Вискоза

Вискоза ,изготовленная впервые в 1893 г. известными англ, химиками Кросс и Беван (Cross и Bevan), представляет собой растворимую в воде натровую соль целлюлозно-ксантогеновой к-ты, получаемую при действии едкого натра и сероуглерода на целлюлозу. В первом случае получается щелочная целлюлоза (гидратированная), а при действии на последнюю сероуглерода—натровая целлюлозно-ксантогеновая к-та (ксанто-генат целлюлозы), которая в водном растворе носит название вискозы. Если целлюлозу погрузить в щелочь (NaOH) с уд. в 1,25, что соответствует 24° Вё,так, чтобы она была вся погружена в этом растворе в течение 1—2 часов, то получается гидратированная целлюлоза, которую можно представить химической ф-лой Na0H-C₆H₉0₄-0Na. Весь химический процесс может быть представлен следующей формулой:

/OC„H,Oi-NaOH

NaOH · С_сН,0, · ONa + CS.=CS <

SNa

щелсчная целлюлоза серо- ксантсгенат целлюлозы углерод (в растворе—вискоза)

Наряду с В. образуются еще другие сернистые соединения, которые придают В. темножелтый оттенок. Содержание избытка щелочи в В. делает ее более устойчивой. Но, несмотря на это, вискоза с течением времени подвергается изменению, коагулируется, и в конечном итоге из нее осаждается целлюлоза в виде гидрата целлюлозы. Если свежеприготовленную целлюлозу представить. /ОС.Н.О,

ф-лой esc, то в течение известного

^xSNa

времени при отщеплении CS—SNa молекулярный вес углерода в В. увеличивается.

Первая фаза изменения выразится ф-лой:

/0(С,Н₈0,),

^xSNa

/ΟίΟ,Η,Ο,), вторая фаза: cs<

^xSNa

уО(С,Н,0.), третья фаза: cs(

^xSNa

Это изменение В. происходит постепенно; так, например, первая фаза, где мол. вес В. соответствует 12 углеродным атомам (С₁₂), наступает через 24 часа при 15°, а в течение 4 дней мол. вес В. уже соответствует 24 углеродным атомам (С₂₄), и т. д. По мере увеличения мол. веса В. уменьшается ее растворимость. В. с 6 атомами С в молекуле растворяется в воде, в поваренной соли и в щелочи; В. с содержанием 12 атомов С в молекуле осаждается раствором поваренной соли в виде гидрата целлюлозы, причем осадок вновь растворяется в воде; В. с содержанием 24 углеродных атомов в молекуле растворяется только в щелочи, а при действии слабых органических кислот, которые нейтрализуют содержащуюся в В. щелочь, выпадает ксантогенат целлюлозы. По мере увеличения числа углеродных атомов в В. последняя имеет ’ все большее и большее стремление выделить из своего раствора целлюлозу в виде ее гидрата. Этот процесс постепенного изменения В. в зависимости от t° и времени в технике называют с о-зреванием В. В связи с тем, для какого технич. применения предназначена В., ей дают созревать в большей и меньшей степени. Наир., В. с содержанием С₂₄ (эта фаза наступает через 85—100 ч. при 15—16°) имеет главы, обр. применение для производства пряжи искусственного шелка. В. с содержанием С₁₂ (такое содержание достигается в течение 24 ч.) имеет применение для производства прозрачных фильм, в текстильной промышленности и др. Если дать В. «перезреть», что происходит при долгом стоянии ее на воздухе, то выпадает желатинообразная масса — гидрат целлюлозы. Если эту массу выщелачивать водой, а затем оставить сохнуть на воздухе, то образуется твердое рогообразное тело с уд. в 1,53, которое при переработке с окисью цинка дает пластич. массу, т. н. вискоид. Чем выше t°, при которой созревает В., тем она скорее коагулируется. Например, при

5—10° можно сохранить В. в течение 12—14 дней, а выше 70° коагуляция происходит немедленно. Соляная и серная кислоты осаждают из В. целлюлозу в виде гидрата целлюлозы, к-рый в общем имеет те же химические свойства, что и первоначальный гидрат целлюлозы. Слабые кислоты, как углекислота (С0₂), сернистый ангидрид (S0₂), а также уксусная к-та, муравьиная кислота и т. д. не действуют на В., но разрушают такие примеси, как сернистые соединения и тиокар-бонаты, которые образуются вместе с В.

Производство В. Исходным материалом для производства В. служит древесная целлюлоза, то есть продукт химической обработки дерева, преимущественно хвойных пород. Для производства обыкновенно употребляется сульфитная или натронная целлюлоза;

последней отдается предпочтение как содержащей меньше смолистых примесей. Целлюлоза, вполне пригодная для производства В., должна содержать не менее 79—80% «-целлюлозы и не более 2,0—2,2% гемицеллюлозы, от 0,2 до 0,5% золы, от 8,5 до 12% влаги и от 6 до 8% органич. веществ. Существенное значение имеет содержание золы, которое не должно превышать 0,6%. Если древесная целлюлоза недостаточно отбелена, то ее необходимо отбелить, прежде чем пустить в производство. Для этой цели ее обрабатывают в деревянных барках 1 %-ным раствором соляной кислоты при 80°. Затем целлюлозу обрабатывают щелочью (1—2%) в течение 3—4 ч., после чего промывают и сушат. Из 1 м³ елового дерева можно получить 128 килограмм целлюлозы; это количество целлюлозы даст 1 280 килограмм В. при средней вязкости 2 и при уд. в 1,15.

