1
Giáo trình môn công nghệ sợi hoá học
MỤC ĐÍCH MÔN HỌC:
Nghiên cứu những lý thuyết về: Đặc điểm, tính chất của nguyên liệu tạo sợi;
các đặc trưng cơ bản của sợi hóa học; các phương pháp tạo sợi. Lý thuyết về đặc điểm,
tính chất và công nghệ sản xuất các loại sợi hóa học điển hình như : sợi vitxco, sợi
axetat, sợi polyamit6, sợi polyamit66, sợi polyeste, sợi clorophip, sợi acrylonitryl.
Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Lịch sử phát triển của sợi hóa học
Từ thời thượng cổ, con người đã biết dùng vỏ cây, da thú... để che thân. Cùng
với sự phát triển về trí tuệ của con người, xã hội cũng dần văn minh hơn thì vấn đề
mặc của con người ngày càng được chú trọng. Lúc này con người đã phát hiện các
loại cây có sợi, để từ đó đã khai thác chế tạo thành vải sợi, tuy còn thô sơ nh
ưng hồi
đó đã thỏa mãn được nhu cầu mặc không cao lắm của họ. Do vậy, mà từ chỗ chỉ mọc
hoang dại trong thiên nhiên các loại cây có sợi đã được thuần hóa và trồng trọt có tổ
chức như đay, gai, dứa dại... và cuối cùng là bông. Chúng đã trở thành những nguyên
liệu quan trọng để đáp ứng nhu cầu mặc được xếp là quan trọng thứ hai sau nhu cầu
ăn của con người. Ti
ến lên một bước nữa con người đã biết nuôi cừu, lạc đà, thỏ... để
cắt lông làm len, biết nuôi tằm để lấy kén kéo sợi dệt thành những tấm vải lụa mềm
mại, bóng mượt. Như vậy, trong một thời gian rất dài thiên nhiên là nguồn nguyên
liệu duy nhất giải quyết nhu cầu mặc cho con người. Thế nhưng, nếu chỉ dựa vào
nguồn nguyên liệu này thì không thể đáp ứ
ng và theo kịp sự phát triển của xã hội cả
về số lượng và chất lượng. Đồng thời nguồn nguyên liệu này lại phụ thuộc rất nhiều
vào các yếu tố khách quan: thời tiết, khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, giống... nên rất bị
động và không đáp ứng cho tất cả các vùng miền, địa phương. Một bất lợi nữa của
nguồn nguyên liệu thiên nhiên là tiêu tốn quá nhiề
u nguyên liệu để sản xuất ra vải, ví
ột số bộ phận của
thực vật (lá, thân cây...) mà còn gồm các loại sợi được con người chế tạo từ các loại
nguyên liệu tổng hợp như polyme thiên nhiên (xenlulozaza, protein...), polyme tổng
hợp (polyamit, polyeste, PVC...). Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu ban đầu để sản xuất
sợi người ta chia sợi dệt ra làm 2 nhóm chính là sợi thiên nhiên và sợi hóa học. Sợi
hóa học lại chia thành 2 nhóm chính: sợi nhân tạo và sợi tổng hợp.
1.2.1. Sợi thiên nhiên
Sợ
i thiên nhiên là sợi mà loài người biết từ lâu, chúng có thể đã có sẵn ở dạng
xơ, sợi như: xơ bông, len, tơ tằm... hoặc nằm lẫn với các tạp chất khác trong vỏ cây,
3
thân cây, lá cây như sợi, lanh, sợi đay, gai, dứa dại... Theo thành phần hóa học sợi
thiên nhiên được chia làm 2 nhóm:
+ Sợi thực vật
+ Sợi động vật
Sợi thực vật được cấu tạo chủ yếu từ xenluloza. Trong đó bao gồm bông là loại
xơ đầu tiên mà loài người biết đến và sử dụng nó vào công nghiệp dệt, cho đến nay nó
vẫn chiếm tỷ lệ khá lớn (52-60%) so với tổng số các loạ
i xơ sợi dùng trong công
nghiệp dệt. Sau bông là sợi libe (hay còn gọi là sợi cứng) được tách ra từ một số bộ
phận của cây như vỏ, thân (đau, gai, lanh...), lá cây (dứa, dứa dại...). Loại sợi này nằm
dưới dạng xen kẽ với các tạp chất thực vật khác như lignin, pectin, tecpin, protein...,
vì vậy để tách riêng chúng ra người ta phải dùng kết hợp quá trình gia công cơ học,
sinh học, hóa học...
