбелки, а не от объемной концентрации его в отбельной ванне. В этом состо­ ит существенное отличие процесса гипохлоритной отбелки целлю­ лозы от щелочной варки, где решающее значение имеет именно объемная концентрация щелочи в варочном растворе.

В табл. 48 приведены дополнительные данные о влиянии темпе­ ратуры на снижение вязкости целлюлозы во время отбелки раство­ рами белильной извести. Условия отбелки: в течение 1 ч при задан­ ной температуре взято 3% активного хлора от массы волокна. Температура, действительно, является фактором, очень резко дей­ ствующим на снижение вязкости хлопковой целлюлозы. Как видим,

большое снижение вязкости с повышением температуры связано с увеличением фактического расхода хлора при отбелке.

Т а б л и ц а 48

Влияние температуры на снижение вязкости целлюлозы во время отбелки

Огромное влияние на снижение вязкости целлюлозы имеет реак­ ция отбельного раствора. В табл. 49 даны результаты опытов, в которых к отбельной ванне (нейтральный гипохлорит натрия) до­ бавлялось различное количество едкого натра или соляной кисло­ ты. Условия отбелки: модуль 15, температура 14° С, в течение 1 ч, активного хлора взято 3% от массы волокна, вязкость небеленой целлюлозы 1083 сП.

Из табл. 49 видно, что в щелочной среде при наличии в раство­ ре большого количества едкого натра отбелка идет плохо, вязкость снижается медленно. В кислой среде, несмотря на большой (почти полный) расход хлора, вязкость целлюлозы снижается незначитель­ но. Эти данные вполне согласуются с известными данными Клиббенса [ 10] о том, что наиболее опасной (с точки зрения возможно­ сти окислительного повреждения целлюлозы) зоной является зона

нейтральных растворов гипохлорита. По данным Клиббенса, прове­ ренным многими другими авторами, при переходе из нейтральной зоны как к щелочной, так и к кислой реакции ванны опасность повреждения волокна уменьшается.

При щелочной отбелке вязкость отбеливаемой целлюлозы зави­ сит не только от условий отбелки, но также и от вязкости волокна до отбелки (табл. 50). Отбелка проводилась в мягких условиях раствором хлорной извести, было взято 3% активного хлора от массы волокна, модуль 20.

Т а б л и ц а 50

Из данных табл. 50 следует, что зависимость вязкости целлю­ лозы после отбелки от вязкости небеленой четко сказывается для небеленых целлюлоз, вязкость которых ниже 1800 сП. Если вяз­ кость небеленой целлюлозы выше этого предела, она уже не ска­ зывается на вязкости целлюлозы после отбелки.

Для снижения вязкости целлюлозы при отбелке безразлично, производится ли отбелка гипохлоритом натрия или кальция при условии, что содержание активного хлора и щелочность в растворе и другие условия отбелки одинаковы.

Участие отбеливаемого волокна в процессе отбелки заключает­ ся не только в изменении его при отбелке, но и в активном воздей­ ствии на ход этого процесса. Отсюда можно сделать вывод — чем хуже было очищено волокно при щелочной варке, тем энергичней протекает проносе отбелки этого волокна.

Особо надо оговорить роль азотсодержащих веществ, всегда имеющихся в хлопковом волокне после щелочной варки. При отбел­ ке значительная часть их (около половины) удаляется из волокна, реагируя с гипохлоритом и образуя хлорамины. Эта реакция акти­ визирует разложение гипохлорита и ускоряет отбелку. В ваннах

после обычной отбелки всегда присутствуют хлорамины, которые можно удалить путем обработки растворов сернистой кислотой, бисульфитом или аммиаком.

