Categories: اخبار فرش ماشینی

الیاف ریون چیست؟ نحوه تولید و کاربردها

الیاف ریون ::‌ طبق تعریف انیستیتو نساجی ریون به الیافی گفته می شود که تمام آن و یا بیشتر آن ازسلولز بازیافته تشکیل شده باشد.بنابراین ریون انواع مختلفی از الاف مثل ویسکوزریون ویا کوپرانیوم را پوشش می دهد .لازم به ذکر است که ریون به الیاف سلولزی بازیافتی اصلاح شده مثل استات ها اتلاق نمی گردد.تولید ریون ازطریق سه روش زیر امکان پذیر است:

الف –ویسکوز

ب-کوپرانیوم

ج-حلال

بخش بزرگی ازریون مصرفی جهان به روش ویسکوز تهیه می گردد. مواد اولیه برای تولید ریون را ذچوب درختان ویژه والیاف کوتاه پنبه (ضایعات )به مقدار کمتر تشکیل می دهند.

ویسکوز ریون

درسال ۱۸۹۱میلاد یبوآن،ای دل وکراس دریافتندکه سلولز در مخلوطی از سود سوز آور ،وکربن دی سولفید،حل می گردد.برهمین اساس روش ویسکوزدر سال ۱۹۰۳در انگلستان ودر سال۱۹۱۰در ایالات متحده جهت تولید الیاف ویسموز به کار گرفته شد.

مراحل مختلف درتولید الیاف ویسکوز ریون ازقرار زیر می باشد:

الف:خیساندن

دراولین مرحله از تولید الیاف ریون ،سلولز به سلولز قلیایی مبدل می گردد.تبدیل سلولز به سلولز قلیایی ،واکنش آنرا با کربن دی سولفید ،جهت تولید سلولز زانتات که در آب حل می گردد امکان پذیر می سازد .به این ترتیب سلولز پس از تبدیل به یکی از مشتقات خود ،وبه عبارت دیگر به صورت غیر مستقیم ،درآب حل می گردد.در مرحله خیساندن،صفحات مقوایی که به صورت منظم کنار هم قرار گرفته اند درمحلول سود سوزآور۱۸درصد به مقدار ۱۸تا ۲۰درصد به وزن سلولز قرار می گیرد.درصورت استفاده ازالیاف کوتاه پنبه (ضایعات پنبه)غلظت سود سوزآور به ۲۰درصد افزایش داده می شود.چون نفوذ محلولسود سوز آور به الیاف پنبه ای کوتاه نسبت به صفحات مقوایی سلولز سخت تر می باشد.سرعت پرکردن حمام خیساندن با محلول سود سوزآور از اهمیت خاص برخوردار است .

سرعت کم پرکردن حمام باعث مکیده شدن محلول خاص برخوردار است.سرعت کمپرکردن حمام باعث مکیده شدن محلول سودسوز آور باغلظت کمتر نسبت به غلظت اصلی می گردد که در نتیجه آن بلورهای سلولز به مقدار کافی باز نشده وتبدیل سلولزiبه سلولزiiبه صورت کامل انجام نمی شود.سرعت زیادپرکردن حمام تشکیل حباب های هوا رابه همراه داشته که ازخیس شدن سلولز با محلول قلیا جلوگیری به عمل آورده ومشکلاتی رادرصافی کردن بوجود می آورد.خیساندن دردمای ۲۵درجه سانتیگراد انجام می شود .هرچند دمای سلولز دراین مرحله ممکن است باتوجه به گرمازابودن واکنش به ۲۸تا۳۲درجه سانتیگرادبرسد.لازم به ذکراست که درجه تورم سلولز درآب وهمچنین محلول سود آور با افزایش دما کاهش می یابد .خیساندن باید به صورت یکنواخت وباراندمان بالایی در ۵دقیقه اول انجام شود .

تحت شرایط صحیح ،بخشی از سلولز های با وزن مولکولی کم وهمچنین همی سلولز حل می گردند.ین دو معمولا از بقیه جدا می گردند.وجود همی سلولز در تولید نهایی ،خواص فیزیکی آن کاهش داده وشکنندگی آنرا افزایش می دهد .غلظت مجاز همی سلولز در محلول سود برای ریون معمولی ۲درصد ،برای ریون مدول تر بالا۷/۰درصد وبرای تایر ۵/۰درصد می باشد.