Sợi động vật thiên nhiên gồm có len, t
ơ tằm. Len thu được chủ yếu từ lông cừu,
một phần từ lông dê, lông lạc đà, lông vịt. Hiện nay len vẫn chiếm 6-9% so với tổng
số các loại xơ sợi dùng trong công nghiệp dệt thế giới. Tơ tằm tuy vẫn còn được duy
trì ở một vài nước, trong đó có nước ta, nhưng giá thành sản xuất cao, nên hiện nay nó
ch cú nguyờn
t cacbon. Tiờu biu ca nhúm ny l si nitron, vinilon, oclon, clorin-teflon, si
polypropylen, polyetylen...
Cú th biu din phõn loi si dt trờn s 1.1.
Chng 2 C TRNG C BN CA SI HểA HC
2.1. Tớnh u vit ca si húa hc so vi si thiờn nhiờn
Mc dự, ra i trong mt thi gian khụng lõu, nhng si húa hc ó nhanh
chúng thu hỳt s chỳ ý ca tt c mi ngi v cú nhng bc t phỏ trong quỏ trỡnh
phỏt trin c v s lng v cht lng. cú c s chinh phc i vi con ngi,
ỏp ng c cỏc yờu cu kht khe v phc tp trong vn mc c
a con ngi ngy
cng cao trc tiờn si húa hc ó bc l cỏc tớnh cht quý bỏu u vit hn si thiờn
nhiờn.
- Về ngoại quan: sợi hóa học đẹp, óng mợt, mịn màng, bóng, láng...
Có thể tạo ra loại vải với vẻ đẹp phong phú, đa dạng đáp ứng nhu cầu mặc
đẹp, thời trang góp phần làm phong phú vẻ đẹp cho xã hội.
- Tính tiện dụng: ít thấm dầu mỡ, mồ hôi, nên dễ giặt, sạch lâu, ít hút
ẩm nên mau khô. Đặc biệt là tính bền hình dạng, nhất là sợi tổng hợp nên
không bị co khi giặt, không nhàu nát, giữ nếp tốt nên không cần là ủi.
5
- Độ bền: So với sợi thiên nhiên thì độ bền của sợi hóa học cao hơn
nhiều, so với sợi thiên nhiên thì sợi hóa học dai hơn, lâu rách hơn, thời gian sử
dụng lớn hơn gấp 2 - 3 lần. Các tính năng kỹ thuật nh độ bền đứt, độ bền mài
mòn và độ chịu uốn gấp lớn. Có thể thay đổi tính chất của sợi hóa học trong
phạm vi khá rộng bằng cách điều chỉnh thành phần và cấu tạo hóa học của sợi
hoặc thay đổi các điều kiện kỹ thuật. Hiện nay ngời ta đã chế tạo đợc các
loại sợi hóa học tuyệt đối về mặt hóa học, chịu đợc ánh sáng và nhiệt độ, bền
với tác dụng của nớc, côn trùng, vi sinh vật...là những tính chất không có
đợc ở sợi thiên nhiên. Do vậy mà sợi hóa học đợc sử dụng nhiều trong lĩnh
3
gỗ có thể chế tạo
đợc 160 kg tơ để gia công 1500 m lụho tơng đơng 75 vạn kén tằm, 30 con
cừu hay 0,75 ha cây lanh, 0,35 ha cây bông. Trong khi đó từ 1 tấn dầu mỏ có
thể sản xuất đợc 1500 m vải từ sợi tổng hợp. Một nhà máy sợi năng suất
40000 tấn/năm có thể thay thế 50000 hecta đất tốt tại vùng khí hậu thuận lợi
để chuyên canh bông hoặc trên 10 vạn hecta cây lanh.