Процесс производства вискозы распадается на следующие фазы: I. Приготовление щелочной целлюлозы. II. Приготовление ксантогената целлюлозы. III. Растворение ксантогената целлюлозы. IV. Созревание и фильтрация вискозы.

I. Процесс приготовления щелочной целлюлозы фабричным путем протекает след. обр. Древесную целлюлозу в листах погружают в горизонтальный пресс, который одновременно служит резервуаром для пропитки целлюлозы едким натром (процесс мерсеризации) и прессом для отжима избытка щелочи. Для пропитки целлюлозы употребляется раствор, содержащий 18% едкого натра (уд. вес 1,2—1,25), что соответствует 24° Be. В резервуаре горизонтального пресса, который вмещает 100 килограмм целлюлозы, последняя мерсеризуется в течение 1—17₃ ч., после чего избыток щелочи спускается, а пропитанная щелочью целлюлоза отжимается тем же прессом таким образом,

чтобы вес пропитанной щелочью целлюлозы после отжатия был примерно втрое больше веса первоначально взятой сухой целлюлозы. После отжатия целлюлоза поступает в измельчитель (смотрите фигура), где происходит измельчение целлюлозы, что продолжается З¹/*—4 часа. Корпус измельчителя чугунный, с двойными стенками для охлаждения, со стальными зигзагообразными, снабженными зубьями, месилками, вращающимися в непроницаемых буксах, которые имеют разные скорости. Измельчитель устроен так, что он может быть поставлен во время работы под любым углом. Вместимость корпуса измельчителя обычно составляет 600—800 л. Измельченную т. о. целлюлозу выгружают в небольшие жестяные круглые ящики вместимостью до 30—35 л каждый. Эти ящики помещают в камеру («томилка»), где щелочная целлюлоза остается в течение 60—80 ч. при 20—25°. Щелочная целлюлоза содержит приблизительно 15—16% NaOH, 25,5—26% целлюлозы и 1% Na₂C0₃, а остальное—вода.

II. Приготовление ксантогената целлюлозы. По истечении вышеуказанного времени щелочную целлюлозу из ящиков выгружают в специальные аппараты, т. н. б а р а т ы, где она обрабатывается сероуглеродом, превращающим щелочную целлюлозу в ксантогенат целлюлозы. Барат представляет собою круглый или шестигранный железный барабан с охлаждающими цилиндрич. стенками, вращающимися на своих осях. В оси барабана вводят две трубы: одна из них, через к-рую впускают сероуглерод, имеет мелко просверленные отверстия и покрыта сеткой, а другая служит для отвода газов. Аппарат снабжен герметич. затвором с вделанным в середине толстым стеклом для наблюдения за ходом процесса. Во время впуска сероуглерода барат непрерывно вращается, причем щелочная целлюлоза постепенно изменяет свою окраску, переходящую из светложелтой в желтую и, наконец, в светлооранжевую. Весь процесс продолжается 37г—4 ч. Количество прибавляемого сероуглерода составляет половину взятой сухой целлюлозы.

III. Растворение ксантогената. Из барата, находящегося на втором этаже, ксантогенат высыпают по трубе в мешалку, где происходит растворение ксантогената целлюлозы. Мешалка, емкостью в 1 500—3 000 л, представляет собою крытый железный вертикальный или горизонтальный резервуар с двойными стенками для охлаждения. На вертикальной оси приделаны проходящие между острыми трехгранными шипами крылья, укреплен, винтами к вертикальным стенкам мешалки. Корпус мешалки имеет герметически закрытую крышку с введенными двумя трубами для впуска требуемых для растворения материалов. Для выпуска служит находящийся внизу вентиль. Раньше всего впускают в мешалку ок. 150 ч. щелочи (уд. в 1,25) и 600 ч. дистиллированной воды на 100 ч. первоначально взятой целлюлозы; затем всыпают ксантогенат и перемешивают в течение З¹/*—4 часов, пока весь ксантогенат не растворится в щелочи и в воде.

IV. Созревание и фильтрация В. Приготовленная, как указано выше, В. передается по 2,5" трубе в вискозный погреб, где В. созревает в железных закрытых баках, вместимостью в 3 000—5 000 л, при 15° в течение 24—100 ч. в зависимости от ее дальнейшего техническ. применения. В баках В. держат все время при уменьшенном давлении, чтобы удалить пузырьки воздуха, находящиеся в ней. Затем В. фильтруют через три фильтр-пресса. Материалом для фильтрации служат в порядке прохождения: суровая бумазея, тонкий слой ваты и плотное суровое хлопчатобумажное полотно. После пропуска 6—8 партий В. фильтровочный материал меняют. Такая В. имеет уд. в 1,15 и содержит до 7% целлюлоз и до 7% щелочи.

