Полиэфирные волокна МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
2.1Строение полиэфира. Структура полиэфирных волокон. Полиэфи́рное волокно́ — синтетическое волокно, формируемое из расплава полиэтилентерефталата или его производных.
Формула полиэтилентерефталата. Полиэфиры содержат в своей главной цепи макромолекулы, функциональные группы простых (простые полиэфиры) или сложных (сложные полиэфиры) эфиров. Свойства полиэфиров полностью определяются химическим составом, структурой, молекулярной массой и наличием функциональных групп (-ОН и -СООН). Простые полиэфиры, HO—[—R—O—] n—H, где R являются углеводородными радикалами различного строения, содержат в своей структуре не менее двух атомов углерода. Простые полиэфиры получают полимеризацией циклических окисей или поликонденсацией гликолей. Сложные полиэфиры линейной структуры, Н-[-ОАО-СО-А' -СО-] n-OH, где А — углеводородный радикал, А' — остаток органической или неорганической кислоты. Надмолекулярная структура полиэфирного волокна является фибриллярной. В полиэфирном волокне основными элементами надмолекулярной структуры являются фибриллы диаметром около 20,0 нм, которые, в свою очередь, составляют более крупные фибриллы, диаметром до 100,0 нм. Поверхность полиэфирного волокна гладкая. В некоторых случаях обнаруживаются признаки наличия оболочки. Было установлено, что полиэфирное волокно имеет несколько менее ориентированную структуру в поверхностном слое толщиной около 250,0 нм.
2.2 Объемы производства полиэфирных волокон в РФ и в мире. Поскольку в последнее время понятие полиэтилентерефталат (ПЭТ) все больше ассоциируется с производством бутылей и другой упаковочной тары, сегодня уместно напомнить, что своим появлением на свет более 70 лет назад ПЭТ обязан прежде всего волоконным (а не бутылочным) корням, что в конце 40-х - начале 50-х готов прошлого столетия он стал, вслед за нейлоном, вторым волокнообразующим полимером, на базе которых были созданы крупнейшие в мире мощности по производству синтетических волокон различного назначения, занимающих ныне около 60% мирового рынка текстильного сырья, на анализе которого в 2013 г мы останавливались ранее. Таблица 1 – Мировое производство текстильных волокон в 2013 году
По оценке «PCI Consulting Groupp» в 2012 г в мире произведено 65 млн т ПЭТ, в т.ч. из него 44 млн т волокна (68%), 18 млн т (28%) пищевого гранулята для бутылок и 3 млн т (4%) пленки при среднем ежегодном приросте 5 - 6% за предыдущие 10 лет. В мировом производстве химических волокон, согласно рис 2, ПЭФ заметно преобладают - почти три четверти от общего объема, оставив далеко позади целлюлозные (Целл.), полиамидные (ПА), полипропиленовые (ПП), полиакрилонитрильные (ПАН) и другие. Эта ситуация наверняка сохранится и в будущем, когда, например, к 2030 г потребление всех видов волокон на душу населения превысит 1 пуд, а на каждого жителя планеты должно приходиться около 9 кг ПЭФ волокон. Далеко не одинаково идет развитие ПЭФ в отдельных регионах мира. В 2013 г отмечено заметное падение производства в Западной и Восточной Европе (соответственно на 4% и5%), Ю.Корее (-4%) и Японии (-8%). Наибольший прирост показали Китай, Мексика, другие страны Азии (+9%) и, что удивительно, США (+5%), поскольку в последние годы там наблюдался спад. Безусловным лидером по ПЭФ волокнам является Китай, на долю которого приходится 72% от их мирового производства, а в целом по азиатскому региону - около 90%. Все 10 крупнейших производителей ПЭФ волокон (по состоянию на нынешний год) находятся в этом регионе, а 7 из них, как видно из табл 2, в Китае. Таблица 2
В ближайшие пару лет планируется дальнейшее расширение мировых мощностей по ПЭФ: их прирост по комплексным нитям и штапельному волокну с 2014 по 2015 г примерно одинаков - на 2 млн т, при этом также близок уровень загрузки мощностей - чуть более 70%. Переходя к ситуации с ПЭФ волокнами в России, приходится сменить восторженный тон на умеренно скромный. Производство химических волокон в стране по сравнению с доперестроечным периодом сократилось в 5 раз, и никакого реального выхода их этой «ямы» пока не видно. В до сих пор обсуждаемой стратегии развития химической промышленности до 2030 г запланирован объем производства химических волокон (ок. 600 тыс т), т.е. на 25% меньше, чем их выпускали в России в конце 80-х г. Единственным предприятием в России по выпуску этой продукции в настоящее время является ООО ТПК «Завидовский текстиль», которое с помощью поставщика оборудования - фирмы «Oerlikon-Barmag» (Германия) уверенно набирает темпы, приближаясь к относительно высокому уровню производства - более 5 тыс т/год. Подводя краткий итог вышесказанному, можно утверждать, что ПЭФ волокна остаются безусловным лидером в мировом производстве и потреблении среди всех известных видов текстильного сырья. Рост мощностей производства пищевого ПЭТ не мешает им сохранить эти позиции в мире, в отличие от российского рынка, где бутылками захвачены все сырьевые ресурсы. При таком положении можно потерять отечественную текстильную промышленность и сопряженные с ней отрасли, в частности, в условиях назревшего импортозамещения и формирования независимой экономики России.
