Альтернативные гидратцеллюлозные волокна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2
1 СИНТЕЗ ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН 4
1.1 Получение сырья и его первичная обработка 4
1.2 Приготовление прядильного раствора или расплава 4
1.3 Формование нитей и волокон 5
1.4 Термофиксация и вытягивание нитей. 6
1.5 Отделка волокон и нитей. 7
2 СИНТЕЗ КАРБАМАТНЫХ ВОЛОКОН 8
2.2 Активация целлюлозы жидким аммиаком 9
2.3 Получение карбамата целлюлозы после предварительной обработки
жидким аммиаком 10
2.4 Регулирование степени полимеризации целлюлозы и свойства
карбаматов 12
2.5 Получение прядильных растворов карбамата целлюлозы 14
3 ФОРМОВАНИЕ НИТЕЙ 16
3.1 Кислотные - ванны 16
3.2 Спиртовые ванны 20
3.3 Солевые ванны 21
4 ОБРАБОТКА НИТЕЙ ПОСЛЕ ФОРМОВАНИЯ 22
5 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 26

ВВЕДЕНИЕ

Химическими называют волокна, полученные путём переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений - полимеров.
В зависимости от происхождения волокнообразующего полимера химические волокна разделяют на две основные группы: искусственные волокна - если полимер имеет природное происхождение и синтетические - если полимер получают в результате химического синтеза из низкомолекулярных соединений-мономеров [1].
Искусственными называются волокна, получаемые из искусственных полимеров, т.е. из высокомолекулярных соединений, производимых путем химической переработки природного сырья - древесной или хлопковой целлюлозы. Искусственные волокна подразделяется на гидратцеллюлозные, эфироцеллюлозные и белковые.
Гидратцеллюлозные волокна состоят из гидратцеллюлозы, т.е. переосажденной целлюлозы [2].
Гидратцеллюлоза отличается от природной целлюлозы менее упорядоченным строением, меньшим коэффициентом полимеризации, большей гигроскопичностью и химической активностью.
К гидратцеллюлозным относятся: вискозное, полинозное, медно-аммиачное волокна. Сырьем для их получения служит природная целлюлоза, входящая в состав древесины, соломы, хлопкового пуха и прочего [3, 4].
В последние годы интересы исследователей и технологов, работающих в области поучения гидратцеллюлозных материалов, сосредоточены на поисках путей создании бессероуглеродного процесса переработки целлюлозы при производстве нитей, волокон и пленок.
Значительно в меньшей степени уделяется вниманию поиску новых эфиров целлюлозы, способных растворяться в не органических растворителях, образовывать прядильные растворы, но лишенных такого недостатка, как токсичность этерифицирующего агента.
Карбаматные волокна – это искусственное целлюлозное волокно, регенерируемое из раствора карбамата целлюлозы, который получается в результате взаимодействия целлюлозы и мочевины [5].
Искусственные волокна на основе целлюлозы, обычно используемые при производстве нетканых волокнистых продуктов, такие как вискозные волокна, могут быть полностью или частично заменены целлюлозными карбаматными волокнами. Путем замены вискозных волокон, полностью или частично, получаются достаточно прочные продукты полностью без использования отдельных соединительных агентов [6].
Карбаматные волокна помимо экологических преимуществ, обладают доступностью и низкой стоимостью применяемых химикатов.
В данной работе рассмотрены гидратцеллюлозные волокна и их производные из карбамата целлюлозы.
1 СИНТЕЗ ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

Выделяют основные этапы в производстве любого химического волокна:
1.1 Получение сырья и его первичная обработка
Для получения исходных волокон необходимо выделить полимер из природных продуктов или из древесины целлюлозу или из белков растительного и животного происхождения. Для получения синтетических волокон необходимо получить полимер путём реакции синтеза, полимеризации или поликонденсации, из продуктов переработки природного газа, нефти, каменного угля. Полимеры, полученные из природных веществ, иногда требуют ещё дополнительной обработки другими соединениями.
