Получение ацетатного волокна уравнение реакции (4 видео)

Получение ацетатного волокна уравнение реакции

Ацетатные волокна — искусственные волокна, получают из ацетилцеллюлозы. В зависимости от типа исходного сырья различают триацетатное волокно ( триацетилцеллюлоза) и продуктов его частичного омыления (собственно ацетатное волокно).

Впервые на мировом рынке ацетатное волокно появилось в 1921 году, как результат трудов американских ученых и технологов под руководством Дрейфуса.

Содержание

Производство ацетатного волокна
Характеристика
Применение
Триацетатное волокно (ацетилцеллюлоза)
Производство триацетатного волокна
Характеристика
Применение
Шелковые текстильные волокна и ткани
Получение ацетатного волокна
Химизм промышленного способа получения волокна:
Новый — экологически чистый — способ получения ацетатного волокна:
Здесь происходит следующая реакция под действием электрических разрядов:
Далее угарный газ окисляется до оксида углерода IY ( CO 2 ) и идет на дальнейшую переработку:
🎬 Видео

Производство ацетатного волокна

Сырьем для получения ацетатного волокна служат остатки хлопкового пуха или облагороженной древесной целлюлозы.

Целлюлозу обрабатывают уксусным ангидритом и уксусной кислотой: получают рыхлые хлопья первичного ацетата.( название «ацетат» происходит от слова «уксус» — по латыни «ацетум»), от этого произошло и название «ацетатное»).

Полученный первичный ацетат (триацетилцеллюлоза, ацетилцеллюлоза) омыляют в присутствии уксусной и серной кислот с добавлением небольшого количества воды. Полученные белые хлопья отжимают, обрабатывают в смеси ацетона и спирта и получают прядильный раствор. После фильтрации и удаления воздуха раствор поступает в прядильную машину. Формование ведут по сухому способу.

Особенности этого способа заключаются в том, что при этом не происходит никаких химических процессов. Прядильный раствор продавливается через фильеру и в виде тонких струек попадает в шахту с паровоздушной смесью. Под действием температуры ацетон испаряется из струек раствора, и они затвердевают, превращаясь в нити. Затем нити проходят охладительную камеру, замасливаются и наматываются на бобину.

Из этих блестящих нитей и ткут ацетатное полотно.

Характеристика

Ацетатное волокно более тонкое по сравнению с вискозным, поэтому блеск его более приятный и напоминает блеск натурального шелка.

Ацетатное волокно легкое, тонкое, блестящее, но при температуре выше 85 0 С теряет блеск. Не подвержено действиям плесени, сильно осыпается, мало сминается, обладает способностью пропускать ультрафиолетовые лучи. Имеет меньшую гигроскопичность, теплостойкость, прочность на разрыв, стойкость к истиранию, меньше набухает в воде и меньше теряет прочность в мокром состоянии. Вследствие большей упругости ацетатных волокон изделия из них хорошо сохраняют форму и удобны в носке.

Сравнительно высокая электризуемость ацетатного волокна затрудняет изготовление из него тканей. Изделия из ацетатного волокна при тепловых обработках способны образовывать трудноудалимые заломы и ласы.

Ацетатное волокно при 140 0 С разрушается, горит желтым пламенем, распространяя специфический кисловатый запах и образуя наплыв темного цвета. Если пламя погасить, волокно медленно тлеет с выделением струйки дыма.

Триацетатное волокно характеризуется более низкой гигроскопичностью, но большей эластичностью и меньшей сминаемостью, чем изделия из ацетатного волокна.

Ацетатное волокно растворимо в ацетоне, поэтому чистить его этим растворителем нельзя.

Изделия утюжат влажным по изнаночной стороне, чтобы не образовывались ласы, нельзя чистить ацетоном, можно растворить ткань.

Учебный фильм «Ацетатное волокно»

Применение

Ацетатные волокна используют для изготовления красивой верхней одежды, высококачественных подкладочных и плательных тканей, нижнего белья.

Материалы из ацетатного шелка хорошо отталкивают воду и быстро сохнут. Благодаря этим свойствам, они незаменимы для производства зонтов, занавесей в ванные комнаты, костюмов для купания.

Тончайший ацетатный шелк часто применяют для изготовления нарядных комплектов постельного белья, занавесей, драпировки мебели, создания сценических костюмов.

В настоящее время сочетании с другими нитями волокно используют с шелком, вискозой, шерстью и другими смесевыми тканями.

Триацетатное волокно (ацетилцеллюлоза)

Производство триацетатного волокна

Сырьем для получения триацетатного волокна, так же как и для ацетатного волокна, служит хлопковая или древесная целлюлоза. Волокно может быть получено по мокрому и сухому способам.

Триацетатную филаментную нить формуют по сухому способу из раствора триацетилцеллюлозы в смеси метиленхлорида и метилового спирта, аналогично формованию ацетатного волокна с последующей термообработкой при температуре.

