Жасанды талшықтардың қасиеттері мен өңдіріс технологиясы

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

Кіріспе . . . 3

1 Жасанды талшықтардың қасиеттері мен өңдіріс технологиясы . . . 5

1. 1 Гидрацеллюлозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясы . . …5

1. 1. 1 Вискозды талшықтардың қасиеттері мен өндіріс технологиясы . . . 5

1. 1. 2 Полинозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясының ерекшеліктері . . . 10

1. 2 Эфироцеллюлозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясы . . . 12

1. 3 Фортизан жібі туралы түсінік . . . 15

Қорытынды . . . 17

Қолданылған әдебиеттер . . . 18

Кіріспе

Менің курстық жұмысымның мақсаты жасанды талшықтардың, сонын ішінде, гидрацеллюлозды және вискозды талшықтардың алыну жолдары, олардың физикалық және химиялық қасиеттері, қолдану аясы жайлы толығырақ ақпарат жинап, айқындау.

Гидрацеллюлозды жасанды талшықтар өндірісіне шикізат ретінде шыршаның, қарағайдың, самырсынның, шамшаттың, мақта мамығынан алынатын құрамында 90-98% а-целлюлозасы бар табиғи целлюлоза қызмет етеді. Жіптерді қалыптастыру құрамында күкіртті қышқыл және басқа реагенттері бар, бір немесе екі былаулы тәсілмен тұнба былауында табиғи целлюлозаның сілтілі (вискозды талшықтар) немесе мысты-аммиакты (мысты-аммиакты талшықтар) ерітіндіндісінде іске асырылады. Талшықтарды қалыптастыру кезінде целлюлозаның ерітіндісі бұзылады, гидратцеллюлозаның макромолеулалары пайда болады және өседі. Химиялық құрамы бойынша гидратцеллюлоза табиғи целлюлозаға ұқсас, бірақ физикалық құрылымы бойынша табиғи целлюлозаға қарағанда (300-800 тұрады), гидратцеллюлозаның полимеризациялау деңгейі аз болады, звеноларының орналасуы өзгеше, молекула үсті құрылымындағы макромолекулаларының орналасуы және бағытталуы, қаптау формасы ерекше болады. Гидратцеллюлозды талшықтардың криссталдану деңгейі 40-50 %. Гидратцеллюлозды талшықтардың қасиеттерінің табиғи целлюлозды талшықтардың қасиеттерінен айырмашылығы, ол борпылдақ, қалыптаспаған құрылымды болады.

Вискозды талшықтар (уІ8С08а) бір мезетте тартумен бір былаулы тәсілімен алады, бұл талшықтың құрылымының біркелкі болмауына әсер етеді. Вискозды талшықтардың қалыптасу үдерісінің уақыты: ұзын макромолекулалары өсетін, ерітінді ағымының сыртқы қабығында целлюлозаның қалпына келтіру үдерісінің бастапқы кезеңінде ғана жүргізіледі; ішкі қабығында целлюлозаның қайта қалпына келтірілуі ақырын жүргізіледі, сондықтан макромолекулалары қалыптаспаған және өте қысқа болып шығады. Қалыптасу мөлшеріне қарай талшық көлемі азаяды, бұл үстіңгі қабатының деформациялануын туғызады және көлденеңі қатты кесілген формадан тұрады. Сыртқы қабаты ядромен салыстырғанда макромолекулаларының орналасуы тығыз және бағытталған, көлденең қимасының бетінің 35-50 % құрайды және талшықтың мықты бөлшегі болып табылады. Вискозды талшықтардың гигроскопиялық, жарыққа төзімділік, жұмсақтыққа және жууға төзімділік қасиеттері жоғары. Бірақ, олардың кемшілігі, бірқалыпты емес, жұмсақ және аз реттелген құрылымына байланысты. Вискозды талшықтар ылғалдау кезінде қатты ісініп, тоқыма материалдардың отыруын жоғарылатады (50%-ға дейін), созылу кезіндегі беріктік шегін және қажалуға тұрақтылығын айтарлықтай жоғалтады. Кемшіліктерін азайту үшін вискозды материалдардың арнайы әрлеуі қолданылады. Вискозды талшықтардың химиялық реагенттермен байланысы табиғи целлюлозды талшықтармен бірдей, бірақ борпылдақ құрылымына және қол жетімділігіне байланысты вискоза талшықтарының тұрақтылығы аз. Бұл талшықтарға температураның, сәулелі ауа-райының және микроорганизмдердің әсері мақта мен зығыр әсеріне ұқсас.

