Вискоза

Вискоза

ВИСКОЗА, изготовленная впервые в 1893 г. известными английскими химиками Кросс и Беван (Cross и Bevan), представляет собой растворимую в воде натровую соль целлюлозно-ксантогеновой кислоты, получаемую при действии едкого натра и сероуглерода на целлюлозу. В первом случае получается щелочная целлюлоза (гидратированная), а при действии на последнюю сероуглерода - натровая целлюлозно-ксантогеновая кислота (ксантогенат целлюлозы), которая в водном растворе носит название вискозы. Если целлюлозу погрузить в щелочь (NaOH) с удельным весом 1,25, что соответствует 24° Вè, так, чтобы она была вся погружена в этом растворе в течение 1—2 часов, то получается гидратированная целлюлоза, которую можно представить химической формулой NaОH∙C6H9О4∙ОNa.

Весь химический процесс может быть представлен следующей формулой:

viskoza 1

Наряду с вискозой образуются еще другие сернистые соединения, которые придают вискозе темно-желтый оттенок. Содержание избытка щелочи в вискозе делает ее более устойчивой. Но, несмотря на это, вискоза с течением времени подвергается изменению, коагулируется, и в конечном итоге из нее осаждается целлюлоза в виде гидрата целлюлозы. Если свежеприготовленную целлюлозу представить формулой

Свежеприготовленная целлюлоза - формула

то в течение известного времени при отщеплении CS—SNa молекулярный вес углерода в вискозе увеличивается. Первая фаза изменения выразится формулой:

viskoza 3

вторая фаза:

viskoza 4

третья фаза:

viskoza 5

Это изменение вискоза происходит постепенно; так, например, первая фаза, где молекулярный вес вискозы соответствует 12 углеродным атомам (С12), наступает через 24 часа при 15°, а в течение 4 дней молекулярный вес вискозы уже соответствует 24 углеродным атомам (С24), и т. д. По мере увеличения молекулярного веса вискозы уменьшается ее растворимость. Вискоза с 6 атомами С в молекуле растворяется в воде, в поваренной соли и в щелочи; вискоза с содержанием 12 атомов С в молекуле осаждается раствором поваренной соли в виде гидрата целлюлозы, причем осадок вновь растворяется в воде; вискоза с содержанием 24 углеродных атомов в молекуле растворяется только в щелочи, а при действии слабых органических кислот, которые нейтрализуют содержащуюся в вискозе щелочь, выпадает ксантогенат целлюлозы.

По мере увеличения числа углеродных атомов в вискозе, последняя имеет все большее и большее стремление выделить из своего раствора целлюлозу в виде ее гидрата. Этот процесс постепенного изменения вискозы в зависимости от температуры и времени в технике называют созреванием вискозы. В связи с тем, для какого технического применения предназначена вискоза, ей дают созревать в большей и меньшей степени. Например, вискоза с содержанием С24 (эта фаза наступает через 85—100 ч. при 15—16°) имеет главным образом применение для производства пряжи искусственного шелка. Вискоза с содержанием С12 (такое содержание достигается в течение 24 ч.) имеет применение для производства прозрачных фильм, в текстильной промышленности и др. Если дать вискозе «перезреть», что происходит при долгом стоянии ее на воздухе, то выпадает желатинообразная масса - гидрат целлюлозы. Если эту массу выщелачивать водой, а затем оставить сохнуть на воздухе, то образуется твердое рогообразное тело с удельным весом 1,53, которое при переработке с окисью цинка дает пластичную массу, т. н. вискоид. Чем выше температура, при которой созревает вискоза, тем она скорее коагулируется. Например, при 5—10° можно сохранить вискозу в течение 12—14 дней, а выше 70° коагуляция происходит немедленно. Соляная и серная кислоты осаждают из вискозы целлюлозу в виде гидрата целлюлозы, который в общем имеет те же химические свойства, что и первоначальный гидрат целлюлозы. Слабые кислоты, как углекислота (СО2), сернистый ангидрид (SО2), а также уксусная кислота, муравьиная кислота и т. д. не действуют на вискозу, но разрушают такие примеси, как сернистые соединения и тиокарбонаты, которые образуются вместе с вискозой.

Производство вискозы. Исходным материалом для производства вискозы служит древесная целлюлоза, т. е. продукт химической обработки дерева, преимущественно хвойных пород. Для производства обыкновенно употребляется сульфитная или натронная целлюлоза; последней отдается предпочтение как содержащей меньше смолистых примесей. Целлюлоза, вполне пригодная для производства вискозы, должна содержать не менее 79—80% α-целлюлозы и не более 2,0—2,2% гемицеллюлозы, от 0,2 до 0,5% золы, от 8,5 до 12% влаги и от 6 до 8% органических веществ. Существенное значение имеет содержание золы, которое не должно превышать 0,6%. Если древесная целлюлоза недостаточно отбелена, то ее необходимо отбелить, прежде чем пустить в производство. Для этой цели ее обрабатывают в деревянных барках 1%-ным раствором соляной кислоты при 80°. Затем целлюлозу обрабатывают щелочью (1—2%) в течение 3—4 ч., после чего промывают и сушат. Из 1 м3 елового дерева можно получить 128 кг целлюлозы; это количество целлюлозы даст 1280 кг вискозы при средней вязкости 2 и при удельном весе 1,15.

