ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение и подготовка прядильных растворов к формованию из "Карбоцепные синтетические волокна" Технологический процесс приготовления прядильных растворов из готового полимера включает следующие операции дозирование компонентов приготовление суспензии полимера в растворителе, собственно растворение, обезвоздушивание, фильтрацию и усреднение растворов (рис. 3.25). Если полимер получают методом суспензионной полимеризации, производятся все указанные операции если же применяется полимеризация акрилонитрила в растворе — только последние три. [c.54] Дозирование компонентов. Процесс приготовления прядильного раствора на всех производствах ПАН волокон является непрерывным [55—59]. Следовательно, непрерывное точное дозирование полимера и растворителя является обязательным (рис. 3.26). Растворитель дозируется любым устройством, отмеривающим жидкости плунжерным насосом, счетчиком жидкости и пр. Если в раствор добавляются твердые вещества для предотвращения пожелтения раствора (например, щавелевая кислота), то их предварительно растворяют в небольшом объеме растворителя и дозируют одновременно с общим растворителем. Для поддержания концентрации прядильного раствора с точностью 0,1% растворитель и полимер необходимо дозировать с точностью 0,25%. [c.54] Конструктивно аппараты для суспендирования полимера могут быть самыми различными [65]. Их неотъемлемой частью является перемешивающее устройство. Объемы этих аппаратов сравнительно невелики и определяются временем суспендирования, которое колеблется от нескольких десятков секунд до нескольких десятков минут в зависимости от типа аппарата. Во время суспендирования частично растворяется полимер и тем в большей степени, чем дольше суспензия находится в аппарате и чем выше набухае-мость в данном растворителе. При суспендировании полимера суспензия нагревается, однако аппараты не имеют охлаждающих устройств, так как этого не требуется. [c.56] Растворение. Для получения прядильного раствора из суспензии ее необходимо нагреть. Скорость растворения полимера определяется целым рядом факторов размерами и плотностью гранул, составом сополимера, температурными условиями его получения и растворения, интенсивностью перемешивания и свойствами растворителя. [c.56] Если полимер высушен в ленточных сушилках, а длина гранул составляет несколько миллиметров, то желательно, чтобы они были не слишком твердыми и при суспендировании и растворении распадались на мелкие частицы. Если этого не происходит, то между операциями взвешивания и суспендирования требуется дополнительная операция размалывания полимера. [c.57] Как уже было сказано выше, продолжительность растворения определяется скоростью диффузии растворителя в глубь гранулы. Однако эта скорость зависит не только от морфологической особенности полимера, но и от его тонкой структуры, которая, в свою очередь, определяется составом сополимера и плотностью его упаковки на молекулярном уровне. Введение в макромолекулу полимера небольшого числа звеньев другого мономера (4—6%) значительно разрыхляет его структуру и облегчает проникновение растворителя в наиболее плотные структурные элементы полимера. При нагревании исходного полимера до температур выше температуры стеклования (80 °С) структура полимера значительно уплотняется, и это замедляет растворение. Поэтому всякий предварительный нагрев полимера замедляет процесс растворения. Сильный прогрев полимера в присутствии воздуха (и особенно щелочей) приводит к резкому ухудшению и даже полной нерастворимости полимера вследствие происходящих химических превращений. [c.57] Увеличение температуры при растворении полимера ускоряет диффузионные процессы и тем самым весь процесс растворения. Это ускорение соответствует экспоненциальному закону с энергией активации 7—8 ккал/моль. Термически необработанный полимер растворяется практически при любых температурах выше О °С, а термообработанный полимер растворяется лишь начиная с определенных температур, например выше 50—70 °С. В производстве для ускорения растворения полимера, когда это возможно, повышают температуру. В этом случае термообработка полимера, не отражаясь на скорости растворения, значительно улучшает способность полимера суспендироваться в растворителе. Поэтому операцию термообработки полимера в производственной практике применяют довольно часто. [c.57] Для растворения полимера применяются разнообразные аппараты [66— 69] сосуды с мешалками, теплообменники, растиратели и шнеки различных видов. Наиболее простыми аппаратами являются обычные растворители с рубашками для нагрева и перемешивающим устройством. Однако эти аппараты неудобны в том отношении, что они должны работать по принципу последовательного вытеснения, чтобы в готовый раствор не попадали нерас-творенные частицы полимера. Кроме того, для быстрого нагрева раствора часто недостаточна их поверхность теплообмена. Для увеличения поверхности теплообмена такие аппараты можно сочетать с теплообменниками. В этом случае суспензия предварительно проходит через теплообменник, где нагревается до требуемой температуры, а затем поступает в аппарат, где происходит окончательное растворение полимера при заданной температуре. Обычные перемешивающие устройства мало интенсифицируют процесс растворения, они лишь гомогенизирзгют растворяемую массу. Поэтому для ускорения применяют растирающие устройства. Это могут быть дисковые и ножевые аппараты или шнековые машины. [c.58] При нагревании суспензии полимера или прядильного раствора следует учитывать некоторые особенности. Из-за