1 Гидратцеллюлозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясы

1. 1 Вискозды талшықтардың қасиеттері мен өндіріс технологиясы

Гидратцеллюлозды және эфироцеллюлозды талшықтардың қасиеттері мен өндірісі сұрақтарын кезектестіріп қарастырайық.

Вискозды талшық өндірісінің сызба нұсқасы төмендегідей

Целлюлоза Гидратцеллюлоза

тазалау талшықтың

Целлюлоза қалыптасуы, мерсерлеу алдындағы

жетілдіру ксантог-ң

Сілтілік целлюлоза ыдырауы Ксантогенирлеу

CS ₂

NaOH ерітіндісінде еруі

Целлюлоза ксантогенаты тоқыма ерітіндісі (вискоза) Жетілуі

Вискозды талшық - алғашқы пайда болған химиялық талшықтардың бірі. Олардың өндірістік шығарылымы шет елде Америкада ХІХ және ХХ ғасырда, ал Ресейде және өзге де мемлекеттерде 1910-1912 жылдардан бастау алған.

Сызбада көрсетілгендей вискозды талшық өндірісінде бастапқы шикізат ретінде целлюлоза алынады. Негізгі реагенттер қызметін күйдіргіш натр, күкірттікөміртегі және күкірт қышқылы атқарады.

Гидратцеллюлозалы талшықтар өндірісінде басты әдіспен ағаштағы құрамы 50 %-дан аспайтын ағаш целлюлозасы пайдаланылады. Целлюлозамен қатар лингин, пентозан, минералды және бояғыш заттар қолданылады. Сонымен бірге бастапқы целлюлозаның полидисперстік деңгейі биік, бұл бастапқы полимер қасиеттерінің біртексіздігін анықтайтын жағымсыз фактор болып табылады.

Ағаш целлюлозасын тазалауға жібереді. Ең қарапайымы - сульфитті әдіс, мұнда ұнтақталған ағашты автоклавтарға батырады(қысым 6-7 атм., температура 170 ⁰ С) және кальций биосульфитімен Са(HSO3) 2 өңдейді. Бірнеше сағат бойы лигнин және кейбір өзге қоспалар бұзылады да ерітіндіге тарайды. Алынған массаны фильтрлейді және целлюлозаның төменмолекулалық фракциядан, полимеризация деңгейі 200-ден кем болмайтын гемицеллюлозадан тазартады. Осы мақсатпен гемицеллюлоза еритін 6 %-дық күйдіргіш натр ерітіндісі массасын қыздырады. Тазартылған целлюлоза α-целлюлоза деп аталады, ал тазалау үрдісі целлюлозаны түрлендіру атауына ие. Қажет болған жағдайда массаны ағартады.

Целлюлоза жасанды талшықтар зауытына жапырақшалар түрінде пішінделген күйінде келіп түседі. Оған келесі талаптар қойылады: полимердің полимеризация деңгейі 800-100 аралығында болуы тиіс, α-целлюлозасы 17, 5 %-дық күйдіргіш натр ерітіндісінде 20 ⁰ С температурада 1 сағат ішінде ерімеуі тиіс.

