Ацетатное волокно

Ацетатное волокно — это искусственное химическое волокно, получаемое из ацетилцеллюлозы (сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты). Относится к классу искусственных волокон (в отличие от синтетических, получаемых из полимеров, не встречающихся в природе). Ацетатное волокно обладает характерным блеском, мягкостью, драпируемостью и низкой гигроскопичностью, что делает его популярным в текстильной промышленности, особенно при производстве подкладочных тканей, платьев, галстуков и обивочных материалов.

История

Разработка ацетатного волокна началась в конце XIX — начале XX века. В 1865 году французский химик Поль Шютценбергер впервые получил ацетат целлюлозы, обработав целлюлозу уксусным ангидридом. Однако практическое применение этого соединения для производства волокон стало возможным лишь после разработки методов его растворения и формования.

В 1904 году немецкие химики Артур Эйхенгрюн и Теодор Беккер получили патент на способ получения ацетатного волокна. Промышленное производство началось в Великобритании в 1914 году компанией «British Celanese» (основана братьями Дрейфусами). Первоначально волокно использовалось для изготовления авиационных лаков и покрытий, так как ацетат целлюлозы был менее горюч, чем нитрат целлюлозы.

В 1920-е годы ацетатное волокно стали активно применять в текстильной промышленности. Оно получило торговое название «ацетатный шёлк» (или «целлюлозный ацетат») благодаря своему блеску и мягкости, напоминающим натуральный шёлк. К 1930-м годам ацетатное волокно стало одним из основных видов искусственных волокон, наряду с вискозой.

В СССР производство ацетатного волокна было освоено в 1930-е годы. Первая промышленная установка была запущена на заводе «Химволокно» в городе Клин (Московская область). В послевоенные годы ацетатное волокно широко применялось для изготовления тканей для лёгкой промышленности, а также в производстве фильтров и технических материалов.

Получение

Сырьё

Основным сырьём для получения ацетатного волокна служит целлюлоза, обычно из древесины хвойных пород или хлопкового линта (коротких волокон хлопка). Целлюлозу подвергают химической обработке — ацетилированию, в результате которого гидроксильные группы целлюлозы замещаются ацетатными группами.

Процесс производства

Производство ацетатного волокна включает несколько этапов:

1. Ацетилирование: Целлюлозу обрабатывают смесью уксусного ангидрида, уксусной кислоты и серной кислоты (катализатор). В результате образуется триацетат целлюлозы (степень замещения — 2,8–3,0 ацетатных групп на элементарное звено целлюлозы).

1. Гидролиз: Триацетат целлюлозы частично гидролизуют до диацетата целлюлозы (степень замещения — 2,2–2,5). Это необходимо для улучшения растворимости полимера в ацетоне.

1. Растворение: Диацетат целлюлозы растворяют в ацетоне (или смеси ацетона с водой) до получения прядильного раствора (прядильной массы) с концентрацией полимера около 25–30%.

1. Формование: Раствор фильтруют и подают через фильеры (капилляры) в шахту с горячим воздухом (сухой способ формования). Ацетон испаряется, и струйки раствора затвердевают в виде непрерывных нитей.

1. Вытяжка и отделка: Полученные нити вытягивают (для ориентации полимерных цепей и повышения прочности), промывают, сушат и подвергают текстильной отделке (кручение, намотка).

Разновидности

Различают два основных типа ацетатного волокна:

• Диацетатное волокно (обычное ацетатное волокно) — получают из диацетата целлюлозы, растворяемого в ацетоне. Обладает хорошей драпируемостью и мягкостью.
• Триацетатное волокно — получают из триацетата целлюлозы, растворяемого в метиленхлориде. Отличается повышенной термостойкостью и меньшей гигроскопичностью.

Свойства

Физико-механические свойства

• Плотность: 1,28–1,32 г/см³ (легче вискозного и хлопкового волокна).
• Прочность на разрыв: 12–15 сН/текс (в сухом состоянии), во влажном состоянии снижается на 30–40%.
• Удлинение при разрыве: 20–35% (в сухом состоянии).
• Гигроскопичность: 3–6% (низкая, значительно ниже, чем у вискозы или хлопка).
• Термостойкость: Размягчается при 180–200 °C, плавится при 230–250 °C (триацетатное волокно более термостойко).

