Полиакрилонитрильные волокна

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 31Следующая ⇒

Для получения полиакрилонитрильных волокон используют высокомолекулярное соединение полиакрилонитрил, получаемый полимеризацией акрилонитрила (уравнение 43):

(43)

Волокно, сформованное из такого полимера, обладает рядом существенных недостатков: плохой окрашиваемостью, низкой эластичностью, невысокой устойчивостью к истиранию. Учитывая это, большинство известных типов полиакрилонитрильных волокон производят не из чистого полиакрилонитрила, а из его сополимеров, содержание других компонентов в которых не превышает 5–10 %. Например, в состав нитрона входят остатки акрилонитрила (92 %), метилакрилата (6, 3 %) и итаконовой кислоты (1, 7 %):

Наличие в макромолекулах метилакрилатных звеньев сообщает волокну повышенную эластичность и устойчивость к истиранию, а введение остатков итаконовой кислоты с ее карбоксильными группами повышает восприимчивость волокна к катионным красителям.

Повышенной восприимчивостью к кислотным красителям обладают волокна из сополимеров акрилонитрила, винилпиридина и винилацетата:

Повышенную восприимчивость к дисперсным красителям имеют волокна из сополимеров акрилонитрила с эфирами (обычно метиловыми) акриловой и метакриловой кислот, а также с винилацетатом.

Полиакрилонитрильные волокна выпускают под различными торговыми названиями: нитрон, орлон, дралон, ПАН, акрилон, кашмилон, прелан и др. Волокно нитрон и другие полиакрилонитрильные волокна формуют чаще всего из растворов полимеров в диметилформамиде HCON(CH₃)₂. После формования, вытягивания, замасливания и сушки эти волокна обычно подвергают терморелаксации ¾ тепловой обработке для повышения термостойкости волокна, снижения его способности к усадке при нагревании, увеличения устойчивости к истиранию и многократным деформациям.

Макромолекулы полимера в полиакрилонитрильных волокнах связаны между собой водородными связями. Поскольку для формования волокна применяют полиакрилонитрил с высокой степенью полимеризации (обычно 1000–2000), наличие межмолекулярных водородных связей обеспечивает получение высокопрочных и достаточно эластичных волокнистых материалов. В мокром состоянии нитрон почти не теряет прочности. Полиакрилонитрильные волокна имеют малую гигроскопичность; их кондиционная влажность не превышает 0, 7–1, 0 %.

Химические свойства полиакрилонитрильных волокон определяются наличием в их макромолекулах нитрильных групп, а также карбоксильных и сложноэфирных групп, вводимых в сополимер с другими компонентами.

В воде полиакрилонитрильные волокна не набухают. Неполярные и некоторые полярные (ацетон, дихлорметан, тетрахлорметан) органические растворители также не действуют на эти волокна. В сильнополярных органических растворителях (диметилформамид, диметилацетамид, диметилсульфоксид) и в концентрированных растворах тиоцианатов калия и натрия, хлорида цинка, тетраоксохлоратов полиакрилонитрильные волокна хорошо растворяются и образуют устойчивые растворы.

Полиакрилонитрильные волокна устойчивы к действию минеральных кислот средней концентрации и даже к действию концентрированных растворов хлороводородной, уксусной и 85 %–й муравьиной кислот. Концентрированные растворы серной и азотной кислот разрушают полиакрилонитрильные волокна. К действию щелочей эти волокна более чувствительны, чем к действию кислот. При обработке кипящим раствором гидроксида натрия даже невысокой концентрации они сначала окрашиваются в желтый и оранжевый цвета, а затем разрушаются.

Полиакрилонитрильные волокна устойчивы к действию окислителей, света и атмосферным воздействиям. По двум последним показателям эти волокна превосходят все натуральные и химические волокнистые материалы. Полиакрилонитрильные волокна устойчивы к действию микроорганизмов, не разрушаются молью и термитами.

Эти волокна обладают сравнительно высокой термостойкостью. При длительном выдерживании нитрона при 120–130 °С его прочность практически не изменяется. При температурах выше 150 °С происходит постепенное пожелтение волокна. Интенсивность пожелтения тем выше, чем больше содержание карбоксильных групп в макромолекулах полимера. При нагревании в присутствии кислорода интенсивность процессов деструкции усиливается.