Триацетатное штапельное волокно формуют по мокрому способу с применением фильер, из раствора триацетилцеллюлозы, в ацетилирующей смеси (из сиропа), исключая такие процессы, как высаживание триацетилцеллюлозы из раствора, промывку, сушку и растворение в смеси метиленхлорида и спирта. В результате общая продолжительность процесса сокращается почти вдвое.

Если в ацетилцеллюлозу добавить небольшое количество раствора пирофосфата алюминия, можно получить огнестойкое ацетатное волокно.

Характеристика

Триацетатное волокно обладают меньшей гигроскопичностью, меньшей потерей прочности при намокании, меньшей стойкостью к истиранию, меньшей усадочностью и несколько большей жесткостью, сильно осыпается. Но эти волокна более свето- и теплостойкие, более упругие. Изделия из этих волокон почти не требуют глажения. Им можно придавать стойкую складку, которая хорошо сохраняется в процессе носки и после стирки. При глажении горячим утюгом ласы не образуются.

Триацетатное волокно по сравнению с ацетатным волокном имеют несколько большую прочность на разрыв. Это волокно также обладает большой электризуемостью, которая затрудняет его переработку.

Триацетатное волокно обладает высокой стойкостью к действию микроорганизмов, особенно если его подвергнуть термообработке, так как с увеличением кристалличности уменьшается возможность проникновения микроорганизмов в волокна.

Окрашивается триацетатное волокно только дисперсными красителями при повышенной температуре под давлением. Прочность окраски у триацетатного волокна выше, чем у ацетатного, особенно к мокрым обработкам.

Горит триацетатное волокно примерно так же, как ацетатное.

Применение

Триацетатное волокно используют как в чистом виде, так и в сочетании с другими волокнами для изготовления блузочных, плательных, рубашечных, подкладочных, галстучных и костюмных тканей, нетканых материалов, а также для технических изделий (например, в качестве электроизоляционного материала).

Триацетат обладает характерным шелковистым отливом. Из ацетилцеллюлозы шьют шторы и занавески, используют как мебельную обивку.

Изделия из триацетатного волокна приятны на вид, обладают хорошим грифом, подобно натуральному шелку, мало загрязняемы, с хорошей мягкостью и драпируемостью, быстро сохнут.

Триацетилцеллюлоза (ацетилцеллюлоза) является ценным продуктом для изготовления негорючей кино- и фотопленки, магнитной ленты, пластмасс и ацетатного шелка.

Видео:Ацетатные волокнаСкачать

Шелковые текстильные волокна и ткани

Производство медно-аммиачных волокон основано на способности целлюлозы растворяться с образованием вязких растворов в аммиачном растворе гидроокиси меди.

Медно-аммиачный раствор гидроокиси меди получается при взаимодействии гидроокиси меди и аммиака:

При растворении целлюлозы в медно-аммиачном растворе образуется целлюлозно-медно-аммиачный комплекс:

Полученный вязкий раствор проходит операции смешения, фильтрации, удаления пузырьков воздуха и избыточного аммиака.

Формование волокна происходит в осадительной ванне в присутствии 10%-ной серной кислоты, где медный комплекс разлагается с образованием гидратцеллюлозной нити:

Затем следуют операции отделки и сушки волокна.

Для производства штапельного волокна пучки волокон, выходящих из фильер, соединяют в один жгут, разрезают на отрезки длиной 45—120 мм, промывают, замасливают, сушат и пакуют в кипы.

По химическим свойствам медно-аммиачное волокно аналогично вискозному, так как и то, и другое представляют по своему составу гидратцеллюлозу со всеми присущими ей особенностями.

Что касается физической структуры медно-аммиачного волокна, здесь нужно отметить следующее. Волокно, полученное водным способом, характеризуется по сравнению с вискозным волокном более равномерной ориентацией целлюлозных цепей по толщине волокна и способностью более равномерно окрашиваться.

Медно-аммиачное волокно, полученное щелочным способом, по физико-механическим свойствам приближается к вискозному волокну.

Водный способ позволяет получать волокно очень малой толщины, с высокими показателями упругого удлинения. В комплексной нити толщина элементарного волокна колеблется от 111 до 333 мтекс (№ 3000—9000) при водном способе и от 166 до ЗЗЗ мтекс (№ 3000—6000) при щелочном. Разрывная длина соответственно 13,5—15,5 и 15,3—17,1 км; разрывное удлинение 12—15 и 12—14%. Кондиционная влажность 11%.

Ацетатные волокна

По своему химическому составу ацетатные волокна принципиально отличаются от вискозных и медно-аммиачных. Если последние состоят из гидратцеллюлозы, ацетатные волокна представляют собой уксуснокислый эфир целлюлозы (ацетилцеллюлозу).

