Технология получения вискозного волокна полунепрерывным способом

Технология получения вискозного волокна полунепрерывным способом

Процесс изготовления готовых гидратцеллюлозных волокон получил свое название по основному компоненту — метилморфолиноксиду (ММО), добавляемому к пульпе или порошку целлюлозы в ходе техпроцесса.

Вискозный процесс. Получение текстильных материалов по вискозному методу проводится в несколько стадий: 1) подготовка целлюлозы (дробление и получение пульпы, т.е. суспензии целлюлозы в воде); 2) добавление к пульпе каустической соды с последующим созреванием вискозного раствора (конечный раствор называется вискозой); 3) формование вискозного волокна через коагуляцию (осаждение) вискозного раствора в осадительную ванну; 4) обработка готового волокна (окраска и сушка).1

К достоинствам процесса и полученных в результате его проведения материалов относятся: 1) доступность сырья (любая древесина); 2) сравнительно низкая себестоимость (производство обычного вискозного штапельного волокна по трудоемкости примерно эквивалентно производству синтетических волокон и 6,5-7 раз ниже, чем соответствующий показатель хлопковолокна); 3) широкие ассортиментные возможности (трикотаж, гардинно-тюлевые изделия, обивочно-декоративные ткани); 4) хорошие результаты смеси с природными волокнами (снижение количества отходов в 2-3 раза и увеличение производительности на 10-15%); 5) готовый материал обладает высокими санитарно-гигиеническими качествами.

В числе недостатков : 1) длительный срок подготовки и созревания технологических растворов; 2) экологический риск техпроцесса (в ходе его проведения выделяется целый ряд опасных компонентов, многие из которых по свойствам подобны военным отравляющим веществам высшей категории вредности); 3) готовое волокно нестойко в жестких условиях отварки, отбелки и мерсеризации, в силу чего может быть использовано в смесях с хлопком в количестве, не превышающем 10-15% общего объема; 4) резкое снижение прочности готовых изделий во влажном состоянии.

Коротко о рынке . Прирост потребления вискозных (гидратцеллюлозных) текстильных волокон на мировом рынке наблюдался только в период с 1950 г. по 1960 г., после чего его уровень «застыл» независимо от изменений цен на другие полимерные продукты.1 В период между 1970 и 1984 гг. цена вискозных волокон составляла 70% от стоимости хлопка, а в 1985 г. — уже 130-140%. Основными причинами роста цен, по мнению западных экспертов, стали ужесточение требований к экологической безопасности производства, рост выпуска хлопковолокна и затраты, связанные с переводом производственных мощностей в развивающиеся страны, прежде всего, государства Юго-Восточной Азии. В настоящее время стоимость одной тонны готового материала на основе вискозного волокна, исходя из цены хлопка, составляет 1800-2200 USD.4

Вискозные волокна в основном используются в качестве технологической добавки при производстве смесовых тканей на основе хлопка и синтетических волокон. Добавки вискозы могут достигать 25% при производстве рубашек и сорочек. В других изделиях присутствие вискозы обычно ограничивается 10%.

Основные типы вискозных волокон . К ним относятся: 1) вискоза ( regular rayon или viscose ), для которой характерна невысокая прочность во влажном состоянии; 2) вискозное модальное волокно ( High Wet Modulus (HWM) rayon, polynosic rayon или ModalTM ), отличающееся более высокой прочностью во влажном состоянии; 3) высокомодульное вискозное волокно ( High Tenacity Rayon ), у которого этот показатель выше, чем у модального волокна; 4) штапельное вискозное волокно ( Microfibers Rayon ), для которого характерны многие свойства хлопковых волокон.

Смотрите, кто пришел! Это традиционное семейство пополнилось вискозным волокном нового типа, полученным по ММО-процессу. Последний получил свое название по основному компоненту — метилморфолиноксиду (ММО), добавляемому к пульпе или порошку целлюлозы в ходе техпроцесса. Производство по этому методу в промышленном масштабе началось в 1992 году в США. Готовая гидратцеллюлоза вышла на рынок под разными именами, присвоенными ей компаниями — владельцами брэндов: лиоцелл ( lyocell ) или лайоцелл в английском произнесении, ньюцел ( newcell ), тенсел ( tencel ), орцелл ( orcell ). Ниже все эти волокна мы будем называть лиоцеллом. Существуют промышленные модификации вышеприведенных торговых марок в зависимости от потребностей текстильного производства (волокна разной плотности, степени фибрилляции и др.).

