Глава II

ПОЛУЧЕНИЕ ВОЛОКОН, ПРЯЖИ (НИТЕЙ)

И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ ТКАНЕЙ, ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА



Наибольшее распространение для использования в процессах фильтрования получили хлопчатобумажные и шерстяные ткани. Казалось бы, что необходимо более подробно в данном разделе остановиться на способе получения и свойствах этих волокон. Однако, вследствие того, что способы производства волокон хлопка, шерсти, шелка, льна и асбеста, и их свойства известны, нам кажется целесообразным более подробно остановиться на получении и свойствах химических и стеклянных волокон, как наиболее перспективных в этой области. Тем не менее, учитывая специфичность требований к фильтровальным тканям, а также и то обстоятельство, что процесс фильтрования подчас идет не только за счет открытых пор ткани, но также непосредственно сквозь пряжу, между волокнами, необходимо остановиться на некоторых физико-механических и химических свойствах всех вышеназванных волокон.



НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА

Хлопковое волокно

Изучение химического состава волокон отдельных видов показывает, что почти во всех волокнах можно обнаружить какое-либо одно вещество, занимающее в весовом отношении подавляющую часть. Так, например, во всех натуральных волокнах растительного происхождения и в некоторых искусственных волокнах (вискозных и других) основным веществом является целлюлоза. О ее внешнем виде можно судить по хлопковому волокну, которое в сухом виде содержит до 9495% целлюлозы от своего веса. Поэтому физико-химические свойства хлопкового волокна определяются в основном свойствами целлюлозы.

Целлюлоза представляет собой высокомолекулярное соединение, относящееся к углеводам. Удельный вес целлюлозы 1,541,56 г/см3. Она легко поглощает различные пары и газы. При сравнительно кратковременном (в течение нескольких часов) нагревании до 120130 не происходит заметных ее изменений, при нагревании выше этой температуры начинается сначала медленный, после 160 С сравнительно быстрый, а после 180 С очень интенсивный процесс разрушения. Удельная теплоемкость целлюлозы 0,3 кал/г град. Под действием света целлюлоза подвергается деструкции и окисляется кислородом воздуха. Наиболее активно способствуют окислению ультрафиолетовые (с малой длиной волны) лучи. При освещении прямым солнечным светом в течение 9001000 час. потеря прочности целлюлозных материалов достигает 50%- Целлюлоза не растворяется в воде и во всех обычных органических растворителях спирте, бензоле, хлороформе и др. Под действием кислот целлюлоза гидролизуется. При этом резко ухудшаются механические свойства целлюлозы. Сильно разрушают целлюлозу минеральные кислоты (серная, соляная и др.), сравнительно слабо органические (уксусная, муравьиная и др.). Аналогично действуют на целлюлозу и растворы кислых солей. Различные окислители гипохлориты кальция и натрия, перекись водорода и др. довольно сильно действуют на целлюлозу. Среди физико-химических свойств хлопкового волокна (целлюлозы) наиболее ценным свойством является его высокая стойкость к воздействию влаги, воздуха и переменной температуры. Хлопковое волокно, так же как и целлюлоза, способно к глубоким изменениям под действием чисто химических агентов щелочей, кислот и окислителей.

Хлопковое волокно отличается высокой гигроскопичностью. При относительной влажности воздуха 65% хлопковое волокно поглощает до 8% влаги, а при относительной влажности воздуха 9395% 25%. Механическая прочность волокна в области средних значений влажности с ее увеличением возрастает. При нагреве хлопкового волокна в воде до 100 С его прочность неза-

метно снижается, но при кипячении при 150С и выше в течение 8 час. прочность снижается на 2025%.

При использовании тканей из хлопкового волокна для фильтрования щелочных сред необходимо иметь в виду, что это волокно энергично поглощает щелочь из растворов, при этом отмечается увеличение его поглотительной способности и по отношению к воде. В процессе поглощения щелочи, особенно из концентрированных растворов, происходят глубокие изменения в тонкой структуре волокна. Поперечные срезы хлопкового волокна неправильной формы становятся более округлыми, уменьшается длина волокна и увеличивается его поперечное сечение.

Слабые водные растворы едкой щелочи с концентрацией от 0,5 до 5% при комнатной температуре не изменяют состава и свойств хлопкового волокна. Набухание хлопкового волокна пропорционально возрастает с повышением концентрации щелочи. В 9%-ном растворе это набухание становится заметным, а в 16%-ном растворе достигает максимума.

При непродолжительном кипячении хлопкового волокна в разбавленных растворах щелочи в закрытой емкости без доступа воздуха изменений в волокне не наблюдается. Однако при кипячении в открытом сосуде происходит окисление атмосферным кислородом при каталитическом действии едкого натра или окислов железа, целлюлоза переходит в оксицеллюлозу с разрушением волокна.

Окисление идет быстро при воздействии солей хлорноватистой кислоты и перекиси натрия. Перекись водорода, концентрация которой выше 3%, также переводит целлюлозу в оксицеллюлозу. Сухой газообразный хлор не вызывает окисления, но во влажном состоянии действует как сильный окислитель. Сернокислый алюминий даже в холодном растворе гидролитически расщепляется: Аl2(SO4)з+6Н2O-&gt,2Аl(OН)з+ЗН2SO4. Выделившаяся серная кислота в свою очередь вызывает гидролиз целлюлозы. Хлористый магний гидролизуется при подогреве МgСl2+Н2O-&gt,МgO+2НСl. За счет выделившейся соляной кислоты волокно превращается в гидоатцеллюлозу.

Минеральные кислоты в мягких условиях фильтрования (малая концентрация кислоты, небольшая длительность обработки, низкая температура) не оказывают существенного влияния на волокно. В жестких условиях обработки минеральные кислоты разрушают хлопковое волокно. Степень разрушения волокна зависит от концентрации кислоты, ее температуры и времени воздействия. Азотная кислота переводит целлюлозу в гидратцеллюлозу и окисляет ее в оксицеллюлозу.

Раствор соляной кислоты концентрации 1,5% при температуре 90100 С разрушает хлопковое волокно в течение одного часа. Азотная кислота оказывает такое же разрушающее действие при концентрации 2,5 %, а серная при 5%- Органические кислоты действуют слабее. Наиболее сильное действие оказывают муравьиная и щавелевая кислоты. Растворы уксусной кислоты слабой концентрации при любой температуре не оказывают действия на целлюлозу.

Разрушающим образом на волокно действуют водные растворы таких солей, как Al2(S04)3, MgCl2 и др.

Аммиачные растворы гидроокисей меди, никеля, кобальта, цинка растворяют целлюлозу.

В зависимости от прочности, характеризуемой разрывной нагрузкой одиночного волокна, и коэффициента зрелости различают несколько сортов хлопка. Для отборного хлопка разрывная нагрузка составляет 4,9 г и более, коэффициент зрелости 2,1 и более. Длина средневолокнистого хлопка составляет 2535 мм, тонковолокнистого 3440 мм. Чем длиннее волокно, тем оно тоньше, тем лучше получается из него пряжа, наоборот короткие волокна грубее и толще. Более зрелые и лучшие сорта хлопка имеют большую извитость (6-8 и более витков на 1 мм, количество витков доходит до 120 на 1 см хлопкового волокна). Извитые волокна прочнее сцепляются с соседними при крутке и дают более прочную пряжу.