1.2 Приготовление прядильного раствора или расплаваМакромолекулы полимера в волокнах и нитях должны располагаться вдоль оси нити или волокна. Поэтому необходимо создать возможность перемещения для макромолекул. Для этого приготавливают раствор полимера или расплав. Раствор приготавливают в том случае, если имеется дешёвый и доступный растворитель [1].
Расплав можно приготавливать только в том случае, если температура плавления ниже температуры разложения. Чаще всего при нагревании до плавления полимер начинает разрушаться. Одновременно с приготовлением прядильного раствора и расплавы выполняются следующие операции:
а) смешивание нескольких партий раствора для получения большей партии по объёму, чтобы получалось больше однородного по свойствам волокон или нитей;
б) многократная фильтрация для удаления мелкого сора и не растворившихся кусочков полимера;
в) обезвоздушивание - для этого раствор в течении длительного времени выдерживают при обычных условиях, или некоторое время под вакуумом, когда пузырьки воздуха очень быстро поднимаются на поверхность и лопаются.
1.3 Формование нитей и волоконПри этом прядильный раствор или расплав продавливается через фильеры (мельчайшие отверстия специальных колпачков). Струйки затвердевают, превращаясь в нити [1].
1) Формование нитей и волокон из раствора по мокрому способу. В этом случае (рис. 1) струйки раствора попадают в раствор осадительной ванны, где между струйками и раствором происходят физико-химические и химические процессы, в результате которых струйки затвердевают.
Рисунок 1 – Формирование волокон из раствора по мокрому способу
2) Формование нитей и волокон из раствора по сухому способу. В этом случае струйки раствора поступают в шахту (рис. 2), где обдуваются горячим воздухом или инертным газом и застывают в результате испарения их них растворителя. При формовании волокон и нитей по сухому способу скорость высыхания нитей в 1,5 - 2 раза выше, формование производится из более концентрированных растворов, нити не требуют последующей промывки (нет сточных вод). Но волокно более выгодно выпускать по мокрому способу, т.к. число отверстий в фильере может быть гораздо больше, чем при сухом способе формования. С одного рабочего места можно получить до 15 тысяч элементарных нитей.
Рисунок 2 – Формование волокон из раствора по сухому способу
1.4 Термофиксация и вытягивание нитей.
Сформованные нити имеют очень большое удлинение и непригодны для переработки, поэтому нити вытягивают. При этом макромолекулы распрямляются и ориентируются вдоль оси нити – межмолекулярные нити при этом возрастают и нить делается прочнее, а её удлинение при этом резко снижается. Для того чтобы несколько увеличить удлинение нити подвергают термообработке, при этом макромолекулы несколько изгибаются при сохранении ориентированного положения вдоль оси [1].
1.5 Отделка волокон и нитей.
Отделка включает промывку нитей, нанесение на поверхность реагентов для придания мягкости, эластичности, снижения электризуемости, блеска, придания белизны, окрашиваемости.
Текстильная переработка волокон и нитей. Включает себя окончательное кручение, термофиксацию, перемотку, текстурирование, гофрирование, резку жгута, маркировку, упаковку.
В последнее время получают распространение такие способы формования как прямое формование из расплава в аэродинамическом или центробежном поле, формование плёночных и фибриллированных нитей [1].
2 СИНТЕЗ КАРБАМАТНЫХ ВОЛОКОН

Среди различных эфиров целлюлозы научный и практический интерес представляют ее карбаминовые эфиры – сложные эфиры целлюлозы и карбаминовой кислоты (карбаматы) [7].
Способом получения карбамата целлюлозы является пропитывание листовой целлюлозной массы щелочным раствором, называемая мерсеризация, в основном с помощью добавления аммиака. После мерсеризации целлюлозную массу, частично высушенную с помощью прессования, подвергают обработке в растворе мочевины, что может включать добавление подщелачивающего вещества, а также обычно аммиака и возможных растворителей либо солей. Для данных способов требуется наилучшая вискозная целлюлоза, у которой уровень степени полимеризации понижен, например, в результате длительной выдержки в мерсеризационном растворе либо в результате предварительного облучения [8].
