11. Поливинилхлоридные волокна.

11. Поливинилхлоридные волокна.
1.ПВХ волокна
2.Из перхлорвинила
ПВХ не растворим , его дополнительно хлорируют.
-CH2-CHCl-CH2-CHCl-   = -CHCl-CHCl-CH2-CHCl-CH2-
 Получается нестереорегулярный продукт, содержащий до 60-65% хлора. Получившийся полимер растворим в ацетоне и формуется из ацетоновых растворов. Прядильный раст-р получается с предв-м набуханием. Время раств-я до 15 часов в баке с мешалкой и рубашкой.  Раствор фильтруется для удаления крупных частиц, затем фильтрация на фильтрпрессах, после этого проводят смешение и обезвоздушивание. Формование производится мокрым способом на двухэтажных машинах, нижняя часть формовочная, вторая часть намоточная.
 
156 мест. Формование в вертикальной трубе снизу вверх. Сушка происходит на цилиндрах. Перед намоткой происходит замасливание на шайбе. Скорость формования 30-50 м/мин. Бобины с нитью поступают на прямую на досушивание в камеру при температуре 30-60ºС, нить после сушки направляется на крутку. Техническое назначение – фильтр - материалы для агрессивных сред. Получающиеся из галоген производных полимеров имеют высокую прочность связи C-Cl и C-C. Межмолекулярные связи в хлорине не очень прочные,  поэтому температура размягчения 70ºС. Волокно обладает сильным трибоэлектрическим эффектом – накопление поверхностного заряда при трении – для изготовления лечебного белья. Цена хлорина низкая. Выдерживается большое число циклов фильтров кислот и щелочей. Плотность 1,48 г/см3.
                        ПВХ волокна.
ПВХ суспензионный – выпускается из растворов ДМФ.  Оборудование аналогично для производство нитрона. Выпускают обычную и с повышенной термостойкостью (ПВХ и ТПВХ).
1 стадия – суспензирование при пониженной температуре.
2 стадия – растворение при повышенной температуре.
Полученный раствор направляется на фильтрацию и на обезвоздушивание. Формование мокрое. Концентрация прядильного раствора 22-25%. Далее формование трубки на одноэтажной машине, затем промывка жгута с вытяжкой, горячая вытяжка с сушкой, термофиксация, гофрирование, орошение замасливателем, упаковка раскладчиком в короба или резка и упаковка в пресса в кипы (100-120) кг. По хемостойкости оно более стойко, чем хлорин, щелоче – кислотостойки. Температуростойкость низкая. Температура воспламенения выше 900ºС, используется в качестве отделочных материалов. Относительно устойчив к истиранию, к органическим растворителям. Марки Ровиль, Тевирон.

2. Из всех синтетических волокнообразующих полимеров (за иск­лючением полиолефинов) поливинилхлорид является наиболее до­ступным и дешевым. Поэтому использование полившшлхлорида для производства химических волокон представляет значительный интерес. Исходным сырьем для синтеза винилхлорида являются этилен и хлор или ацетилен и хлористый водород. Все эти продук­ты вырабатываются химической промышленностью в больших ко­личествах.
Ниже приведены две схемы промышленного способа получения винилхлорида.
Из ацетилена винилхлорид получается в результате прямого присоединения хлористого водорода:
С2Н2 + НС1 —СН2=СНС1
Из этилена винилхлорид синтезируется в две стадии по схеме
СН2=СН2 + С12 --> СН2С1—CH2Cl
Получающийся на первой стадии процесса дихлорэтан подвер­гают дегидрохлорированию:
СН2С1-СН2С1 --> СН2=СНС1
Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида. По­лимер почти не растворяется в доступных органических раствори­телях и не плавится, а только размягчается и при дальнейшем на­гревании разлагается.
Для получения прядильных растворов в качестве растворителя применяют смесь ацетона и сероуглерода (при формовании комп­лексных нитей сухим способом на прядильных машинах для аце­татных комплексных нитей); циклогексанон, диметилформамид и тетрагидрофуран (при формовании мокрым способом).