Do tỷ trọng của sợi hóa học thấp cho nên cùng một khối lợng sợi thì
chiều dài tấm vải dệt từ sợi hóa học luôn luôn lớn hơn dệt từ sợi thiên nhiên.
- Giá thành: Giá thành vải dệt từ sợi hóa học thấp hơn nhiều so với sợi
thiên nhiên.
- Lĩnh vực ứng dụng: Sợi hóa học có những tính chất đặc biệt đợc ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực đời sống và kỹ thuật nh may mặc, y tế, chữa bệnh, chống cháy,
chống chất phóng xạ...
Si húa hc c xem nh l mt tng phm vụ giỏ m khoa hc k thut ó
mang li cho con ngi.
2.2. Cỏc dng ca si
Sợi đợc sản xuất ra dới hai dạng chính: xơ và tơ
- Xơ còn gọi là sợi cắt ngắn hay cũn gi l x xtapen, cú chiu di t 30-150
mm tùy theo mục đích sử dụng mà có độ dài và độ mảnh khác nhau, có hình dạng
giống nh xơ bông, xơ len... Để tạo xơ thì sợi tạo ra sau khi qua các quá trình xử lý
cho qua qua thiết bị để cắt ngắn sợi theo độ dài định trớc. X xtapen c dựng
kộo si dng nguyờn cht hoc pha vi vi cỏc loi x si khỏc (thiờn nhiờn...).
- Tơ hay còn gọi là sợi vô tận - có độ dài không hạn chế. Tơ gồm có 2
dạng: tơ đơn và tơ phức.
7
Tơ đơn (filament): đợc sản xuất ở dạng sợi dài vô tân, chỉ gồm một xơ
cơ bản.
Tơ phức: gồm nhiều tơ đơn chập lại với nhau, tơ phức dùng cho công
làm đứt sợi. Độ bền đứt càng cao thì sợi càng dai, vải càng bền và lâu rách,
thời gian sử dụng kéo dài.
Đơn vị đo: kg/mm
2
hay g/tex; g/đen
Yếu tố xác định độ bền đứt, ngoài bản chất hoá học của sợi là trọng
lợng phân tử polyme, độ định hớng cũng nh độ kết tinh của sợi.
Ngoài độ bền của sợi đơn, ngời ta còn đo độ bền nút và độ bền móc
của sợi.
Độ bềnđứt của nhiều loại sợi ở trạng thái ớt và khô thờng khác nhau,
đặc biệt đối với sợi nhân tạo, là loại sợi mà những phân tử nớc dễ dàng len
lỏi vào giữa các đại phân tử polyme, làm liên kết giữa chúng yếu đi.
c/ Độ dãn dài khi đứt
Độ dãn dài khi đứt cho biết sợi có thể căng ra đợc bao nhiêu so với
chiều dài ban đầu khi sợi đứt, đo bằng phần trăm (%).
Độ dãn dài càng cao sợi càng mềm mại. Độ dãn dài thích hợp nhất để
dệt vải may mặc nằm trong khoảng 10 ữ 20%.
Độ bền đứt và độ dãn dài đứt có mối tơng quan tỷ lệ nghịch với nhau.
Các biện pháp kỹ thuật làm tăng độ bền thờng làm giảm độ dãn.
Để có loại sợi phù hợp với yêu cầu của ngời tiêu dùng, phải nắm các
thông số kỹ thuật khi sản xuất sợi, sao cho thoả mãn đợc 2 chỉ tiêu quan
trọng này nhằm thu đợc sợi vừa có độ bền cao, vừa có độ dãn dài khi đứt
không quá thấp.
d/ Đờng cong làm việc
Đờng cong làm việc diễn tả sự thay đổi của ngoại lực tác dụng lên sợi
(biểu diễn trên trục tung) và độ dãn dài tơng ứng (%) của sợi (ghi trên trục
hoành).
