الیاف ریون چیست؟ نحوه تولید و کاربردها

الیاف ریون ::‌ طبق تعريف انيستيتو نساجي ريون به اليافي گفته مي شود كه تمام آن و يا بيشتر آن ازسلولز بازيافته تشكيل شده باشد.بنابراين ريون انواع مختلفي از الاف مثل ويسكوزريون ويا كوپرانيوم را پوشش مي دهد .لازم به ذكر است كه ريون به الياف سلولزي بازيافتي اصلاح شده مثل استات ها اتلاق نمي گردد.توليد ريون ازطريق سه روش زير امكان پذير است:

الف –ويسكوز

ب-كوپرانيوم

ج-حلال

بخش بزرگي ازريون مصرفي جهان به روش ويسكوز تهيه مي گردد. مواد اوليه براي توليد ريون را ذچوب درختان ويژه والياف كوتاه پنبه (ضايعات )به مقدار كمتر تشكيل مي دهند.

ويسكوز ريون

درسال 1891ميلاد يبوآن،اي دل وكراس دريافتندكه سلولز در مخلوطي از سود سوز آور ،وكربن دي سولفيد،حل مي گردد.برهمين اساس روش ويسكوزدر سال 1903در انگلستان ودر سال1910در ايالات متحده جهت توليد الياف ويسموز به كار گرفته شد.

مراحل مختلف درتوليد الياف ويسكوز ريون ازقرار زير مي باشد:

الف:خيساندن

دراولين مرحله از توليد الياف ريون ،سلولز به سلولز قليايي مبدل مي گردد.تبديل سلولز به سلولز قليايي ،واكنش آنرا با كربن دي سولفيد ،جهت توليد سلولز زانتات كه در آب حل مي گردد امكان پذير مي سازد .به اين ترتيب سلولز پس از تبديل به يكي از مشتقات خود ،وبه عبارت ديگر به صورت غير مستقيم ،درآب حل مي گردد.در مرحله خيساندن، صفحات مقوايي كه به صورت منظم كنار هم قرار گرفته اند درمحلول سود سوزآور18درصد به مقدار 18تا 20درصد به وزن سلولز قرار مي گيرد.

درصورت استفاده ازالياف كوتاه پنبه (ضايعات پنبه)غلظت سود سوزآور به 20درصد افزايش داده مي شود.چون نفوذ محلولسود سوز آور به الياف پنبه اي كوتاه نسبت به صفحات مقوايي سلولز سخت تر مي باشد.سرعت پركردن حمام خيساندن با محلول سود سوزآور از اهميت خاص برخوردار است .

سرعت كم پركردن حمام باعث مكيده شدن محلول خاص برخوردار است.سرعت كمپركردن حمام باعث مكيده شدن محلول سودسوز آور باغلظت كمتر نسبت به غلظت اصلي مي گردد كه در نتيجه آن بلورهاي سلولز به مقدار كافي باز نشده وتبديل سلولزiبه سلولزiiبه صورت كامل انجام نمي شود.سرعت زيادپركردن حمام تشكيل حباب هاي هوا رابه همراه داشته كه ازخيس شدن سلولز با محلول قليا جلوگيري به عمل آورده ومشكلاتي رادرصافي كردن بوجود مي آورد.

خيساندن  دردماي 25درجه سانتيگراد انجام مي شود .هرچند دماي سلولز دراين مرحله ممكن است باتوجه به گرمازابودن واكنش به 28تا32درجه سانتيگرادبرسد.لازم به ذكراست كه درجه تورم سلولز درآب وهمچنين محلول سود آور با افزايش دما كاهش مي يابد .خيساندن بايد به صورت يكنواخت وباراندمان بالايي در 5دقيقه اول انجام شود .

تحت شرايط صحيح ،بخشي از سلولز هاي با وزن مولكولي كم وهمچنين همي سلولز حل مي گردند.ين دو معمولا از بقيه جدا مي گردند.وجود همي سلولز در توليد نهايي ،خواص فيزيكي آن كاهش داده وشكنندگي آنرا افزايش مي دهد .غلظت مجاز همي سلولز در محلول سود براي ريون معمولي 2درصد ،براي ريون مدول تر بالا7/0درصد وبراي تاير 5/0درصد مي باشد.