На эффект воздействия гипохлорита на целлюлозу влияет сте­ пень набухания волокна, которой определяется величина внутрен­ ней поверхности целлюлозы. Этот фактор имеет большое значение для текстильной промышленности, где на многих предприятиях регу­ лярно отбеливают мерсеризованное хлопковое волокно. В табл. 51

приведены результаты опытов по выявлению влияния процесса отбелки на мерсеризованное и немерсеризованное волокно. При этом для опытов использовалось хлопковое волокно, имевшее вяз­ кость после варки 2067 сП, которое мерсеризовалось 18%-ным рас­ твором натра, промывалось водой, слабым раствором уксусной кис­ лоты и снова водой. Вязкость после мерсеризации— 1943 сП. Образцы, мерсеризованные и немерсеризованные, отбеливались в одинаковых условиях (время отбелки 1,5 ч, модуль 20, гипохлорит в 1 л 1,56 г активного хлора и 0,38 г едкого натра). В табл. 51 при­ ведены вязкости этих образцов после отбелки при разных темпера­ турах, а в табл. 52 — изменение вязкости в течение 6 ч отбелки.

Т а б л и ц а 52

Изменение вязкости немерсеризованного и мерсеризованного волокна в процессе отбелки в течение 6 ч

Вязкость мерсеризованного волокна снижается при всех усло­ виях почти в 2 раза быстрее, чем немерсеризованного. Такое сниже­ ние остается постоянным при различных условиях отбелки, что указывает на повышенную реакционную способность мерсеризован­ ной целлюлозы в связи с увеличенной внутренней поверхностью во­ локна.

Необходимо отметить, что добавки растворимого стекла в от­ бельную ванну способны задерживать разложение гипохлорита и его действие на волокно .[11, 12].

Установлено, что добавки силиката замедляют снижение вязко­ сти целлюлозы при действии гипохлорита, не вызывая замедления собственно отбелки волокна [13]. Механизм действия силиката в настоящее время не выяснен; по-видимому, большую роль играют коллоидно-химические свойства силиката. Исходя из этого отноше­ ния, предприятия текстильной промышленности регулярно приме­ няют такой вид отбелки, придающий волокну хорошую белизну, не вызывая резкого снижения вязкости целлюлозы. В этом случае силиката следует брать в небольшом количестве— 1—2 г/л, соблю­ дая при этом соотношение между количествами активного хлора, едкого натра и силиката натрия, равное 5:1:10. Приводим пример­ ный состав отбельной ванны (в г/л): активного хлора 1,0—1,5; ед­ кого натра 0,4—0,6; силиката натрия 2,0—3,0.

В табл. 53 приведены результаты опытов, которые подтвержда­ ют задерживающее действие силиката при отбелке на снижение вяз-

Т а б л и ц а 53

Влияние добавок силиката наггрия на изменения вязкости хлопковой целлюлозы во время гипохлоритной отбелки

кости целлюлозы. Для отбелки использовался отваренный хлопок вязкостью 1700 сП и раствор гипохлорита натрия, имевший очень малую щелочность, при 20° С, в течение 2 ч, модуль при отбелке

1 : 20.

Из приведенных данных следует, что силикат натрия действи­ тельно предохраняет волокно от снижения вязкости (табл. 53); действие его сохраняется при изменении его количества, взятого для отбелки в широких пределах.

Следовательно, влияние на вязкость хлопковой целлюлозы важ­ нейших факторов при отбелке очень многообразно и возможностей для регулирования вязкости целлюлозы во время отбелки много. К сожалению, большей частью из них трудно воспользоваться прак­ тически вследствие затруднений аппаратурного порядка, так как основной задачей в производстве всегда остается обеспечение рав­ номерности воздействия гипохлорита на целлюлозу. В химической промышленности чаще всего стремятся к снижению вязкости цел­ люлозы до требуемого предела, и здесь особенно трудно достигнуть этой цели в процессе обычной гипохлоритной отбелки.

Ниже рассмотрим процесс активированной отбелки, предложен­ ный в 1933 г., весьма интересный в смысле снижения вязкости цел­ люлозы [14, 15]. В течение более чем 20—25 лет активированная отбелка применялась на всех заводах для производства низковяз­ ких целлюлоз. В настоящее время она используется мало, но по­ скольку этот процесс имеет большое значение для разработки тео­ ретических основ отбелки, кратко изложим относящийся к ней ма­ териал.

