Вискоза - Rayon
Вискоза - это регенерированное целлюлозное волокно , которое производится из натуральных источников целлюлозы, таких как древесина и связанные с ней сельскохозяйственные продукты. Он имеет ту же молекулярную структуру, что и целлюлоза. Существует множество типов и сортов вискозных волокон и пленок. Некоторые имитируют ощущение и текстуру натуральных волокон, таких как шелк , шерсть , хлопок и лен . Типы, напоминающие шелк, часто называют искусственным шелком . Волокно используется для изготовления тканей для одежды и других целей. Вискоза может означать:
- Вязкий раствор целлюлозы
- Синоним вискозы
- Особый термин для вискозного вискозы - вискоза, изготовленная с использованием процесса вискозы.
Производство вискозы включает солюбилизирующую целлюлозу. Один из популярных методов включает использование щелочи и сероуглерода . Другой метод предполагает использование аммиачных растворов солей меди. Еще один способ - лиоцелл - основан на использовании специального растворителя.
Вискоза и ее варианты
Вискоза производится путем растворения целлюлозы с последующим превращением этого раствора обратно в нерастворимую волокнистую целлюлозу. Для этой регенерации были разработаны различные процессы. В основном это методы купраммония, вискозы и лиоцелл. В частности, первые два метода практикуются более века.
Купраммониевый метод
Швейцарский химик Маттиас Эдуард Швейцер (1818–1860) обнаружил, что целлюлоза растворяется в дигидроксиде тетрааминмеди . Макс Фремери и Иоганн Урбан разработали метод производства углеродных волокон для использования в лампочках в 1897 году. Производство медно-мониевой вискозы для текстильных изделий началось в 1899 году на фабрике Vereinigte Glanzstoff Fabriken AG в Обербрухе недалеко от Аахена . Благодаря усовершенствованию, сделанному JP Bemberg AG в 1904 году, искусственный шелк стал продуктом, сопоставимым с настоящим шелком .
Вискоза купраммония имеет свойства, подобные вискозе; однако в процессе производства целлюлоза сочетается с медью и аммиаком ( реагент Швейцера ). Из-за пагубного воздействия этого метода производства на окружающую среду медно-мониевая вискоза больше не производится в Соединенных Штатах .
Вискозный метод
Английский химик Чарльз Фредерик Кросс и его сотрудники, Эдвард Джон Беван и Клейтон Бидл, запатентовали свой искусственный шелк в 1894 году. Они назвали свой материал «вискозой», потому что при его производстве использовался промежуточный раствор с высокой вязкостью. Процесс основан на реакции целлюлозы с сильным основанием с последующей обработкой этого раствора сероуглеродом с получением производного ксантогената . Затем на следующем этапе ксантогенат снова превращается в целлюлозное волокно.
Первый коммерческий вискозный искусственный шелк был произведен британской компанией Courtaulds Fibers в ноябре 1905 года. Курто сформировал американское подразделение American Viscla (позже известное как Avtex Fibers), чтобы производить свою рецептуру в Соединенных Штатах в 1910 году. принят в 1924 году, где «вискоза» использовалась для вязкой органической жидкости, используемой для производства вискозы и целлофана . В Европе, однако, сама ткань стала известна как «вискоза», что было признано приемлемым альтернативным термином для вискозы Федеральной торговой комиссией США (FTC).
Вискозный метод может использовать древесину в качестве источника целлюлозы, тогда как другие способы получения вискозы требуют использования целлюлозы без лигнина в качестве исходного материала. Использование древесных источников целлюлозы удешевляет вискозу, поэтому ее традиционно использовали в большем масштабе, чем другие методы. С другой стороны, оригинальный процесс производства вискозы приводит к образованию большого количества загрязненных сточных вод. Новые технологии используют меньше воды и улучшают качество сточных вод. Вискоза производилась только в виде филаментного волокна до 1930-х годов, когда были разработаны методы использования «битых отходов вискозы» в качестве штапельного волокна.