ب:خرد كردن

خرد كننده علاوه بر خردريز كرده صفحات سلولزي متورم ،سود سوز آور رابه صورت يكنواخت درسلولز پخش مي كند ودما رابه 30تا32درجه سانتيگراد افزايش مي دهد.اين دما براي مرحله زمان دادن مناسب است .عمل خرد كردن توسط چرخش محفظه وميله هاي داخل آن انجام مي شود.

ج:زمان دادن

درمرحله زمان دادن كه ممكن است به صورت مداوم ويا غير مداوم انجام شود .اكسيد اسيون سلولز قليايي شكل گرفته ودر نتيجه درجه پليمريزاسيون سلولز اوليه از حدود 2000به 250تا 350كاهش مي يابد.اين كاهش درجه پليمريزاسيون كه كاهش ويسكوزيته رابه همراه دارد توليد الياف را آسان تر مي سازد .درطول اين مرحله لازم است كه از خشك شدن سلولز قليايي جلوگيري بعمل آيد.

همچنين  تشكيل كربنات  سديم دراين مرحله نامطلوب مي باشد لازم به ذكر است كه گرچه بخش عمده كاهش درجه پليمريزاسيون درمرحله زمان دادن اتفاق مي افتد ولي اين كاهش ازابتدا ي مخلوط شدن شدن سلولز با سود سوزآور شروع گرديده ودرمرحله خرد كردن ادامه مي يابد .زمان دادن در دماي 22درجه سانتيگراد ودر حدود 24ساعت انجام مي شود .دما ،زمان وكاتاليست عوامل موثر بر كاهش درجه پليمريزاسيون را تشكيل مي دهند.

د:زانتاسيون

زانتاسيون بخش مهمي از روش ويسكوز را تشكيل مي دهد .كه اين مرحله معمولا كربن  دي سولفيد به مقدار 32درصد نسبت به وزن سلولز قليايي به محفظه زانتاسيون اضافه مي گردد.دما در حدود 32تا 33درجه سانتيگراد نگه داشته مي شود(دماي جوش كربن دي سئلفيد 46درجه

سانتيگراد است).واكنش گرما زا بين سلولز قليايي(cehh-o-na+)وكربن دي سولفيد ((cs2وبه عبارت ديگر تشكيل سلولز زانتات با فرمول درمدت زمان 75تا 90دقيقه كامل مي گردد.سلولز زانتات خالص رنگ سفيد دارد كه براثر تشكيل توليدات جانبي مثل تري تيوكربنات به زردي مي گرايد .پايين نگه داشتن دما درحين زانتات سيون ونفوذ بيشتر در سلولز قليايي رنگ روشن تري رابراي سلولز زانتات به همراه داشته ودر عين حال sh2كمتري متصاعد مي گردد.

به طور كلي در صورت داشتن شرايط صحيح در حدود 25درصد از كربن دي سولفيد صرف تشكيل واكنش هاي جانبي مي گردد.مقدار سلولز زانتات تشكيل شده به كمك عدد گاما نشان داده مي شود.عدد گاما يك به معني اتصال به طور متوسط يك گروه زانتات به هرواحد انيدريد گلوكز مي باشد .محل اتصال بيشتردر موقعيت هاي c2وc3مي باشد.در انتها كربن دي سولفيد اضافه توسط مكش از محيط دور مي گردد.لازم به ذكر است كه همزمان با تشكيل سلولز زانتات ،واكنش هاي متعددي به صورت همزمان به صورت زير اتفاق مي افتد:

ه:حل كردن

براي حل كردن سلولز زانتات وتبديل آن به مايع عسل مانندي كه ويسكوز نام دارد زانتات درتانك  هاي حاوي محلول رقيق سود سوزآور قرار داده شده وبه هم زده مي شود .دراين مرحله ،محلول قليا بايد در صورت امكان ،دما حدود 5درجه سانتيگراد (حداكثر 10درجه سانتيگراد ) داشته باشد.