Реагенттерге де өзіндік талаптар қойылады. Осылайша, күйдіргіш натрдың құрамында аз мөлшерде тұз (натрий хлориді, натрий карбонаты) бен темір қоспасы болуы тиіс. Күкірт қышқылы азотты қышқыл қалдығынан айырылуы керек. Күкіртті - көміртегінің құрамында күкіртті, күкірт қышқылы, күкіртті-сутек және органикалық күкіртті-құрамды қосылыстар және т. б. болмауы тиіс. Бұл үрдісті жүргізудегі маңызды зат - тазалаудың жоғарғы деңгейіне ие, түссіз, мөлдір, құрамында тұзы жок және т. б. қасиеттерге ие су.

Вискозды талшықтар өндірісінің екінші деңгейі - тоқыма ерітіндісін дайындау - мерсерлеу, ксантогенерлеу, ксентогенаттың еруі және вискозаның жетілуі жататын көпдеңгейлі үрдіс болып табылады.

Целлюлозаны мерсерлеу концентрленген күйдіргіш натр ерітіндісімен өндеу жолымен жүргізіледі. Мұндағы целлюлоза ісініп, сілтілік целлюлозаға (алкалицеллюлоза) айналады.

[C6H7O2(OH) 3] n + nNaOH → [C6H7O2(OH) 3∙NaOH] n

α- целлюлоза сілтілік целлюлоза

Бұл үрдістің химиялық әрекеттері әлі де болса толықтай анықталған жоқ. Жоғарыда көрсетілген сызба бойынша молекулалық қосылыстар түзілуімен бірге элементерлы қатарда орналасқан целлюлозаның екінші гидроқышқылды тобы мен сілтінің әсері орын алады деген ұғым қалыптасқан. Бұл топ целлюлозаның элементарлы қатарындағы екі гидроқышқылды топтарға қарағанда әлдеқайда қышқыл қасиеттерге ие болуы тиіс.

Бұл әрекет келесі сызбада көрсетілген:

[C6H7O2(OH) 3] n + nNaOH → [C6H7O2(OH) 2(ОNa) ] n + Н2О

α-целлюлоза Моноалкалицеллюлоза

Жалпы алғанда мерсеризация үрдісі сілтілік целлюлозаның (алкалицеллюлозаның) туындауына әкеліп соқтыратын, сілті мен α-целлюлозасының химиялық әсерлесуіне байланысты.

Сығылғын және ұнтақталған сілтілік целлюлоза өзін үнемі тұрақты температурада ұстау есебінен жүзеге асатын алдын-ала жетілдіруге (жетілу алдындағы өңдеуге) ұшырайды. Алдын-ала жетілдіру целлюлоза деструкциясының ауа оттегісі есебінен сілтілік ортадағы бөлшектік қышқылдануымен жүзеге асады. Мұндағы полимеризация деңгейі әдетте 15-20%-ға төмендейді. Алдын-ала жетілдіру нәтижесінде целлюлозаның полидисперстік дәрежесі төмендейді, целлюлозаның әртүрлі макромалекулалары өлшемі бойынша жақындай түседі.

Кей жағдайда алдын-ала жетілдіруден кейін төиен иолекулалық фракциялық құрамын күрт төмендеуіне, реагенттер шығынының азаюына, вискоза сапасының жақсаруына және улы газдардың бөлінуінің кемуіне әкелетін қайта мерсеризациялау жүреді.

Кейін сілтілік целлюлоза ксантогенаттарға бағытталады, мұнда күкіртті көміртегімен - СS ₂ өнделеді. Күкіртті-көміртегі улы және жарылғыш зат болып келеді, сол себепті аппараттан оның буларының шығып кетуін алдын-алу керек. Ксантогенирлеу сілтілік целлюлозаның ксантогенат целлюлозасына келесі сызба бойынша айналдырады:

Сілтілік целлюлоза ксантогенат целлюлозасы

Ксантогенирлеу ауа оттегісінен, яғни оның полимеризациясы дәрежесінің төмендеуіне целлюлозаның келесі қышқылдық деструкциясына әкеледі (әдетте 350-400-ге дейін) .