Наиболее подробно синтез карбаматных волокон описан ниже.
2.1 Термическое разложение карбамида
Карбаминовая кислота не существует в свободном виде, она распадается на аммиак и углекислый газ, поэтому ее взаимодействие с целлюлозой возможно с помощью изоциановой кислоты. Эта кислота образуется при термическом распаде карбамида при температуре выше 405 К – реакция дезаминирования:
H2N-CO-NH2 ↔NH3 + NCOH (1)
Термический распад карбамида протекает по нескольким возможным направлениям, кроме реакции дезаминирования также возможна дегидратация:
H2N-CO-NH2 ↔ H2O + H2N-C≡N (2)
Протекание процесса разложения карбамида зависит не только от температуры, но и от среды протекания реакции. Карбамид может быть интеркалирован в различные слоистые кристаллические соединения, в том числе и целлюлозу.
Термодеструкция карбамида может протекать разными путями: при 130-320 ºС разлагается на СО2 и NH3. При 240-280 ºС часть молекул карбамида протонируется и димеризуется. Если же карбамид интеркалирован, то основным продуктом будет являться еще и изоциановая кислота [7].
Взаимодействие изоциановой кислоты с целлюлозой протекает по следующей схеме:
Целл-OH + NCOH Целл-О-CONH2 (3)
2.2 Активация целлюлозы жидким аммиакомЯвляется основным технологическим приемом получения карбаматов целлюлозы. Жидкий аммиак способен проникать в целлюлозу и разрушать ее кристаллическую структуру. Набухание целлюлозы сопровождается увеличением объема ее кристаллической решетки.
Недостатком данного способа является большой расход аммиака и трудность его регенерации. В целлюлозе, обработанной жидким аммиаком, снижается содержание α-целлюлозы на 1-3%, а также происходит усадка целлюлозы на 4,5-6,0% за счет контракции клеточных стенок, что в дальнейшем затрудняет доступ этерифицирующего агента.
Для устранения этих недостатков проводят обработку газообразным аммиаком под давление 0,5-0,7 Мпа в течение 1-2 часов при комнатной температуре. При этом происходит ослабление водородных связей и снижение плотности упаковки макромолекул целлюлозы, что способствует повышению реакционной активности целлюлозы. Реакционная активность возрастает за счет разрушения первичных клеточных стенок, вызываемого резким снятием давления по окончании обработки.
Способность жидкого аммиака разрушать кристаллическую структуру целлюлозы используется для получения производных – карбаматов [7].
Продукты реакции целлюлозы с карбамидом имеют недостаточно высокую растворимость, связанную с тем, что карбамид проникает в основном в аморфную часть целлюлозы. Жидкий аммиак, как отмечалось, способен разрыхлять кристаллическую структуру целлюлозы и изменять ее. Кроме того, при температуре около точки его кипения он достаточно хорошо растворяет карбамид, что дает возможность при пропитке ввести необходимое его количество в целлюлозу. В аммиачном растворе, содержащем около 10% карбамида, карбамид проникает в целлюлозу и после испарения аммиака равномерно распределяется вдоль молекулярных цепей целлюлозы. Так, например, обработка жидким аммиаком использовалась при получении азотсодержащих эфиров целлюлозы.
2.3 Получение карбамата целлюлозы после предварительной обработки жидким аммиаком
В данном способе обрабатывают целлюлозу жидким аммиаком, содержащим карбамид. Аммиак проникает в целлюлозу вдоль элементов кристаллической структуры, неся с собой растворенный карбамид. После этого аммиак удаляют, а целлюлозу, содержащую карбамид, нагревают до температуры, обеспечивающей реакцию целлюлозы с карбамидом, в результате которой образуется растворимый в щелочи карбамат целлюлозы. Этот метод обладает определенными преимуществами [7].