هنگام افزودن زانتات ،دماي تانك به بيش از 12-10درجه سانتيگراد برسد.براي كسب راندمان بالا در حل كردن ،لازم است كه در مدت زمان 3-2ساعت كه براي اين مرحله لازم است دما به بيش از 18 درجه سانتيگراد نرسد.در آخر اين مرحله بعد است .سلولز ومشتقات آن برخلاف تقريبا تمام پليمر هاي ديگر ،دردماي پايين بهتر حل مي گردند.لازم به ذكر است كه افزايش سرعت به هم ردن ممكن است افزايش دما را به همراه داشته باشدهرچند اعمال نيروي مكانيكي برشي ،حل شدن را سرعت مي بخشد .راندمان پايين دراين مرحله ،مشكلاتي را در صافي كردن به همراه خواهد داشت.

و:رسيدن

سلولز زانتا ت مستقيما پس از حل شدن آماده ريسيدن شدن نمي باشد زيرا به آساني منعقد نمي گرددودرصورت ريسيده شدن ،گسيختگي زياد رابه همراه خواهد داشت .همانطور كه قبلا گفته شد محل اتصال بيشتر گروه هاي زانتات به سلولزدر موقعيت هاي c2وc3مي باشدكه نزديك شدن زنجير ه هاي سلولزي رابه يكديگر مشكل مي سازد.به همين علت لازم است كه اتصال ،بيشتر در موقعيت c6قرار گيرد .تا نزديك شدن زنجيره ها به يكديگر امكان پذير گردد.اين توزيع دوباره گروه هاي زانتات ،نقش اصلي مرحله رسيدن است.

پس ازحل شدن،درشرايط قليايي گروه هاي زانتات درموقعيت هايc2 وc3 باسرعتي درحدود20-15 مرتبه سريعتر اززانتات درموقعيتc6هيدروليزمي گردند.گروه هاي زانتات آزادشده مي تواننددرموقعيتc6قرارگرفته ويا اينكه با سود سوز آور اضافه كه هميشه موجود است واكنش نموده وتوليد جانبي غير آلي تري تيوكربنات را باعث گردند.تشكيل اين توليدجانبي با ازدياد دما در مرحله رسيدن افزايش مي يابد.

رسيدن معمولا دردماي نسبتا پايين ودرمدت زمان نسبتا طولاني در خلاء انجام مي شود .درحين رسيدن ،غلظت زانتات به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد.به عنوان مثال ويسكوز تازه ممكن است داراي 2/2درصد گوگرد و6/1درصد زانتات سولفور باشد.بعد از رسيدن ،غلظت زانتات سولفور به 9/0تا 1/1مي رسد.بخش زيادي از زانتات سولفور به توليد جانبي گوگرد مبدل مي گردد.دراين مرحله ممكن است مقداري از سلولززانتات به سلولز قليايي وكربن دي سولفيد تجزيه گرددكه نامطلوب مي باشد.

غلظت زانتات به تنهايي سرعت انعقاد را مشخص نمي كند .در اين رابطه عوامل ديگري مثل غلظت سلولز ،درجه پليمر يزاسيون ومقدار قليا هم موثر مي باشد.براي اندازه گيري مقدار رسيدگي وبه عبارت ديگر قدرت انعقاد ويسكوز ،شاخص نمك ونسبت زانتات به صورت زير بكارگرفته مي شود:

-تست شاخص كلرو سديم

دراين روش ازمحلول هاي نمك با غلظت متفاوت براي مشخص نمودن اولين انعقاد  يك قطره ويسكوز اضافه شده به محلول استفاده مي شود.شاخص كلرو سديم با افزايش زمان رسيدن كاهش مي يابد.ويسكوز رسيده داراي شاخص كلرو سديم در حدود 5ت6مي باشد.

تست آمونيوم كلرايد

دراين روش ويسكوز بايك روش استاندارد ،رقيق شده وبا محلول 10درصد آمونيم كلرايد تيترمي گردد.يك قطره ويسكوز تازه ممكن است براي انعقاد به محلول 8درصد نمك طعام احتياج داشته باشددرصورتيكه همين ويسكوز بعد از 40ساعت رسيدن در محلول 4درصد وبعداز 70ساعت در محلول 2درصد نمك طعام منعقد مي گردد.علاوه بر نمك طعام وآمونيوم كلرايد ،استيك اسيد هم براي همين منظور مورد استفاده قرار گرفته است .

