УДК 66

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Алексеев Максим Александрович1, Никитина Алеся Олеговна1
1Донской государственный технический университет, студент кафедры ХТ НГК

Аннотация
Данная статья посвящена обзору синтетических тканей, методам их получения и способам применения. Проведенное исследование позволяет утверждать, что синтетические ткани присутствуют во всех аспектах человеческой деятельности. Данная проблематика имеет многогранный характер.

Ключевые слова: , , , ,


Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Алексеев М.А., Никитина А.О. Современные методы производства синтетических волокон // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/11/90563 (дата обращения: 02.02.2020).

Товары, в производстве которых используются нефтяные компоненты, широко используются практически во всех сферах человеческого обихода. Мы живем среди нефти, продаем нефть, носим одежду из нее. Человек научился пускать в дело практически все, что связано с переработкой нефти. Так, оставшийся после перегонки нефти концентрат называют гудроном и используют при изготовлении дорожных и строительных покрытий. Вторичная переработка нефти включает в себя изменение структуры ее компонентов – углеводородов. Она дает сырье, из которого получают синтетические каучуки и резины, синтетические ткани (полиэтилен, полипропилен) и многое другое.

Не задумываясь о происхождении предметов, мы сталкиваемся с товарами, производство которых так или иначе связано с нефтью и ее компонентами. Этиленвинилацетат применяют при производстве оболочки кабелей, обувной подошвы и игрушек, а из стирола производят канцелярские принадлежности, сантехнику и даже холодильники. Полиэтилен является самым популярным сегодня упаковочным материалом. Из него также делают, в том числе, и всем известные пластиковые бутылки. Из продуктов нефтехимии также производят каучук и различные резиновые товары.


Рис. 1. Искусственные и синтетические ткани

Особое место в быту занимают синтетические ткани. Из таких материалов производят множество товаров, от швейных ниток до рыболовных сетей и конвейерных лент. Первым синтетическим волокном стал нейлон, полученный в 1939г. Среди самых известных синтетических тканей – прочный, не рвущийся нейлон (полиамид); мягкий, похожий на шерсть акрил; лайкра, которую добавляют и в натуральные, и в синтетические ткани для придания им эластичности; прочный, не мнущийся, но и не пропускающий воздух полиэстер.

Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании исходных растворов или расплавов полимеров через тончайшие отверстия. Несмотря на некоторые различия в получении химических волокон и нитей разных видов, общая схема их производства состоит из следующих основных этапов:

- Получение сырья и его предварительная обработка;
- Приготовление прядильного раствора (расплава);
- Формование волокна;
- Вытягивание и термообработка волокна;
- Отделка сформованного волокна;

Сырье для синтетических волокон получают путем реакций синтеза (полимеризации и поликонденсации) полимеров из простых веществ (мономеров) на предприятиях химической промышленности. Предварительной обработки это сырье не требует.

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов, например, катализаторов Циглера—Натта (например, смесь TiCl4 и AlR3):

nCH2=CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]n

Поликонденсация – процесс получения полимеров из би- или полифункциональных соединений (мономеров), сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.).

Лавсан (полиэтилентерефталат) – представитель полиэфиров получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

HOOC-C6H4-COOH + HO-CH2CH2-OH + HOOC-C6H4-COOH + … →

→ HOOC-C6H4-CO – O-CH2CH2-O – OC-C6H4-CO – … + nH2O

При изготовлении синтетических волокон необходимо из исходного твердого полимера получить длинные тонкие нити с продольной ориентацией макромолекул, т.е. нужно переориентировать макромолекулы полимера. Для этого переводят исходный полимер в вязко-текучее состояние (раствор или расплав). В жидком или размягченном состоянии нарушается межмолекулярное взаимодействие, увеличивается расстояние между молекулами и появляется возможность их свободного перемещения относительно друг друга.

В настоящее время установлено, что профилированное полотно молекулярно-ориентированного органического полимера, например полиолефиновых и олефиновых сополимеров, при температуре выше температуры кристаллического плавления полимера может быть вытянуто вниз в расплаве до меньшей площади поперечного сечения до охлаждения до температуры ниже температуры кристаллического плавления полимера.

Степень вытяжки может варьироваться в достаточно широких пределах, и таким образом можно получить профилированные полотна различной площади поперечного сечения из заданного профилирующего элемента. По этой причине процесс может рассматриваться как имеющий большую гибкость. Еще одно преимущество заключается в том, что профилированные полотна довольно малой площади поперечного сечения могут быть получены с помощью профилирующего элемента, имеющего поверхностные гребни, которые при отсутствии вытяжки образовывали бы профилированное полотно большей площади поперечного сечения. Такие профилирующие элементы, как правило, проще и дешевле в изготовлении, чем те, которые имеют меньшие и более близко расположенные гребни, и на самом деле известны способы изготовления профилирующих элементов в виде стальных валов.