Mỗi loại sợi đặc trng bởi một đờng cong, từ đó các nhà chuyên môn
đánh giá đợc giá trị của sợi. Ban đầu đờng biểu diễn thờng là đoạn thẳng
tính chất sợi tuân theo định luật Húc. Đoạn thẳng càng dài sợi càng đàn
Độ hút ẩm càng cao sợi càng thoáng mát, dễ chịu. Độ hút ẩm thấp, sợi
thờng bí, gây cảm giác nóng bức khó chịu nhất là đối với quần áo mùa hè,
quần áo lót...
i/ Trọng lợng riêng
10
Trọng lợng riêng đợc đo bằng đơn vị là g/cm
3
giúp ta nhận biết hiệu
suất gia công sợi thành vải.
Trọng lợng càng nhỏ, số lợng mét vải thu đợc khi dệt càng lớn tức
là hiệu suất sử dụng nguyên liệu lớn. Điển hình là sợi hóa học có trọng lợng
riêng nhỏ nên hiệu suất sử dụng nguyên liệu khi dệt vải lớn hơn nhiều so với
sợi thiên nhiên (đây là một u điểm tiêu biểu của sợi hóa học).
Sợi có chứa flo có d lớn nhất (2,2 ữ 2,3 g/cm
3
) và thấp nhất là sợi PP
(0,92 g/cm
3
).
* Ngoài ra còn có một số tính chất của sợi nhằm cho ta biết một cách
toàn diện về một loại sợi nào đó nh: nhiệt độ mềm cao, nhiệt độ nóng chảy.
Từ đó xác định chế độ là ủi cho loại vải đó.
Độ định hớng, độ kết tinh, độ nhuộm màu, độ cách nhiệt nhằm lựa
chọn loại sợi có độ ẩm khác nhau.
Độ bền với khí quyển, ánh sáng, các bức xạ hồng ngoại và tử ngoại
nhằm xác định tính chịu lão hoá của sợi.
Độ bền với vi sinh vật, khả năng chịu hoá chất để từ đó tìm phơng
pháp giặt tẩy hoặc xác định điều kiện làm việc của sợi.
Tính nhiễm điện thờng gây ra tiếng nổ lách tách, vải dễ bị bẩn.
3
)
thì liên kết giữa các đại phân tử kém chặt chẽ sợi rất cắn màu, xốp, dễ tan
trong các dung môi hữu cơ. Nếu trong đại phân tử có chứa nhân thơm sẽ làm
tăng độ cứng của polyme tăng lực tơng tác giữa các phân tử trong khối
polyme sợi có tính chịu nhiệt cao, tuy nhiên có nhợc điểm là khó gia
công.
3.2.2. Cấu trúc mạch đại phân tử
Polyme tạo sợi trớc hết là những polyme có cấu trúc mạch thẳng, hạn
chế tối đa sự có mặt của mạch nhánh hay những nhóm thế cồng kềnh. Đây là
tính chất tuyến tính của polyme tạo sợi. Polyme tạo sợi tồn tại 2 trạng thái pha
khác nhau: kết tinh và vô định hình, xác định do bản chất hóa học, điều kiện
tổng hợp hoặc tốc độ làm lạnh.
Polyme trong sản xuất sợi thì tốc độ kết tinh tăng, những tinh thể tạo
thành do tác dụng ngoại lực sẽ sắp xếp theo kiểu bất đẳng hớng, nghĩa là
những tính chất của nó (tính chất quang học, cơ học, điện học...) theo những
hớng khác nhau sẽ khác nhau. Độ kết tinh của polyme cao bảo đảm cho sợi
bền hình dạng, nhất là không bị co ngót khi sử dụng.
