Скорость фильтрования зависит от вязкости прядильного раствора, чистоты целлюлозы и химических материалов, давления сжатого воздуха и колеблется в пределах от 20 до 60 л/м2 • час. После трех фильтраций через металлические сетки раствор можно считать достаточно чистым для прядения с вытяжкой пометоду Тиле, так как в этом случае раствор выдавливается через сравнительно крупные отверстия фильеры (диаметром 0.5–1,0 мм).
3. После фильтрования из прядильного раствора отсасывается аммиак и путем отстоя удаляются пузырьки воздуха часть аммиака содержится в прядильном растворе в связанном виде и не участвует в создании упругости паров аммиака – Скорость удаления аммиака из раствора пропорциональна поверхности жидкости в баке F, величине вакуума Р (абсолютное давление при разрежении в баке над раствором в мм рт, ст. и упругости аммиака над раствором. Эта скорость чрезвычайно сильно возрастает, если Р меньше р. В этом случае прядильный раствор самопроизвольно вскипает и кипит до тех пор, пока в результате отсоса части аммиака из прядильного раствора упругость его над раствором р не снизится до величины, меньшей Р. Во время кипения скорость удаления аммиака зависит только от производительности вакуум-насоса и, по опытным данным, колеблется в широких пределах от 1,5 до 6 кг/м2.час
Параллельно с отсосом аммиака из прядильного раствора осуществляется также удаление пузырьков воздуха, который, находясь в растворе, может нарушить нормальный ход прядения, так как выдавливаемые из фильеры струи вязкой жидкости обрываются, если через жидкость проходит пузырек воздуха.
Ввиду того, что полное удаление пузырьков воздуха из высоковязкою медноаммиачного прядильного раствора затруднительно, было предложено эвакуировать заранее все химические вещества, служащие для приготовления прядильного раствора, – целлюлозу, основную соль меди, водный аммиак, раствор щелочи, причем одновременно с воздухом должна быть удалена и растворенная углекислота.
Во время отсоса аммиака и отстоя прядильного раствора в баках температура сперва снижается ниже комнатной, затем повышается до температуры окружающего воздуха. Температура раствора очень сильно влияет на его вязкость. Поэтому необходимо поддерживать температуру помещения постоянной, чтобы прядильный раствор всегда поступал на прядение при одинаковой температуре.
Влияние режима на выход продукта и его качество
Выход продукта прамопропорционален вязкости раствора. Большая вязкость раствора может зависеть от ряда факторов: плотность исходной целлюлозы; температура начала растворения целлюлозы; присутсвие воздуха в системе во время растворения целлюлозы и перемешивание прядильного раствора; различная длительность перемешивание раствора.
Вязкость. Количество аммиака в растворе в начале растворения должно быть не менее 0,8 кг/кг целлюлозы. В этих условиях растворение полностью заканчивается при 14–15° в течение 1,5–2 час. Продолжительность перемешивания влияет на вязкость прядильного раствора, но не может привести к окончанию растворения, если содержание меди или аммиака ниже указанных здесь пределов.
Вязкость готового раствора зависит в первую очередь от температуры растворения и от содержания аммиака.
| Содержание аммиака в г/г целлюлозы | Темпера тура рас творения,°С | Вязкость раствора, определяемая по вискозному методу, сек. |
| 1,01,01,01,01,00,80,80,80,8 | 13,014,5l5,516,517,012,013,014,015,0 | 9784686140420250185130 |
Температура. При получении прядильного раствора из «синей массы», т.е. из хорошо перемешанной смеси целлюлозы с основной солью меди или гидроокисью меди, процесс протекает таким же образом, но, в связи с еще более интенсивным набуханием смеси целлюлозы с медью в водном аммиаке, необходимо очень сильно перемешивать и охлаждать массу. Прядильный раствор по качеству не отличается от раствора, полученного обычным способом из целлюлозы и основной соли или гидроокиси меди.
Присутствие воздуха. Присутствие воздуха в системе во время растворения целлюлозы и перемешивания прядильного раствора. Раствор получается обычным способом в растворителе и гомогенизаторе, которые заполнены примерно наполовину, т.е. во время растворения целлюлозы и перемешивания раствор встречается со значительным количеством воздуха, и целлюлоза интенсивно окисляется. Прядильный раствор перемешивается непрерывно при полном отсутствии воздуха, и целлюлоза окисляется гораздо меньше.
Щелочные растворы целлюлозы, особенно медноаммиачные растворы, очень чувствительны к действию кислорода воздуха. Под действием следов кислорода происходит значительное снижение вязкости медноаммиачного раствора и соответствующее уменьшение молекулярного веса. Уменьшение молекулярного веса целлюлозы при мерсеризации и варке, а также при переосаждении из раствора Штаудингер также объясняет окислением целлюлозы воздухом.
