В наибольшем количестве из всех химических волокон благодаря его дешевизне вырабатывается вискозное волокно, состоящее из регенерированной целлюлозы. Для получения прядильного раствора целлюлозу превращают в ее водорастворимое производное — ксантогенат целлюлозы, который при формовании волокна разлагается в кислой среде с регенерацией целлюлозы.
В качестве сырья применяется подвергнутая отбелке древесная сульфитная целлюлоза (см. часть XIII, §4), содержащая 88—94% целлюлозы и 5—11% гемицеллюлоз, которая поступает в виде листов, похожих на картон. Она пропитывается 18% раствором NaOH в ваннах-прессах, причем протекает процесс мерсеризации, заключающийся в образовании комплексного соединения — щелочной целлюлозы: щелочная целлюлоза а также в ее набухании и в переходе в раствор гемицеллюлоз. Затем листы отжимаются гидравлическим способом, измельчаются в кусочки, которые загружаются в медленно вращающиеся трубы, установленные под небольшим углом к горизонту. При медленном (~24 часа) перемещении массы вдоль трубы при 25—30° протекает процесс предварительного созревания, заключающийся в разрыве цепей макромолекул вследствие окисления при действии кислорода воздуха; степень полимеризации снижается с 800—1000 у исходной целлюлозы до ~ 500, что необходимо для получения в дальнейшем не слишком вязкого раствора ксантогената. Затем щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом в смесителе, сходном по устройству с вышеописанным, при 25—30° в течение 2—3 часов. Происходит к с антогенирование — образование ксантогената целлюлозы: ксавтогенат целлюлозы который растворяют в 6—7% NaOH. Полученный темно-желтый раствор очень вязок; он называется поэтому вискозой. Описанный выше способ применяется для получения вискозы, предназначенной для выработки шелка; при получении же кордного и штапельного волокна обычно применяется ускоренный способ Е.М.Могилевского; все рассмотренные выше процессы совершаются в одном, так называемом вискозном аппарате (сокращенно — ВА), снабженном мешалкой. Мерсеризация нарезанной на кусочки целлюлозы проводится при 50—60° в течение 2—3 часов, причем одновременно протекает и пред созревание, а затем без отжима от раствора щелочи получается ксантогенат и здесь же растворяется. Вискоза, являющаяся прядильным раствором, выдерживается далее 30—45 часов при 15°. Протекает процесс созревания, заключающийся преимущественно в гидролизе групп OCSSNa в некоторых элементарных звеньях с превращением их снова в группы ОН, что необходимо для понижения устойчивости раствора к коагулирующему действию электролитов при формовании волокна. Во время созревания вискоза несколько раз фильтруется через ткань под давлением и освобождается от пузырьков воздуха выдерживанием в баках под вакуумом во избежание обрыва формующегося волоконца.
Формование вискозного волокна производится по мокрому способу: струйки вискозы из фильеры поступают в так называемую осадительную ванну — водный раствор, содержащий 10—12% H2S04, 20—24% Na2S04 и 1,5—2% ZnS04, с температурой 45—50°. При действии электролитов ксантогенат коагулирует, образуя волоконца, и почти одновременно происходит омыление ксантогената, причем регенерируется целлюлоза:
[С6Н,02(ОН) ОС—SNaH2S04-NaHS04+nCS2+[CcH702(0H)3 ]я.
