III. Tính chất và ứng dụng của sợi vitxco
6.3. sợi poliamit
6.3.I. Nguyên liệu tạo sợi
6.3.I.1. Lý thuyết về poliamit
Nguyên liệu để sản xuất ra loại poliamit-6 này là phenol hay benzen. Sau quá trình biến đổi trung gian chúng đ−ợc chuyển thành xyclohexanon- oxim và sau đó chuyển nhóm cho nội phân tử để thành caprolactam nh− sau:
Caprolactam có thể xem nh− lactam của acid aminocaproic HN- (CH2)5-CO là những tinh thể trắng nóng chảy ở 68 - 70 oC, không bền nhiệt ở nhiệt độ có khả năng trùng hợp thành nhựa policaprolactam.
Quá trình trùng hợp caprolactam thành policaprolactam đ−ợc tiến hành ở nhiệt độ 256 ± 3oC trong 10-12 giờ, khi có mặt n−ớc làm chất hoạt hoá. Tỷ lệ n−ớc lấy từ 3,5 - 4 % so với khối l−ợng caprolactam. Quá trình trùng hợp xảy ra nh− sau:
Cơ chế của phản ứng này có thể nh− sau:
Thoạt tiên caprolactam tác dụng với một phân tử n−ớc để thành acid amino-caproic:
Sau đó acid amino - aproic mới tạo thành lại tác dụng với caprolactam để thành di, tri, tetrapeptit và cho đến khi thu đ−ợc polyme với độ trùng hợp mong muốn, cũng có ý kiến cho rằng thoạt tiên caprolactam hợp với n−ớc tạo thành acid amino-caproic, sau đó 2 phân tử này trùng ng−ng thành một đime, còn các giai đoạn sau thì giống nh− cơ chế nói trên.
Policaprolactam muốn đ−ợc sử dụng để kéo sợi cần có hệ số trùng hợp trong khoảng 150-200, t−ơng ứng với khối l−ợng phân tử trong khoảng 16.000 - 22.000. Sản phẩm nh− vậy có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng 250 - 260oC. Nhựa cần phải đồng nhất, không chứa các đơn phân tử (monome, di và trime).
6.3.I.2. Qui trình công nghệ sản xuất poliamit6
Trong công nghiệp quá trình sản xuất policaprolactam theo 2 ph−ơng pháp: gián đoạn ở áp suất cao và liên tục ở áp suất th−ờng.
a. Ph−ơng pháp gián đoạn
Caprolactam dùng để trùng hợp đ−ợc làm nóng chảy sơ bộ trong những thiết bị phản ứng đặc biệt với sự có mặt của chất hoạt hoá là H2O. Ngoài ra còn cho thêm chất ổn định là acid acetic hay các acid hữu cơ khác nhằm đIều chỉnh độ pH của môi tr−ờng phản ứng.
Khối monome nóng chảy đ−ợc lọc cẩn thận rồi đ−a lên nhiệt độ khoảng 250 - 260 oC d−ới bầu khí trơ là nitơ hay CO2. Khi phản ứng trùng hợp kết thúc, polyme đ−ợc đùn ra khỏi thiết bị phản ứng thành một băng dải. Dùng n−ớc lạnh để làm lạnh sản phẩm. Dùng khí nitơ để đuổi oxy ra khỏi môi tr−ờng phản ứng tránh hiện t−ợng oxy hoá mạch đại phân tử polyme tạo ra và các tạp chất khác trong môi tr−ờng phản ứng cũng đ−ợc loại ra. Đồng thời còn có tác dụng tạo áp lực để đẩy polyme tạo ra qua van (4) đã đ−ợc đốt nóng tạo thành băng dải. Polyme tạo ra đ−ợc cuộn trên thiết bị hình trống (5), ở đây trống đ−ợc cấp n−ớc vào (6) đồng thời dùng luồng không khí (7) để tách n−ớc thừa ở băng dải polyme ra.
Sau đó dải polyme đ−ợc cho qua máy dập cắt polyme thành thanh hay dạng cục nhỏ. Tiếp theo cho qua thiết bị sàng và sấy bằng không khí nóng hay thùng sấy chân không cho tới khi hàm ẩm đạt d−ới 0,1%.
Thông th−ờng policaprolactam tạo ra vẫn còn một l−ơng monome khá lớn làm giảm chất l−ợng của sợi kéo ra , do đó tr−ớc khi đem sấy ng−ời ta th−ờng rửa polyme bằng n−ớc nóng để hoà tan monome có trong nhựa.
b. Ph−ơng pháp liên tục
Để dơn giản hoá quá trình ng−ời ta dùng ph−ơng pháp liên tục theo nguyên tắc sau:
- Cung cấp đều đặn caprolactam vào 1 ống dài có gia nhiệt đến 260- 280 oC và khuấy đều bằng cánh khuấy. Rồi cho axit axetic và 1 ít n−ớc làm chất hoạt hoá quá trình phản ứng trùng hợp.