Кейін ксантогенаторға күйдіргіш натрдың ерітіндісін қосады және бірнеше сағат бойы араластырады. Осылайша вискозды талшық алынатын тоқыма ерітіндісі дегеніміз - целлюлоза ксентогенатының күйдіргіш натр ерітіндісінде араласқан ерітіндісі. Тоқыма ерітіндісін жетілуге, фильтрацияға және ауасыздандыруға жібереді. Алынған ерітінді жоғарғы тұтқырлық есебінен желімтектес консистенцияға ие, сол себепті ол вискоза атауына ие. Осы қасиет вискозды талшық атауын анықтады.

Вискозаның жетілуі дегеніміз оны ұзақ уақыт ұстаудағы физика-химиялық және химиялық үрдістер кешені. Целлюлозаның өзге эфирлерімен салыстырғанда ксантогенат суда көпіршиді, соның салдарынан этерфикация деңгейінің төмендейді және ксантогенаттың химиялық біртектілігі жоғарылайды. Химиялық құрамның өзгеруі салдарынан вискозаның тұтқырлығына қатыст физика-химиялық қасиеттерінің өзгерісіне әкеледі.

Вискоза әдетте рамалы фильтр-пресстер көмегімен фильтрленеді. Синтетикалық карбошынжырлы талшықтардан, сілтілер әсеріне берік, сонымен қатар х/б маталарынан жасалған фильтрлеуші маталар қолданылады. Вискозадан ауаны ығыстыру (ауасыздандыру) ерітіндіні вакуум астында банкаларда 20-24 сағат бойы ұстау нәтижесінде жүзеге асады. Вискозадан ауаны ығыстыру үрдісін жылдамдату үшін кей жағдайында тоқыма ерітіндісін 50-60 ⁰ С-қа дейін қыздырады. Ауаны ығыстырғаннан кейін вискоза екінші немесе үшінші фильтрацияға ұшырайды.

Вискоза талшығын пішіндеу дымқыл әдіспен, әдетте бір ванналы әдіспен жүзеге асады.

Пішіндеудің бір ванналы тәсілінде тоқыма ерітіндісінің ағыстары полимердің отыруы мен қатар көпіршуін туындататын заттардан тұратын ваннаға жіберіледі. Тұндыру ваннасы ретінде вискоза талшығы өндірісінде күкірт қышқылының сулы ерітіндісі(120-140 г/л) жәненатрий сульфаты, аммоний, 240 г/л щекті концентрациялы мырыш қолданылады.

Вискозды жіпті жасау өндірісі 40-50 ⁰ С температурада, ал үздіксіз үрдісті машиналарда 65-67 ⁰ С температурада жүреді. Сульфаттардың концентрленген ерітіндісі ксантогенат целлюлозасыны тұндырады, ал күкірт қышқылы оның гидратцеллюлозаға дейін көбіктенуін тудырады.

Талшықтағы целлюлоза ксантогенатының гидратцеллюлозаға айналу үрдісі келесі сызба бойынша жүзеге асады:

Целлюлоза ксантогенаты гидратцеллюлоза

Вискозды талшықтың қорытынды өңдеу үрдісіне - созу, шаю, кей жағдайда ағарту, майлау және иіру жатады. Майлау үшін олеин қышқылының аммоний тұзын және минералды майлардың сулы эмульсиясын пайдаланады. Штапельді талшық де жгут түрінде де, қима түрінде де жеке бөлініп алынады.

Вискозды талшықтың қарапайым жіп түріндегі үзілуге беріктігі 16-20 гс/текс. Дымқыл талшықтың беріктігі 40-50%-ға төмендеді. Беріктенген текстиль жібінің көрсеткіші де сәйкесінше 25-30 гс/текс, қарапайым техникалық жіптікі - 42-50 гс/текс. Вискозды талшықтың гигроскопиялығы жоғары - 12, 5-14, 6%. Оның тығыздығы 1, 47-1, 52 г/см ³ -ті құрайды. Талшық араласқан сілті ерітінділеріне түскен жағдайда қатты ісінеді. Ол органикалық еріткіштердің әсеріне төзімді.