Хорошая растворимость карбаматов определяется равномерной степенью замещения, для достижения которой необходимо добиться равномерного распределения карбамида в целлюлозе.
Использование раствора карбамида в жидком аммиаке в данном случае дает хорошие результаты.
Другим преимуществом применения жидкого аммиака является легкость его удаления из целлюлозы путем испарения. Кроме этого, упрощается регенерация жидкого аммиака и возможно повторное его использование.
Другим преимуществом применения жидкого аммиака является легкость его удаления из целлюлозы путем испарения. Кроме этого, упрощается регенерация жидкого аммиака и возможно повторное его использование.
Выбор температуры обработки целлюлозных материалов в данном случае не принципиален. Поскольку растворимость карбамида в аммиаке увеличивается с повышением температуры, считается предпочтительным подвергать целлюлозу обработке жидким аммиаком, содержащим карбамид, при температуре от -40 до +10 ºС.
Массовая доля карбамида в аммиаке считается достаточной в пределах 30-120 % по отношению к массе целлюлозы, что соответствует молярному соотношению карбамид / целлюлоза = 0,5 - 3. При увеличении этого соотношения карбамид будет расходоваться на протекание побочных реакций. Время обработки целлюлозы раствором карбамида в аммиаке может составлять от нескольких минут до 10 ч.
Реакция карбамида с целлюлозой, проводимая после испарения жидкого аммиака, происходит при повышенной температуре. Ее выбор зависит от количества карбамида и условий предварительной активации. Отмечается, что поддерживаемая температура должна бить не ниже 110 ºС, но и не должна превышать 150 ºС.
Нагрев и реакция целлюлозы с карбамидом происходят при давлении ниже атмосферного, в результате чего выделяющийся аммиак быстро удаляется из реакционного объема.
При завершении реакции целлюлозы с карбамидом конечный продукт промывается метанолом и высушивается на воздухе. Рекомендуется использовать для промывки конечного продукта жидкий аммиак, так как в результате образующийся в качестве побочного продукта биурет одновременно можно перевести в карбамид и использовать повторно [7].
Одним из вариантов аммиачного способа является получение карбамата целлюлозы с использованием биурета или смеси биурета и карбамида. Биурет или его смесь с карбамидом добавляют в целлюлозу в виде аммиачного раствора, после чего аммиак удаляют. Количество биурета и карбамида составляет соответственно 3-50% и 0-90% от массы целлюлозы.
Для получения карбамата смесь нагревают до 170-250 ºС. Такая высокая температура обработки определяется высокими температурами плавления и начала разложения биурета. При разложении биурета выделяются изоциановая кислота и карбамид [7].
2.4 Регулирование степени полимеризации целлюлозы и свойства карбаматовИсходным целлюлозным сырьем для получения карбамата могут служить древесная целлюлоза, хлопок и другие природные или искусственные волокна.
Степень полимеризации исходной целлюлозы имеет большое значение для вязкости перерабатываемых растворов карбамата. Чтобы обеспечить нормальные условия переработки раствора (в основном снизить его вязкость), необходимо снизить степень полимеризации целлюлозы. Существуют различные способы понижения степени полимеризации. Например, используют щелочную обработку. Однако такая обработка является многостадийным и дорогостоящим процессом: целлюлозу вначале обрабатывают щелочью, затем промывают и сушат, что обусловливает дополнительные энергетические затраты.
Наряду с химическими способами активации целлюлозы и снижения ее степени полимеризации существуют другие приемы, использующие физические факторы воздействия. Иногда для снижения степени полимеризации исходной целлюлозы используют облучение электронами высокой энергии.