-نسبت زانتات

اين نسبت به صورت تعداد گروه هاي زانتات در10واحد گلوكز تعريف مي گردد.در ابتدا رسيدن اين نسبت 50مي باشد به عبارت ديگر براي هر 2واحد گلوكز يك زانتات وجود دارد.بعداز رسيدن نسبت زانتات به 35ت40كاهش مي يابد.

-ريسندگي اوليه

بعداز توزيع دوباره گروه هاي زانتات به مقدار كافي دردرمرحله رسيدن كه سرعت انعقاد صحيحي را براي ويسكوز امكان پذيرمي سازد ،ويسكوز براي ريسندگي اوليه وبه عبارت ديگر شكل گرفتن الياف ممتد از ويسكوز آماده مي باشد.اين مرحله از دو بخش انعقاد وبازيافت تشكيل مي گردد.انعقاد به وجود نمك در حمام ريسندگي ودرنتيجه جداسازي آب از محلول پليمر توسط آن مربوط مي گردد.

منظور از بازيافت ،جدا سازي گروه هاي زانتات از سلولز زانتات توسط اسيد مي باشدكه بر اثر آن سلولوز به صورت زير دوباره احيا گرديده وامكان تبلور به پليمر داده مي شود .افزايش غلظت اسيد درحمام ريسندگي ،سرعت بازيابي را افزايش مي دهد.دراين مرحله ،كنترل سرعت انعقاد در مقابل سرعت بازيابي واستفاده ازاين تفاوت جهت كسب بيشترين حساسيت به كشش از اهميت بسيار برخوردار است .به عبارت ديگر خواص الياف توسط محتويات حمام ريسندگي مشخص مي گردد.كشش ژل نرم ويسكوز ،آرايش يافتگي دائم را به وجود نمي آوردوچنانچه ژل زياد سخت شود كشش بيشتر تقريبا غير ممكن است .

درمرحله ي ريسندگي اوليه ،محلول ويسكوز ازطريق روزنه هاي رشته ساز وارد حمام انعقاد حاوي نمك واسيد مي گردد.به عنوان نمك معمولا از سديم سولفات با غلظت بالا به قدر كافي استفاده مي شود.همانطور كه ذكر گرديد غلظت بالاي نمك به عنوان يك سيستم آبگير (دهيدراته)عمل نموده وآب راازمحلول سلولز زانتات با غلظت 7تا10 درصد جدا مي سازد.افزايش غلظت نمك در حمام ريسندگي ،سرعت انعقاد را سريعاافزايش مي دهد.براي توليد الياف ويسكوز معمولي ،محتويات حمام ريسندگي بادماي 40تا50درجه سانتيگراد ازقرار زير مي باشد:

10%                      h2so4

18%                      na2so4

1%                       znso4

مقدار سديم سولفات درحمام انعقاد به 120تا 200گرم درليتر مي رسد.درصورت احتياج به آبگيري بيشتر ،از آمونيوم سولفات به مقدار 230تا350گرم درليتر استفاده مي شود.سولفوريك اسيدحاضر در حمام انعقاد ،نقش بازيابي سلولزرا از ويسكوز منعقد شده به عهده دارد.

نسبت غلظت اسيدبه غلظت نمك ازنقطه نظر كنترل مقدار آب جدا شده از ويسكوزتوسط نمك قبل از سخت وتثبيت شدن سيستم توسط دورنمودن گروه هاي زانتات محلول به كمك اسيد ازاهميت زياد برخوردار است.به عبارت ديگر ،كنترل تراكم توسط دورساختن آب از ويسكوز وكشش توده متراكم در مقابل سخت شدن نقش اصلي را در مرحله ي ريسندگي اوليه به عهده دارد.