ب:خرد کردن

خرد کننده علاوه بر خردریز کرده صفحات سلولزی متورم ،سود سوز آور رابه صورت یکنواخت درسلولز پخش می کند ودما رابه ۳۰تا۳۲درجه سانتیگراد افزایش می دهد.این دما برای مرحله زمان دادن مناسب است .عمل خرد کردن توسط چرخش محفظه ومیله های داخل آن انجام می شود.

ج:زمان دادن

درمرحله زمان دادن که ممکن است به صورت مداوم ویا غیر مداوم انجام شود .اکسید اسیون سلولز قلیایی شکل گرفته ودر نتیجه درجه پلیمریزاسیون سلولز اولیه از حدود ۲۰۰۰به ۲۵۰تا ۳۵۰کاهش می یابد.این کاهش درجه پلیمریزاسیون که کاهش ویسکوزیته رابه همراه دارد تولید الیاف را آسان تر می سازد .درطول این مرحله لازم است که از خشک شدن سلولز قلیایی جلوگیری بعمل آید.همچنین تشکیل کربنات سدیم دراین مرحله نامطلوب می باشد لازم به ذکر است که گرچه بخش عمده کاهش درجه پلیمریزاسیون درمرحله زمان دادن اتفاق می افتد ولی این کاهش ازابتدا ی مخلوط شدن شدن سلولز با سود سوزآور شروع گردیده ودرمرحله خرد کردن ادامه می یابد .زمان دادن در دمای ۲۲درجه سانتیگراد ودر حدود ۲۴ساعت انجام می شود .دما ،زمان وکاتالیست عوامل موثر بر کاهش درجه پلیمریزاسیون را تشکیل می دهند.

د:زانتاسیون

زانتاسیون بخش مهمی از روش ویسکوز را تشکیل می دهد .که این مرحله معمولا کربن دی سولفید به مقدار ۳۲درصد نسبت به وزن سلولز قلیایی به محفظه زانتاسیون اضافه می گردد.دما در حدود ۳۲تا ۳۳درجه سانتیگراد نگه داشته می شود(دمای جوش کربن دی سئلفید ۴۶درجه

سانتیگراد است).واکنش گرما زا بین سلولز قلیایی(cehh-o-na+)وکربن دی سولفید ((cs2وبه عبارت دیگر تشکیل سلولز زانتات با فرمول درمدت زمان ۷۵تا ۹۰دقیقه کامل می گردد.سلولز زانتات خالص رنگ سفید دارد که براثر تشکیل تولیدات جانبی مثل تری تیوکربنات به زردی می گراید .پایین نگه داشتن دما درحین زانتات سیون ونفوذ بیشتر در سلولز قلیایی رنگ روشن تری رابرای سلولز زانتات به همراه داشته ودر عین حال sh2کمتری متصاعد می گردد.به طور کلی در صورت داشتن شرایط صحیح در حدود ۲۵درصد از کربن دی سولفید صرف تشکیل واکنش های جانبی می گردد.مقدار سلولز زانتات تشکیل شده به کمک عدد گاما نشان داده می شود.عدد گاما یک به معنی اتصال به طور متوسط یک گروه زانتات به هرواحد انیدرید گلوکز می باشد .محل اتصال بیشتردر موقعیت های c2وc3می باشد.در انتها کربن دی سولفید اضافه توسط مکش از محیط دور می گردد.لازم به ذکر است که همزمان با تشکیل سلولز زانتات ،واکنش های متعددی به صورت همزمان به صورت زیر اتفاق می افتد:

ه:حل کردن

برای حل کردن سلولز زانتات وتبدیل آن به مایع عسل مانندی که ویسکوز نام دارد زانتات درتانک های حاوی محلول رقیق سود سوزآور قرار داده شده وبه هم زده می شود .دراین مرحله ،محلول قلیا باید در صورت امکان ،دما حدود ۵درجه سانتیگراد (حداکثر ۱۰درجه سانتیگراد )داشته باشد.