3.3. Cỏc phng phỏp c bn tng hp polyme
12
Các polyme dùng tạo sợi đều đợc tổng hợp từ monome. Các monome
này thờng không có sẵn trong thiên nhiên, mà nó đợc tạo ra bằng các
phơng pháp hóa học từ các nguyên liệu cơ bản. Thờng các monome đợc
chế biến từ các nguyên liệu có trong tự nhiên nh dầu mỏ, than đá, khí thiên
nhiên, đá vôi ...Các cơ sở chế biến dầu mỏ, khí thiên nhiên, sản đất đèn, hoá
chất cơ bản và các ngành công nghiệp hóa chất đảm nhận nhiệm vụ này.
Các phơng pháp tổng hợp polyme gồm:
+ Trùng hợp mạch
+ Trùng hợp bậc
13
Ví dụ:
nCH
2
= CH-CH = CH
2
-CH
2
- CH = CH - CH
2
- CH
2
- CH = CH -
CH
2
-
Ngoài monome có liên kết bội giữa các nguyên tử cacbon, còn có
monome có liên kết bội giữa cacbon và các nguyên tố khác nào đó nh oxy,
nitơ, lu huỳnh... cũng có thể trùng hợp mạch và tạo ra polyme gọi là polyme
dị mạch.
Ví dụ: nCH = NOH - CH
2
- N - CH
2
- N - CH
2
- N-
A
x
A
x
(giai đoạn khơi mào)
A
x
+ A
x
A
y
14
A
y
+ A
x
A
z
(giai đoạn phát triển mạch)
A
đầu bằng một năng lợng vừa đủ, có thể là năng lợng ánh sáng, bức xạ, năng
lợng nhiệt, hoặc các chất xúc tác, các chất khơi mào thuộc nhóm peroxit,
azo, diazo...
Các trung tâm hoạt động tạo ra có thể là gốc tự do, ion dơng, ion âm
và tơng ứng với nó mà phản ứng đợc gọi là trùng hợp gốc hay trùng hợp
ion.
Ngoài ra ngời ta còn phân loại phản ứng trùng hợp mạch theo tác
nhân kích thích quá trình khơi mào:
+ Trùng hợp nhiệt
+ Trùng hợp quang
15
+ Trùng hợp bức xạ
+ Trùng hợp xúc tác
+ Trùng hợp khơi mào
Hiện nay ngời ta xác định đợc rằng: trùng hợp nhiệt, trùng hợp
quang, trùng hợp khơi mào bằng các hợp chất peroxyt, azo, diazo đều tạo ra
trung tâm hoạt động là gốc tự do. Còn trùng hợp xúc tác (AlCl
3
, BF
3
, SnCl
4
,
các hợp chất cơ kim) thì tạo ra trung tâm hoạt động là các ion.
Số lợng trung tâm hoạt động tuỳ thuộc vào năng lợng mà monome
tiếp nhận đợc và mức năng lợng hoạt hóa cho quá trình này.
Liên kết đôi có năng lợng lớn hơn liên kết đơn. Khi liên kết đôi bị đứt,
năng lợng đợc giải phóng dới dạng nhiệt lại chính là tác nhân để hoạt hóa
các phân tử khác. Các trung tâm hoạt động nói trên luôn luôn có khuynh
chúng mà ta có thể thay đổi thành phần và tính chất của copolyme.
Đa số copolyme có cấu tạo không điều hòa: trong mạch phân tử của
chúng các mắt xích cơ sở khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể
tách rời các đoạn mạch lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn.
Đồng trùng hợp có ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho phép làm thay
đổi tính chất các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng.
Ví dụ: copolyme của acrylonitril và vinylclorua
-CH
2
-CH-CH
2
-CH-CH
2
-CH-
copolyme này tan tốt trong axeton trong khi đó cả polyacrylonitryl và PVC
chỉ tan trong các dung môi có điểm sôi cao và khó kiếm.