Поливинилхлоридные волокна

Сырьем для формования этих волокон служит поливинилхлорид, который получают эмульсионной полимеризацией винилхлорида (уравнение 44).

(44)

Для получения волокон используют полимеры со степенью полимеризации 1000–2500. Теоретическое содержание хлора в полимере составляет 56, 8 %; путем дополнительного хлорирования получают продукт, содержащий 64–65 % хлора, ¾ полиперхлорвинил. Полиперхлорвинил легко растворяется в ацетоне с образованием вязких растворов, из которых формуют волокно хлорин.

полиперхлорвинил

Как поливинилхлоридные волокна, так и волокно хлорин плохо окрашиваются, так как они не набухают в воде. Вследствие легкой электризуемости эти волокна трудно перерабатываются. Они обладают высокой устойчивостью к действию кислот, щелочей и растворов окислителей. Полихлорвиниловое волокно, в отличие от волокна хлорин, обладает достаточно высокой светостойкостью. Хлорин под действием солнечных лучей и других атмосферных воздействий довольно быстро разрушается. Это приводит к изменению его химического состава, снижению прочности и эластичности. В воде при 70¾ 80 °С поливинилхлоридные волокна сильно усаживаются, а при 85¾ 90 °С размягчаются и деформируются, что сильно ограничивает их применение для изготовления предметов бытового назначения.

Поливинилхлоридные волокна малогорючи, устойчивы к действию микроорганизмов.

Поливинилспиртовые волокна

Эти волокна получают из поливинилового спирта, который растворяется в теплой воде. Водорастворимые волокна находят ограниченное применение (например хирургические нити). Для получения нерастворимых в воде волокон в процессе формования или сразу после него волокно обрабатывают различными альдегидами, например формальдегидом. При этом гидроксильные группы поливинилового спирта взаимодействуют с формальдегидом, в результате чего образуются внутри– и межмолекулярные ацетальные связи (уравнение 45).

Нерастворимое поливинилспиртовое волокно выпускается под названием винол. Поливинилспиртовые волокна формуют из водных (14–16 %–х) растворов полимера по мокрому способу. В качестве осадительной ванны используют растворы сульфата натрия с концентрацией 350–400 г/л. Свежесформованное волокно ацеталируют. Ацеталированию подвергается 35–40 % гидроксильных групп исходного поливинилового спирта, степень полимеризации которого составляет 1000–2000. Остальные гидроксильные группы остаются незамещенными, и это обеспечивает более высокую гигроскопичность поливинилспиртовых волокон по сравнению с другими карбоцепными волокнами. Кондиционная влажность винола 4–8 %. Винол обладает хорошей прочностью в сухом и мокром состояниях. В воде винол почти не набухает, не растворяется в большинстве органических растворителей.

(45)

Поливинилспиртовые волокна обладают высокой устойчивостью к действию разбавленных кислот. В концентрированных серной, азотной, хлороводородной и муравьиной кислотах эти волокна растворяются. Они стойки к действию растворов щелочей и окислителей; имеют хорошую свето– и термостойкость, выдерживают кратковременное нагревание до 220 °С. Температура плавления винола 230–238 °С. Поливинилспиртовые волокна устойчивы к действию микроорганизмов и насекомых.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие волокна относятся к гетероцепным?

2. Что из себя представляют полиамидные волокна? Каковы их основные химические свойства?

3. Как воздействуют на полиэфирное волокно кислоты, щелочи, окислители, восстановители и органические растворители?

4. Химическое строение и основные свойства полиуретановых волокон. Какие элементы химической структуры волокна спандекс обуславливают их эластические свойства?

5. Какие волокна относятся к карбоцепным? Почему они так называются?

6. Химическое строение и основные свойства полиолефиновых волокон. В чем заключаются достоинства и недостатки полипропиленовых волокон; области их применения?

7. Как получают водорастворимые и нерастворимые поливинилспиртовые волокна? Основные химические и потребительские свойства этих волокон.

8. Что из себя представляет волокно нитрон? Каковы его химические и эксплуатационные характеристики? Области применения полиакрилонитрильных волокон.

9. Какие химические реакции лежат в основе получения волокон из хлорированных производных винила? Основные свойства волокон на основе поливинилхлорида; области их применения.