Применение ускоренных электронов, обладающих соответствующей энергией, считается весьма перспективным. Интересно отметить, что для обычной отбеленной сульфитной целлюлозы, которую используют в вискозном производстве, степень полимеризации составляет около 800. Требуется разорвать лишь одну глюкозидную связь на молекулу целлюлозы, чтобы получить необходимый уровень степень полимеризации - 400. Подобный способ представляется весьма экономичным.
При использовании мощного источника излучения деполимеризация происходит довольно быстро, а степень полимеризации регулируется изменением мощности или времени облучения. Преимуществами метода является то, что облучение можно проводить на стадии сушки. Поскольку облучение целлюлозы осуществляют главным образом в листах, то на первой стадии карбаматного процесса целлюлозу можно обрабатывать непрерывно, что значительно упрощает процесс по сравнению со щелочной обработкой.
Облученную целлюлозу обрабатывают раствором карбамида в жидком аммиаке, после испарения, которого подвергают высокотемпературной обработке как описано выше.
Метод получения карбаматов целлюлозы с использованием обработки ее жидким аммиаком, несомненно, имеет преимущества перед традиционным вискозным процессом: он исключает использование сероуглерода, дает возможность с небольшими изменениями использовать аппаратурные решения вискозного процесса, может быть снижена стоимость воллокна, можно получать волокно с новыми свойствами и т.д.
Однако метод не лишен и определенных недостатков. В частности, нетоксичным его считать нельзя, поскольку в нем участвует в больих количествах аммиак, а продуктом термодеструкции карбамида является изоциановая кислота. При промышленном оформлении процесса могут возникнуть технические трудности, связанные с использованием больших количеств жидкого аммиака [7].
2.5 Получение прядильных растворов карбамата целлюлозыКарбамат целлюлозы растворяют в 8%-ном водном растворе гидроксида натрия и получают прядильные растворы с массовой долей карбамата 5-10%.
Растворение с последующими обезвоздушиванием и фильтрацией осуществляют при 0 ºС, поскольку карбамат целлюлозы способен гидролизоваться в щелочной среде. При такой температуре гидролиз идет медленно, поэтому раствор сохраняет стабильность в течение нескольких суток.
Коагуляционная устойчивость раствора карбамата целлюлозы при различных температурах зависит от изменения коэффициента замедления фильтрации от времени.
При низких степенях полимеризации карбамат целлюлозы можно растворять в растворах щелочи более низких концентраций. При этом образуются растворы вполне удовлетворительного качества.
Нужно отметить, что растворимость карбаматов в определенной степени зависит от вида целлюлозы, но для получения карбаматов пригодны целлюлозы как мягких, так и твердых пород [7].
3 ФОРМОВАНИЕ НИТЕЙ

Формование нитей из растворов карбамата целлюлозы можно осуществить в различные осадительные ванны. Сразу после обезвоздушивания раствор может быть направлен на формование - в процессе созревания нет необходимости. Нити формуют на лабораторной установке, при этом фильтры имеют 59-2000 отверстий диаметром 40-90 мкм.
Физико-механические характеристики нити зависят как от состава ванны, так и от режима формования (температуры и скорости процесса), а также от кратности вытягивания, реализуемой в процессе формования.
Осадительные ванны могут быть разделены на три группы: кислотные, спиртовые и солевые.
Рассмотрим особенности формования нитей в этих ваннах [7].
3.1 Кислотные - ванныСерная кислота при контакте со щелочным раствором инициирует осаждение карбамата целлюлозы, при этом массовая доля сухого вещества в осажденной из карбамата нити значительно ниже, чем при получении вискозной нити. Кроме того, начальная удельная разрывная нагрузка нити недостаточна, чтобы выдержать механические напряжения при его обработке.
Процессом осаждения карбамата целлюлозы можно управлять, изменяя его условия, например состав осадительной ванны, температуру, продолжительность, массовую долю карбамата в растворе, его вязкость и т.д. Для обеспечения высокой массовой доли сухого вещества в водный раствор серной кислоты для осаждения можно добавлять один или несколько катионов из следующего ряда: Na+, Al3+, Mg2+, Zn+, Са2+. Источником катионов являются соответствующие сульфаты, хотя можно использовать и хлориды.