هنگام افزودن زانتات ،دمای تانک به بیش از ۱۲-۱۰درجه سانتیگراد برسد.برای کسب راندمان بالا در حل کردن ،لازم است که در مدت زمان ۳-۲ساعت که برای این مرحله لازم است دما به بیش از ۱۸ درجه سانتیگراد نرسد.در آخر این مرحله بعد است .سلولز ومشتقات آن برخلاف تقریبا تمام پلیمر های دیگر ،دردمای پایین بهتر حل می گردند.لازم به ذکر است که افزایش سرعت به هم ردن ممکن است افزایش دما را به همراه داشته باشدهرچند اعمال نیروی مکانیکی برشی ،حل شدن را سرعت می بخشد .راندمان پایین دراین مرحله ،مشکلاتی را در صافی کردن به همراه خواهد داشت.

و:رسیدن

سلولز زانتا ت مستقیما پس از حل شدن آماده ریسیدن شدن نمی باشد زیرا به آسانی منعقد نمی گرددودرصورت ریسیده شدن ،گسیختگی زیاد رابه همراه خواهد داشت .همانطور که قبلا گفته شد محل اتصال بیشتر گروه های زانتات به سلولزدر موقعیت های c2وc3می باشدکه نزدیک شدن زنجیر ه های سلولزی رابه یکدیگر مشکل می سازد.به همین علت لازم است که

اتصال ،بیشتر در موقعیت c6قرار گیرد .تا نزدیک شدن زنجیره ها به یکدیگر امکان پذیر گردد.این توزیع دوباره گروه های زانتات ،نقش اصلی مرحله رسیدن است.

پس ازحل شدن،درشرایط قلیایی گروه های زانتات درموقعیت هایc2 وc3 باسرعتی درحدود۲۰-۱۵ مرتبه سریعتر اززانتات درموقعیتc6هیدرولیزمی گردند.گروه های زانتات آزادشده می تواننددرموقعیتc6قرارگرفته ویا اینکه با سود سوز آور اضافه که همیشه موجود است واکنش نموده وتولید جانبی غیر آلی تری تیوکربنات را باعث گردند.تشکیل این تولیدجانبی با ازدیاد دما در مرحله رسیدن افزایش می یابد.رسیدن معمولا دردمای نسبتا پایین ودرمدت زمان نسبتا طولانی در خلاء انجام می شود .درحین رسیدن ،غلظت زانتات به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.به عنوان مثال ویسکوز تازه ممکن است دارای ۲/۲درصد گوگرد و۶/۱درصد زانتات سولفور باشد.بعد از رسیدن ،غلظت زانتات سولفور به ۹/۰تا ۱/۱می رسد.بخش زیادی از زانتات سولفور به تولید جانبی گوگرد مبدل می گردد.دراین مرحله ممکن است مقداری از سلولززانتات به سلولز قلیایی وکربن دی سولفید تجزیه گرددکه نامطلوب می باشد.

غلظت زانتات به تنهایی سرعت انعقاد را مشخص نمی کند .در این رابطه عوامل دیگری مثل غلظت سلولز ،درجه پلیمر یزاسیون ومقدار قلیا هم موثر می باشد.برای اندازه گیری مقدار رسیدگی وبه عبارت دیگر قدرت انعقاد ویسکوز ،شاخص نمک ونسبت زانتات به صورت زیر بکارگرفته می شود:

-تست شاخص کلرو سدیم

دراین روش ازمحلول های نمک با غلظت متفاوت برای مشخص نمودن اولین انعقاد یک قطره ویسکوز اضافه شده به محلول استفاده می شود.شاخص کلرو سدیم با افزایش زمان رسیدن کاهش می یابد.ویسکوز رسیده دارای شاخص کلرو سدیم در حدود ۵ت۶می باشد.

تست آمونیوم کلراید

دراین روش ویسکوز بایک روش استاندارد ،رقیق شده وبا محلول ۱۰درصد آمونیم کلراید تیترمی گردد.یک قطره ویسکوز تازه ممکن است برای انعقاد به محلول ۸درصد نمک طعام احتیاج داشته باشددرصورتیکه همین ویسکوز بعد از ۴۰ساعت رسیدن در محلول ۴درصد وبعداز ۷۰ساعت در محلول ۲درصد نمک طعام منعقد می گردد.علاوه بر نمک طعام وآمونیوم کلراید ،استیک اسید هم برای همین منظور مورد استفاده قرار گرفته است .