Физические свойства района оставались неизменными до развития района высокой прочности в 1940-х годах. Дальнейшие исследования и разработки привели к созданию вискозы с высоким модулем упругости во влажном состоянии (район HWM) в 1950-х годах. Исследования в Великобритании были сосредоточены на финансируемой правительством Британской ассоциации районных исследований .
Промышленное применение искусственного шелка появилось примерно в 1935 году. При замене хлопкового волокна в шины и ремни промышленные типы искусственного шелка приобрели совершенно другой набор свойств, среди которых первостепенное значение имели прочность на разрыв и модуль упругости.
Модальный
Модал - это разновидность искусственного шелка, но сделанная из особо высококачественной целлюлозы. Доступны две формы: «полинозный» и «высокий модуль упругости во влажном состоянии» (MWM). Модал используется отдельно или с другими волокнами (часто хлопком или спандексом ) в одежде и предметах домашнего обихода, таких как пижамы, нижнее белье, халаты, полотенца и простыни. Модал можно сушить в барабане без повреждений из-за его повышенного молекулярного выравнивания. Ткань, как известно, скатывается меньше, чем хлопок, благодаря свойствам волокна и более низкому поверхностному трению.
Вискоза с высоким модулем упругости во влажном состоянии (HWM) - это модифицированная версия вискозы, которая становится прочнее во влажном состоянии. Он также может мерсеризоваться, как хлопок. Районы HWM также известны как «многоэтажные». Полинозные волокна стабильны по размерам, не сжимаются и не теряют форму при намокании, как многие вискозы. Они также износостойкие и прочные, сохраняя при этом мягкость и шелковистость. Иногда они обозначаются торговым наименованием Modal .
высокопрочный вискоза - это еще одна модифицированная версия вискозы, которая почти вдвое превосходит HWM. Этот тип вискозы обычно используется в промышленных целях, например, для изготовления шинного корда.
Лиоцелл
Процесс Lyocell основан на растворении целлюлозных продуктов в растворителе, N-метилморфолине N-оксиде . Процесс лиоцелла широко не используется, потому что он относительно дорог.
Процесс начинается с целлюлозы и включает сухое струйное прядение. Он был разработан на ныне несуществующей компании American Enka and Courtaulds Fibers. Тенсель Ленцинга является примером волокна лиоцелл. В отличие от процесса Vicose, в процессе Lycocell не используется высокотоксичный сульфид углерода. «Лиоцелл» стал общим товарным знаком, используемым для обозначения процесса лиоцелл для производства целлюлозных волокон.
Связанные материалы
Связанные материалы - это не регенерированная целлюлоза, а сложные эфиры целлюлозы.
Нитроцеллюлоза
Нитроцеллюлоза - это производное целлюлозы, растворимое в органических растворителях. В основном он используется как взрывчатое вещество или как лак . Многие ранние пластмассы были сделаны из целлулоида.
Ацетат
Ацетат целлюлозы имеет много общего с вискозным вискозным волокном и раньше считался одним и тем же материалом. Однако искусственный шелк устойчив к нагреванию, а ацетат склонен к плавлению. Ацетатную одежду следует стирать с осторожностью при ручной стирке или в химчистке, а одежда из ацетата распадается при нагревании в сушильной машине . Теперь две ткани должны быть четко указаны на этикетках одежды.
Основные свойства волокна
Вискоза является универсальным волокном и, как широко утверждается, обладает такими же комфортными свойствами, как и натуральные волокна, хотя драпировка и скользкость текстильных изделий из вискозы часто больше похожи на нейлон. Он может имитировать текстуру шелка , шерсти , хлопка и льна . Волокна легко окрашиваются в широкий спектр цветов. Вискозные ткани мягкие, гладкие, прохладные, удобные и хорошо впитывающие, но они не всегда изолируют тепло тела, что делает их идеальными для использования в жарком и влажном климате, хотя также делает их "руку" (на ощупь) прохладной, а иногда и почти слизистой. на ощупь.