Для повышения растворимости поливинилхлорида в органиче­ских растворителях и облегчения его переработки применяют сле­дующие методы:
1)      дополнительное хлорирование поливинилхлорида,
2)     совместную полимеризацию винилхлорида с винилиденхло-ридом в различных соотношениях (например, 15: 85, 20:80 или 60:40);
3)     совместную полимеризацию винилхлорида с винилацетатом в соотношении 6 : 1 или с акрилонитрилом в соотношении 2:3.
Сформованную нить вытягивают при повышенной температуре на 200—800% и подвергают термообработке.
Поливинилхлоридные волокна выпускаются в виде нитей и во­локна. Они используются для производства различных изделий тех­нического назначения и товаров народного потребления (пуловеры, купальные костюмы и т. п.). При добавлении к шерсти 30—50% поливинилхлоридного волокна заметно повышается устойчивость изделий к истиранию и улучшаются их теплоизоляционные свой­ства.
В последнее время получают поливинилхлоридные волокна с повышенной стереорегулярностью. В СССР они получили назва­ние ТПВХ (теплостойкие поливинилхлоридные волокна).
Поливинилхлорид для производства ТПВХ получают полиме­ризацией винилхлорида при температуре —20—40 °С. Полимер, полученный при этих условиях, имеет температуру стеклования 95—105°С. Прядильный раствор готовится растворением получен­ного полимера как и обычного ПВХ, в циклогексаноне или в ди-метилформамиде. В качестве осадительной ванны в первом случае применяется водная смесь циклогексанона и спирта. Прочность нитей ТПВХ в 1,5—2 раза выше прочности нитей из обычного ПВХ; кроме того, они не дают усадки при температурах ПО— 130 °С.
19.1.1. Хлориновые волокна
Сырьем для производства хлорииовых волокон служит допол­нительно хлорированный поливинилхлорид — перхлорвинил.
Полагают, что при хлорировании поливинилхлорида образует­ся высокомолекулярное соединение:
--СН2-СНС1-CHCI-CHCI-СНС1-СНС1-СНС1—
При дополнительном хлорировании поливинилхлорида содер­жание хлора в полимере повышается с 56,5 до 63—65%. Хлориро­вание поливинилхлорида можно рассматривать как реакцию за­мещения атома водорода на атом хлора. При содержании в пер­хлорвиниле 64—65% хлора полимер полностью растворяется в ацетоне. При дальнейшем введении хлора растворимость продукта уменьшается, а при содержании хлора 72—75% полимер в ацето­не уже не растворяется.
Известны два промышленных способа получения перхлорви­нила:
1)     хлорирование растворов поливинилхлорида в тетрахлорэта-
не при 80—120 °С с последующим охлаждением до температуры
—10     20 °С и высаживанием полученного продукта в мета-
ноле;
2)     хлорирование хлорбензольных растворов полимера с после­дующим высаживанием продукта в горячей воде и отгонкой хлор­бензола с парами воды при 92 °С.
Первый способ осуществлен в ГДР, второй — в СССР. Каждый из этих способов имеет преимущества и недостатки. Тетрахлор-этановым способом удается получить продукт высокой чистоты, так как в процессе осаждения полимера частично вымываются низкомолекулярные фракции. К недостаткам этого способа отно­сится длительность хлорирования (до 48 ч) и применение токсич­ного метанола. Полученный полимер используется для получения хлориновых волокон. При втором способе продолжительность хло­рирования сокращается до 5—8 ч, упрощается и удешевляется технологический процесс (спирт заменен водой и отпадает необхо­димость в охлаждении), но получается менее чистый продукт, ис­пользуемый для производства лаков.
Приготовление прядильного раствора. После смешения различ­ных партий поступившего в производство полимера его загружа­ют в растворитель, куда предварительно залит безводный ацетон. При содержании в ацетоне более 0,3% воды полимер перестает в нем растворяться. Поэтому полное обезвоживание ацетона и тща­тельное высушивание полимера перед растворением является не­пременным условием получения концентрированных растворов пер­хлорвинила.
Для формования нитей применяется раствор, содержащий 27,5—28,5% полимера. Свойства раствора в значительной степени зависят от содержания в нем железа. Даже при небольшом содер­жании железа или его солей может произойти коагуляция или раз­ложение полимера. Поэтому всю аппаратуру и детали машин, ко­торые соприкасаются с прядильным раствором, покрывают баке­литовым лаком, сосуды освинцовывают или лудят, отдельные аппараты (например, фильтр-прессы) изготовляют из бронзы.