-نسبت زانتات

این نسبت به صورت تعداد گروه های زانتات در۱۰واحد گلوکز تعریف می گردد.در ابتدا رسیدن این نسبت ۵۰می باشد به عبارت دیگر برای هر ۲واحد گلوکز یک زانتات وجود دارد.بعداز رسیدن نسبت زانتات به ۳۵ت۴۰کاهش می یابد.

-ریسندگی اولیه

بعداز توزیع دوباره گروه های زانتات به مقدار کافی دردرمرحله رسیدن که سرعت انعقاد صحیحی را برای ویسکوز امکان پذیرمی سازد ،ویسکوز برای ریسندگی اولیه وبه عبارت دیگر شکل گرفتن الیاف ممتد از ویسکوز آماده می باشد.این مرحله از دو بخش انعقاد وبازیافت تشکیل می گردد.انعقاد به وجود نمک در حمام ریسندگی ودرنتیجه جداسازی آب از محلول پلیمر توسط آن مربوط می گردد.منظور از بازیافت ،جدا سازی گروه های زانتات از سلولز زانتات توسط اسید می باشدکه بر اثر آن سلولوز به صورت زیر دوباره احیا گردیده وامکان تبلور به پلیمر داده می شود .افزایش غلظت اسید درحمام ریسندگی ،سرعت بازیابی را افزایش می دهد.دراین مرحله ،کنترل سرعت انعقاد در مقابل سرعت بازیابی واستفاده ازاین تفاوت جهت کسب بیشترین حساسیت به کشش از اهمیت بسیار برخوردار است .به عبارت دیگر خواص الیاف توسط محتویات حمام ریسندگی مشخص می گردد.کشش ژل نرم ویسکوز ،آرایش یافتگی دائم را به وجود نمی آوردوچنانچه ژل زیاد سخت شود کشش بیشتر تقریبا غیر ممکن است .

درمرحله ی ریسندگی اولیه ،محلول ویسکوز ازطریق روزنه های رشته ساز وارد حمام انعقاد حاوی نمک واسید می گردد.به عنوان نمک معمولا از سدیم سولفات با غلظت بالا به قدر کافی استفاده می شود.همانطور که ذکر گردید غلظت بالای نمک به عنوان یک سیستم آبگیر (دهیدراته)عمل نموده وآب راازمحلول سلولز زانتات با غلظت ۷تا۱۰ درصد جدا می سازد.افزایش غلظت نمک در حمام ریسندگی ،سرعت انعقاد را سریعاافزایش می دهد.برای تولید الیاف ویسکوز معمولی ،محتویات حمام ریسندگی بادمای ۴۰تا۵۰درجه سانتیگراد ازقرار زیر می باشد:

۱۰% h2so4

۱۸% na2so4

۱% znso4

مقدار سدیم سولفات درحمام انعقاد به ۱۲۰تا ۲۰۰گرم درلیتر می رسد.درصورت احتیاج به آبگیری بیشتر ،از آمونیوم سولفات به مقدار ۲۳۰تا۳۵۰گرم درلیتر استفاده می شود.سولفوریک اسیدحاضر در حمام انعقاد ،نقش بازیابی سلولزرا از ویسکوز منعقد شده به عهده دارد.نسبت غلظت اسیدبه غلظت نمک ازنقطه نظر کنترل مقدار آب جدا شده از ویسکوزتوسط نمک قبل از سخت وتثبیت شدن سیستم توسط دورنمودن گروه های زانتات محلول به کمک اسید ازاهمیت زیاد برخوردار است.به عبارت دیگر ،کنترل تراکم توسط دورساختن آب از ویسکوز وکشش توده متراکم در مقابل سخت شدن نقش اصلی را در مرحله ی ریسندگی اولیه به عهده دارد.