Исходным сырьем для производства ацетатного волокна является облагороженная целлюлоза с содержанием а-целлюлозы не менее 98%.

Ацетилцеллюлозу получают в результате ацетилирования целлюлозы уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты как катализатора и ледяной уксусной кислоты как растворителя. Процесс ацетилирования осуществляется при температуре 15°С в течение 4—8 ч. Реакция протекает по следующей схеме:

Целлюлоза как трехатомный спирт вступает в реакцию этерификации с уксусным ангидридом; в итоге образуется сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты — ацетилцеллюлоза (или первичный ацетат) с содержанием связанной уксусной кислоты до 62,5%.

Первичный ацетат служит исходным продуктом для получения ацетатных и триацетатных волокон.

Для производства ацетатного волокна первичный ацетат подвергают частичному омылению, при котором часть ацетильных групп отщепляется. Получается диацетилцеллюлоза (или вторичный ацетат), где содержится 52—56% связанной уксусной кислоты, что соответствует смеси из 50—80% диацетата и 20—50% триацетата. На практике эта реакция омыления осуществляется добавлением к раствору ацетилцеллюлозы в уксусной кислоте некоторого количества воды. В качестве катализатора используют серную кислоту.

Реакцию омыления первичного ацетата можно представить следующим уравнением:

Поскольку вторичный ацетат, растворимый в крепкой уксусной кислоте, нерастворим в воде, он при реакции омыления выпадает из раствора в виде белых хлопьев или порошка, имеющих волокнистую структуру.

Диацетилцеллюлозу отжимают, промывают водой, стабилизируют путем кипячения со слабой серной кислотой, снова промывают до удаления кислоты, отжимают и сушат.

Дальнейший процесс производства ацетатного волокна включает следующие стадии:

приготовление прядильного раствора и его фильтрование;

смешение нескольких партий раствора для получения однородной партии сырья;

отстаивание раствора для удаления пузырьков воздуха с подогревом до температуры 30—35°С в течение 20—30 ч;

фильтрация раствора перед прядением;

формование (прядения) волокна;

текстильная обработка волокна (кручение, фиксация крутки, замасливание и др.).

Для приготовления прядильного раствора вторичный ацетат растворяют в смеси органических растворителей; чаще всего это смесь ацетона и спирта в отношении 85: 15. Получается вязкий 20—24%-ный раствор, из которого после трехкратной фильтрации и удаления пузырьков воздуха формуется ацетатная нить.

Прядение (формование) происходит сухим способом в прядильной шахте. Раствор диацетилцеллюлозы в смеси ацетона со спиртом продавливают через фильеру в шахту с нагретым воздухом. Высота шахты 3—4 м. Воздух, подаваемый в шахту, имеет температуру 55—70°С. При этой температуре растворители испаряются, а волокно затвердевает. По выходе из шахты волокно замасливают специальным составом для предупреждения электризуемости и наматывают в бобину.

В отличие от вискозного волокна, для ацетатного волокна нет необходимости в мокрых отделочных операциях. Говоря о химических свойствах, следует заметить, что ацетатные волокна, по сравнению с гидратцеллюлозными, менее гигроскопичны, меньше набухают в воде и водных растворах, меньше теряют в прочности во влажном состоянии. Они обладают большей мягкостью и эластичностью, имеют высокие упругие свойства и меньший блеск. Непрерывная нить состоит из 16—25 элементарных волокон.

Наиболее характерными особенностями ацетатного волокна являются сравнительно низкая термостойкость, высокая термопластичность и отсутствие сродства к красителям, применяемым при крашении растительных и животных волокон.

Ацетатное волокно нерастворимо в воде; в отличие от гидратцеллюлозных волокон, оно растворяется в ацетоне, ледяной уксусной кислоте, феноле. При воздействии горячей воды (температура свыше 85°С) и пара волокно теряет блеск и поверхность его становится матовой.

Как и гидратцеллюлозные волокна, ацетатное волокно неустойчиво к воздействию кислот. Повреждение волокна наблюдается даже при обработке разбавленными растворами минеральных кислот. К воздействию же слабых растворов органических кислот (уксусной и др.) волокно устойчиво.

Ацетатное волокно очень чувствительно к воздействию растворов щелочей, которые могут вызвать гидролиз эфирных связей — омыление волокна, что приводит к превращению ацетилцеллюлозы в гидратцеллюлозу и потере положительных свойств ацетатного волокна.

Подобно другим волокнистым материалам целлюлозной природы ацетатное волокно чувствительно к деструктивному действию окислителей и одновременно устойчиво к моли и плесени.

Толщина элементарной нити ацетатного волокна, изготовляемого отечественной промышленностью, 133—277 мтекс (№ 3600— 7500). Разрывная прочность 10,5—12,6 км, разрывное удлинение в сухом виде 22—25%, кондиционная влажность 6,5%.