Процесс производства вискозы распадается на следующие фазы:
I. Приготовление щелочной целлюлозы.
II. Приготовление ксантогената целлюлозы.
III. Растворение ксантогената целлюлозы.
IV. Созревание и фильтрация вискозы.

I. Процесс приготовления щелочной целлюлозы фабричным путем протекает след. обр. Древесную целлюлозу в листах погружают в горизонтальный пресс, который одновременно служит резервуаром для пропитки целлюлозы едким натром (процесс мерсеризации) и прессом для отжима избытка щелочи. Для пропитки целлюлозы употребляется раствор, содержащий 18% едкого натра (удельный вес 1,2—1,25), что соответствует 24° Вè. В резервуаре горизонтального пресса, который вмещает 100 кг целлюлозы, последняя мерсеризуется в течение 1—1,5 ч., после чего избыток щелочи спускается, а пропитанная щелочью целлюлоза отжимается тем же прессом таким образом, чтобы вес пропитанной щелочью целлюлозы после отжатия был примерно втрое больше веса первоначально взятой сухой целлюлозы. После отжатия целлюлоза поступает в измельчитель (см. фиг.), где происходит измельчение целлюлозы, что продолжается З,5—4 часа.

После отжатия целлюлоза поступает в измельчитель

Корпус измельчителя чугунный, с двойными стенками для охлаждения, со стальными зигзагообразными, снабженными зубьями, месилками, вращающимися в непроницаемых буксах, которые имеют разные скорости. Измельчитель устроен так, что он может быть поставлен во время работы под любым углом. Вместимость корпуса измельчителя обычно составляет 600—800 л. Измельченную т. о. целлюлозу выгружают в небольшие жестяные круглые ящики вместимостью до 30—35 л каждый. Эти ящики помещают в камеру («томилка»), где щелочная целлюлоза остается в течение 60—80 ч. при 20—25°. Щелочная целлюлоза содержит приблизительно 15—16% NaOH, 25,5—26% целлюлозы и 1% Na23, а остальное - вода.

II. Приготовление ксантогената целлюлозы. По истечении вышеуказанного времени щелочную целлюлозу из ящиков выгружают в специальные аппараты, т. н. бараты, где она обрабатывается сероуглеродом, превращающим щелочную целлюлозу в ксантогенат целлюлозы. Барат представляет собой круглый или шестигранный железный барабан с охлаждающими цилиндрическими стенками, вращающимися на своих осях. В оси барабана вводят две трубы: одна из них, через которую впускают сероуглерод, имеет мелко просверленные отверстия и покрыта сеткой, а другая служит для отвода газов. Аппарат снабжен герметичным затвором с вделанным в середине толстым стеклом для наблюдения за ходом процесса. Во время впуска сероуглерода барат непрерывно вращается, причем щелочная целлюлоза постепенно изменяет свою окраску, переходящую из светло-желтой в желтую и, наконец, в светло-оранжевую. Весь процесс продолжается 3,5—4 ч. Количество прибавляемого сероуглерода составляет половину взятой сухой целлюлозы.

III. Растворение ксантогената. Из барата, находящегося на втором этаже, ксантогенат высыпают по трубе в мешалку, где происходит растворение ксантогената целлюлозы. Мешалка, емкостью в 1500—3000 л, представляет собой крытый железный вертикальный или горизонтальный резервуар с двойными стенками для охлаждения. На вертикальной оси приделаны проходящие между острыми трехгранными шипами крылья, укрепленными винтами к вертикальным стенкам мешалки. Корпус мешалки имеет герметически закрытую крышку с введенными двумя трубами для впуска требуемых для растворения материалов. Для выпуска служит находящийся внизу вентиль. Раньше всего впускают в мешалку около 150 ч. щелочи (удельным весом 1,25) и 600 ч. дистиллированной воды на 100 ч. первоначально взятой целлюлозы; затем всыпают ксантогенат и перемешивают в течение З,5—4 часов, пока весь ксантогенат не растворится в щелочи и в воде.