Долговечность и сохранение внешнего вида обычных вискозных материалов низки, особенно во влажном состоянии; кроме того, вискоза имеет самое низкое эластичное восстановление из всех волокон. Однако вискоза HWM (вискоза с высоким модулем упругости во влажном состоянии) намного прочнее и демонстрирует более высокую прочность и сохранение внешнего вида. Рекомендуемый уход за обычным вискозным волокном - только химчистка. Вискозу HWM можно стирать в стиральной машине.
- Галерея текстур вискозы
Образец вискозы с юбки, сфотографированный макрообъективом .
Еще одна юбка с другой фактурой.
Блуза с фактурой, аналогичной второй.
Регулярное район имеет продольные линии называются бороздки и его поперечное сечение представляет собой отступ круглой формы. Поперечные сечения HWM и купрового виски более округлые. Нить вискозные нитей варьируются от 80 до 980 нитей на нить и различаются по размеру от 40 до 5000 дения . Штапельные волокна имеют размер от 1,5 до 15 денье и подвергаются механической или химической гофре. Волокна вискозы от природы очень яркие, но добавление матирующих пигментов снижает естественную яркость.
Производство
Сырьем для производства вискозы является в первую очередь древесная масса , которая химически превращается в растворимое соединение. Затем он растворяется и пропускается через фильеру для получения химически затвердевающих волокон, в результате чего получаются волокна почти из чистой целлюлозы. Если с химическими веществами не обращаться осторожно, рабочие могут серьезно пострадать от сероуглерода, используемого для производства большей части вискозы.
Для получения вискозы целлюлозу обрабатывают водным гидроксидом натрия (обычно 16-19% масс. ) С образованием «щелочной целлюлозы», которая имеет приблизительную формулу [C 6 H 9 O 4 -ONa] n . Этому материалу позволяют до некоторой степени деполимеризоваться. Скорость деполимеризации (созревания или созревания) зависит от температуры и зависит от присутствия различных неорганических добавок, таких как оксиды и гидроксиды металлов. Воздух также влияет на процесс созревания, поскольку кислород вызывает деполимеризацию. Затем щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом с образованием ксантогената натриевой целлюлозы .
- [C 6 H 5 (OH) 4 -ONa] n + n CS 2 → [C 6 H 5 (OH) 4 -OCS 2 Na] n
Вискозное волокно производится из созревших растворов путем обработки минеральной кислотой, например серной кислотой. На этой стадии ксантатные группы гидролизуются с регенерированием целлюлозы и сероуглерода.
- [C 6 H 5 (OH) 4 -OCS 2 Na] 2 n + n H 2 SO 4 → [C 6 H 5 (OH) 4 -OH] 2 n +2 n CS 2 + n Na 2 SO 4
Помимо регенерированной целлюлозы, подкисление дает сероводород (H 2 S), серу и сероуглерод. Нить из регенерированной целлюлозы промывается для удаления остатков кислоты. Затем серу удаляют добавлением раствора сульфида натрия, а примеси окисляют путем отбеливания раствором гипохлорита натрия или раствором пероксида водорода.
Производство начинается с переработанной целлюлозы, полученной из древесной массы и растительных волокон. Содержание целлюлозы в пульпе должно составлять около 87-97%.
Шаги:
- Погружение: целлюлозу обрабатывают каустической содой .
- Нажатие. Затем обработанную целлюлозу прижимают между валками для удаления излишков жидкости.
- Прессованные листы крошатся или измельчаются для получения так называемой «белой крошки».
- «Белая крошка» выдерживается под воздействием кислорода . Это стадия деполимеризации, и ее избегают в случае полинозных соединений.
- Выдержанная «белая крошка» смешивается в чанах с сероуглеродом с образованием ксантогената (см. Химическое уравнение выше). На этом этапе производится «оранжево-желтая крошка».