Другой вариант осуществления заключается в стадии растяжения гелеобразного волокна продукта полимеризации акрилонитрила в присутствии влаги, при температуре в пределах от около 70 °С до около 100 °С, а также, в то время как он находится на линии, касательной к двум вращающимся круговым поверхностям и между которыми нет другой точки твердого фрикционного контакта, окружная скорость одной из указанных вращающихся граней больше, чем у другой, что позволяет поддерживать желатиновое волокно под напряжением.

Волокно, во время протягивания, может подлежать механическому повреждению, обрыву нити, удару, и т.д., так как она вступает во фрикционный контакт с такими устройствами, как крючки, ролики или снопы, которые традиционно используются для погружения нити в ванну. Такие дефекты устраняются с помощью устройства, которое выполнено таким образом, что во время критической операции растяжения отсутствует фрикционный контакт на резьбе, при котором гелеобразное волокно ориентировано вдоль оси волокна.

Заключительный этап процесса включает сушку растянутого волокна. Это может быть сделано обычными методами, такими как сушка при комнатной температуре на катушке или другом устройстве, на котором может быть собрано желатиновое волокно; или сушка может осуществляться непрерывно с использованием нагретых, сходящихся валов. В приготовлении сополимеров используется смесь мономеров, состоящая в основном из акрилонитрила. Предпочтительно акрилонитрил составляет, по меньшей мере, около 50% по массе смеси мономеров. Если в смеси мономеров присутствует менее 50 мас.% акрилонитрила, то при обработке полученного сополимера в соответствии с изобретением не получают полных преимуществ изобретения. Таким образом, мономерная смесь должна содержать существенно более 50 мас.% акрилонитрила, например от 55 до 99,5 мас.% акрилонитрила. Показательными примерами мономеров, которые могут сополимеризоваться с акрилонитрилом в пропорциях, указанных выше, с образованием сополимера, в частности термопластичного сополимера, являются соединения, содержащие группу S‒CH2=. Например виниловые эфиры и особенно виниловые эфиры насыщенной алифатической монокарбоновой кислоты, например, винилацетат, винилпропионат, винилбутират и т.д. Акриловые и алкакриловые кислоты (метакриловая, этакриловая и др.) и сложные эфиры и амиды таких кислот (метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый и др.); акрилатов и метакрилатов, акриламид, метакриламид; n-метил, – этил, – пропил, бутил и др.; метакрилонитрил, этакрилонитрил и другие углеводород-замещённые акрилонитрилы; и многочисленные другие виниловые, акриловые и другие соединения, которые сополимеризуются с акрилонитрилом для получения термопластичных сополимеров. Алкиловые эфиры альфа -, бета-ненасыщенных поликарбоновых кислот также могут сополимеризоваться с акрилонитрилом с образованием сополимеров.

Подходящим методом полимеризации мономерного акрилонитрила или смеси мономеров является использование в водной эмульсии подходящего катализатора полимеризации, например персульфата аммония. Полимерный или сополимерный акрилонитрил может иметь любую подходящую молекулярную массу, но обычно он будет находиться в диапазоне от 15 000 до 300 000 или выше. Затем полимерный или сополимерный акрилонитрил растворяют в растворителе, из которого осаждают или коагулируют полимер (или сополимер), когда раствор вводят в контакт (например, сразу после экструзии) с жидким коагулянтом, содержащим воду, в частности воду, которая находится при температуре, существенно не превышающей +10 °С., предпочтительно при или ниже +5 °С. Например, при температуре от -10 °С до +5 °С. примерами таких растворителей являются концентрированные водные растворы водорастворимых неорганических солей.

В частности, такие соли, которые дают высоко гидратированные ионы в водном растворе, например хлориды, бромиды, йодиды, фоцианаты, перхлораты и нитраты. В некоторых случаях могут использоваться насыщенные или почти насыщенные водные растворы таких солей. Более конкретными примерами таких водорастворимых неорганических солей являются хлорид цинка, хлорид кальция, бромид лития, бромид кадмия, йодид кадмия, роданид натрия, роданид цинка, перхлорат алюминия, перхлорат кальция, нитрат кальция, нитрат цинка и др.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Suck-Choon Kang, Dae –won Chung. Improvement of frictional properties and abrasive wear resistance of nylon/graphite composite by oil impregnation // Wear Volume 254. 2003 г
  2. J. G. Speight,. Norbert Adolph Lange. Lange’s handbook of chemistry. // edition 16. McGraw-Hill, 2005.
  3. Перепелкин К. Е. Химические волокна: развитие производства, методы получения, свойства, перспективы // СПб. 2008.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Алексеев Максим Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация