II- SẢN XUẤT SỢI THIÍN NHIÍN
1.Sản xuất sợi visco
Nói đến sợi nhđn tạo (thiín nhiín) người ta nghĩ ngay đến sợi visco, loại sợi có một thời oanh liệt lăm bâ chủ trong hăng ngũ sợi nhđn tạo vă trong sợi hóa học nói chung, hiện nay nó vẫn giữ được vai trò quan trọng, có mặt trong ngănh sợi của hầu hết câc nước. Sợi visco dùng để dệt lụa, satanh, tatăng, gấm, hăng dệt kim khâc. Nhờ tính chất hút ẩm nín quần âo sợi visco hợp vệ sinh, lăm vải lót cho quần âo.
Sợi visco dễ dăng pha trộn với câc loại sợi khâc vă đem lại cho loại vải mới năy ưu điểm thoâng mât vă hút mồ hôi.
Ngoăi may mặc, sợi visco trước đđy còn được dùng trong công nghiệp lăm vải mănh cho lốp xe, lăm chất độn trong vật liệu tấm, chất dẻo compozit vă nhiều công dụng khâc.
Nguyín liệu chủ yếu để sản xuất sợi visco lă xenluzơ gỗ, chủ yếu lă gỗ bồ đề, thông, bạch đăn, cđy mỡ .... Nguyín liệu năy nhập văo nhă mây sợi dưới dạng câc tấm bìa xenlulozơ (khổ rộng 600 800mm). Xenlulozơ có phđn tử lượng khoảng 15000-100000đvC. Nếu phđn tử lượng thấp thì độ bền vă độ dẻo của sợi sẽ rất khó khăn.
Cđy gỗ bồ đề có tuổi thọ khoảng 20 năm, đường kính thđn đến 40 - 50cm, cao 20-22m, năng suất gỗ 18 - 20m3/ha vă 7 - 8 m3 gỗ sản xuất được 1 tấn sợi. Bạch đăn lă cđy nhập nội văo nước ta, đời sống 20-25 năm, năng suất 4 - 5m3/ha. Cđy thông tuổi thọ 40-50 năm, bắt đầu khai thâc sau 15-20 năm, năng suất 6 - 8m3/ha. Cđy mỡ tuổi đời 20 - 30 năm, bắt đầu khai thâc sau 15 năm, năng suất 9 - 10m3/ha v.v...
Xenlulozơ trong gỗ lăm nguyín liệu phải đảm bảo 88% - xenlulozơ (không tan trong dung dịch NaOH 18 - 20% ở nhiệt độ phòng), khối lượng phđn tử khoảng 100000 - 150000.
Sản xuất sợi visco bao gồm câc giai đoạn chủ yếu sau: điều chế dung dịch kĩo sợi, tạo hình sợi, gia công tinh.
b) Điều chế dung dịch kĩo sợi - Kiềm hóa:
Câc tấm gỗ được xếp đứng xem giữa câc tấm thĩp đục lỗ trong thùng ĩp kiềm hóa, chứa dung dịch NaOH 17,5%, t0 = 20 - 500C để trong khoảng 10 - 60 phút, tạo thănh xenlulozơ kiềm (alkali - xenlulozơ):
[C6H7O2(OH)3]n C6H7O2(OH)2O
đồng thời xảy ra phản ứng cộng hợp giữa xút vă xenlulozơ. [C6H7O2(OH)3]n + nNaOH [C6H7O2(OH)3]NaOH]n
Câc hemixenlulozơ vă tạp chất polisaccarit tan trong kiềm. Sau đó, kiềm dư được ĩp hết vă câc tấm alkali-xenlulozơ được lấy ra khỏi thiết bị kiềm hóa. Dung dịch kiềm dư được loại câc chất tan vă dùng lại.
- Nghiền: Na | n H2O NaOH
Xenlulozơ kiềm hóa được đem nghiền trín mây nghiền liín tục hoặc giân đoạn. Bộ phận chủ yếu của mây nghiền liín tục lă hai thớt, một cố định một quay, xenlulozơ được nghiền giữa hai thớt năy, độ mịn quyết định bằng khoảng câch giữa hai thớt.
