олучение целлюлозных волокон из растворов в
метилморфолиноксиде
В настоящее время реальной альтернативой вискозному производству является новый экологически чистый процесс получения целлюлозных волокон из растворов целлюлозы в полярном органическом растворителе донорного типа N-метилморфолин-N-оксиде (ММО). Экологическая чистота процесса обусловлена возможностью практически полной регенерации ММО в технологически приемлемых условиях. Волокна этого типа выпускают под названиями лиоцелл, ньюцелл, тенцел и др.
Растворение целлюлозы в ММО протекает в результате сольватационных процессов. При использовании этого растворителя могут быть получены формовочные растворы с содержанием целлюлозы до 40 %.
ММО при комнатной температуре представляет собой твердое кристаллическое вещество. Он существует в нескольких гидратных формах, обладающих различной растворяющей способностью по отношению к целлюлозе: бигидрат (содержание воды 28 %, Тпл 36°С), который не является растворителем, и моногидрат (содержание воды 13,3 %, Тпл 76…78°С) – хороший с точки зрения термодинамики растворитель. Наибольшей растворяющей способностью обладает безводный ММО. Однако высокая температура плавления (182°С), близкая к температуре активной термической деструкции целлюлозы, исключает возможность его использования в качестве растворителя.
Высококонцентрированные формовочные растворы целлюлозы получают с использованием гидратов ММО с пониженным содержанием воды ~6…10 % (Тпл 110…150°С) в экструдерах, обеспечивающих высокие сдвиговые напряжения в процессе растворения.
Технологический процесс получения целлюлозного волокна из растворов в ММО (рис.1.5) начинается со стадии измельчения целлюлозы с последующей активацией (набуханием) целлюлозы суспендированием ее в 30…60 % водном растворе ММО. Примерный состав суспензии: целлюлоза – 13%, ММО – 67%, вода – 20%. Далее следует удаление избытка воды при температуре 80…100 оС под вакуумом до ее содержания 10…12% и растворение целлюлозы в шнековом растворителе при температуре 110…130°С с получением 10…15 % растворов. После фильтрации раствор передается на формование. Стабильный, хорошо фильтруемый раствор имеет состав: целлюлоза – 14%, ММО – 76%, вода – 10%.
Формование волокон из растворов целлюлозы в ММО возможно как по мокрому, так и по сухо-мокрому способу. В качестве осадительной ванны используется раствор ММО в воде. Формование проводится со скоростью 100…200 м/мин. Затем нить отмывают от ММО и подвергают отделке и сушке.
При получении целлюлозных волокон по сухо-мокрому способу процесс ориентации и кристаллизации протекает на разных стадиях: ориентация – в процессе формования, кристаллизация во время сушки волокна.
Находящийся в промывных водах ММО, проходя стадии очистки и концентрирования по замкнутому циклу, в виде водного раствора попадает в осадительную ванну и на стадию суспендирования.
Разработанный в последнее время твердофазный ММО-процесс полностью исключает стадию энергоемкого и довольно сложного при промышленной реализации суспендирования системы с последующим строго контролируемым удалением избытка воды. В основе технологии лежит принцип твердофазного взаимодействия целлюлозы с кристаллическим ММО растворителем, реализующийся при одновременном воздействии на систему сдвиговых напряжений и давления. В условиях всестороннего сжатия, сдвига и вынужденного пластического течения происходит механо-физическая активация целлюлозы кристаллическим ММО и образуются «твердые растворы», которые затем перерабатывают непрерывным экструзионным способом.
Целлюлозные волокна, получаемые по ММО способу, характеризуются высокой степенью кристалличности и фибриллируемости в сухом и мокром состоянии. Они имеют высокую прочность и модуль упругости, но низкое удлинение. Некоторые свойства волокон, сформованных из растворов в ММО, в сопоставлении со свойствами других целлюлозных волокон приведены в таблице1.2.
Для волокон, полученных из растворов в ММО, характерен ряд специфических свойств: шелковистый гриф, быстрая и глубокая накрашиваемость, высокая петлезацепляемость, способность к фибриллированию при сохранении когезионных связей между фибриллами. Значительная склонность к фибриллированию (отщеплению фибрилл при набухании в воде под действием механических напряжений) приводит к снижению эксплуатационных свойств изделий из этих волокон и в то же время обеспечивает возможность достижения новых текстурных эффектов (эффект «персиковой кожи», микровельвет и др.). Маркетинговые исследования свидетельствуют о наличии для такого волокна широкого рынка сбыта.
Таблица 1.2 - Свойства целлюлозных волокон
| Показатель | Тип волокна | |||
| Из раствора в ММО | Вискозное обычное | ВВМ | Хлопок | |
| Относительная разрывная нагрузка, сН/текс - в сухом состоянии - в мокром состоянии - в петле Удлинение, % Усадка в горячей воде, % | 22-27 6-12 1-2 | 16-25 8-10 16-21 | - | - |
 | |||
|