Указанный способ приготовления В. применяется на большинстве фабрик, но существуют еще и другие способы приготовления В., вкратце описываемые ниже. По англ, патенту Вильсона (Ковентри), при приготовлении щелочной целлюлозы и для ускорения процесса созревания, в щелочный раствор прибавляют какой-нибудь окислитель, как, например, перекись натрия, причем берут 2 ч. перекиси натрия и растворяют в 200 ч. 17,5%-ного раствора едкого натра. В таком растворе мерсеризуют целлюлозу при 18°, затем поступают, как указано выше. Приготовленную таким путем целлюлозу можно немедленно обрабатывать сероуглеродом,минуя процесс созревания, чем сокращается время, требуемое для созревания щелочной целлюлозы. По патенту Акционерного об-ва в Безансоне, к В. прибавляют какую-нибудь нейтральную соль, как сернокислый или хлористый аммоний, и перемешивают при уменьшенном давлении до полного удаления аммиака. Такую В. нет надобности подвергать созреванию, чем значительно сокращается время и, следовательно, рабочая сила.

Обесцвечивание В. Для некоторых техиич. целей, как, например, для приготовления прозрачных фильм, В. для аппретирования, пластических масс и т. д., необходимо В. обесцветить. Укажем несколько таких способов. По способу Кросса, осаждают из свежеприготовленной В. ксантогенат целлюлозы соляной к-той или хлористым аммонием; осадок промывают, разбавляют слабой соляной к-той и растворяют в соответствующем количестве воды и щелочи при комнатной ί°. По патенту Кросса, поступают след. обр. К 100 г ксантогената целлюлозы прибавляют 1 л кислого сернокислого натра (25° В 6) и в течение 4—5 ч. оставляют эту смесь в спокойном состоянии, после чего ксантогенат отжимают и промывают несколько раз с 1%-ным раствором кислого сернокислого натра—до тех пор, пока ксантогенат не станет совсем бесцветным. По патенту соединенных фабрик искусственного шелка во Франкфурте, обесцвечивают В. тем, что нагревают свежеприготовленную В. выше 40° в течение нескольких часов. Если взять каплю такой горячей В. па стеклышко и облить ее хлористым аммонием, то получится совершенно прозрачная фильма, что служит признаком полного обесцвечивания В. По патенту Лине (Lynee), ксантогенат целлюлозы смешивают с этиловым ом; к у прибавляют немного воды и высушивают. Получается бесцветный порошкообразный ксантогенат. По франц. патенту Пелерена, для того чтобы придать фильме, полученной из В., мягкость и эластичность, прибавляют к целлюлозе глицерин или глюкозу. Поступают след, образом: смешивают 163 г сухой целлюлозы с 98 г чистого гли церина; к этой смеси прибавляют 120 г едкого натра, растворенного в таком количестве воды, чтобы раствор содержал 40° Вё едкого натра; все тщательно перемешивают и прибавляют затем 156 г сероуглерода; смесь перемешивают в закрытых цилиндрич. резервуарах, после чего ей дают нек-рое время отстояться, а затем ксантогенат растворяют в таком количестве воды или слабой щелочи, чтобы содержание целлюлозы в вискозе составляло 6—7%.

Применение В. В. имеет применение преимущественно для производства пряжи искусственного шелка. Из всех существующих ф-к искусственного шелка в Европе и Америке 80% вырабатывают его из В. Вискоза имеет также применение для аппретирования тканей, для изготовления тонких прозрачных фильм, имеющих то преимущество перед целлюлоидными, что изготовленные из

B. ленты не воспламеняются; также для изготовления искусственной кожи и для проклейки бумаги. Смешивая В. с окисью цинка или окисью железа, получают пластич. массы, из которых вырабатывают разные предметы галантереи (пуговицы, гребешки, зубные щетки и тому подобное.). Крепкий раствор В. может быть применяем как хороший клей. Прозрачная бумага целлофан представляет собою тонкие листы целлюлозы, приготовленные из В. Толщина их не превышает 0,3—0,4 миллиметров. Они могут быть окрашиваемы в любой цвет и поддаются гофрировке. Целлофан имеет большое применение для упаковки туалетных мыл, кондитерских товаров и т. д. См. Искусственный шелк.

Лит.: Анучин С. А. и Жирмунский

C. С., Искусственное волокно, Иваново-Вознесенск, 1927; Шапошников В. Г., Общая технология волокнистых и красящих веществ, гл. VIII—Искусственные волокна, стр. 166—204, 2 изд., М,—Киев, 1926; BrounnertF., Emploi de la cellulose pour la fabrication des fils brillants, imitant la soie, Miihl-hausen, 1909; Chaplet A., Les soies artificielles, P., 1926; Eggert J., Die Herstellung u. Verarbeitung d. Viskose unter besonderer Beriicksichtigung d. Kunstsei-denfabrikation, B., 1926; Hottenroth V., Die Kunst-seide, Lpz., 1926; Ullmann’s Enzyklop. d.tech. Chemie, B. 7, p. 332—336, B.—Wien, 1919. С. Жирмунский.