ММО-процесс . Получение текстильных материалов в этом случае проводится по следующим этапам: 1) подготовка целлюлозы (дробление и получение пульпы или порошка в зависимости от технологии); 2) добавление к пульпе или порошку целлюлозы метилморфолиноксида (ММО); 3) смешение в экструдере с подогревом до 100оС; 3) подача раствора в осадительную ванну с последующей окраской и сушкой.2

Отметим достоинства этого процесса и полученного материала: 1) повышение прочности во влажном состоянии; 2) совместимость со всем спектром натуральных и синтетических волокон; 3) хорошая и стабильная окрашиваемость волокна, особый блеск в результате окраски; 4) экологически безопасная технология производства; 5) надежность в носке материалов на основе этого волокна; 6) в равной степени эффективное использование при производстве тканых и нетканых материалов; 7) высокие потребительские свойства, аналогичные свойствам хлопковолокна, и даже превышающие их по прочности, качеству прокраса и поверхностным эффектам; 8) тактильный эффект натурального шелка, притом, что это волокно более гигроскопично, чем натуральный шелк.

К недостаткам следует отнести: 1) повышенную фибриллизацию волокон, которая удаляется в основном формальдегидными агентами, что не всегда соответствует санитарно-гигиеническим нормам, с другой стороны, снижение фибриллизации механическим путем или с помощью энзимной обработки повышает себестоимость волокон; 2) дороговизну лицензий; 3) высокую стоимость готового волокна.

Рынок лиоцелла .Промышленный выпуск нового волокна типа лиоцелл был начат одновременно в Англии, Австрии и США в 1992 г. Уже к 1993 г. общий объем продаж увеличился до 170 тыс. тонн в год. Затраты на разработку промышленных установок ММО-процесса со стороны держателей основных патентов — компаний Acordis и Lenzing -составили около 100 млн. USD на каждый патент и почти 20 лет исследований. В 1996 г. в Англии были введены в действие три дополнительных установки для ММО-процесса мощностью по 50 тыс. тонн в год каждая. В том же году в Австрии начато строительство установки с производством 40 тыс. тонн в год.

Вслед за крупнейшими поставщиками лиоцелла — держателями основных патентов — в его производство активно включились компании из Юго-Восточной Азии: FCFC (Тайвань), Hanil Synthetic Fibre Co.( Корея), и Birla Group (Индия). В 1995 г. компания Central Textiles построила первую установку в Гонконге.

Лиоцелл на рынке обычно в 2-2,5 раза дороже чистого вискозного волокна. Эти данные получены на основе анализа готовых окрашенных тканей. Ценовая тенденция сохраняется при различных типах окраски. Цена на готовое волокно явно завышена, как минимум в 1,5 раза. Скорее всего, имеет место ценовой сговор. Не случайно компания, производящая лиоцелл в Америке, объявила в 1998 г. об удвоении совокупного дохода в течение двух лет. Подобный рост на стабильном текстильном рынке практически невозможен без игры с ценами. Тем более, что сам по себе метод производства на порядок дешевле, чем вискозный.

За 10 лет выпуска лиоцелла затраты на разработку, выпуск и освоение оборудования и технологий полностью окупились. Теперь основные производители получают сверхприбыли на защищенных от конкуренции внутренних рынках.

В ближайшее десятилетие (при условии вмешательства антимонопольных органов) можно ожидать существенного снижения цен.

Особые потребительские свойства волокна нашли применение в производстве женского белья класса «люкс», смесовых тканей (добавка в них до 15% лиоцелла заметно улучшает качество) — в частности, джинсы с добавкой нового волокна пользуются большой популярностью — и при производстве тканей для небольших серий авторской одежды прет-а-порте. Материалы на основе лиоцелла всеми производителями позиционируются как экологически чистые. Часто это обстоятельство используется для того, чтобы оправдать высокие цены. В будущем волокно типа лиоцелл вытеснит вискозное волокно из производства белья, рубашек и штапеля.

По нашей оценке, в год в мире продается 500-700 тыс. тонн гидратцеллюлозного волокна при незначительном дефиците сырья в Европе и Америке (из-за запретов на ввоз дешевого азиатского сырья).

В Российской Федерации, насколько нам известно, волокно лиоцелл не продается и не производится в промышленном масштабе, несмотря на существование оригинальных российских патентов на его производство.

Попытки немецкой компании продать в 2000 г. компании «Тверь-химволокно» технологию производства лиоцелла, судя по его отсутствию на рынке, не принесли результатов.

Рекомендации для потенциального инвестора. Если бы крупная торгово-промышленная компания — назовем ее, к примеру, торговым домом холдинга «Российский», задумала «вписаться» в тему лиоцелла, ее руководству можно дать следующие рекомендации.

