Виско́зное волокно́ (от латинского viscosus — клейкий) — искусственное целлюлозное волокно, получаемое переработкой природной целлюлозы. Производится в виде текстильных и кордовых нитей и штапельного волокна.

Вискозное волокно является одним из первых искусственных волокон, нашедших практическое применение: процесс производства вискозного волокна был разработан в конце ХIХ века и с минимальными модификациями применяется по сей день. Процесс получения вискозного волокна состоит из следующих стадий:

• Получение из целлюлозы прядильного раствора — вискозы (ксантогената целлюлозы)
• Формование мокрым методом нити продавливанием вискозы через фильеры в кислотную ванну с регенерацией целлюлозы
• Отделка и сушка

Вискозное волокно легко окрашивается красителями для натуральных волокон (хлопка, льна), гигроскопично, что обуславливает высокие гигиенические качества ткани из него, и, благодаря доступности исходного сырья и реактивов, используемых в производстве, относительно недорого.

К недостаткам вискозного волокна относятся лёгкая сминаемость, значительная потеря прочности в мокром состоянии и недостаточная устойчивость к истиранию. Эти недостатки в той или иной степени могут быть устранены последующими модификациями и обработкой.

История

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (то есть содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж. Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно- аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие — заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем — дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

30 сентября 1902 года был запатентован искусственный шёлк (вискоза).

В СССР первые производства вискозных волокон начали появляться в 1927 году, в городах Мытищи, Ленинград, Могилёв и Клин^[1]. Проектирование предприятий велось проектным институтом ГИПРОИВ^[2].

Ассортимент вискозных волокон

Вискозные волокна вырабатываются трех основных видов:

• текстильная нить
• техническая нить
• штапельные волокна

Получение вискозного волокна

Вискозное волокно представляет искусственное химическое волокно из гидратцеллюлозы, то есть одной из структурных модификаций целлюлозы волокна из раствора. Гидратцеллюлоза отличается от природной целлюлозы повышенной гигроскопичностью, сорбционными свойствами и большей способностью к гидролизу, этерификации и окислению. Средняя степень полимеризации гидратцеллюлозы в вискозном волокне колеблется от 300 до 600, что соответствует молекулярной массе 49000—98000. При формовании вискозного волокна в нем образуются надмолекулярные структуры, тип которых зависит от условий формования (характеристик вискозной прядильной массы, состава осадительной ванны и др.). Физико-механические свойства вискозных волокон (ВВ) в значительной степени определяются структурой их наружной оболочки, в которой гидрат-целлюлоза содержит значительное количество поперечных связей, что придает волокнам повышенную прочность. Плотность ВВ составляет около 1,5 т/м . ВВ не термопластичны и могут кратковременно использоваться без снижения механических свойств при температуре 100—120 °C. Устойчивы к действию воды и неполярных органических растворителей (бензин, бензол), в которых не набухают. При действии концентрированных минеральных кислот при нормальной температуре и разбавленных кислот при нагревании, а также щелочей в присутствии кислорода воздуха подвергаются деструкции. Сильно набухают в разбавленных растворах щелочей и растворяются в медноаммиачном растворе. ВВ неустойчивы к действию микроорганизмов, которые вызывают их деструкцию. В зависимости от назначения ВВ производятся в виде непрерывных нитей (текстильных и особо прочных кордных) или штапельного волокна различного типа: обычной прочности, высокопрочного, извитого и полинозного (хлопкоподобного). Особую группу составляют модифицированные ВВ специального назначения: повышенной хемостойкости, ионообменные, бактерицидные, кровеостанавливающие и др., а также вискозная пленка. ВВ имеют хороший внешний вид, легко окрашиваются, обладают лучшими по сравнению с синтетическими волокнами гигиеническими качествами, отличаются достаточно высокими прочностными и усталостными характеристиками, относительно дешевы. Вследствие этого ВВ широко используются для производства текстильных тканей народного потребления и широкого ассортимента технических изделий. Вискозная пленка (целлофан) обладает высокой паро- и влагопроницаемостью, устойчива к действию жиров и масел, вследствие чего используется в качестве упаковочного материала. Производство ВВ состоит из двух последовательных стадий: получение прядильной массы — вискозы и формование волокна. В качестве сырья используется древесная целлюлоза, содержащая 95—99 % высокомолекулярной волокнообразующей фракции со степенью полимеризации 800—1100.