Подготовка текстильных материалов к крашению и печатанию

Подготовка тканей из растительных волокон

Текстильные материалы из растительных волокон (хлопка, льна) вследствие наличия в них примесей, в первую очередь воскообразных веществ, плохо смачиваются. Кроме естественных примесей на тканях из целлюлозных волокон содержится шлихта, нанесенная на нити основы перед ткачеством с целью повышения их прочности и снижения обрывности. В результате в процессах крашения и печатания затрудняется контакт и взаимодействие между гидроксильными группами целлюлозы и молекулами красителя. На таких неподготовленных материалах практически невозможно получить яркие, равномерные, насыщенные и прочные окраски и расцветки.

Основная цель подготовки тканей к крашению и печатанию состоит в удалении из растительных целлюлозных волокон сопутствующих веществ и примесей и сообщение волокнам хорошей смачиваемости, нужной степени белизны, высокой и равномерной восприимчивости к красителям.

Процесс подготовки хлопчатобумажных и льняных тканей скла-дывается из трех основных операций: расшлихтовки, т. е. разрушения и извлечения из нитей основы продуктов деструкции шлихты; щелочной отварки, при осуществлении которой из волокна удаляется большая часть природных примесей; собственно беления, предназначенного для обесцвечивания естественных красящих веществ хлопка и льна и сообщения ткани требуемой белизны.

В настоящее время наиболее прогрессивным и широко распространенным способом беления хлопчатобумажных тканей является непрерывный запарной щелочно–пероксидный способ, осуществляемый на специальных поточных линиях. Процесс беления, как правило, проводят по двухстадийному режиму. На первой стадии осуществляют отварку ткани. Для этого ее пропитывают щелочным варочным раствором (25–40 г/л) и обрабатывают водяным паром при 100 °С в течение 1 ч в запарном варочном аппарате. Далее промывают горячей и холодной водой, обрабатывают разбавленным раствором (3–5 г/л) серной кислоты и снова промывают холодной водой. При проведении этих операций происходит разрушение и удаление большей части шлихты и естественных примесей: воскообразных, белковых, пектиновых веществ и лигнина.

На второй стадии достигается отбеливание ткани. Ткань пропитывают щелочным раствором пероксида водорода (2, 0–10 г/л), который стабилизирован силикатом натрия (10–12 г/л), обрабатывают насыщенным водяным паром при 100 °С в течение 1 ч. После этого ткань тщательно промывают горячей и холодной водой и высушивают. При щелочно–пероксидной обработке происходит дополнительное удаление примесей и полное разрушение естественных красящих веществ, в результате чего ткань приобретает нужную белизну ― 80–85 % (за 100 % принимается белизна эталона, в качестве которого служит баритовая пластинка).

Хлопчатобумажные ткани для повышения восприимчивости к красителям и улучшения свойств (блеск, шелковистость, гигроскопичность) подвергают мерсеризации. Наиболее часто этот процесс осуществляется путем обработки ткани под натяжением раствором гидроксида натрия (180–250 г/л) при 15–20 °С). В настоящее время предложены очень эффективные высокотемпературные процессы мерсеризации, при которых одновременно происходят мерсеризация и отварка тканей. Поглощение мерсеризованными тканями красителей увеличивается на 15–30 %); при этом повышается чистота, яркость, насыщенность окрасок и, в ряде случаев, устойчивость их к различного рода воздействиям, в том числе и к свету.

При подготовке льняных материалов основной трудностью является необходимость удаления из волокна гораздо большего количества примесей (до 25 % от массы обрабатываемого изделия), сопутствующих льняной целлюлозе. При этом нельзя резко повышать концентрацию, температуру и продолжительность воздействия растворов реагентов, так как техническое льняное волокно может разрушиться до элементарных волоконец вследствие деструкции скрепляющего их лигнино–пектинового клея.

В настоящее время процесс подготовки изделий из льна, обеспечивающий достаточно полное удаление сопутствующих примесей и придание высокого эффекта белизны, разделяется на две стадии: 1) окислительная отварка полуфабриката ¾ льняной ровницы; 2) отбелка ткани по запарному способу.