IV. Созревание и фильтрация вискозы. Приготовленная, как указано выше, вискоза передается по 2,5" трубе в вискозный погреб, где вискоза созревает в железных закрытых баках, вместимостью в 3000—5000 л, при 15° в течение 24—100 ч. в зависимости от ее дальнейшего технического применения. В баках вискозу держат все время при уменьшенном давлении, чтобы удалить пузырьки воздуха, находящиеся в ней. Затем вискозу фильтруют через три фильтр-пресса. Материалом для фильтрации служат в порядке прохождения: суровая бумазея, тонкий слой ваты и плотное суровое хлопчатобумажное полотно. После пропуска 6—8 партий вискозы фильтровочный материал меняют. Такая вискоза имеет удельный вес 1,15 и содержит до 7% целлюлозы и до 7% щелочи. Указанный способ приготовления вискозы применяется на большинстве фабрик, но существуют еще и другие способы приготовления вискозы, вкратце описываемые ниже. По английскому патенту Вильсона (Ковентри), при приготовлении щелочной целлюлозы и для ускорения процесса созревания, в щелочной раствор прибавляют какой-нибудь окислитель, как, например, перекись натрия, причем берут 2 ч. перекиси натрия и растворяют в 200 ч. 17,5%-ного раствора едкого натра. В таком растворе мерсеризуют целлюлозу при 18°, затем поступают, как указано выше. Приготовленную таким путем целлюлозу можно немедленно обрабатывать сероуглеродом, минуя процесс созревания, чем сокращается время, требуемое для созревания щелочной целлюлозы. По патенту Акционерного общества в Безансоне, к вискозе прибавляют какую-нибудь нейтральную соль, как сернокислый или хлористый аммоний, и перемешивают при уменьшенном давлении до полного удаления аммиака. Такую вискозу нет надобности подвергать созреванию, чем значительно сокращается время и, следовательно, рабочая сила.

Обесцвечивание вискозы. Для некоторых технических целей, как, например, для приготовления прозрачных фильм, вискозы для аппретирования, пластических масс и т. д., необходимо вискозу обесцветить. Укажем несколько таких способов. По способу Кросса, осаждают из свежеприготовленной вискозы ксантогенат целлюлозы соляной кислотой или хлористым аммонием; осадок промывают, разбавляют слабой соляной кислотой и растворяют в соответствующем количестве воды и щелочи при комнатной температуре. По патенту Кросса, поступают след. обр. К 100 г ксантогената целлюлозы прибавляют 1 л кислого сернокислого натра (25° Вè) и в течение 4—5 ч. оставляют эту смесь в спокойном состоянии, после чего ксантогенат отжимают и промывают несколько раз с 1%-ным раствором кислого сернокислого натра - до тех пор, пока ксантогенат не станет совсем бесцветным. По патенту соединенных фабрик искусственного шелка во Франкфурте, обесцвечивают вискозу тем, что нагревают свежеприготовленную вискозу выше 40° в течение нескольких часов. Если взять каплю такой горячей вискозой на стеклышко и облить ее хлористым аммонием, то получится совершенно прозрачная фильма, что служит признаком полного обесцвечивания вискозы. По патенту Лине (Lynee), ксантогенат целлюлозы смешивают с этиловым спиртом; к спирту прибавляют немного воды и высушивают. Получается бесцветный порошкообразный ксантогенат. По французскому патенту Пелерена, для того чтобы придать фильме, полученной из вискозы, мягкость и эластичность, прибавляют к целлюлозе глицерин или глюкозу. Поступают следующим образом: смешивают 163 г сухой целлюлозы с 98 г чистого глицерина; к этой смеси прибавляют 120 г едкого натра, растворенного в таком количестве воды, чтобы раствор содержал 40° Вè едкого натра; все тщательно перемешивают и прибавляют затем 156 г сероуглерода; смесь перемешивают в закрытых цилиндрических резервуарах, после чего ей дают некоторое время отстояться, а затем ксантогенат растворяют в таком количестве воды или слабой щелочи, чтобы содержание целлюлозы в вискозе составляло 6—7%.

Применение вискозы. Вискоза имеет применение преимущественно для производства пряжи искусственного шелка. Из всех существующих фабрик искусственного шелка в Европе и Америке 80% вырабатывают его из вискозы. Вискоза имеет также применение для аппретирования тканей, для изготовления тонких прозрачных фильм, имеющих то преимущество перед целлулоидными, что изготовленные из вискозы ленты не воспламеняются; также для изготовления искусственной кожи и для проклейки бумаги. Смешивая вискозу с окисью цинка или окисью железа, получают пластические массы, из которых вырабатывают разные предметы галантереи (пуговицы, гребешки, зубные щетки и т. п.). Крепкий раствор вискозы может быть применяем как хороший клей. Прозрачная бумага целлофан представляет собою тонкие листы целлюлозы, приготовленные из вискозы. Толщина их не превышает 0,3—0,4 мм. Они могут быть окрашиваемы в любой цвет и поддаются гофрировке. Целлофан имеет большое применение для упаковки туалетных мыл, кондитерских товаров и т. д.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.