ویسکوز معمولی بدون اعمال کشش روی آن تولید می گردد.این الیاف درشرایط انعقاد وبازیافت نسبتا سریع شکل می گیرند.اعمال کشش بعد ازانعقاد غیر ممکن می باشد.درصورت لزوم می توان فلامنت های ویسکوز را قبل از انعقاد کامل تاحدود ۳۰درصد دردومرحله کشید.افزایش کشش تاثیر بیشتری را در آرایش دادن مولکول های سلولزی به همراه خواهد داشت واستحکام نهایی در هر دوحالت تر وخشک افزایش خواهد یافت .شکل ۳-۲نمودارهای تنش ،کرنش چند نوع الیاف سلولزی بازیافته شده را با پنبه ،پلی استرونایلون ۶مقایسه می کند.

افزایش استحکام الیاف ویسکوز باتوجه به امکان به وجود آوردن تغییرات فیزیکی درساختمان داخلی آن توسط تغییر در محتویات حمام ریسندگی واعمال کشش بین سالهای ۱۹۱۶و۱۹۶۲به صورت زیر گزارش شده است.

۱/۱گرم بردنیر ۱۹۱۶قبل از

۷/۱ ۱۹۱۶

۲ ۱۹۱۹

۷/۲ ۱۹۳۳

۴/۳ ۱۹۳۵

۹/۳ ۱۹۴۸

۳/۴ ۱۹۵۱

۲/۵ ۱۹۶۲

با توجه به مدت زمان لازم جهت بازیابی ونمره فلامنت ،سرعت ریسندگی اولیه ویسکوز به ۵۰تا ۱۵۰متر دردقیقه بالغ می گرددسرعت بسیار پایین ،تولید نخ فلامنتی ویسکوزرااقتصادی ساخته است .تر ریسی این نوع لیف برای تولید تعداد زیادی از فلامنت وبه عبارت دیگر نوار(تو)اقتصادی می باشد.شکل ۴-۲سطح قاعده چند نوع الیاف سلولزی بازیافتی رانشان می دهد .ذکر این نکته ضروری است که محلول پلیمردر مرحله خروج ازرشته ساز سطح قاعده دایره ای شکل دارد ولی پس از خروج حلال ،پوسته فلامنت شکل می گیرد که به سرعت انعقاد وبازیابی بستگی دارد.

افزایش مقدار سولفات روی به حمام انعقاد باعث تغییر وبهبود در خواص الیاف سلولزی بازیافتی می گردد.به عنوان مثال اولین گروه نخ های تایر ویسکوز بااستحکام بیشتر نسبت به الیاف معمولی ،باافزایش غلظت سولفات در حمام ریسندگی اولیه تهیه گردیدند.

محتویات حمام ریسندگی نخ های تایر اولیه با دمای بین ۵۵تا ۶۰درجه سانتیگراد به صورت زیر گزارش شده است:

۶% h2so4

۱۰% na2so4

۷-۴% znso4

دراین شرایط ،کشش فلامنت تا۱۰۰درصدامکان پذیر است.

نسبت ترکیب صحیح مواد افزودنی می تواند زمان بازیافت رابه چهار تا پنج برابر افزایش دهد.این افزایش زمان وبه عبارت دیگر کاهش سرعت بازیافت ،کسب آیایش یافتگی بیشتری را درحین کشش ممکن می سازد .افزودن موادیمثل دی متیل آمین وپلی اترگلیکول با وزن مولکولیدر حدود۱۵۰۰به حمام ریسندگی اولیه باعث افزایش بیشتراستحکام فلامنت تولید شده می گردد،که نخ های تایر سوپر نام گرفته اند.عقیده براین است که این مواد بابه تاخیر انداختن بازیابی سلولز امکان اعمال کشش بیشتر را برای فلامنتی که هنوز کاملا بازیابی ومنعقد نگردیده است فراهم می آورند.کشش کل ممکن در دو مرحله که کشش جت وکشش گات نامیده می شوداعمال می گردد.کشش جت به صورت نسبت سرعت خطی اولین گات به سرعت خطی متوسط جریان محلول ویسکوز درروزنه رشته ساز تعریف گردیده است .منظور از کشش گات ،نسبت سرعت خطی گات دوم به گات اول می باشد .باتوجه به عیوب الیاف معمولی ریون مثل عدم مقاومت کافی در مقابل قلیا ،کاهش استحکام در حالت تروهمچنین نداشتن ثبات ابعاد ، تولید کنندگان ریون دراوایل دهه ۱۹۶۰الیاف ریون با مدول تر بالارا تولید کردند .اولین تولید کنندگان این الیاف همراه بانام تجاری آنها به صورت زیر است:

Courtaulds vincel

American enki fiber700

American viscose avril

Snia viscose koplon

Lenzing hoch modul

الیاف با استحکام تر بالا به مقدار حد اقل(den/g5/2)mn/tex220وازدیاد طول کمتر از ۱۵درصد نیروی ذکر شده به نام الیاف مدال شناخته می شوند.