Массовая доля серной кислоты варьируется от 2 до 20%, а массовая доля солей алюминия, магния, кальция, цинка - от 0,1 до 25%. Катионы отличаются друг от друга по интенсивности воздействия на процесс осаждения: трехвалентные катионы более активны, чем двухвалентные и одновалентные, "рабочий" интервал массовой доли карбамата целлюлозы в растворе составляет 4-15%.
При увеличении массовой доли сернокислого натрия от 7 до 30% массовая доля сухого вещества в нити до сушки практически не меняется. При этом массовая доля сухого вещества нити после сушки колеблется от 9,9 до 10,3% при изменении массовой доли серной кислоты от 10 до 20%. Минимальная массовая доля сухого вещества составляет 8,8 и 4,6% в нити после сушки и до сушки соответственно для осадительной ванны с массовой долей серной кислоты 20% и сульфата натрия 30%. Следует отметить, что максимальна массовая доля сухого вещества в нити как до сушки, так и после нее получена при формовании в ванне с массовой долей серной кислоты 10% и сульфата алюминия 15%. В результате применения трехкомпонентной ванны (массовая доля серной кислоты 10%, сульфата алюминия 10% и сульфата натрия 15%) незначительно снижается массовая доля сухого вещества в нити. Изменение продолжительности осаждения по сравнению с изменением состава ванны практически не влияет на массовую долю сухого вещества [7].
В табл. 1 приведены показатели нити, полученной с применением жидкого аммиака. Применение сульфатов магния, цинка, натрия в составе двух- или трехкомпонентных ванн мене эффективно, чем применение сульфата алюминия. Максимальная массовая доля сухого вещества в присутствии сульфата магния в осадительной ванне — 13,2, что гораздо ниже, чем массовая доля сухого вещества в присутствии сульфата алюминия, которая составляет 20%.
Значительный интерес представляет сравнение показателей содержания сухого вещества в "карбаматной" нити, полученной с использованием жидкого аммиака и без него. Массовая доля сухого вещества после сушки в нити, сформованной в ваннах одного и того же состава, при использовании жидкого аммиака составляет 20% и без него - 19,7%, что практически представляет собой одну и ту же величину.
Таблица 1 – Зависимость изменения массовой доли сухого вещества в нити от состава осадительной ванны
Состав осадительной ванны, % Продолжительность осаждения, сМассовая доля сухого вещества, %
до сушки после сушки
H2SO4 и MgSO4
10/5 16 - 13.2
10/10 16 - 10.8
H2SO4 и ZnSO4
10/5 16 6.5 10.4
H2SO4, ZnSO4 и NaSO4
10/5/15 11 6.7 9.9
10/5/25 11 6.4 10.7
9/9/18 11 6.3 9.2
Одним из недостатков карбаматной нити является недостаточная удельная разрывная нагрузка в мокром состоянии. Для ее увеличения и уменьшения содержания азота рекомендуется обрабатывать нити органическим основанием. При необходимости получения нитей для нетканых материалов, которые обладают хорошей способностью поглощать воду и способностью к набуханию, щелочную обработку нужно проводить в более мягких условиях. Таким образом, получают нить, растворимость которой в щелочи достигает менее 10% [7].
Для регулирования свойств карбаматных нитей можно применять любую щелочь или органическое основание, например едкий натр, едкий калий или гидроокиси тетраметиламмония и этилендиамина. Данные о влиянии щелочной обработки на снижение содержания азота и увеличение удельной разрывной нагрузки нити в мокром состоянии приведены в табл. 2. Кроме того, рассмотрено влияние концентрации раствора щелочи и температуры при проведении щелочной обработки на массовую долю азота в нити и изменение ее удельной разрывной нагрузки [7].