- «Желтая крошка» растворяется в щелочном растворе с образованием вискозы. Вискоза должна стоять в течение определенного периода времени, позволяя ей «созреть». На этом этапе изменяется молекулярная масса полимера.
- После созревания вискоза фильтруется, дегазируется и затем экструдируется через фильеру в ванну с серной кислотой , что приводит к образованию вискозных волокон. Кислота используется как регенерирующий агент. Он превращает ксантогенат целлюлозы обратно в целлюлозу. Этап регенерации является быстрым, что не позволяет правильно ориентировать молекулы целлюлозы. Таким образом, чтобы замедлить процесс регенерации, в ванне используется сульфат цинка, который превращает ксантогенат целлюлозы в ксантогенат цинка и целлюлозы, обеспечивая тем самым время для правильной ориентации перед регенерацией.
- Спиннинг. Прядение из вискозного волокна из искусственного шелка осуществляется методом мокрого прядения. После экструзии из отверстий фильеры нити могут проходить через коагуляционную ванну. Имеет место двусторонний массообмен.
- Рисунок. Вискозные нити растягиваются в процессе, известном как вытяжка, для выпрямления волокон.
- Стирка. Затем волокна промывают, чтобы удалить с них остатки химикатов.
- Резка. Если нужны филаментные волокна, то на этом процесс заканчивается. При производстве штапельного волокна нити обрезаются.
История
Французский ученый и промышленник Илер де Шардонне (1838–1924), изобретатель первого искусственного текстильного волокна, искусственного шелка , создал вискозу. Британские ученые Чарльз Фредерик Кросс и Эдвард Джон Беван в мае 1892 года получили британский патент № 8700 «Усовершенствования в растворении целлюлозы и родственных ей соединений». В 1893 году они сформировали Синдикат вискозы для выдачи лицензий, а в 1896 году основали British Viscoid Co. . Ltd., чтобы использовать этот процесс.
Продюсеры
В 2018 году производство вискозного волокна в мире составило примерно 5,8 миллиона тонн, а Китай был крупнейшим производителем с примерно 65% от общего мирового производства. Торговые наименования используются в районной промышленности для обозначения типа вискозы в продукте. Вискоза была впервые произведена в Ковентри, Англия, в 1905 году компанией Courtaulds.
Bemberg - это торговое название купрамониевого вискозы, разработанное JP Bemberg . Бемберг по своим характеристикам во многом похож на вискозу, но имеет меньший диаметр и по ощущениям ближе всего к шелку. Бемберг сейчас производится только в Японии. Волокна более тонкие, чем вискоза.
Модал и Тенсель - широко используемые формы искусственного шелка, производимые Lenzing AG . Tencel, родовое название лиоцелл , производится с помощью несколько иного процесса восстановления растворителя, и Федеральная торговая комиссия США считает другим волокном. Лиоцелл Tencel был впервые коммерчески произведен на заводе Курто в Гримсби в Англии. Процесс растворения целлюлозы без химической реакции был разработан Courtaulds Research.
Accordis был крупным производителем волокон и пряжи на основе целлюлозы. Производственные мощности можно найти по всей Европе, США и Бразилии .
Вискоза Visil и HOPE FR представляют собой огнестойкие формы вискозы, в волокно которых во время производства внедрен диоксид кремния .
Североамериканский Rayon Corporation из Теннесси производил вискозный до его закрытия в 2000 году.
Индонезия является одним из крупнейших производителей вискозы в мире, а годовая производственная мощность Азиатско-Тихоокеанского района (АТР) страны составляет 0,24 миллиона тонн.
Окружающая среда и устойчивость
В готовом продукте нет сероуглерода. Вискоза хорошо биоразлагается.
Токсичность сероуглерода
Большое внимание было уделено токсичности использования сероуглерода в процессе производства вискозы. В некоторых случаях во время процесса теряется 25-30% сероуглерода. В производстве вискозы используется высокотоксичный сероуглерод , что привело к множеству инцидентов и судебных разбирательств в первые годы развития технологии вискозы. Однако летучий сероуглерод теряется до того, как вискоза попадает к потребителю; Сам вискоза в основном состоит из чистой целлюлозы. Исследования 1930-х годов показывают, что 30% американских районных рабочих пострадали от тяжелых последствий. Во время Второй мировой войны политических заключенных в нацистской Германии заставляли работать в ужасных условиях на районной фабрике Phrix в Крефельде .