Химические свойства

• Устойчиво к действию слабых кислот и щелочей.
• Растворяется в ацетоне, метиленхлориде, этилацетате и других органических растворителях.
• Неустойчиво к действию концентрированных кислот и щелочей, которые вызывают гидролиз ацетатных групп.
• Устойчиво к действию микроорганизмов и плесени.

Эксплуатационные свойства

• Высокая драпируемость и мягкость.
• Характерный блеск, напоминающий натуральный шёлк.
• Низкая сминаемость (меньше, чем у вискозы).
• Электризуется при трении (накапливает статическое электричество).
• Плохо впитывает влагу, быстро сохнет.

Применение

Текстильная промышленность

Основная область применения ацетатного волокна — производство тканей и трикотажных изделий. Из него изготавливают:

• Подкладочные ткани (благодаря гладкости и низкой гигроскопичности).
• Платья, блузы, юбки (лёгкие, драпирующиеся ткани).
• Галстуки и шарфы (блеск и мягкость).
• Обивочные ткани для мебели.
• Искусственный шёлк (ацетатный шёлк) — используется в производстве вечерних платьев, белья, аксессуаров.

Техническое применение

• Фильтры для сигарет (ацетатное волокно является основным материалом для сигаретных фильтров благодаря своей способности задерживать частицы дыма и низкой гигроскопичности).
• Производство нетканых материалов (например, для медицинских масок, салфеток).
• Электроизоляционные материалы (благодаря диэлектрическим свойствам).
• Производство искусственных волос для кукол и париков.

Другие области

• В производстве лаков и покрытий (ацетат целлюлозы используется как плёнкообразователь).
• В оптической промышленности (производство поляризационных плёнок).
• В медицине (хирургические нити, мембраны для диализа).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Мягкость, драпируемость, приятные тактильные ощущения.
• Характерный блеск, напоминающий натуральный шёлк.
• Низкая сминаемость.
• Быстрое высыхание.
• Устойчивость к микроорганизмам.

Недостатки

• Низкая прочность, особенно во влажном состоянии.
• Высокая электризуемость.
• Низкая гигроскопичность (может вызывать дискомфорт в жаркую погоду).
• Чувствительность к органическим растворителям (например, ацетон может растворить волокно).
• Сложность окрашивания (требует специальных дисперсных красителей).

Уход за изделиями из ацетатного волокна

Изделия из ацетатного волокна требуют бережного ухода:

• Рекомендуется ручная стирка при температуре не выше 30 °C.
• Нельзя использовать отбеливатели и агрессивные моющие средства.
• Сушить вдали от прямых солнечных лучей и источников тепла.
• Гладить при низкой температуре (до 150 °C) через влажную ткань.
• Не подвергать воздействию ацетона и других органических растворителей.

Экологические аспекты

Ацетатное волокно является искусственным, но не синтетическим материалом, так как его основа — природная целлюлоза. Однако процесс его производства включает использование органических растворителей (ацетон, метиленхлорид), которые могут быть токсичны и требуют утилизации. В отличие от синтетических волокон (полиэстер, нейлон), ацетатное волокно подвержено биоразложению, хотя и медленному. В последние годы разрабатываются более экологичные методы производства, включая использование замкнутых циклов растворителей и биокатализаторов.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1988–1998.
• Роговин З. А. Основы химии и технологии химических волокон. — М.: Химия, 1974.
• Перепелкин К. Е. Физико-химические основы процессов формования химических волокон. — М.: Химия, 1978.
• ГОСТ 10213.0-73. Волокна и нити ацетатные. Технические условия.
• Справочник по текстильным волокнам / под ред. В. А. Усенко. — М.: Легкая индустрия, 1979.
• Патент DE 157,162 (1904) — Verfahren zur Herstellung von Acetatseide.