20. Ксантогенирование целлюлозы. Получение вискозы, подготовка вискозы к формованию, формование волокна.

Технологический процесс производства вискозного волокна включает следующие основные операции: 1) подготовку исходной целлюлозы к мерсеризации, заключающуюся в кондиционировании по влажности, чтобы обеспечить необходимую концентрацию щелочи при мерсеризации; 2) мерсеризацию с получением щелочной целлюлозы; 3) отжим избыточного раствора гидроксида натрия; 4) измельчение щелочной целлюлозы; 5) предсозревание щелочной целлюлозы; 6) ксантогенирование щелочной целлюлозы; 7) растворение ксантогената целлюлозы с получением вискозы; 8) созревание вискозы; 9) фильтрование вискозы и удаление из нее воздуха; 10) формование волокна; 11) промывка, отделка волокна и другие операции текстильного производства.

Ксантогенирование – образование ксантогената целлюлозы при взаимодействии щелочной целлюлозы с сероуглеродом. Схема:

– с учетом теории образования алкоголятов при взаимодействии целлюлозы со щелочью):

– с учетом теории образования аддитивных соединений при взаимодействии целлюлозы со щелочью:

где х – степень замещения (СЗ), составляющая в производственных условиях в среднем 0,45–0,65 (γ = 45–75).

Получение вискозы: ксантогенат целлюлозы растворяют в 4-6%м растворе гидроксида натрия с получением вискозы.

Растворимость ксантогената зависит от СЗ, СП, однородности ксантогената по хим составу, температуры, концентрации гидроксида в растворе.

Созревание вискозы. Основной химический процесс – частичный гидролиз сложноэфирных связей в ксантогенате целлюлозы, приводящий к понижению СЗ.

Реакция гидролиза ксантогената обратима.

Формование вискозного волокна называют прядением. Формование осуществляют мокрым способом - прядильный раствор продавливают через фильеры (нитеобразователи) с отверстиями диаметром 0,04–0,10 мм в осадительную ванну. Используется одно- или двухванновый способ прядения. Осадительная ванна содержит два основных компонента: серную кислоту для разложения ксантогената и соль серной кислоты для регулирования процесса коагуляции.

При формовании происходят следующие процессы: – нейтрализация содержащегося в вискозе гидроксида натрия, что приводит к высаживанию (коагуляции) ксантогената целлюлозы из раствора в виде нитей; – образование нерастворимых целлюлозоксантогенатов цинка:

2RCell–O–CSSNa + ZnSO4 → RCell–O–CSS–Zn–SSC–O–RCell + Na2SO4;

– частичное дегидратирование (обезвоживание) нитей ксантогената, приводящее к снижению их степени набухания; особенное дегидратирующее действие на свежесформованные нити оказывает H2SO4; – разложение кислотой ксантогената целлюлозы и полный гидролиз сложноэфирных групп с образованием гидратцеллюлозы. Считают, что этот процесс идет в две стадии:

1-я – практически мгновенная реакция образования свободной целлюлозоксантогеновой кислоты:

RCell–O–CSS–Na+ + Н + → 2RCell–O–CSS–Н + + Na+ ;

2-я, более медленная, – реакция расщепления сложноэфирной связи ксантогеновой кислоты:

RCell–O–CSS–Н → RCell–OН + CSS.

На формование волокна кроме состава осадительной ванны влияют: – температура процесса (обычно 40–50оС); – длина пути нити в ванне; – скорость процесса; – наличие или отсутствие вытягивания нитей в ванне. Вытягивание позволяет упорядочить структуру волокна и повысить его прочность. После получения вискозные волокна промывают (удаляют оставшиеся реагенты), отбеливают (ксантогенат имел оранжевый цвет), подвергают отделке (обработка поверхности, кручение) и т.д.