1. Возможный сегмент рынка. Основные потребители лиоцелла — производители белья, чулочно-носочных изделий и смесовых тканей высшей ценовой категории, т.е. высококачественных, удобных, прочных и износоустойчивых изделий, покупатель которых готов к высокой цене. В России — это очень небольшой сегмент рынка текстильных изделий (не более 3-7% от общего числа потребителей).

2. Источники сырьевого волокна. Самостоятельное производство лиоцелла в РФ по российским патентам сопряжено с неоправданными коммерческими и технологическими затратами. Подобный подход может рассматриваться при условии привлечения больших венчурных фондов. Стоимость ввоза лиоцелла из Европы в РФ не будет иметь коммерческого смысла еще около 7-10 лет. Цена одной тонны со всеми налоговыми отчислениями будет по минимуму в 1,5 раза выше стоимости одной тонны хлопка для крупной партии и в 2-2,5 раза — для небольших партий. Соответственно, цена за тонну лиоцелла на западном рынке составляет 3600-4500 USD.

В настоящее время оптимальными поставщиками лиоцелла для российского рынка могут стать азиатские производители.

В этом случае стоимость одной тонны не будет выше стоимости тонны вискозы — и даже дешевле при крупной партии. Оптимален гибкий подход к таможенному оформлению поставок. В долгосрочной перспективе целесообразны вывоз из этих стран бывших в эксплуатации установок для ММО-процесса и производство лиоцелла на территории РФ (стоимость подобных проектов оценивается в диапазоне 0,3-1,5 млн. USD).

Другим вариантом сотрудничества с поставщиками может быть схема BOT(build, operate, transfer). Подобный договор может быть заключен, либо с одной из компаний держательниц патентов, либо с компанией из Юго-Восточной Азии. Холдингу «Российский» удастся стать основным продавцом готового волокна, производимого на подобном предприятии, благодаря предоставлению производственных площадей для установок и персонала.

3. Рекомендации методического характера. Капитальная подготовка проекта предусматривает: 1) точное определение ценового диапазона азиатских поставщиков лиоцелла; 2) проведение мониторинга российского рынка на предмет возможной конкуренции; 3) приобретение и переработку небольших партий сырьевого лиоцелла с целью отработки технологии и начала предварительных продаж; 3) выбор формы позиционирования нового материала на российском рынке на основе свойств и ценовых характеристик волокна; 4) продвижение нового материла с постоянным мониторингом рынка; 5) выбор схемы работы с поставщиками нового материала ( ВОТ или иные варианты).

4. Продуктовая стратегия. Для оценки этой товарной группы, как стратегической зоны развития холдинга удобно использовать двумерную матрицу по модели BCG (матрица Boston Consulting Group).3 Исходя из существующего состояния дел любого российского текстильного предприятия, большая часть бизнес-единиц — это dogs, т. е. позиции с низкой долей рынка на медленно растущем или стабильном спросе. Введение в портфель холдинга товарной группы stars позволит определять условия работы рынка по новому типу волокон и материалов с новыми потребительскими свойствами. Это в дальнейшем способствует переводу лиоцелла в разряд cash cows. Недостаток позиции Stars — в необходимости значительных пакетных инвестиций, даже при незначительных объёмах вложений на первоначальном этапе.

Предполагаемые результаты:

•расширение ассортимента;
•оптимизация глубины ассортимента благодаря введению новых торговых марок с особыми свойствами готовых материалов;
•экспансия торгового дома в секторе рынка новых текстильных технологий и материалов.

ПРИМЕЧАНИЯ

Статья публикуется в дискуссионном порядке

В ходе подготовки маркетингового исследования, по результатам которого написана данная статья, автор провел анализ мировых тенденций развития рынка гидратцеллюлозного волокна, полученного различными методами, собрал и проанализировал статистические данные по различным методам его производства.

Источниками информации служили ресурсы Интернет, неформальные интервью с ведущими российскими и зарубежными специалистами в области ММО-процесса (в частности, авторами основных патентов на твердофазный ММО-процесс), результаты работы на международной конференции «Chemfibres-2000», публикации в журналах «Химические волокна», «Fibers & Textiles in Eastern Europe», «Chemical Fibers International», «Текстильная промышленность», «Текстильная химия».