- Nấu sơ bộ:
Ở mây nghiền ra, xenlulozơ được đưa văo thùng nấu sơ bộ. Thực chất quâ trình năy lă oxi hóa xenlulozơ bằng oxi không khí trong môi trường kiềm. Quâ trình được tiến hănh ở nhiệt độ 20 - 220C trong khoảng 30 - 500C giờ (36 - 400C, thời gian nấu 8 - 10 giờ). Giai đoạn năy thường cho thím câc chất xúc tâc như MnCl2, CuCl2, MnSO4, CoCl2, CoSO4. Quâ trình năy lăm giảm độ trùng hợp xuống 2 -2,5 lần, do đó lăm giảm độ nhớt của dung dịch kĩo sợi ở giai đoạn sau vă lăm quâ trình tạo hình sợi cũng được thực hiện dễ dăng.
- Xantogenat hóa:
Xenlulozơ lă một polime khó tan trong dung môi. Vì vậy, phải chuyển thănh dẫn xuất ete của xenlulơzơ vă xantogenat xenlulozơ dễ tan trong kiềm loêng.
Quâ trình thực hiện bằng câch cho xenlulozơ kiềm hóa tâc dụng với cacbon đisunfua. Xantogenat được tạo thănh theo phản ứng:
C6H7O2(OH)2O + nCS2 C6H7O2(OH)2O
Ngoăi xantogenat xenlulozơ còn có câc sản phẩm phụ tạo thănh do phản ứng giứa CS2 vă NaOH. Quâ trình thực hiện ở t0 = 22 -300C, trong khoảng 1 - 2 giờ, trong thiết bị đặc biệt.
Sau quâ trình xantogenat hóa kết thúc người ta cho tiếp kiềm loêng văo thiết bị để hòa tan xantogenat. Xantogenat xenluluzơ dễ tan trong kiềm loêng (4 - 7%) tạo thănh một dung dịch nhớt. Vì độ tan của xantogenat tăng khi hạ nhiệt độ, nín quâ
n | C | SNa = S | Na n Na
có mău văng da cam, thường chứa 8 -9% xenlulozơ vă 6 - 7% NaOH gọi lă dung dịch visco.
- Nấu visco:
Dung dịch visco mới xantogenat hóa không dùng để kĩo sợi ngay được vì nó không thể hóa rắn nhanh ngay, cần phải giảm độ bền (khả năng đông tụ khi thím dung dịch muối NaCl hoặc NH4Cl, độ bền visco thấp) của visco để nó nhanh chóng đông tụ khi tạo hình sợi.
Vì vậy, từ thiết bị xantogenat hóa ra, dung dịch được đưa văo hầm visco để tiến hănh quâ trình nấu visco. Độ bền của visco căng thấp, thì ta nói nó có độ chín căng cao.
Thực chất của quâ trình năy lă ủ visco trong thời gian 18 - 30 giờ ở nhiệt độ 16 - 180C. Trong quâ trình năy, sẽ xảy ra những quâ trình hóa học vă hóa lí phức tạp. Xantogenat xenlulozơ lă một hợp chất không bền, vì vậy thủy phđn một phần tạo thănh xenlulozơ theo phản ứng :
C6H7O2(OH)2O [C6H7O2(OH)3]n + nCS2 + nNaOH
Cabon sunfua vă xút phản ứng tạo thănh nhiều sản phẩm trong đó chủ yếu lă natri thiocacbonat.
3CS2 + 6NaOH 2Na2CS3 + Na2CO3 + 3H2O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do quâ trình phđn hủy mă độ bền của visco giảm (độ chín căng cao). Câc dung dịch visco sau khi được trộn đều để đảm bảo đồng nhất về độ chín vă nồng độ, rồi dung dịch được đưa qua mây lọc khung bản nhằm tâch câc tạp chất cơ học. Ở mây lọc ra, dung dịch được đuổi hết bọt khí vă cacbon sunfua bằng câch đưa dung dịch văo thùng lắng bằng thĩp rồi giảm âp suất. Thời gian tâch bọt kĩo dăi khoảng 10 - 20 giờ, đảm bảo để bọt không khí thoât hết khỏi dung dịch. Như vậy, sợi sẽ không bị đứt kĩo. n | C = S | SNa + nH2O
Trong giai đoạn năy, người ta có thể thím TiO2 (với tỉ lệ 0,5 - 1%) để lăm mờ sợi hoặc thím câc chất mău, cuối cùng dung dịch được bơm sang bộ phận tạo hình sợi.
c) Giai đoạn tạo hình sợi
Quâ trình tạo hình sợi bao gồm kĩo sợi vă cuộn sợi. Hình X.3 níu sơ đồ công đoạn kĩo sợi vă cuộn sợi.
- Kĩo sợi:
Từ đường ống (1) dung dịch visco được bơm (2) bơm qua mây lọc (3). Đđy lă lần lọc cuối cùng trước khi tạo hình. Ở mây lọc ra, dung dịch visco theo đường ống thủy tinh (4) tạo khuôn kĩo (còn gọi lă philie) (5), khuôn kĩo lăm bằng hợp kim platin - văng, hoặc platin - iriđi hoặc bằng tantali. Lỗ khuôn kĩo có đường kính 0,05 đến 0,1mm vă số lỗ trong khuôn kĩo thay đổi từ 2400 đến 3200, tùy theo loại sợi cần sản xuất. Khuôn kĩo đặt trong thùng kết tủa (6), chứa dung dịch kết tủa ở nhiệt độ 45-500C. Sợi được kĩo qua khuôn kĩo với tốc độ 75 - 100m/phút. Dung dịch đông tụ có thănh phần : H2SO4 80 - 150 g/l Na2SO4 160 - 320 g/l ZnSO4 10 - 100 g/l 3 4 7 2 1 6 5
Hình X.1.Sơ đồ lưu trình mây tạo hình sợi
1. Đường ống dẫn dung dịch ; 2. Bơm; 3. Mây lọc ; 4. Ống dẫn thủy tinh; 5. Khuôn kĩo philie ; 6. Thùng kết tủa 7. Ống cuộn sợi
Khi sợi chạy qua, trong dung dịch xảy ra câc phản ứng sau: Đông tụ visco dưới tâc dụng của chất điện li
Phđn hủy câc tạp chất sunfua có trong visco lăm thoât ra H2S vă CS2. Câc muối sunfat tăng cường quâ trình đông tụ vă kìm hêm quâ trình axit sunfuric phđn hủy xantogenat xenlulozơ theo phản ứng :
C6H7O2(OH)2O - C = S + nH2SO4 2 [C6H7O2(OH)3]n + nNa2SO4
Do câc phản ứng trín, trong quâ trình kĩo sợi, thănh phần vă nhiệt độ của dung dịch kết tủa liín tục thay đổi. Vì vậy, phải liín tục gia nhiệt, tâi sinh dung dịch vă bổ sung dung dịch mới nhằm ổn định nhiệt độ vă thănh phần dung dịch kết tủa.
- Cuộn sợi :
Có hai phương phâp cuộn sợi, liín tục vă giân đoạn.
Phương phâp cuộn sợi liín tục có đặc điểm lă tạo được sợi có kích thước vă tính chất tương đối đồng đều. Ngoăi ra, nó có những ưu điểm vốn có của câc quâ trình liín tục lă trình độ cơ khí hóa cao, năng suất lao động cao, điều kiện lao động tốt. Nhưng phương phâp liín tục cũng trở ngại lă mây móc phức tạp, đồng thời số ống gia công tinh cũng tăng lín.
Câc phương phâp cuộn sợi giân đoạn có ưu điểm cơ bản lă thiết bị đơn giản.
d) Hoăn thiện sợi:
Sợi visco sau khi đê qua câc quâ trình trín, vẫn còn ở trạng thâi trương vă chứa khoảng 80% dung dịch đông tụ (3,5 - 4,5% axit sunfuric, 12 - 15% sunfat vă 2% câc tạp chất khâc, chủ yếu lă lưu huỳnh tự do). Do đó sợi cần phải được xử lý tiếp tục theo câc quâ trình :
Rửa bằng nước ở 40 - 500C để loại axit sunfuric vă muối.
Loại trừ lưu huỳnh bằng dung dịch 1 - 2,5% natri sunfit, xút hoặc natri sunfat ở nhiệt độ 40 - 700C.
Rửa bằng axit yếu để loại câc muối khó tan.
Đối với sợi dệt cần tẩy trắng để loại sắt vă câc tạp chất có mău khâc bằng dung dịch natri hipoclorua ở 20 - 250C.
Sau mỗi quâ trình xử lý trín, cần rửa kỹ sợi bằng nước vă bằng dung dịch xă phòng loeat 0,1 - 0,3%.
SNa |
n 2
Độ sạch của nước dùng trong quâ trình gia công tinh có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sợi, thường thường người ta dùng nước mềm, không chứa câc ion kim loại nặng (chủ yếu lă sắt) vă câc hợp chất hữu cơ.
Toăn bộ thời gian hoăn thiện sợi kĩo dăi khoảng 3 - 4 giờ. Cuối cùng sợi được ĩp khô vă sấy ở nhiệt độ 600C trong khoảng 30 - 60 giờ.