Химиялық тұрғыдан модифицирленген вискозды талшықтарды алу басты үш жолмен жүзеге асады: талшықтардың беттік этерефикациялануы; молекулалар мен элементарлы малекулабеттік құрылымдар арасындағы кері байланыстардың қалыптасуымен; целлюлоза сополимерлерінің ұластырылған синтезімен. Мысалы, халық тұтынатын бұйымдарды жасау кезінде целлюлозаның ұластырылған сополимері мен полиакрилонитрилін құрап, мтилон -В атауын иемденетін модифицирленген вискозды штапельді талшықты пайдаланады. Ол жүн тектес қалыпқа ие және жарыққа, тозуға қарсыласу қабілеті жоғары. Кілемшелер өндірісінде пайдаланылады.

Вискозды талшықтар, әсіресе өзге талшықтармен қоспаларды модифицирленгендері халық тұтынатын тауарлар өндірісінде, техникалық және медициналық бағыттағы бұйымдар өндіруде қолданылады.

1. 2 Полинозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясының ерекшеліктері

Полинозды талшық, басқаша беріктігі жоғарғы және жоғарғы модульді вискозды талшық деп аталатын, біздің елімізде және өзге де елдерде шығарылады. Полинозды талшық пен вискозды талшықты алудың технологиялық үрдістері өзара ұқсас, сол себепті олардың ерекшеліктеріне мән берген жөн.

Полинозды талшық өндірісінде полимеризация деңгейі жоғарғы, жоғарғы сапалы α-целлюлозасы пайдаланылады. Полимеризация деңгейі жоғары (n=500-550) талшықты алу үшін алдын-ала жетілдіру үрдісі жойылады.

Ксантогенирлеу үрдісі күкіртті көміртегінің мол мөлшерінде, кейде азот тогында жүргізіледі. Мұндай жолмен жоғарғы дәрежелі этерфикациясы бар - 1, 2 немесе 3, яғни целлюлозаның диксантогенаты немесе үшксантогенаты алынады:

целлюлозаның диксантогенаты целлюлозаның үшксантогенаты

Тұндырғыш ваннада күкірт қышқылының (20-30 г/л), натрий сульфаты (40-80 г/л) және мырыш сульфаты (0, 5-1 г/л) төмен концентрациялары пайдаланады. Талшық өндеу үрдісі төменгі температурада (25 ⁰ С) жүреді. Еківанналы әдіс те қолданылып келеді: бірінші ваннада ксантогенат талшығының туындауы, ал екіншісінде - ксантогенттың гидратцеллюлозаға айналуы жүреді. Этерификация деңгейінің жоғарылауы мен целлюлоза ксантогенатының көпіршу жылдамдығының кемуі есебінен талшықты созу деңгейі өседі және оның механикалық қасиеттері жақсарады.

Полинозды талшықтарының кристалдану дәрежесі жоғары және талшық осі маңындағы элемент құрылымы ориентациясы жоғары болады, сондықтан полинозды талшықтар негізгі көрсеткіштер бойынша ұзынталшықты мақта талшықтарына ұқсас болып келеді. Талшықтың беріктігі 20-40гс/текс-ті құрайды. Дымқыл талшық 30 гс/текс беріктікке ие. Полинозды талшық сілтілерде визкоздымен салыстырғанда аз ісінеді, сонымен қатар мақта талшығы сияқты жеңіл боялады; халық тұтынатын және техникалық бағыттағы бұйымдар өндірісінде қолданылады.

2. Эфироцеллюлозды талшықтардың қасиеттері және өндіріс технологиясы

Эфироцеллюлозды талшықтарды целлюлозаның сіркеқышқылды эфирлерінен - целлюлоза диацетатынан (ЦДА) және целлюлоза үшацетатынан (ЦҮА) өндіреді. Талшыққұраушы полимердің химиялық табиғатына байланысты оларды жиі ацетатты деп атайтын диацетатты талшықтар, және үшацетатты талшықтар деп топтастырады.