высокой вязкости раствора коэффициент теплопередачи от стенки к раствору сравнительно низок и равен приблизительно 70 ккал/(м -ч-град). С другой стороны, высокая вязкость влечет за собой образование толстого пристенного слоя неподвижного раствора, что не позволяет значительно повысить температуру стенки аппарата, так как при этом раствор может вскипать или растворенный полимер может изменить свою химическзш) стр5гктуру. В обоих слз ]аях на стенке образуется пленка полимера, которая очень быстро становится нерастворимой и тем самым препятствует теплообмену и является источником образования гелеобразных частиц в прядильном растворе. Из-за этого для таких растворителей, как диметилформамид, диметилацетамид, этиленкарбонат и диметилсульфоксид, нагревать стенки аппарата выше 95—100 °С нежелательно. [c.58] Значение удобнее всего находить по температурно-инвариантной кривой течения прядильного раствора. [c.59] Данный метод нагрева суспензии очень быстрый. Он занимает несколько секунд, и при этом исключены перегревы раствора на стенках аппарата. Одновременно ускоряется растворение вследствие высокого градиента скорости течения раствора в шнеке и хорошей гомогенизации раствора. Недостатком метода является его высокая энергоемкость, так как весь нагрев раствора происходит за счет превращения электроэнергии в теплоту. Коэффициент полезного действия такого нагрева довольно высок (более 90%). Полное растворение ПАН в диметилформамиде происходит за 30—40 с, сополимеров акрилонитрила — за 4—6 с. Температура растворения ПАН и сополимеров акрилонитрила соответственно равна 100-120 °С и 70-90 °С. [c.59] Температуру раствора можно регулировать изменением расхода раствора или числа оборотов шнека или же (в небольших пределах) температуры теплоносителя, нагревающего раствор через стенку шнека. Так как в поле высоких градиентов скоростей пристенный слой раствора непрерывно снимается, то опасность перегрева в этом случае гораздо меньше. [c.59] Растворитель непрерывного действия показан на рис. 3.29. [c.59] Прядильный раствор ПАН обезвоздушивают, как правило, под вакуумом при температуре, близкой к температуре кипения раствора. Для определения необходимой температуры и глубины вакуума можно пользоваться кривыми давления паров растворителя. Обезвоздушивание производится в аппаратах пленочного типа, обычно без перемешиваюш,их устройств, так как удаление воздуха происходит в основном из поверхностных слоев. При этом диспергированный воздух по мере продвижения его к поверхности переходит в раствор и затем выделяется из поверхностного слоя. [c.60] Теория процесса разработана для обезвоздушивания вискозы [70] и растворов полиамидокислот в диметилформамиде [71]. Воздух из прядильного раствора необходимо удалить настолько, чтобы при формовании волокна, т. е. при резком снижении давления во время выхода раствора из отверстий фильеры и уменьшения растворимости воздуха, не выделялись пузырьки воздуха. Для этого содержание воздуха в растворе не должно превышать количества, соответствуюш его предельной его растворимости в прядильном растворе при атмосферном давлении и температуре формования. [c.60] Особенностью описанного процесса обезвоздушивания является возможность пленкообразования в аппарате по двум причинам. Первая причина заключается в том, что при применении в качестве растворителя бинарной смеси типа раствора роданида натрия, хлорида цинка или азотной кислоты в воде вместе с отсасываемым воздухом частично испаряется вода, являющаяся осадителем для полимера. Если температура стенок аппарата будет ниже температуры точки росы, то сконденсировавшаяся вода, попадая на прядильный раствор, будет образовывать на его поверхности пленку полимера. Второй причиной образования пленок является чрезмерное испарение растворителя на стенках аппарата. Это явление наблюдается при применении диметилформамида, диметилацетамида и диметилсульфоксида. Предотвратить пленкообразование в этом случае можно точным поддержанием уровня жидкости в аппарате, вакуума и температуры раствора на входе в аппарат. [c.60] Существует и другой способ обезвоздушивания прядильных растворов ПАН. Он заключается в том, что раствор нагревается без вакуума значительно выше температуры формования волокна и разливается спокойным потоком по поверхности прядильного раствора, находящегося в баке. Отбор раствора из этого бака осуществляется снизу. Таким образом, на поверхности раствора происходит удаление воздуха до предела его растворимости при данной температуре. После охлаждения раствора количество содержащегося в нем растворенного воздуха будет ниже предела его растворимости, соответствующего температуре формования. Этот способ может быть применен для растворов ПАН в диметилформамиде, диметилацетамиде и диметилсульфоксиде. Однако при таком способе обезвоздушивания более опасны явления пересыщения растворов воздухом, так как формование происходит при содержании воздуха в прядильном растворе, близком к предельному. [c.60] Наконец, обезвоздушенный прядильный раствор можно полз ить, удалив предварительно воздух из низковязкой суспензии полимера [72]. [c.60] Фильтрация. При производстве синтетических волокон, в том числе и ПАН волокон, исходные полимеры, получаемые синтетически, не содержат посторонних механических примесей, поэтому, как правило, для очистки прядильных растворов достаточно одноразовой фильтрации на рамных фильтр-прессах. В качестве фильтровального материала применяются различные материалы, например слой байки, слой ваты массой 200—400 г/м и слой бязи. [c.60] Вернуться к основной статье