Таблица 2 – Влияние щелочной обработки на характеристики карбаматной нити
Характеристика нити До щелочной обработки После щелочной обработки
Содержание азота, % 1,1 0,3
удельная разравная нагрузка в мокром состоянии, сН/дтекс0,9 1,4
Удлинение в мокром состоянии, % 10,0 10,0
Модуль упругости, сН/дтекс13 9,0
3.2 Спиртовые ванныВ качестве коагуляционных ванн при формовании карбаматных нитей могут использоваться водно-спиртовые ванны или чистые спирты.
Способность к вытягиванию практически такая же, как и для нитей, полученных в сернокислотную ванну; максимально достижимая удельная разрывная нагрузка составляет 2,4 сН/дтекс, однако удлинение при этом резко снижается и нить становится очень жесткой. Характеристики карбаматных нитей в зависимости от содержания метанола в коагуляционной ванне представлены в табл. 3 [7].
Таблица 3 – Свойства карбаматных нитей, сформированных в водно-спиртовой ванне
Массовая доля метанола в ванне, % Линейная плотность, дтексУдельная разрывная нагрузка, сН/дтексМодуль во влажном состоянии, сН/дтекс100 3,0 1,9 10
70 2,6 2,2 14
50 2,5 2,3 17
3.3 Солевые ванныКоагуляционные ванны могут представлять собой водные растворы электролитов.
Применение коагуляционных водно-солевых ванн позволяет довольно гибко изменять свойства нитей. Как следует из данных табл. 4, ванна, содержащая сульфат алюминия, может представлять определенный интерес, так как в результате ее применения получают нити с достаточно высокой степенью удлинения [7].
Таблица 4 – Характеристики карбаматных нитей сформованных в водно-солевые ванны.
Соль Линейная плотность, дтексУдельная разрывная нагрузка, сН/дтексУдлинение, % Модуль в мокром состоянии, сН/дтексNaHSO3 2,8 2,1 4 14
Al2(SO4)3 2,7 2,0 14 4
NaCl2,7 1,5 7 8
Na2CO3 2,1 2,1 7 10
4 ОБРАБОТКА НИТЕЙ ПОСЛЕ ФОРМОВАНИЯ

Для повышения удельной разрывной нагрузки в мокром состоянии карбаматных нитей, сформованных в кислотные ванны, используется, как указывалось выше, шелочная обработка. Последующие щелочные обработки этих нитей необходимы прежде всего для окончательного омыления карбаматных групп и уменьшения содержания связанного азота. После формования в скоагулировавшей нити сохраняется около половины негидролизованных карбаматных групп. Такая нить имеет очень высокую растворимость в щелочных растворах и для полного перевода в гидратцеллюлозу должна быть подвергнута гидролизу в слабощелочном растворе.
Основным показателем протекания гидролиза является резкое понижение растворимости в растворительной щелочи.
Обработка проводится при повышенных температурах. Обычно достаточно 20-З0-минутного выдерживания в горячем растворе гидроксида натрия до понижения растворимости до обычного уровня, характерного для гидратцеллюлозы (10%). При обработке при низких температурах требуется значительно больше времени для достижения такого же эффекта. Снижение растворимости идет синхронно со снижением содержания связанного азота в нити.
При разработке технологического процесса получения карбаматных нитей возникают проблемы, обусловленные низким удлинением нити. Для увеличения удлинения с 7-14 до 20% обрабатывают нить во второй ванне, содержащей щелочь, под действием которой разлагается остаточный карбамат целлюлозы. При этом не происходит заметного снижения прочностных характеристик волокна [7].
5 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Карбамат целлюлозы можно использовать точно так же, как и вискозную целлюлозу, например, при получении волокон и пленок и для армирования бумажной продукции в результате регенерирования из раствора волокон целлюлозы [8].