Видео:Ацетатное волокноСкачать

Получение ацетатного волокна

Ацетатные волокна получили широкое распространение в быту. Многие покупают в магазинах красивые и легкие синтетические ткани и одежду. Но не многие задумывались о цене, которую они платят за ношение вещей из ацетатного волокна. Действительно, всем хорошо известны свойства ацетатного (искусственного) шелка: прочность, легкость, дешевизна и красота.

Но есть и еще одно качество — ядовитость. Дело здесь не в самом ацетатном волокне, а в способе его получения.

В промышленности нити данного волокна получают из твердого, малоактивного вещества, получаемого из природной древесины — целлюлозы. Это химически довольно сложный процесс. Общую целлюлозу сначала превращают в триацетилцеллюлозу путем химической реакции с уксусным альдегидом. А затем обрабатывают дихлорэтаном в присутствии этилового спирта. В результате этой реакции твердые шарики триацетилцеллюлозы размягчаются и получившуюся массу пропускают тонкие отверстия в металлической пластине при небольшом нагревании и давлении. На получившиеся очень тонкие нити действуют воздушным потоком и при этом испаряется этилдихлорэтановый эфир. И мягкие нити застывают вновь становясь твердыми и прочными.

Химизм промышленного способа получения волокна:

1) Структурный вид молекулы целлюлозы

2) Получение этилдихлорэтанового эфира

3) Получение мягкой массы, состоящей из отдельных молекул тринитроацетилцеллюлозы, обработанной спиртом в присутствии дихлорэтана

Все, казалось бы, просто и совершенно чисто. Но тот, кто так рассуждает, к сожалению, ошибается.

Оказывается, эфир с нитей волокна испаряется не полностью, частично оседая. И все бы ничего, да в формуле этилдихлорэтанового эфира присутствует молекула хлора. Причем, слабосвязанная с молекулами самого волокна. Одевая одежду из ацетатного волокна, ваша кожа неминуемо соприкаснется с тканью и активный хлор моментально вступит в реакцию с кожей. Частично прореагировав, он попадет в кровь и соединится с ионами металлов, там присутствующих, и в таком виде, уже навсегда, останется в организме. И пусть доля его поступления в кровь незначительна, но ведь за долгое время может накопиться смертельная доза этого активнейшего химического элемента.

На первый взгляд, все кажется просто, необходимо заменить способ производства ацетатных тканей. Но вот в этом и вся суть.

Дело в том, что для того, чтобы размягчить триацетилцеллюлозу, невозможно использовать температуру и различного рода растворители, так как это химически малоактивное вещество, да еще к тому же мгновенно разрушающееся уже при 300oC.

Многократными экспериментами был найден один единственный путь — это сначала радикально расщепить молекулы вещества, а затем соединить их в виде длинной полимерной цепочки, насчитывающей около миллиона звеньев. Такой процесс могут произвести только лишь химически очень активные элементы, такие как Cl, N, I и др.

Далее будет предложен новый подход к задаче путем применения химически активного, но безвредного газа озона (O3).

Новый — экологически чистый — способ получения ацетатного волокна:

Распределение электронных плотностей в молекуле тринитроацетилцеллюлозы
При действии озоном на молекулу, от нее отрывается водород и происходит смещение электронных плотностей

Данная молекула станет нейтральной только в том случае, если от нее сначала отнять два электрона, а затем добавить один.

Этого можно достичь путем как бы распятия данной молекулы на мелкой металлической сетке, по которой циркулирует постоянный электрический ток. Эта цель достигается в главной установке для получения волокна

Необходимый для работы главной установки озон, получается в озонаторе:

Здесь происходит следующая реакция под действием электрических разрядов:

Но, так как озон в реакциях непосредственно не участвует, а участвует атомарный кислород, который очень легко получается из озона, то необходимо устройство, которое улавливало бы реакционноспособный атомарный кислород. Такое устройство называется электроразделитель.

Точно по такому же принципу, лишь с небольшими конструктивными отличиями, работает другая установка, служащая для получения катионов водорода из молекулярного водорода.

Для получения водорода используется электропечь. При действии водяного пара природный газ, а точнее метан (CH4), расщепляется на угарный газ (СО) и чистый водород Н2.

Далее угарный газ окисляется до оксида углерода IY ( CO 2 ) и идет на дальнейшую переработку:

Способ — это рассеивание в малых пропорциях на большом участке леса в несколько сот гектар
Присоединение к данному производству еще одного в котором либо необходим угарный газ, либо необходим углекислый газ (естественно еще одно производство должно быть переоборудовано на безотходное)

И последняя установка — это конденсатор, где происходит образование чистейшей воды из гидроксильной группы OH-, образовавшейся в главной установке, и катиона H+.