- Phản ứng trùng hợp xảy ra trong ống có gắn đầu philie ở cuối ống và nh− vậy nhựa sau khi tạo ra liền đ−ợc đùn ra d−ới áp lực của khí nitơ nạp vào trong ống tạo thành dòng sợi liên tục.
- Dòng sợi đi ra lại cho sang các công đoạn tiếp theo nh− kéo căng, hoàn tất... ống th−ờng đ−ợc làm bằng thép crôm-Niken có dung tích từ 1-6 m3, chiều cao ống có thể 1,25 - 7,5 m. Nhiệt độ đ−ợc cung cấp bởi hệ thống điện trở.
Phản ứng trùng hợp poliamit là phản ứng trùng hợp bậc và do đó khối l−ợng phân tử polyme tăng theo từng bậc, chậm và nhiệt phản ứng toả ra bé. Tốc độ phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng.
* −u nh−ợc điểm của 2 ph−ơng pháp liên tục và gián đoạn: + Ph−ơng pháp liên tục:
- Có thể thu đ−ợc caprolactam chứa ít tạp chất, không cần phải rửa lại. - Bỏ qua đ−ợc nhiều công đoạn nh− tạo hạt, tách monome d−, sấy khô... nên rút ngắn đ−ợc khá nhiều thời gian.
- Không cần diện tích sản xuất lớn, tiết kiệm đ−ợc nhân công, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm.
+ Ph−ơng pháp gián đoạn:
- Polyme tạo ra không nhất thiết phải đ−ợc kéo sợi ngay mà có thể đ−ợc dự trữ và kéo sợi vào thời đIểm nào cần thiết.
- Mặc dù qua nhiều thiết bị nh−ng dễ đIều chỉnh quá trình. Thiết bị rời nhau nên dễ lắp ráp, sữa chữa, thay thế.
Trong công nghiệp hiện nay ng−ời ta th−ờng sử dụng ph−ơng pháp liên tục.
6.3.II. Sản xuất sợi poliamit-6
Polyme đ−ợc cho vào thiết bị gia nhiệt để làm nóng chảy sau đó cho qua lọc bằng lớp cát thạch anh mịn rồi chuyển sang ống định hình có gắn mũ
philie. Sợi tạo ra cho qua một buồng dài, hẹp có không khí lạnh thổi vào để đóng rắn sợi. Sau đó sợi đ−ợc cho qua bộ phận tẩm dầu bôi trơn, tiếp theo đó đ−ợc cuốn vào các ống sợi với tốc độ 500, 1000, 1200 m/phút hoặc có thể nhanh hơn. Các ống sợi đ−ợc đem đi kéo căng với tỷ số kéo căng 4 - 5. Sợi tiếp tục cho qua một ‘bàn là’ ổn định nhiệt trong thời gian nhất định ở trạng thái kéo căng. Dập sóng cho sợi bằng cách cho bó sợi đi qua những trục cán có răng c−a ăn khớp với nhau và sau đó cho qua máy cắt ngắn tuỳ theo yêu cầu.
6.3.III. Đơn vị và dạng bao gói 1. Đơn vị
Xơ dạng cắt ngắn có độ mảnh phổ biến là 3,3 - 6,7 - 17 dtex.
+ Theo ph−ơng pháp S:
Dạng xơ 11 ktex dùng trong kéo đứt ngẫu nhiên
+ Theo ph−ơng pháp L:
Dạng xơ 22 ktex dùng để cắt ngắn trên máy complextơ.
Dạng cắt ngắn có độ dài 60, 80, 90, 100, 120, 180 dùng để gia công trên hệ thống thiết bị kéo sợi len (có thể quăn hay không).
+ Theo ph−ơng pháp C:
Cung cấp d−ới dạng xơ cắt ngắn có độ dàI 40 mm, 60 mm dùng để gia công trên thiết bị kéo sợi bông.
Ngoài ra còn có những dạng đặc biệt dùng cho công nghệ phun xơ dùng trong công nghiệp giấy và sản xuất vải không dệt.
2. Dạng bao gói
Sợi poliamit sản xuất ra ở dạng bóng, mờ hay nửa mờ. Các kiện xơ đ−ợc vận chuyển bằng các máy nâng thích hợp. Khi thao tác các kiện xơ phải cẩn thận để không làm h− hại đến chúng. Bó xơ đựng trong thùng giấy cứng hay đóng thành kiện. Các hộp hay các kiện bó xơ phải đ−ợc vận chuyển cẩn thận vì nếu kiện xơ bị vỡ sẽ gây tổn thất xơ khá lớn. Không đ−ợc phép lăn, vần các hộp hay kiện bó xơ hay xếp đặt không đúng qui định chiều đứng trên và d−ới của thùng hay kiện.
Bó xơ xếp trong kiện tròn thì không đ−ợc lăn theo cạnh của nó vì dễ làm rối sợi và không đ−ợc dùng móc, phải sắp xếp theo đúng qui định.
6.3.IV. Tính chất chung của sợi poliamit (polyamit6-6, polyamit6)
Nhựa poliamit đ−ợc dùng để sản xuất sợi phải có khối l−ợng phân tử trong khoảng 15.000 đến 22.000.