Вискоза подается прядильным насосиком (см. цветной рисунок 134), содержащим две сцепленные зубчатые шестерни, между зубьями которых и продавливается раствор в фильтр-палец 2, где он повторно фильтруется через ткань, намотанную на палец; отсюда по стеклянной трубке-червяку 3 вискоза входит в фильеру 4 из сплава золота с платиной или из тантала и со скоростью 60—80 м мин поступает из нее в ванну 5. Волоконца соединяются в нить шелка, которая через диск 6 и стеклянную воронку 7, непрерывно опускающуюся и поднимающуюся, входит в быстровращающуюся центрифугу 8 из пластмассы, где нить закручивается и укладывается на ее стенке, образуя кулич. Помимо описанной центрифугальной прядильной машины, применяются также бобинные, в которых некрученая нить наматывается на бобину, причем на пути она иногда вытягивается, проходя через два диска, вращающиеся с различной скоростью. На прядильных машинах имеется по 60—100 фильер. В дальнейшем шелк в куличах или на бобинах подвергается отделке: промывке, обработке раствором Na2S03 для удаления серы, выделяющейся на нити в процессе формования, а иногда и отбелки, после чего высушивается и перематывается. Нити для кордной ткани обычно сразу после формования вытягиваются после нагревания в ванне с горячей водой. Штапельное волокно отделывается обычно после резки на штапельки.
Из вискозы получается также пленка целлофана — продавливанием ее через фильеру с отверстием в виде щели. После обычной отделки пленка пропитывается пластификатором — глицерином — и высушивается. Применяется для упаковки пищевых продуктов.
Для получения ацетатного волокна сырьем служит хлопковая целлюлоза в виде пуха, остающегося на семенах хлопчатника после снятия хлопкового волокна. Целлюлозу ацетилируют действием уксусного ангидрида в присутствии катализатора H2S04 с целью получения ее сложного эфира — триацетилцеллюлозы.
Ацетилирование осуществляют большей частью в гомогенной среде, применяя в качестве растворителя ледяную уксусную кислоту; процесс проводят в аппарате, сходном по конструкции со смесителем (см. § 5), при 35—45° в течение 4—8 часов. Так как три-ацетилцеллюлоза нерастворима в большинстве органических растворителей, то ее подвергают частичному омылению, разбавляя для этого уксусную кислоту водой до содержания 90—95% и перемешивая массу ~24 часа при 30—35°. В этих условиях гидролизуется 15—20% всех ацетильных групп с образованием так называемой ацетилце ллю лозы, которая и применяется для получения волокна. Для ее выделения раствор разбавляется водой до содержания 35—40% СНдСООН, после чего осадок ацетилцеллюлозы многократно промывается водой и высушивается, а уксусная кислота выделяется из ее раствора для повторного использования.
Прядильный раствор получается растворением ацетилцеллюлозы в ацетоне при 45—50°, а затем несколько раз фильтруется через марлю под давлением. Формование волокна из раствора производится сухим способом: раствор подается прядильным насосиком через фильтр-палец и червяк в фильеру; выходящие из нее в находящуюся под фильерой шахту струйки затвердевают вследствие испарения растворителя током теплого воздуха; пары ацетона улавливаются из отходящего воздуха активированным углем.
Сравнение важнейших свойств природных, искусственных и синтетических волокон позволяет сделать следующие выводы:
1. Искусственные волокна уступают хлопку по прочности на разрыв, но более эластичны и близки по показателям прочности к шерсти. У тканей из вискозного и особенно из ацетатного волокна красивый вид и блеск, что делает их сходными с шелковыми. Штапельное вискозное и ацетатное волокно применяется в смеси с хлопковым для изготовления штапельных тканей.
2. Синтетические волокна значительно превосходят природные по прочности на разрыв (которая не снижается после их смачивания) и близки по этому показателю к стали; они не уступают природным волокнам по эластичности и вполне устойчивы к микроорганизмам. Полиамидные волокна (капрон и др.) обладают наивысшей устойчивостью к стиранию и эластичностью и находят самое широкое применение. Лавсан ближе всего по внешнему виду к шерсти и в смеси с ней дает ткани, отличающиеся устойчивостью к истиранию и несминаемостью (не требуют глажения). Нитрон отличается наивысшей прочностью к свету.
В настоящее время из химических волокон изготовляется уже 15% всех тканей, а в ближайшие годы такие ткани благодаря их хорошим качествам будут вырабатываться во все большем количестве.