Окислительную отварку ровницы проводят в аппаратах периодического действия при 98–100 °С в течение 2–3 ч. Варочный раствор содержит: пероксид водорода (8–10 г/л), силикат натрия (10 г/л), карбонат натрия (5 г/л). Отваренную ровницу тщательно промывают и перерабатывают сначала в пряжу, а затем в ткань.

Непрерывный способ беления льняных тканей включает следующие последовательно повторяемые операции: 1) пропитка тканей раствором оксохлората натрия (2 г/л активного хлора) и выдерживание в компенсаторе в течение 1, 5 ч без прогрева; 2) промывка холодной водой; 3) пропитка щелочным раствором пероксида водорода (3 г/л), содержащим также силикат натрия (11 г/л), карбонат натрия (3 г/л), и запаривание в компенсаторе при 90 °С в течение 1, 5 ч; 4) промывка горячей и холодной водой.

Для достижения наивысшего эффекта белизны обработка ткани оксохлоратом натрия и пероксидом водорода с промежуточными промывками может быть повторена дважды.

Обработку ткани пероксидом водорода проводят не только для усиления эффекта очистки и беления, но и для осуществления процесса антихлорирования, т. е. разрушения остатков оксохлората натрия в волокне.

Лучшие результаты дает использование диоксохлората натрия. Льняную ровницу подвергают кислованию, обработке диоксохлоратом натрия, нейтрализации и обработке щелочным раствором пероксида водорода. Отбеливание льна в горячих (80 °С) растворах диоксохлората натрия при рН 4–5 с последующим добеливанием по щелочно–пероксидному способу обеспечивает в результате однократной обработки высокую степень белизны и удаление из волокна воскообразных, белковых и других примесей в необходимом количестве.

Весьма эффективным в различных процессах подготовки (расшлихтовка, беление) текстильных материалов из растительных волокон является применение биопрепаратов (ферментов различной природы), таких как Амилоризин П10Х, Амилосубтилин ГЗХ, Глюкавоморин ПХ и др., используемых как индивидуально, так и в составе композиционных препаратов. Биотехнологии могут применяться в чистом виде или в комбинации с традиционными, повышая их экономичность и экологичность.

Подготовка тканей из белковых волокон

Суровое шерстяное волокно содержит различные примеси и загрязнения, которые затрудняют процесс крашения, ухудшают внешний вид и санитарно–гигиенические свойства изделий из шерсти. К таким примесям относятся остатки шерстяного жира, замасливающие вещества, которые наносят на волокна для улучшения их прядомых свойств, и шлихта. Все эти вещества удаляются в результате промывки шерстяных тканей. Наиболее распространенный способ промывки основан на омылении и эмульгировании жиров и масел. Для этой цели используют натриевые и триэтаноламиновые мыла с добавкой соды и различные синтетические моющие средства.

Природноокрашенную шерсть не отбеливают. Отбеливанию подвергают только такие изделия, которые необходимо окрашивать в очень светлые, яркие и чистые тона. В качестве белящего реагента чаще всего используют пероксид водорода. Чтобы не разрушить шерстяное волокно, беление проводят в слабощелочной среде при 50 °С.

Шерстяные ткани подвергают также процессам валки, заварки и карбонизации. Эти процессы иногда осуществляют уже после крашения шерсти, поэтому очень важно знать, какими свойствами должны обладать красители, чтобы в условиях проведения этих операций окраска волокна не только не утрачивала устойчивости, но и приобретала дополнительную яркость и чистоту. При валке шерстяных тканей происходит уплотнение материала в результате свойлачивания отдельных волокон и улучшение теплоизолирующих свойств. Валку проводят на специальных машинах при сильном механическом воздействии на ткань, пропитанную мыльно-содовым раствором при ~40 °С.

Заварку тканей, осуществляемую в целях снятия внутренних напряжений для сообщения тканям стабильных размеров и предотвращения возможных заминов и заломов, проводят путем обработки расправленного и натянутого материала кипящей водой или паром.

Карбонизация тканей приводит к удалению целлюлозных примесей, которые портят внешний вид тканей и не закрашиваются красителями, предназначенными для крашения шерсти. Карбонизацию осуществляют путем пропитывания ткани раствором серной кислоты с концентрацией 30–60 г/л и последующего высушивания и прогрева ткани до 110 °С. В этих условиях целлюлозные примеси полностью разрушаются и путем механического воздействия удаляются из шерстяной ткани.