Растворитель для приготовления прядильного раствора снаб­жен мешалкой (частота вращения 35 об/мин). При применении полимера, полученного хлорбензольным способом, растворение продолжается 12—16 ч при 35 °С, а при использовании продукта, синтезированного тетрахлорэтановым методом, раствор подогре­вают до 40—50 °С. При повышении температуры снижается вяз­кость раствора и ускоряется процесс растворения.
Прядильный раствор фильтруют последовательно два раза на фильтр-прессах рамного типа, изготовленных из бронзы или чугу­на, покрытого бакелитовым лаком. Применяется трехслойный фильтрующий материал из бязи, ваты и батиста. Скорость про­хождения раствора при первой и второй фильтрациях составляет соответственно 15 и 30 л/(м2-ч).
Смена фильтровальных материалов производится, если давле­ние при фильтрации поднимается выше 0,5 МПа. Снятые фильтро­вальные материалы промывают в ацетоне.
После второй фильтрации прядильный раствор поступает в рабочие баки, где темперируется до 20 °С при перемешивании в течение 40—48 ч. Затем раствор отстаивается в течение 24—36 ч для удаления пузырьков воздуха, после чего. его направляют на формование нитей.
Общая продолжительность приготовления раствора для фор­мования нитей составляет 80—90 ч.
Формование текстильной нити. Хлорйнобую ТекстйльйуЮ нйИ> формуют мокрым способом. Осадительной ванной служит разбав­ленный раствор ацетона в воде.
Прядильный раствор с температурой 20 °С по трубопроводу 1 (рис. 19.1) поступает через дозирующий насос 2 и свечевой фильтр 4 в фильеру 6, где продавливается через ее отверстия в стеклянную трубку 8. Как только раствор пройдет через отверстия фильеры включается автомат 7 для подачи воды и трубка 8 заполняется водой, которая увлекает с собой образующуюся нить. Количество подаваемой воды зависит от толщины формуемой нити. Например, для нити толщиной 6,5 и 17 текс скорость циркуляции воды состав­ляет соответственно 40—60 и 60—80 см3/мин. При определении количества подаваемой воды руководствуются тем, что содержа­ние ацетона в отработанной воде должно быть в пределах 3,5— 4,5%. Путь нити в ванне достигает 2 м.
Скорость формования нити в водной среде (в трубке 8) состав­ляет 25—27 м/мин и определяется линейной скоростью диска //. Между дисками 9 и 11 нить вытягивается на 100—150% и замас­ливается с помощью приспособления 10. Обычно скорость приема хлориновой нити на бобину 55—57 м/мин (на 5—10% ниже ок­ружной скорости верхнего диска). На бобину наматывают сухую нить (450—480 г).
Свежесформованная нить содержит 39% воды и 6,7% ацетона. Ацетон придает нити способность вытягиваться, что позволяет по­вышать прочность нити и снижать ее удлинение.
Полученная вытянутая нить сушится в натянутом состоянии, (на бобинах) в туннельных сушилках при 45—60 °С в течение 34— 86 ч. Усадка нити при этом достигает 7—7,5%.
Хлорированную нить подвергают крутке на кольцекрутильной машине. Скорость питания не должна превышать 50 м/мин. При .крутке нить подвергается повторному замасливанию для уменьше­ния трения между нитью и бегунками.
После крутки нить перематывают на конические бобины крес­товой намоткой. При перемотке хлориновая нить замасливается третий раз, что облегчает перемотку и последующую ее перера­ботку на текстильных фабриках.
Насыщенная ацетоном вода после формования поступает на рекуперационную установку, где ацетон отделяется от воды и обез­воживается. Чистые ацетон и воду снова возвращают в произ­водство.
Хлориновую нить можно формовать и сухим способом. В этом случае аппаратурное оформление процесса формования мало от­личается от производства ацетатной нити.
Прочность обычной нити хлорин в сухом и мокром состоянии достигает 130—150 мН/текс, удлинение 15—25%. При десятикрат­ной вытяжке хлориновой нити в термопластичном состоянии (в нагретом до 110°С глицерине или растворе хлорида кальция) проч­ность может быть повышена до 270 мН/текс при удлинении 12—14%.