Искусственные волокна на основе целлюлозы, обычно используемые при производстве нетканых волокнистых продуктов, такие как вискозные волокна, могут быть полностью или частично заменены целлюлозными карбаматными волокнами. Путем замены вискозных волокон, полностью или частично, получаются достаточно прочные продукты полностью без использования отдельных соединительных агентов.
Еще одной возможностью является использование его в виде карбаматных волокон либо пленок, полученных в результате осаждения.
Нетканый волокнистый продукт, в котором волокнистый материал полностью или частично состоит из волокон, которые могут образовывать соединение с натуральными или искусственными волокнами того же или другого типа, отличается тем, что упомянутые волокна, которые могут образовывать соединение, представляют собой целлюлозные карбаматные волокна [6].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Известно несколько попыток по замене вискозного способа более экологически безопасным способом. Наиболее многообещающая из них заключалась в превращении целлюлозы в карбамат целлюлозы под действием мочевины.
На основании рассмотренного в обзоре материала можно заключить, что карбаматный способ может рассматриваться как один из возможных альтернативных вариантов получения гидратцеллюлозных нитей и пленок.
К его бесспорным преимуществам следует отнести более высокую экологичность и возможность реализации безотходного производства, например, практически все побочные и промежуточные продукты термического разложения карбамида могут быть использованы как минеральные удобрения.
Основные компоненты процесса доступны, среди них отсутствуют дорогостоящие вещества. Возможно использование части оборудования вискозного производства. Простота химического процесса и возможность контролировать его на всех промежуточных стадиях, устойчивость карбаматов целлюлозы во времени также следует отнести к преимуществам процесса.
К недостаткам карбаматного способа относятся его более высокая энергоемкость и необходимость дополнительной стадии, предусматривающей омыление карбамата после высаживания. Необходимо иметь в виду и неблагоприятные характеристики жидкого аммиака при реализации аммиачного способа - токсичность, взрывоопасность.
При промышленном оформлении процесса могут возникнуть и другие технические трудности, в частности необходимость тщательного перемешивания "сухой" целлюлозно-карбамидной массы после удаления из среды аммиака, сдувки аммиака и регулирование его давления в системе.
Рассматривая свойства готовой нити, можно сделать следующий вывод: при соответствующей доработке процесса она вполне может заменить вискозную. В настоящее время свойства "карбаматных" нитей занимают промежуточное положение между свойствами стандартного вискозного и вискозного высокомодульного волокон, Можно получать также нити с новыми ценными свойствами путем неполного омыления - частичного сохранения карбаматных групп, которые повышают глубину окрашиваемости нити.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Иваненков Д.А. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Материаловедение» для студентов специальности 1-500101 / сост. Д.А. Иваненков, А.А. Кузнецов.- Витебск, 2009.-29 с.
2. Циркина О.Г. Производство химических волокон. Методические указания для студентов всех специальностей / сост. О.Г. Циркина. – Иваново, 2010. – 65 с.
3. Краткий курс химической технологии волокнистых материалов / Т.Д. Балашова, Н.Е. Булушева, Т.С. Новорадовская, С.Ф. Садова. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. – 200 с.
4. Балашова Т.Д., Журавлева Н.В., Коновалова М.В., Куликов а М.А. Основы химической технологии волокнистых материалов: Учебное пособие. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005. - 363 с.
5. Одинцова О.И. Основы текстильного материаловедения: учебное пособие. текст лекций / О.И. Одинцова, М.Н. Кротова, С.В. Смирнова; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2008.-63 с.
6. Нетканый волокнистый материал // Патент СССР № 1697593. 1987. Бюл. № 45. / Турунен О., Мейнандер К., Селин Й. [и др.]
7. Гойхман А.Ш. Возможности карбаматного способа получения гидратцеллюлозных нитей и пленок // Обзорн. инф. Сер. «Пром-сть хим. волокон». М.: НИИТЭХИМ, 1988. - 37 с.
8. Кюести В. Способ получения карбамата целлюлозы // Патент евразийского патентного ведомства № 200400983. 2006.