Sợi tạo ra từ poliacrylonitryl có một số tính chất giống nh len nhng
rất khó nhuộm màu. Khi đồng trùng hợp acrylonitryl với các amin chẳng hạn
với vinylpiridin sẽ cho copolyme:
có ái lực cao với thuốc nhuộm.
Nh vậy đồng trùng hợp còn gọi là quá trình biến tính polyme nhằm
thay đổi một số tính chất cho polyme đáp ứng yêu cầu sử dụng cũng nh yêu
cầu về công nghệ.
3/ Trùng ngng
Trùng ngng là phản ứng tổng hợp polyme xảy ra do sự tơng tác giữa
các nhóm chức của các chất tham gia phản ứng tạo thành nhóm chức mới liên
2
)
4
-COOH + nNH
2
-(CH
2
)
6
-NH
2
HO-[-OC-(CH
2
)
4
- CONH - (CH
2
)
6
- NH-]
n
+ (2n - 1)H
2
O
đây chính là polyme để tạo sợi có tên gọi là nilon66 hay polyamit66.
Nếu có từ ba loại monome khác nhau tham gia phản ứng cùng một lúc
để cuối cùng thu đợc 1 copolyme thì phản ứng đợc gọi là đồng trùng ngng.
Khi trong hỗn hợp phản ứng có mặt một hợp chất đơn chức nào đó thì
chất này có khả năng khóa 1 nhóm chức hoạt động của phản ứng, làm quá
trình này ngời ta gọi là quá trình lơ quang. Mục đích là làm cho màu trắng
của sợi trở nên có ánh xanh, hồng hoặc tím làm tăng thêm sắc trắng cho vải.
Đối với các loại sợi không ăn màu nên rất khó khăn khi nhuộm màu thì ngời
ta cho thêm chất màu vào polyme khi đang ở dạng nóng chảy, ví dụ đối với
sợi poliolêfin.
19
Chng 4 CC PHNG PHP TO SI
ở trên đã trình bày các phơng pháp tạo ra nguyên liệu để tạo ra sợi
thành phẩm, đây là bớc đầu tiên của quá trình sản xuất sợi, bớc tiếp theo là
quá trình tạo thành sợi thành phẩm để từ đó chuyển đến nhà máy sợi hoặc các
cơ sở để gia công.
Quá trình tạo sợi bao gồm 3 giai đoạn:
+ Chuẩn bị polyme
+ Kéo sợi
+ Kéo căng - hoàn tất
Tạo sợi là một quá trình cơ bản nhất của công nghiệp sản xuất sợi hoá
học, có thể phối hợp cả quá trình hoá học và vật lý (đối với sợi nhân tạo); có
thể chỉ là quá trình vật lý đơn thuần (đối với đa số sợi tổng hợp).
4.1. Công đoạn chuẩn bị nguyên vật liệu kéo sợi
Thông thờng nguyên liệu ban đầu để sản xuất sợi (tổng hợp và nhân
tạo) đều ở dạng rắn, dạng hạt do đó để kéo sợi thì phải làm cho polyme ban
đầu trở nên linh động hay nói cách khác là chuyển polyme sang trạng thái
lỏng nhớt.
Có 2 cách để làm đợc điều này:
- Cách thứ nhất là hòa tan nguyên liệu trong dung môi thích hợp nào
đó. Đối với những polyme khó hòa tan trong các dung môi thông thờng thì
phải dùng các tác nhân hoá học để chuyển polyme thành các dẫn xuất trung
gian dễ hòa tan trong các dung môi thông thờng. Dung môi thích hợp phải
đáp ứng đồng thời một số điều kiện: khả năng phân tán polyme lớn, rẻ, dễ
20.800 lỗ trên một mũ có đờng kính là 47 mm. Hình dạng của lỗ đục rất đa
dạng, độc đáo để thu đợc sợi có những tiết diện khác nhau hoặc sợi rỗng.
Cần chú ý rằng độ mảnh của sợi không phải do lỗ phun lớn hay nhỏ.