Получение хлоринового волокна. Хлориновое волокно получают методом мокрого формования на агрегате, состоящем из машин горизонтального типа (рис. 19.2). Прядильные столы (секторы аг­регата) расположены веером. Каждый прядильный стол имеет 12 фильер с 2500 отверстиями диаметром 0,07—0,08 мм. Струйки раст­вора полимера, попадая в осадительную ванну (вода, содержащая ацетон), коагулируют и превращаются в пучок нитей, которые об­разуют жгут. Толщина отдельной нити 0,417 текс, толщина жгута с каждого прядильного стола составляет 14 000—15 000 текс. Про­изводительность каждого прядильного стола — около 1 т/сут.
В конце прядильного стола^(на выходе) установлена система из восьми металлических полированных стержней, через которую проходит жгут. Между стержнями и первыми триовальцами про­исходит первая стадия вытяжки жгута; остальные три стадии — между триовальцами соответствующих промывных ванн.
После прядильных столов отдельные жгуты собираются в об­щий жгут, который поступает в последовательно установленные ванны.
В первых трех ваннах жгут отмывается от ацетона. Отмывка происходит по принципу противотока — свежая вода с температу­рой не выше 20—22 °С поступает в третью ванну, где она омывает жгут, содержащий меньшее количество ацетона, направляется во вторую ванну, затем в первую и переливается[1] в корыто прядиль­ного стола. Концентрация ацетона в воде постепенно возрастает до 10%. После прядильного стола вода перекачивается на уста­новку для регенерации ацетона. Температура воды на прядильных столах должна быть минимальной, так как при этом возрастает прочность формуемой нити.
Установлено, что температура 14—16 °С осадительной ванны (воды), поступающей на прядильные столы, является опти­мальной.
В четвертой ванне для удаления остатков ацетона жгут про­мывают водой, подогретой до 50—5ч2°С. В пятой ванне жгут замас­ливается при температуре 45—50 °С 5%-ным водным раствором препарата «Новость», содержащим небольшие добавки поташа и некаля.
Жгут из последней ванны триовальцами подается на гофриро-вочную машину, где ему механическим способом придается изви­тость, а затем на резательную машину. Нарезанное волокно по­дается транспортером в сушилку. Высушенное волокно пневмати­ческим транспортом передается на разрыхлитель и дальше в пресс, где пакуется в кипы массой 150—200 кг.
Свойства хлориновых волокон и их применение. Перхлорвини-ловые волокна гидрофобны, не набухают в воде и при нормаль­ных условиях (относительная влажность 65%) поглощают не бо­лее 0,15—0,3% влаги. Они обладают чрезвычайно высокой стойко­стью к химическим реагентам — щелочам, кислотам и солям, а также к большинству органических растворителей, за исключени­ем альдегидов, ацетона и других кетонов. Даже царская водка и плавиковая кислота не оказывают на них разрушающего действия. Хлориновые волокна, так же как и все синтетические волокна, не подвержены действию моли и микроорганизмов.
Основными недостатками хлориновых волокон являются их низкая термостойкость и малая светостойкость. Уже при 65— 70°С хлориновые волокна размягчаются и деформируются (насту­пает резкая усадка). При температуре —20°С они становятся хрупкими. Под влиянием солнечных лучей и атмосферного воздей­ствия прочность и удлинение хлориновых волокон понижаются.
Ткани из хлориновых нитей и пряжи находят применение во многих отраслях химической промышленности в качестве фильтро­вальных материалов для любой агрессивной жидкости и для из­готовления спецодежды. Из хлоринового волокна в смеси с графи­том можно изготовлять сальниковую набивку для насосов, перека­чивающих кислоты и щелочи. Вследствие высокой устойчивости хлоринового волокна к истиранию его применяют так же как во­локно термовиль для изготовления ковровых изделий и верхней одежды (в чистом виде или в смеси с шерстью).
Благодаря тому что при носке белья, изготовленного из хлори­новых волокон (так же как из любых других поливинилхлоридных волокон), возникает трибоэлектричество[2], это белье применяется для лечебных целей (от ревматизма).
Однако из-за недостаточной термо- и светостойкости производ­ство хлориновых волокон не является перспективным.