Поскольку сероуглерод очень токсичен, его использование в больших количествах требует осторожности. Однако исторически сложилось так, что несколько инцидентов привели к множеству отравлений. Поскольку производственные предприятия часто расположены в развивающихся странах, беспокойство о безопасности рабочих сохраняется. Новые технологии контроля позволили улучшить сбор сероуглерода и его повторное использование, что привело к снижению выбросов сероуглерода.
Уровень инвалидности на современных предприятиях (в основном в Китае, Индонезии и Индии) неизвестен.
Утилизация и биоразлагаемость
Биоразлагаемость различных волокон в захоронении почвы и осадков сточных вод оценивали корейских исследователей. Было обнаружено, что вискоза более подвержена биологическому разложению, чем хлопок, а хлопок - более, чем ацетат. Чем водоотталкивающая ткань вискозной ткани, тем медленнее она разлагается. Серебряная рыбка, как и огнедышащий крыс, может есть вискозу, но повреждение оказалось незначительным, возможно, из-за тяжелой гладкой текстуры исследуемой вискозы. Другое исследование утверждает, что «искусственный шелк [...] [был] легко съеден» Ctenolepisma longicaudata . Вискоза была протестирована и признана компостируемой и биоразлагаемой в почвенных, водных и морских условиях.
Исследование океана 2014 года показало, что на долю вискозы приходится 56,9% всех волокон, обнаруженных в глубоководных районах океана , остальные составляют полиэстер , полиамиды , ацетат и акрил . Исследование, проведенное в 2016 году, обнаружило несоответствие в способности идентифицировать натуральные волокна в морской среде с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье .
Смотрите также
- Нитроцеллюлоза , еще одна форма модифицированной целлюлозы
- Целлофан (листовая вискозная вискоза)
- Hilaire de Chardonnet
- Рэй П. Динсмор - пионер использования вискозы в шинах
Изделия из вискозы
внешние ссылки
- «Вискоза» . Plastiquarian.com . Архивировано из оригинала на 2008-06-25.
- Что такое вискоза? из натуральных волокон Barnhardt
- вискозное волокно
дальнейшее чтение
- Блан, Поль Дэвид (2016). Поддельный шелк: смертельная история вискозы . Нью-Хейвен: издательство Йельского университета. п. 328. ISBN 9780300204667.
- Гупта, В.Б .; Котари, ВК, и Сенгупта, АК, ред. (1997) Технология производства волокна . Чепмен и Холл, Лондон. ISBN 9780412540301 .
- Обзор всех методов и рынков производства вискозы см. В «Регенерированных целлюлозных волокнах» (книга - под редакцией CR Woodings) в твердом переплете 2001, ISBN 1-85573-459-1 , Woodhead Publishing Ltd.
- Описание производственного метода на фабрике в Германии во время Второй мировой войны см. В разделе « Сопротивление: Мемуары оккупированной Франции» , Лондон, Bloomsbury Publishing PLC, 2008 ISBN 978-0-7475-9597-7 , Agnès Humbert (tr. Barbara Mellor). (Американское название: Сопротивление: журнал француженки о войне , Блумсбери, США, 2008 г.) стр. 152–155
- Полный набор фотографий процесса см. В «Истории района», опубликованной Courtaulds Ltd (1948 г.).
- Арнольд Хард, журналист по текстилю, выпустил две книги, в которых задокументирован опыт некоторых пионеров британской вискозной индустрии Харда, Арнольда. Х. (1933). Романтика Района . Whittaker & Robinson, Manchester and Hard, Arnold (1944) История района , United Trade Press Ltd, Лондон