Особенно значительное снижение вязкости наблюдается при стоянии медноаммиачных растворов целлюлозы. Штауяиягер показал что вязкость медноаммиачного раствора целлюлозы понижается даже при полном отсутствии воздуха, и объяснил это тем что целлюлоза может окисляться аммиачным раствором гидроокиси меди под действием света за счет восстановления окисных соединений меди.
Так, по данным Штаудингера, удельная вязкость раствора очищенного хлопка в реактиве Швейцера (G = 0,125 осн. молей, температура 20°) равна после одного дня стояния 42,0, через 2 дня -30,8, через 3 дня – 27,5, через 10 дней – 19,8, через 21 день – 9,2 и через 35 дней – 7,3.
Удельная вязкость медноаммиачного раствора особенно сильно понижается в первый день, но продолжает понижаться даже через 35 дней. Штаудингер отмечает, что падение вязкости под действием воздуха или при стоянии особенно значительно, если молекулярный вес исходной целлюлозы велик, и объясняет это тем, что чувствительность целлюлозных цепей к окислению возрастает с увеличением длины цепей.
Время перемешивания. Время перемешивания готового раствора. Раствор для уменьшения вязкости длительное время перемешивается в гомогенизаторе, второй же раствор не подвергается дополнительному перемешиванию в течение такого длительного времени.
Низкая вязкость прядильного раствора необходима в первую очередь при прямом методе прядения, когда раствор фильтруется через хлопчатобумажную ткань и выпрядается через фильеры с мелкими отверстиями в 0,08 мм.
Высокая вязкость прядильного раствора требуется в условиях водного прядения в воронках, так как высоковязкая струя прядильного раствора легче формуется в воде, чем низковязкая струя.
Полученный тем или иным способом прядильный раствор содержит много свободного аммиака, отщепляющегося из медноаммиачного комплексного соединения при образовании медно-целлюлозного соединения. Этот аммиак делает прядильный раствор неустойчивым, так как в присутствии избытка аммиака вязкость раствора непрерывно понижается. Кроме того, избыток аммиака вредно отражается на процессе прядения, потому что ухудшает условия коагуляции целлюлозы. Поэтому из прядильного раствора должен быть удален свободный аммиак, причем количество его после эвакуации прядильного раствора должно составлять не более 0,60–0,65 кг/кг целлюлозы в прядильном растворе, служащем для приготовления штапельного волокна, и не более 0,75–0,85 кг аммиака на 1 кг целлюлозы в прядильном растворе для искусственного шелка. Из полученного в растворителе прядильного раствора избыток аммиака отсасывается под вакуумом. Кроме того, несколько партий медноаммиачного прядильного раствора смешивают в более крупные и гомогенные партии, что облегчает условия прядения, причем одновременно, путем химического анализа, уточняется состав прядильного раствора (процентное содержание целлюлозы и меди).
Чтобы прядение шло беспрепятственно, необходимо также тщательно освободить прядильный раствор от механических примесей и удалить из раствора мельчайшие пузырьки воздуха.
Влияние добавок на стойкость и окислительные свойства растворов
Различные добавки могут резко изменить основные свойства медноаммиачных растворов целлюлозы, ускорить или замедлить понижение их вязкости, повысить вязкость или вызвать коагуяцию медноцеллюлозного соединения из раствора. Добавки могут ускорить или замедлить процесс растворения целлюлозы в медноаммиачном реактиве, увеличить или уменьшить растворимость целлюлозы. Поэтому очень большое число добавок к медноаммиачному прядильному раствору – «стабилизаторов», «ускорителей растворения целлюлозы» и тому подобных веществ – рекомендовано в патентах и предложениях и применяется на практике для улучшения качества прядильного раствора.
Все рекомендованные добавки можно разделить на три основные группы:
1) вещества, увеличивающие концентрацию меди в медноаммиачном реактиве или стабилизующие соединения меди в растворе;
2) вещества, увеличивающие вязкость медноаммиачного раствора целлюлозы;
3) вещества, предохраняющие раствор целлюлозы от окисления (стабилизаторы целлюлозы в растворе).
Многочисленные добавки кислого характера (кислые соли, слабые кислоты и т.п.), аммиачные соли кислот, диамины, углеводы, оксисоединения и другие вещества, образующие комплексные соединения с медью, в большей или меньшей мере увеличивают растворимость меди.
При этом в растворе образуются медноаммиачные. комплексные соли типа Cu(NH3) 4 • Х, где X – кислотный остаток, или комплексные соединения меди с аминами, углеводами или другими органическими веществами типа CuOR, или CuNHR, где R – органический радикал. Для растворения целлюлозы необходимо присутствие свободного купрнтетраммингидрата Cu(NH3) 4 (OH) 2, так как только медноаммначное основание способно давать модно целлюлозное соединение. Болшинство же предложенных добавок первого типа увеличивая общее – содержание меди в раствор, ухудшает растворимость или не влияет на растворимость целлюлозы, так как связывает свободное основание.