Подготовка тканей из натурального шелка сводится к освобождению волокна от серицина, что достигается путем растворения и частичного разрушения серицина в разбавленных растворах щелочей или кислот. Скорость растворения серицина зависит от рН среды, температуры, концентрации и природы реагента. Чаще всего при подготовке натуральных шелковых тканей проводят их отварку в мыльно-содовых растворах (10–15 г/л мыла, 0, 3–0, 8 г/л соды) при температурах, близких к температуре кипения, в течение 1–2 ч. Для повышения степени белизны шелк, если необходимо, отбеливают пероксидом водорода (15–25 г/л) при рН 8, 0–8, 4 и температуре 70–80 °С.

Подготовка тканей из химических волокон

Ткани, изготовленные из химических волокон, в отличие от природных, не содержат примесей. Подготовка в данном случае сводится в основном к удалению шлихты и замасливателей, а также к небольшому добеливанию. Обычно химические заводы выпускают волокна в отбеленном виде, но при текстильной переработке они несколько загрязняются, поэтому и требуется дополнительное отбеливание.

Иногда процессы расшлихтовки и отбеливания разделяют на две стадии. Первую стадию осуществляют в растворах синтетических моющих средств с добавкой карбоната натрия и фосфата натрия при 80–90 ⁰С. Вторую стадию ¾ беление проводят по–разному, в зависимости от типа волокна. Изделия из гидратцеллюлозных волокон чаще всего отбеливают по запарному способу в слабощелочных растворах пероксида водорода (2–7 г/л), стабилизированных метасиликатом натрия; время запаривания при 100 °С не превышает 3–5 мин.

Синтетические и ацетатные волокна и изделия из них отбеливают диоксохлоратом натрия, который не разрушает эти полимеры. Беление осуществляют при рН 4, 0–4, 5 при температуре 60–95 °С в зависимости от вида волокна.

Термопластичные ацетатные и синтетические материалы в условиях эксплуатации, например при стирке, глажении, могут давать значительную усадку из-за наличия внутренних напряжений в волокнах. В связи с этим при подготовке изделий из синтетических и ацетатных волокон особое место занимает процесс термообработки для стабилизации линейных размеров и формы изделий из таких волокон.

Термостабилизация включает нагревание ткани или любого другого изделия из термопластичных волокон в натянутом состоянии до требуемой температуры и последующее быстрое охлаждение материала. При нагревании происходит разрыв межмолекулярных (водородных и других) связей, вследствие чего ликвидируются внутренние остаточные напряжения в волокнах. Под действием внешней нагрузки макромолекулы полимера занимают положения, соответствующие ненапряженному релаксированному состоянию волокон. В момент быстрого охлаждения текстильного материала это новое расположение макромолекул полимера фиксируется вследствие повторного образования межмолекулярных связей. Верхний предел температуры термостабилизации ограничивается температурой размягчения того или иного синтетического волокна, а нижний ¾ определяется минимальной энергией, необходимой для обратимого разрушения межмолекулярных связей. Диапазон допустимых температур зависит также от среды, в которой проводится термостабилизация. Обычно ее осуществляют горячим воздухом. В этом случае оптимальная температура термофиксации для изделий из полиамидных волокон составляет 190–200 °С; для полиэфирных и триацетатных материалов она равна 210–220 °С; длительность процесса не превышает 60–90 с. Иногда термостабилизацию совмещают с процессом фиксации красителей на текстильном материале, например при термозольном способе крашения дисперсными красителями. Красители для крашения синтетических волокон должны быть устойчивы к действию высоких температур и не должны при этом сублимироваться.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. С какой целью проводится подготовка текстильных материалов к крашению и печатанию.

2. Из каких операций складывается полный цикл физико–химической подготовки хлопчатобумажных тканей? Назначение и сущность этих операций.

3. Как осуществляется подготовка льняных текстильных материалов?

4. Чем обусловлено различие технологий подготовки текстильных материалов из льна и хлопка?

5. Какие операции являются необходимыми при подготовке шерсти к крашению?

6. Какие способы используются для освобождения шелка–сырца от серицина?

7. Для чего проводят операцию термостабилизации при подготовке тканей из химических термопластичных волокон?

Кожа и мех

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