Yếu tố quyết định độ mảnh của sợi lại là tỷ số giữa tốc độ chảy của polyme
khi ra khỏi lỗ phun và tốc độ cuốn sợi vào ống trên máy kéo sợi.
4.3. Các phơng pháp kéo sợi
Ngời ta phân biệt ba phơng pháp kéo sợi:
+ Phơng pháp kéo ớt
+ Phơng pháp kéo khô
+ Phơng pháp kéo từ khối nóng chảy
4.3.1. Phơng pháp kéo ớt
21
Phơng pháp này dùng để tạo hình những polyme hòa tan trong dung
môi nhất định với nồng độ 25%. Dung dịch sau khi hoà tan đợc qua các bộ
phận lọc, tách khí, rồi bơm qua những lỗ của philie (dới dạng tơ liên tục),
sau đó cho qua một bể đông tụ. Dung môi đợc tách ra và polyme rắn lại
thành sợi.
Thành phần của dung dịch trong bể phụ thuộc vào loại polyme, thờng
là nớc có hòa tan một số muối vô cơ nh clorua, sunfat... hay các chất phụ
gia khác.
Do sợi chuyển động dới tác dụng của lực cuốn vào ống, nên chúng
đợc định hớng sơ bộ các đại phân tử dọc theo trục của sợi giúp cho những
công đoạn tiếp theo (nh kéo căng) thực hiện dễ dàng.
Phơng pháp này chủ yếu để sản xuất loại sợi nhân tạo (nh vitxco) và
một vài loại sợi tổng hợp nh acrylic, sợi polivinylclorua (clorophip).
4.3.2. Phơng pháp kéo ớt
Phơng pháp này giống với phơng pháp kéo ớt ở chỗ hòa tan polyme
vào dung môi, nhng dòng dung dịch polyme từ lỗ phun đi ra gặp những điều
kiện làm đóng rắn polyme nh thổi luồng khí nóng hoặc áp suất thấp để tách
Lúc này những đại phân tử polyme trong sợi sắp xếp hỗn loạn mất trật tự. Để
khắc phục nhợc điểm này ngời ta tiến hành quá trình kéo căng sợi.
Kéo căng là một quá trình vật lý, dùng ngoại lực tác dụng lên sợi cha
căng theo chiều dài của sợi, cho tới khi sợi có chiều dài tăng từ 1,5 ữ 7 lần so
với chiều dài ban đầu. Khi kéo căng sẽ làm biến đổi cấu trúc sắp xếp của
mạch đại phân tử, định hớng lại các đại phân tử polyme sắp xếp trật tự dọc
theo trục của sợi. Do đó độ kết tinh của sợi tăng lên, làm tăng độ bền cho sợi
và đáp ứng đợc những yêu cầu của kỹ thuật dệt và thuận lợi khi sử dụng.
Tuy nhiên sự định hớng của đại phân tử sau khi kéo căng cũng có ảnh
hởng không mong muốn đến tính chất khác của sợi, nh sợi khó nhuộm hơn,
tính hút ẩm giảm.
Quá trình kéo căng đợc tiến hành trên thiết bị kéo căng, trong đó sợi
đợc cuốn trên những bánh xe có tốc độ quay khác nhau. Tỷ tốc của những
bánh xe này chính là tỷ số căng của sợi. Trong nhiều trờng hợp để tạo điều
kiện cho những đại phân tử polyme trong sợi sắp xếp một cách trật tự hơn,
ngời ta bố trí hành loạt bánh xe cuốn sợi với tốc độ tăng dần và lúc đó tỷ số
căng chính là tỷ số giữa tốc độ của bánh xe đầu và cuối.
Quá trình kéo căng thờng thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hoá
thủy tinh của polyme, tức là nhiệt độ mà tại đó tính chất của polyme thay đổi
23
đột ngột (thể tích riêng, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt, tính cách điện, chỉ số
khúc xạ, mođun đàn hồi...)