3. Активированная отбелка

При активированной отбелке в отбельную ванну вводятся акти­ ваторы, способные подобно хлорноватистой кислоте вызывать разложение гипохлорита. Благодаря этому интенсифицируется от­ белка в щелочной среде без повышения температуры.

В отношении закономерностей, управляющих ходом процесса, активированная отбелка резко отличается от обычной щелочной гипохлоритной отбелки; это связано с тем, что в обычной отбелке всякая интенсификация процесса достигается изменением состава гипохлоритной ванны, в то время как при активированной отбелке достигаем того же введением в ванну посторонних веществ.

Важнейшим фактором, управляющим процессом активированно­ го разложения гипохлорита, является соотношение между количе­ ством активного хлора и аммиака (активатора) в ванне, выражае­ мое обычно в граммах (табл. 54). Во всех опытах условия отбелки были одинаковы (взято хлора 4,5% от массы волокна, модуль 15, температура 14° С, продолжительность отбелки 1 ч), изменялось только соотношение между количеством активного хлора и ам­ миака.

Данные табл. 54 показывают, что действительно распад гипохло­ рита при активированной отбелке определяется соотношением

активный хлор — аммиак. Существует оптимальное отношение (близкое 10: 1), при котором разложение гипохлорита протекает наиболее интенсивно. При этом полнее разлагается гипохлорит и больше снижается вязкость целлюлозы. Наличие избытка аммиака (отношение 2 :1 и 3 : 1) не только не активирует разложение гипо­ хлорита, но, наоборот, затрудняет отбелку. Во всех случаях резко­ му снижению вязкости целлюлозы соответствует большой расход гипохлорита.

Т а б л и ц а 54

Влияние соотношения между количеством активного хлора и аммиака в отбельной ванне на снижение вязкости целлюлозы при активированной отбелке

Кроме наличия известного отношения между количеством гипо­ хлорита и активатора для достижения определенного снижения вязкости целлюлозы необходимо, чтобы отбельная ванна имела соответствующую концентрацию гипохлорита (табл. 55).

Т а б л и ц а 55

Влияние концентрации гипохлорита в отбельной ванне на вязкость целлюлозы при обычной и активированной отбелке

В табл. 55 приведены результаты опытов отбелки без активато­ ра и в присутствии аммиака. Условия отбелки: модуль 15, темпера­ тура 13° С, время отбелки 1 ч; в опытах активированной отбелки добавлялось количество аммиака с расчетом получения отношения активного хлора к аммиаку, равного 10 : 1.

При концентрации активного хлора в растворе около 1 г/л акти­ вация разложения гипохлорита аммиаком происходит, но, очевид­ но, окислительный потенциал реакции в этих условиях недостато­ чен для того, чтобы индуцировать процесс снижения вязкости цел­ люлозы. Как уже указывалось, активированная отбелка требует повышенного расхода гипохлорита.

Степень снижения вязкости при активированной отбелке не за ­ висит от величины исходной вязкости целлюлозы. В табл. 56 приве­ дены данные опытов активированной отбелки образцов небеленой хлопковой целлюлозы различной вязкости. Отбелка производилась в совершенно одинаковых условиях.

Взаимодействие гипохлорита с аммиаком протекает очень быст­ ро, и поэтому результаты отбелки волокна в значительной мере зависят от условий отбелки. Это иллюстрируется данными табл. 57. Все опыты табл. 57 выполнены в одинаковых условиях, изменялось только время от момента добавления к гипохлориту аммиака до момента внесения в раствор волокна.

В опыте № 1 отбелка проводилась без активатора; в опытах № 2—6 — в присутствии аммиака. Мы видим, что чем больше вре­ мя между внесением в ванну активатора и волокна, тем меньше снижение вязкости целлюлозы. Объясняется это тем, что раствор гипохлорита разлагается одинаково, независимо от того, имеется ли в ванне волокно или нет; поэтому при запаздывании с внесением волокна, оно имеет место разложения уже значительной части гипо­ хлорита.

Снижение вязкости целлюлозы при активированной отбелке про­ ходит намного быстрее, почти мгновенно, чем при обычной щелоч-