ويسكوز معمولي بدون اعمال كشش روي آن توليد مي گردد.اين الياف درشرايط انعقاد وبازيافت نسبتا سريع شكل مي گيرند.اعمال كشش بعد ازانعقاد غير ممكن مي باشد.درصورت لزوم مي توان فلامنت هاي ويسكوز را قبل از انعقاد كامل تاحدود 30درصد دردومرحله كشيد.افزايش كشش تاثير بيشتري را در آرايش دادن مولكول هاي سلولزي به همراه خواهد داشت واستحكام نهايي در هر دوحالت تر وخشك افزايش خواهد يافت .شكل 3-2نمودارهاي تنش ،كرنش چند نوع الياف سلولزي بازيافته شده را با پنبه ،پلي استرونايلون 6مقايسه مي كند.

افزايش استحكام الياف ويسكوز باتوجه به امكان به وجود آوردن تغييرات فيزيكي درساختمان داخلي آن توسط تغيير در محتويات حمام ريسندگي واعمال كشش بين سالهاي 1916و1962به صورت زير گزارش شده است.

1/1گرم بردنير           1916قبل از

7/1                                1916

2                                   1919

7/2                               1933

4/3                               1935

9/3                               1948

3/4                               1951

2/5                               1962

با توجه به مدت زمان لازم جهت بازيابي ونمره فلامنت ،سرعت ريسندگي اوليه ويسكوز به 50تا 150متر دردقيقه بالغ مي گرددسرعت بسيار پايين ،توليد نخ فلامنتي ويسكوزرااقتصادي ساخته است .تر ريسي اين نوع ليف براي توليد تعداد زيادي از فلامنت وبه عبارت ديگر نوار(تو)اقتصادي مي باشد.شكل 4-2سطح قاعده  چند نوع الياف سلولزي بازيافتي رانشان مي دهد .ذكر اين نكته ضروري است كه محلول پليمردر مرحله خروج ازرشته ساز سطح قاعده دايره اي شكل دارد ولي پس از خروج حلال ،پوسته فلامنت شكل مي گيرد كه به سرعت انعقاد وبازيابي بستگي دارد.

افزايش مقدار سولفات روي به حمام انعقاد باعث تغيير وبهبود در خواص الياف سلولزي بازيافتي مي گردد.به عنوان مثال اولين گروه نخ هاي تاير ويسكوز بااستحكام بيشتر نسبت به الياف معمولي ،باافزايش غلظت سولفات در حمام ريسندگي اوليه تهيه گرديدند.

محتويات حمام ريسندگي نخ هاي تاير اوليه با دماي بين 55تا 60درجه سانتيگراد به صورت زير گزارش شده است:

6%                       h2so4

10%                     na2so4

7-4%                    znso4

دراين شرايط ،كشش فلامنت تا100درصدامكان پذير است.

نسبت تركيب صحيح مواد افزودني مي تواند زمان بازيافت رابه چهار تا پنج برابر افزايش دهد.اين افزايش زمان وبه عبارت ديگر كاهش سرعت بازيافت ،كسب آیايش يافتگي بيشتري را درحين كشش ممكن مي سازد .افزودن مواديمثل دي متيل آمين وپلي اترگليكول با وزن مولكوليدر حدود1500به حمام ريسندگي اوليه باعث افزايش بيشتراستحكام فلامنت توليد شده مي گردد،كه نخ هاي تاير سوپر نام گرفته اند.

عقيده براين است كه اين مواد بابه تاخير انداختن بازيابي سلولز امكان اعمال كشش بيشتر را براي فلامنتي كه هنوز كاملا بازيابي ومنعقد نگرديده است فراهم مي آورند.كشش كل ممكن در دو مرحله كه كشش جت وكشش گات ناميده مي شوداعمال مي گردد.كشش جت به صورت نسبت سرعت خطي اولين گات به سرعت خطي متوسط جريان محلول ويسكوز درروزنه رشته ساز تعريف گرديده است .منظور از كشش گات ،نسبت سرعت خطي گات دوم به گات اول مي باشد .باتوجه به عيوب الياف معمولي ريون مثل عدم مقاومت كافي در مقابل قليا ،كاهش استحكام در حالت تروهمچنين نداشتن ثبات ابعاد ، توليد كنندگان ريون دراوايل دهه 1960الياف ريون با مدول تر بالارا توليد كردند .اولين توليد كنندگان اين الياف همراه بانام تجاري آنها به صورت زير است:

Courtaulds                         vincel

American enki                fiber700

American viscose                 avril

Snia  viscose                     koplon

Lenzing                    hoch modul

الياف با استحكام  تر بالا به مقدار حد اقل(den/g5/2)mn/tex220وازدياد طول كمتر از 15درصد نيروي ذكر شده به نام الياف مدال شناخته مي شوند.