Эфироцеллюлозды талшық өндірісі вискозды талшық өндірісімен салыстырғанда көптеген артықшылықтарға ие:

1. Эфироцеллюлозды талшықтар өндірісі зауытының құрылысының құны вискоза талшығы өндірісіне қарағанда 30%-ға төмен, еңбек шығыны - 30%-ға кем.

2. Эфироцеллюлозды талшықтар жасанды және синтетикалық талшықтар арасында құнды бағалы қасиеттерге ие.

3. Күкіртті көміртегіні қатысуымен өндірілетін вискозды талшықтар өндірісімен салыстырғанда эфироцеллюлозды талшықтар өндірісі әлдеқайда зиянсыз.

Эфироцеллюлозды талшықтар өндірісінің жалпы сызбасы төмендегідей:

Целлюлоза

↓ Тазалау

α- целлюлозасы

↓ Сірке

↓ ангидриді

↓ Отыруы Еру

ЦҮА(серітінді-сироп) ЦҮА →→→ Тоқыма ↓ Гидролиз (Н ₂ О) (мелитенхлорид) ерітіндісі

↓ ↓

ЦДА(ерітінді) ↓

↓ Отыруы Үшацетатцеллюлозды ↓ (Н ₂ О) талшық

↓ Еру

ЦДА Тоқыма ерітіндісі Диацетатцеллюлозды

Ацетон талшық

Ацетатты целлюлозаны α-целлюлозасына(ағаш және мақта целлюлозасына) сірке қышқылы және катализатор, яғни күкіртті немесе хлор қышқылы еріткіштерінің қатысуындағы сірке андигидридінің әсер етуінің нәтижесінде алады.

Целлюлозаны ацетилирлеу реакциясы қайтымсыз және целлюлоза үшацетатының туындауына әкеліп соқтырады:

Целлюлоза целлюлоза үшацетаты

Целлюлоза үшацетаты - үшацетатты талшық алуға арналған талшыққұраушы полимер. Целлюлоза үшацетатының гидролизі кезінде целлюлоза диацетатының түзілуіне әкеліп соқтыратын осы күрделі эфирдің бөлшектік көбіктенуі жүреді.

целлюлоза үшацетаты целлюлоза диацетаты

Сонымен, гидролиз тәжірибе жүзінде кішкене деңгейде жүреді. Әдетте гидролиздің негізгі өнімі келесі формуламен беріледі:

Целлюлоза диацетатынан диацетатты талшықтар пішінделеді. ЦДА және ЦҮА -ны ерітіндіден судың көмегімен ажыратып (тұндырады) алады да, кептіреді.

Бастапқы шикізат (ЦДА және ЦҮА) келесі талаптарға сай болуы тиіс:

1. Ацетильді қалдықтар қатысқан гидроксильді топ пайызын корсететін сәйкес ацетиль мөлшері болуы тиіс. Бұл мөлшер келесі формуламен анықталады:

Мұндағы, А - ацетиль саны

60 - сірке қышқылының молекулалық массасы

Х - енгізілген гидроксил топтарының саны

162 - целлюлоза элементарлы қатарының молекулалық массасы

42 - гидроксильді топты ацетильдіге айналдырғандағы молекулалық массаның ұлғаюы дәрежесін көрсететін сан: гидроксильді топ саны -17, ацетильді топ - 59, сондықтан 59-17=42

Ацетильді сан болуы керек: ЦДА-да 54-55%, ЦҮА-да 62, 5%.

Эфироцеллюлозды талшықтардың тоқыма ерітіндісін дайындау келесідей жүзеге асады.

Целлюлоза диацетаты ацетонда (қайнау температурасы 56 ⁰ С) бірнеше (беске жуық) пайыз су қосумен ериді. Суды талшықты пішіндеуді жақсарту мақсатында қосады. Жылтырлығын азайту үшін бұлдырлатқыш зат қосады, бұл мақсатта титанның екіеселенген қышқылы пайдаланылады. Оны бастапқы шикізат салмағының 1%-дық үлесі есебімен алынады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.