Thờng gia nhiệt bằng cách cho sợi tiếp xúc với một bàn là có trang
bị nhiệt kế tự điều chỉnh nhiệt độ, hoặc đi qua bể nớc nóng, hoặc buồng kín
bão hòa hơi nớc quá nhiệt, đặt giữa 2 bánh xe.
Quá trình tiếp theo đặc biệt đối với sợi tổng hợp, là ổn định nhiệt : đa
sợi lên nhiệt độ nhất định trong khoảng thời gian nhất định. Quá trình này có
tác dụng giải phóng những sức căng nội của các đại phân tử trong sợi bị kéo
dài ra một cách cỡng bức, cho phép những đại phân tử bị xoắn tiếp nhận một
Tuy nhiên không phải loại xenluloza của tất cả các loại thực vật đều tạo
đợc sợi cả, vì vậy việc nghiên cứu để lựa chọn loại thực vật cho công nghiệp
sợi không phải là đơn giản và rất quan trọng. Loại thực vật đó phải thỏa mãn
các điều kiện nh sau:
- Mọc nhanh, dễ trồng
- Hàm lợng xenluloza cao
- Dễ khai thác
- Giá thành rẻ
Các loại cây thờng đợc sử dụng sản xuất sợi gồm: thông, bạch đàn,
phi lao, bồ đề, tre nứa... ngoài ra còn có thể sử dụng bã mía, lau, sậy, rơm rạ...
Một số phơng pháp tách xenluloza:
1/ Phơng pháp acid
Thân cây đợc róc sạch vỏ, băm nhỏ với kích thứoc nhất định rồi cho
vào nồi bằng thép chịu áp. Tiếp theo là cho dung dịch canxi bisunfit
Ca(HSO
3
)
2
chứa anhyđrit sunfurơ tự do, gia nhiệt đến 140-145
o
C trong thời
gian khoảng 10-15 giờ. Mục đích là tách tạp chất chính trong gỗ là licnin dới
dạng axit licninsunfonic. Các tạp chất khác nh pectin, hêmixenluloza... cũng
bị hoà tan vào nớc thải.
2/ Phơng pháp kiềm
Những mảnh gỗ đã đợc băm nhỏ cho vào nồi nấu với dung dịch xút
NaOH 5%, đôi khi bổ sung thêm natrisunfua, gia nhiệt đến 150-180
o
C, áp
suất là 6-10 at, thời gian nấu khoảng 6 - 8 giờ. Công đoạn tiếp theo là lọc
SO
4
và nitrat xenluloza đợc hình thành tuy nhiên
trong thời gian dài vẫn cha tìm ra đợc úng dụng của nó. Mãi đến năm 1880
nhà hoá học Pháp là Sacđônê đã hoà tan nó trong rợu và ête, sau đó đem
dung dịch đó đi ép và tạo sợi tơ mịn, bóng bẩy giống tơ thiên nhiên. Sau đó
ông nghiên cứu để cải tiến loại sợi này và cuối cùng ông cũng dệt ra đợc tấm
vải từ xenluloza đầu tiên và cũng mở đầu cho công nghệ sản xuất sợi.
Tuy nhiên loại sợi này có một nhợc điểm là ở trong chừng mực nào đó
nó giống nh thuốc nổ, khi gặp tàn lửa thuốc lá hoặc đôi khi chỉ cần va chạm
mạnh nó cũng có thể bùng cháy. nguyên nhân là do sự có mặt của những
nhóm nitrat, Sacđônê đã tìm cách khắc phục bằng cách thủy phân sợi để loại
trừ những nhóm nitrat và kết quả của quá trình thủy phân là xenluloza tái sinh.
Các tính chất cơ bản của xenluloza này không thay đổi bao nhiêu. Hiện
tợng cháy nổ của sợi bị loại bỏ. Sau đó một số loại sợi mới đợc tìm ra nh:
sợi đồng - amoniac, sợi vitxco. Các loại sợi này có những dặc tính u việt hơn
Copyright: Tài liệu đại học ©