2.3 Этапы получения и отделки полиэфирных волокон. Все химические волокна, кроме минеральных, формуют из расплавов или прядильных растворов высокомолекулярных соединений. Несмотря на некоторые различия в получении отдельных видов химических волокон, общая схема их производства состоит из следующих основных этапов: 1. Получение и предварительная обработка сырья. 2. Приготовление прядильного раствора или расплава. 3. Формование нитей. 4. Отделка. 5. Текстильная переработка. Расплав или прядильный раствор определенной вязкости и концентрации фильтруется, очищается от пузырьков воздуха и продавливается через тончайшие отверстия специальных фильер, изготовленных из химически стойких металлов. Форма отверстий фильер может быть различна и определяет форму поперечного сечения волокна. Образующиеся при продавливании раствора или расплава струйки затвердевают и образуют нити. Затвердевание может происходить в сухой или мокрой среде. В зависимости от этого различают три способа формования: • из расплава; • из раствора сухим способом; • из раствора мокрым способом. При формовании из расплава тончайшие струйки, вытекающие из фильера, обдуваются струей воздуха или инертного газа, охлаждаются и затвердевают. При формовании из раствора по сухому способу струйки попадают в шахты с горячим воздухом, где происходит испарение растворителя и затвердевание полимера. При формовании из раствора по мокрому способу струйки попадают в раствор осадильной ванны, где происходит выделение полимера в виде тончайших нитей. Количество отверстий в фильере при производстве комплексных текстильных нитей может быть от 12 до 100. Сформованные из одной фильеры нити соединяются, вытягиваются и наматываются. Следующим этапом в получении химических волокон и нитей является их отделка. Отделка волокон включает ряд операций. 1. Удаление примесей и загрязнений. Данная операция проводится толь- ко для волокон, формируемых мокрым способом. При этом готовые волокна и нити промывают в воде или специальных раст ворах. 2. Беление. Проводят операцию с целью придания волокнам и нитям необходимой степени белизны. Ее осуществляют только для волокон, которые будут окрашиваться в светлые тона. 3. Вытягивание и термообработка. Проводят данную операцию с целью перестройки первичной структуры волокна. При вытягивании макромолекулы выпрямляются, происходит их ориентация вдоль оси волокна, следовательно, увеличивается прочность волокон, но уменьшается их растяжимость. Термическая обработка снимает напряженное состояние нити, происходит ее усадка, макромолекулы приобретают изогнутую форму при сохранении их ориентации вдоль оси волокна. 4. Поверхностная обработка (аппретирование, замасливание и т.п.) придает нитям способность к последующим текстильным переработкам, например, снижает электризуемость. 5. Сушка осуществляется после мокрого формования в специальных сушилках. Кроме того, отделка нитей проводится с целью придания им некоторых свойств (мягкости, шелковистости, матовости и т.п.). После отделки нити перематываются в паковки и сортируются. Некоторые волокна проходят отбеливание или крашение.
2.4 Свойства и применение полиэфирных волокон. Полиэфирные волокна вырабатываются из продуктов переработки нефти. Полиэфирное волокно получают из диметилового эфира терефалевой кислоты и этиленгликоля. В России полиэфирное волокно известно под названием лавсан. В Англии – терилен, в США – дакрон, во Франции – тергаль, в Германии – тревера, диолен, ланол. Полиэфирное волокно получают из диметилового эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля. Волокно обладает высокой эластичностью (ε = 35 %), разрывной длиной 50 ркм, упругое, несминаемое, не теряет прочность в мокром состоянии. К недостаткам следует отнести малую гигроскопичность (W = 0,4 %), в 10 раз ниже, чем капрона, поэтому в текстильном производстве штапельный лавсан применяется для смешивания с вискозными и натуральными волокнами (преимущественно с шерстью). С гидрофобностью связана так же высокая формоустойчивость материалов из лавсана во влажном состоянии. Лавсановые волокна обладают шерстоподобным внешним видом, на ощупь они мягкие, теплые, объемные. Волокно устойчиво к действию химреагентов имеет высокую электризуемость, пиллингуемость, трудную окрашиваемость. По устойчивости к истиранию полиэфирные нити уступают только полиамидным, но они несравненно более устойчивы к действию свето-погоды [20]. Полиэфирные нити имеют высокую термостойкость (температура размягчения 235 °С), превосходя по этому показателю все природные волокна и большинство химических. Они способны выдерживать длительную эксплуатацию при повышенных температурах. Полиэфирное волокно в виде штапельного волокна в смеси с шерстью, льном, хлопком, вискозным штапельным волокном используется для изготовления платьевых, костюмных тканей, а в виде элементарных нитей применяется в технических целях для изготовления транспортерных лент, приводных ремней, канатов, парусов, тентов, электроизоляционных материалов. В чистом виде лавсан используется для изготовления швейных ниток, кружев, ворса ковров и искусственного меха. Горит лавсан желтым коптящим пламенем, образуя на конце черный не растирающийся шарик [15]. В настоящее время разработана структурно модифицированная полиэфирная нить шелон-2 – сложно профильная, тонковолок нистая, шелкоподобная. Эта нить может использоваться при изго товлении шелковых тканей для придания им малоусадочности, малосминаемости и хороших гигиенических свойств. Список литературы и ссылок Энциклопедия полимеров Химия для вас (1985) Свойства и особенности переработки химических волокон (1975) https://ru.wikipedia.org/wiki/Полиэфиры http://chem21.info/info/1284868/ http://neftegaz.ru/analisis/view/8292/
|