Описание технологии получения

Получение вискозы включает следующие операции:

• Обработка целлюлозы 20%-ным раствором гидроксида натрия (мерсеризация) в течение 5—115 минут при температуре 45—60° С. При этом образуется аддитивное соединение целлюлозы с щелочью: (щелочная целлюлоза) (а) и алкоголяты целлюлозы (б). Одновременно с реакциями (а) и (б) при мерсеризации происходит набухание целлюлозы и растворение гемицеллюлоз, что способствует диффузии этерифицирующего агента внутрь волокна при последующем ксантогенировании щелочной целлюлозы.
• Отжим суспензии для удаления избытка раствора гидроксида натрия на отжимном прессе до степени отжима (отношение масс отжатой щелочной целлюлозы и суспензии) 0,33-0,36.
• Измельчение отжатой щелочной целлюлозы.
• Окислительная деструкция (предсозревание) щелочной целлюлозы за счет окисления ее кислородом воздуха на транспортере или в специальных аппаратах в течение 1,5 — 2 часов при температуре 50 — 60 °C. В процессе предсозревания степень полимеризации целлюлозы снижается до 400—600.
• Процесс ксантогенирования заключается в обработке щелочной целлюлозы сероуглеродом, при этом образуется новое химическое соединение — ксантогенат целлюлозы, способный раствориться в разбавленном растворе едкого натра.

Ксантогенирование щелочной целлюлозы осуществляется в герметически закрывающихся аппаратах периодического действия — ксантогенаторах. Ксантогенатор снабжен охлаждающей рубашкой, внутри него имеется горизонтальная мешалка, на корпусе загрузочные и выгрузочные люки, предохранительные клапаны. Подведены коммуникации для сероуглерода, воды, щелочи, азота, отсоса паров сероуглерода и создания вакуума.

В ксантогенатор загружается 2200 кг щелочной целлюлозы с помощью пневмотранспорта из бункер-весов. После загрузки щелочная целлюлоза доводится до начальной температуры ксантогенирования (18…22)°С ± 0,5 °C путем подачи в рубашку ксантогенатора летом переохлажденной, а зимой — речной воды. По достижении начальной температуры ксантогенирования в ксантогенаторе подается сероуглерод в количестве 30…36 % массы альфа-целлюлозы.

Начало подачи сероуглерода считается началом процесса ксантогенирования, который продолжается 60…75 мин. Когда процесс ксантогенирования закончен, в ксантогенатор через счетчик в количестве, определенном расчетом, подается растворительная щелочь, охлажденная до 5°С±1°С. Из расчетного количества 1000…1500 л растворительной щелочи оставляется для промывки ксантогенатора после выгрузки.

Технология получения вискозного волокна полунепрерывным способом

Совершенно иная возможность получения вискозных текстильных нитей тонкого ассортимента показана путем использования полунепрерывного принципа, реализующего высокоскоростное формование по мокрому способу.

Другие технологии получения вискозного волокна

Лиоцелл

Получение вискозных волокон (лиоцелл) стало возможным на основе процессов прямого растворения целлюлозы в N-метил-морфолин-N-оксиде (NMMO)^[3][4].

Производство вискозных волокон по ММО-процессу на основе карбамата целлюлозы в промышленном масштабе началось в 1992 году фирмой «Courtaulds», США, которая произвела первые 18 тыс. тонн этого волокна. Готовая гидратцеллюлоза вышла на рынок под разными именами, присвоенными ей компаниями — владельцами брендов: лиоцелл (lyocell) или лайоцелл в английском произнесении, ньюцел (newcell), тенсел (tencel), орцелл (orcell).

Технологический процесс получения вискозных волокон по ММО-методу состоит из следующих основных стадий^[5]:

1. Подготовка целлюлозы (дробление и получение пульпы или порошка в зависимости от технологии).
2. Добавление к пульпе или порошку целлюлозы метилморфолиноксида (ММО).
3. Смешение в экструдере с подогревом до 100 °C.
4. Подача раствора в осадительную ванну с последующей окраской и сушкой.

Достоинства этого процесса и полученного материала:

• повышение прочности во влажном состоянии;
• совместимость со всем спектром натуральных и синтетических волокон;
• хорошая и стабильная окрашиваемость волокна, особый блеск в результате окраски;
• экологически безопасная технология производства;
• надежность в носке материалов на основе этого волокна;
• в равной степени эффективное использование при производстве тканых и нетканых материалов;
• высокие потребительские свойства, аналогичные свойствам хлопковолокна, и даже превышающие их по прочности, качеству прокраса и поверхностным эффектам;
• тактильный эффект натурального шелка, притом, что это волокно более гигроскопично, чем натуральный шелк.

К недостаткам следует отнести:

• повышенную фибриллизацию волокон, которая удаляется в основном формальдегидными агентами, что не всегда соответствует санитарно-гигиеническим нормам, с другой стороны, снижение фибриллизации механическим путем или с помощью энзимной обработки повышает себестоимость волокон;
• дороговизну лицензий;
• высокую стоимость готового волокна.

Сиблон

Сиблон — вискозное высокомодульное волокно (ВВМ), усовершенствованная вискоза. Сиблон был изобретён в 1970-х годах. Вырабатывается из целлюлозы, получаемой из древесины хвойных пород. Сиблон, по сравнению с вискозой, примерно в полтора раза прочнее, он более гигроскопичный и устойчивый к щелочам, ткани из сиблона меньше садятся и мнутся^[6].

Примечания