كوپرامونيوم الیاف ريون

باتوجه به بعضي خواص خاص كوپرامونيوم ريون،اين نوع ليف سلولزي بازيافته شده به مقداربسياركمتري نسبت به ويسكوزريون توليدمي گردد.كوپرامونيوم ريون درمقايسه باويسكوزريون اززيردست نرمتري برخوردارمي باشد.روش كوپرامونيوم،همچنين به نام بمبرگ شناخته مي شود.

مخلوط هاي قليا،آمونياك ويون مس كه قادربه حل سلولزمي باشنداز سال1847ميلادي گزارش شده است.دراين روش هم سلولزتقريباخالص به شكل الياف پنبه كوتاه ويامقوا،درمحلول قليايي آمونياك ،سودسوزآوروسولفات مس حل گرديده واز طريق ترريسي به الياف ممتدمبدل مي گردد.

فرايند كوپرامونيوم در مقايسه باويسكوزداراي برتري هاي زيرمي باشد.

الف-درجه پايمريزاسيون500-550درمقايسه با350-400براي ويسكوز

ب-اقتصادي تربودن ريسيدن محلول باغلظت سلولز به مقدار 10درصدويابيشتر

ج-ساده تر بودن فرايندحل كردن

ه-پايداري بيشترمحلول

درريسندگي اوليه كوپرامونيوم ريون،مطابق شكل5-2ازيك قيف استفاده مي شودكه مايع منعقدكننده وبازيابنده ازيك طرف درآن جريان يافته وازطرف ديگرمحلول سلولزازطريق روزنه هاي رشته سازدرآن جريان يابد.سرعت محلول كوپرامونيوم درحين عبورازقيف ونزديك شدن به انتهاي آن،افزايش يافته ودر عين حال فيلامنت سلولزي ژله اي شكل تا حدودچهارمرتبه كشيده مي شود.سپس الياف به صورت موثرشسته شده وواردحمام حاوي سولفوريك اسيد5درصد مي گردد.دراين حمام،زدودن نهايي مس همراه الياف صورت گرفته وهمچنين قليايي وآمونياك باقيمانده روي الياف خنثي مي گردد.

كوپرامونيوم ريون معمولامشابه ويسكوز ريون معمولي مي باشدوانواع بااستحكام بالاي آن توليدنگرديده است.همانطوركه درشكل4/2نشان مي دهدالياف كوپرامونيوم ريون برخلاف ويسكوزداراي سطح قاعده مدورمي باشند.

دوروش ويسكوز و كوپرامونيوم تا750ليترآب رابراي توليدهركيلوگرم ريون مصرف مي كنند.همچنين درحدود8تا10برابراين مقدارآبموردمصرف خدمات ديگردررابطه باتوليدويسكوزقرارمي گيرد.به علاوه وجودموادآلاينده درپساب ازمشكلات جدي دررابطه بامحيط زيست مي باشد.

به عنوان مثال براي توليدهر100كيلوگرم كوپرامونيوم ريون مقدار40كيلوگرم مسو80كيلوگرمآمونياك مورداحتياج است كه پسازتوليدالياف بايدازحدود32500ليترآب بازيابي شده ودوباره مورداستفاده قرارگيرد.بازيابي مس باستودن هاي تعويض يوني ومراحل رسوب انجام مي شود.بازيابي آمونياك ازمحلول هاي بسياررقيق هم ازمشكلات اين روش توليدريون مي باشد.درروش ويسكوزمقدارزيادي سديم سولفات درپساب وجودداردكه بخش بزرگي ازآن بازيابي مي گردد.آزادشدن گازهايh2sوcs2ازمشكلات اين روش توليد ريون است.

————————————————————————————

این مطلب را نیز بخوانید
پیشنهاد سردبیر : نقشه های فرش ماشینی چگونه طراحی می شوند؟