کوپرامونیوم الیاف ریون

باتوجه به بعضی خواص خاص کوپرامونیوم ریون،این نوع لیف سلولزی بازیافته شده به مقداربسیارکمتری نسبت به ویسکوزریون تولیدمی گردد.کوپرامونیوم ریون درمقایسه باویسکوزریون اززیردست نرمتری برخوردارمی باشد.روش کوپرامونیوم،همچنین به نام بمبرگ شناخته می شود.

مخلوط های قلیا،آمونیاک ویون مس که قادربه حل سلولزمی باشنداز سال۱۸۴۷میلادی گزارش شده است.دراین روش هم سلولزتقریباخالص به شکل الیاف پنبه کوتاه ویامقوا،درمحلول قلیایی آمونیاک ،سودسوزآوروسولفات مس حل گردیده واز طریق ترریسی به الیاف ممتدمبدل می گردد.

فرایند کوپرامونیوم در مقایسه باویسکوزدارای برتری های زیرمی باشد.

الف-درجه پایمریزاسیون۵۰۰-۵۵۰درمقایسه با۳۵۰-۴۰۰برای ویسکوز

ب-اقتصادی تربودن ریسیدن محلول باغلظت سلولز به مقدار ۱۰درصدویابیشتر

ج-ساده تر بودن فرایندحل کردن

ه-پایداری بیشترمحلول

درریسندگی اولیه کوپرامونیوم ریون،مطابق شکل۵-۲ازیک قیف استفاده می شودکه مایع منعقدکننده وبازیابنده ازیک طرف درآن جریان یافته وازطرف دیگرمحلول سلولزازطریق روزنه های رشته سازدرآن جریان یابد.سرعت محلول کوپرامونیوم درحین عبورازقیف ونزدیک شدن به انتهای آن،افزایش یافته ودر عین حال فیلامنت سلولزی ژله ای شکل تا حدودچهارمرتبه کشیده می شود.سپس الیاف به صورت موثرشسته شده وواردحمام حاوی سولفوریک اسید۵درصد می گردد.دراین حمام،زدودن نهایی مس همراه الیاف صورت گرفته وهمچنین قلیایی وآمونیاک باقیمانده روی الیاف خنثی می گردد.

کوپرامونیوم ریون معمولامشابه ویسکوز ریون معمولی می باشدوانواع بااستحکام بالای آن تولیدنگردیده است.همانطورکه درشکل۴/۲نشان می دهدالیاف کوپرامونیوم ریون برخلاف ویسکوزدارای سطح قاعده مدورمی باشند.

دوروش ویسکوز و کوپرامونیوم تا۷۵۰لیترآب رابرای تولیدهرکیلوگرم ریون مصرف می کنند.همچنین درحدود۸تا۱۰برابراین مقدارآبموردمصرف خدمات دیگردررابطه باتولیدویسکوزقرارمی گیرد.به علاوه وجودموادآلاینده درپساب ازمشکلات جدی دررابطه بامحیط زیست می باشد.به عنوان مثال برای تولیدهر۱۰۰کیلوگرم کوپرامونیوم ریون مقدار۴۰کیلوگرم مسو۸۰کیلوگرمآمونیاک مورداحتیاج است که پسازتولیدالیاف بایدازحدود۳۲۵۰۰لیترآب بازیابی شده ودوباره مورداستفاده قرارگیرد.بازیابی مس باستودن های تعویض یونی ومراحل رسوب انجام می شود.بازیابی آمونیاک ازمحلول های بسیاررقیق هم ازمشکلات این روش تولیدریون می باشد.درروش ویسکوزمقدارزیادی سدیم سولفات درپساب وجودداردکه بخش بزرگی ازآن بازیابی می گردد.آزادشدن گازهایh2sوcs2ازمشکلات این روش تولید ریون است.

————————————————————————————