Литература

1. Серков А. Т. Производство вискозных штапельных волокон. — М.: Химия. 1986.
2. Марини М., Фирго Г., Эйбл М. Волокно лиоцелл фирмы «Ленцинг» // Химические волокна. № 1, 1996, с. 27-30.
3. Сладкопевцев Р. А. Управление маркетингом торгового предприятия // Эксклюзивный маркетинг. Вып. № 5 (26), 2001, с. 53-91.
4 Более подробно о современном состоянии рынка вискозных волокон и нитей см. Азиз Капкаев. Целлюлозные нити и волокна: смена мировых лидеров // Рынок легкой промышленности, № 9, январь 2001 г., № 10, февраль 2001 г. Ирина Кудинова. Искусственные волокна и нити: российский вариант // Рынок легкой промышленности, № 9, январь 2001 г., № 10, февраль 2001 г. — прим. ред.

Лошадкин Дмитрий Владимирович

Рынок легкой промышленности

Источник

Вискозное волокно

Виско́зное волокно́ (от латинского viscosus — клейкий) — искусственное целлюлозное волокно, получаемое переработкой природной целлюлозы. Производится в виде текстильных и кордовых нитей и штапельного волокна.

Вискозное волокно является одним из первых искусственных волокон, нашедших практическое применение: процесс производства вискозного волокна был разработан в конце ХIХ века и с минимальными модификациями применяется по сей день. Процесс получения вискозного волокна состоит из следующих стадий:

• Получение из целлюлозы прядильного раствора — вискозы (ксантогената целлюлозы)
• Формование мокрым методом нити продавливанием вискозы через фильеры в кислотную ванну с регенерацией целлюлозы
• Отделка и сушка

Вискозное волокно легко окрашивается красителями для натуральных волокон (хлопка, льна), гигроскопично, что обуславливает высокие гигиенические качества ткани из него, и, благодаря доступности исходного сырья и реактивов, используемых в производстве, относительно недорого.

К недостаткам вискозного волокна относятся лёгкая сминаемость, значительная потеря прочности в мокром состоянии и недостаточная устойчивость к истиранию. Эти недостатки в той или иной степени могут быть устранены последующими модификациями и обработкой.

Содержание

История

Процесс регенерации целлюлозы из раствора при добавлении кислоты в ее концентрированный медноаммиачный (то есть содержащий сульфат меди и гидроксид аммония) водный раствор был описан англичанином Дж. Мерсером около 1844. Но первое промышленное применение этого метода, положившее начало промышленности медно- аммиачного волокна, приписывается Е.Швейцеру (1857), а дальнейшее его развитие — заслуга М.Крамера и И.Шлоссбергера (1858). И только в 1892 Кросс, Бевин и Бидл в Англии изобрели процесс получения вискозного волокна: вязкий (откуда название вискоза) водный раствор целлюлозы получался после обработки целлюлозы сначала крепким раствором едкого натра, что давало «натронную целлюлозу», а затем — дисульфидом углерода (CS2), в результате чего получался растворимый ксантогенат целлюлозы. При выдавливании струйки этого «прядильного» раствора через фильеру с малым круглым отверстием в кислотную ванну целлюлоза регенерировалась в форме вискозного волокна. При выдавливании раствора в такую же ванну через фильеру с узкой щелью получалась пленка, названная целлофаном. Ж.Бранденбергер, занимавшийся во Франции этой технологией с 1908 по 1912, первым запатентовал непрерывный процесс изготовления целлофана.

30 сентября 1902 года был запатентован искусственный шёлк (вискоза).

В СССР первые производства вискозных волокон начали появляться в 1927 году, в городах Мытищи, Ленинград, Могилёв и Клин [1] . Проектирование предприятий велось проектным институтом ГИПРОИВ [2] .

Ассортимент вискозных волокон

Вискозные волокна вырабатываются трех основных видов:

• текстильная нить
• техническая нить
• штапельные волокна

Получение вискозного волокна

Вискозное волокно представляет искусственное химическое волокно из гидратцеллюлозы, то есть одной из структурных модификаций целлюлозы волокна из раствора. Гидратцеллюлоза отличается от природной целлюлозы повышенной гигроскопичностью, сорбционными свойствами и большей способностью к гидролизу, этерификации и окислению. Средняя степень полимеризации гидратцеллюлозы в вискозном волокне колеблется от 300 до 600, что соответствует молекулярной массе 49000—98000. При формовании вискозного волокна в нем образуются надмолекулярные структуры, тип которых зависит от условий формования (характеристик вискозной прядильной массы, состава осадительной ванны и др.). Физико-механические свойства вискозных волокон (ВВ) в значительной степени определяются структурой их наружной оболочки, в которой гидрат-целлюлоза содержит значительное количество поперечных связей, что придает волокнам повышенную прочность. Плотность ВВ составляет около 1,5 т/м . ВВ не термопластичны и могут кратковременно использоваться без снижения механических свойств при температуре 100—120 °C. Устойчивы к действию воды и неполярных органических растворителей (бензин, бензол), в которых не набухают. При действии концентрированных минеральных кислот при нормальной температуре и разбавленных кислот при нагревании, а также щелочей в присутствии кислорода воздуха подвергаются деструкции. Сильно набухают в разбавленных растворах щелочей и растворяются в медноаммиачном растворе. ВВ неустойчивы к действию микроорганизмов, которые вызывают их деструкцию. В зависимости от назначения ВВ производятся в виде непрерывных нитей (текстильных и особо прочных кордных) или штапельного волокна различного типа: обычной прочности, высокопрочного, извитого и полинозного (хлопкоподобного). Особую группу составляют модифицированные ВВ специального назначения: повышенной хемостойкости, ионообменные, бактерицидные, кровеостанавливающие и др., а также вискозная пленка. ВВ имеют хороший внешний вид, легко окрашиваются, обладают лучшими по сравнению с синтетическими волокнами гигиеническими качествами, отличаются достаточно высокими прочностными и усталостными характеристиками, относительно дешевы. Вследствие этого ВВ широко используются для производства текстильных тканей народного потребления и широкого ассортимента технических изделий. Вискозная пленка (целлофан) обладает высокой паро- и влагопроницаемостью, устойчива к действию жиров и масел, вследствие чего используется в качестве упаковочного материала. Производство ВВ состоит из двух последовательных стадий: получение прядильной массы — вискозы и формование волокна. В качестве сырья используется древесная целлюлоза, содержащая 95—99 % высокомолекулярной волокнообразующей фракции со степенью полимеризации 800—1100.

Описание технологии получения

Получение вискозы включает следующие операции:

• Обработка целлюлозы 20%-ным раствором гидроксида натрия (мерсеризация) в течение 5—115 минут при температуре 45—60° С. При этом образуется аддитивное соединение целлюлозы с щелочью:(щелочная целлюлоза) (а) и алкоголяты целлюлозы (б). Одновременно с реакциями (а) и (б) при мерсеризации происходит набухание целлюлозы и растворение гемицеллюлоз, что способствует диффузии этерифицирующего агента внутрь волокна при последующем ксантогенировании щелочной целлюлозы.
• Отжим суспензии для удаления избытка раствора гидроксида натрия на отжимном прессе до степени отжима (отношение масс отжатой щелочной целлюлозы и суспензии) 0,33-0,36.
• Измельчение отжатой щелочной целлюлозы.
• Окислительная деструкция (предсозревание) щелочной целлюлозы за счет окисления ее кислородом воздуха на транспортере или в специальных аппаратах в течение 1,5 — 2 часов при температуре 50 — 60 °C. В процессе предсозревания степень полимеризации целлюлозы снижается до 400—600.
• Процесс ксантогенирования заключается в обработке щелочной целлюлозы сероуглеродом, при этом образуется новое химическое соединение — ксантогенат целлюлозы, способный раствориться в разбавленном растворе едкого натра.

Ксантогенирование щелочной целлюлозы осуществляется в герметически закрывающихся аппаратах периодического действия — ксантогенаторах. Ксантогенатор снабжен охлаждающей рубашкой, внутри него имеется горизонтальная мешалка, на корпусе загрузочные и выгрузочные люки, предохранительные клапаны. Подведены коммуникации для сероуглерода, воды, щелочи, азота, отсоса паров сероуглерода и создания вакуума.

В ксантогенатор загружается 2200 кг щелочной целлюлозы с помощью пневмотранспорта из бункер-весов. После загрузки щелочная целлюлоза доводится до начальной температуры ксантогенирования (18…22)°С ± 0,5 °C путем подачи в рубашку ксантогенатора летом переохлажденной, а зимой — речной воды. По достижении начальной температуры ксантогенирования в ксантогенаторе подается сероуглерод в количестве 30…36 % массы альфа-целлюлозы.

Начало подачи сероуглерода считается началом процесса ксантогенирования, который продолжается 60…75 мин. Когда процесс ксантогенирования закончен, в ксантогенатор через счетчик в количестве, определенном расчетом, подается растворительная щелочь, охлажденная до 5°С±1°С. Из расчетного количества 1000…1500 л растворительной щелочи оставляется для промывки ксантогенатора после выгрузки.

Технология получения вискозного волокна полунепрерывным способом

Совершенно иная возможность получения вискозных текстильных нитей тонкого ассортимента показана путем использования полунепрерывного принципа, реализующего высокоскоростное формование по мокрому способу.

Источник