uticaj sastava me Š avina celuloza na strukturu povr … · celuloze, β -celuloze i stepena...

13
285 Stru Stru Stru Stručni ni ni ni rad rad rad rad UDK UDK UDK UDK 677.021.12 677.021.12 677.021.12 677.021.12 : 677.014 677.014 677.014 677.014 = 163.41 163.41 163.41 163.41 UTICAJ UTICAJ UTICAJ UTICAJ SASTAVA SASTAVA SASTAVA SASTAVA ME ME ME MEŠAVINA AVINA AVINA AVINA CELULOZA CELULOZA CELULOZA CELULOZA NA NA NA NA STRUKTURU STRUKTURU STRUKTURU STRUKTURU POVR POVR POVR POVRŠINE INE INE INE VISKOZNOG VISKOZNOG VISKOZNOG VISKOZNOG TEHNI TEHNI TEHNI TEHNIČKOG KOG KOG KOG FILAMENTA FILAMENTA FILAMENTA FILAMENTA Nako Nako Nako Nako Georgiev Georgiev Georgiev Georgiev Visoka strukovna škola za tekstil, Leskovac, Srbija U ovom radu ispitivan je uticaj sastava mešavina celuloza na strukturu površine viskoznog tehničkog filamenta. Ispitivanja su izvedena sa viskozama koje su pravljene sa 100% V-5ELG celuloze, 100% BRATSK-k celuloze i dve binarne smeše celuloza V-5ELG:BRATSK-k (40:60%) i V-5ELG:BRATSK-k (30:70%). Poprečni i podužni preseci površine navedenih tehničkih filamenata ispitivani su na elektronskom mikroskopu..Dobijeni rezultati,sa gledišta strukture površina, pokazuju da bi prerada mešavina celuloza. V-5ELG i BRATSK-k u odredjenom odnosu mogla dati sasvim zadovoljavajuće rezultate UVOD UVOD UVOD UVOD Viskozni tehnički filament, zbog nekih svojih izvanrednih svojstava (dobra dimenzionalna stabilnost na povišenim temperaturama, dobra postojanost na zamor, relativno jednostavna tekstilna prerada i dr.), izuzetno je cenjen armirajući materijal raznih proizvoda od gume, a posebno pneumatike putničkih automobila. On je izuzetno cenjen kao ojačanje bokova radijalnih pneumatika, posebno u kombinaciji sa čeličnim kordom, kojim se ojačava gazeći sloj pneumatike ovog tipa. U poslednje vreme, ovaj materijal ima primenu u proizvodnji radijalnih pneumatika izvanrednih performansi za putnička vozila brzine iznad 200 km/h, naročito kod vodećih evropskih proizvođača kao što su: Michelin (Francuska) i Continental (Nemačka). Globalizacija tržišta sveta kao i proizvodnja tehničke celuloze za kord, vodi monopolisanju koje se ogleda ne samo u povećanju cena, već i u ograničavanju mogućnosti snabdevanja određenih područja ovom sirovinom, tako npr. udruživanje „Buckeye cellulose corporation“ i „International paper corporation“ u okviru korporacije „The Proctel and Gamble“ doprinelo je povećanju cena tehničke celuloze. Slična tendencija se ispoljava na ruskom tržištu, u nordijskim zemljama Evrope i drugim regionima. Istočnoevropske zemlje su za proizvodnju viskoznog korda primenjivale tehničku celulozu tipa BRATSK-k ruskog proizvođača, čija je cena bila pristupačnija od američke celuloze. Zahtevi za poboljšanje kvaliteta viskoznog korda doveli su do povećanja izdataka za nabavku kvalitetnije i skuplje tehničke celuloze za kord i poskupljenja procesa pripreme viskoze. U cilju sniženja proizvodnih troškova izvršena su obimna multidisciplinarna istraživanja u pogledu povećanja brzine predenja vlakana, iznalaženja ekonomičnijeg sastava viskoze i zamene sistema modifikatora. Ova istraživanja su poslužila da se 1988. godine u „Viskozi“ Loznica izvrši promena šeme sa vertikalnog na horizontalno cevno formiranje vlakana, što je doprinelo značajnom

Upload: others

Post on 03-Oct-2019

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

285

StruStruStruStruččččnininini radradradrad UDKUDKUDKUDK 677.021.12677.021.12677.021.12677.021.12 :::: 677.014677.014677.014677.014 ==== 163.41163.41163.41163.41

UTICAJUTICAJUTICAJUTICAJ SASTAVASASTAVASASTAVASASTAVAMEMEMEMEŠŠŠŠAVINAAVINAAVINAAVINA CELULOZACELULOZACELULOZACELULOZA NANANANA STRUKTURUSTRUKTURUSTRUKTURUSTRUKTURUPOVRPOVRPOVRPOVRŠŠŠŠINEINEINEINE VISKOZNOGVISKOZNOGVISKOZNOGVISKOZNOG TEHNITEHNITEHNITEHNIČČČČKOGKOGKOGKOG FILAMENTAFILAMENTAFILAMENTAFILAMENTA

NakoNakoNakoNako GeorgievGeorgievGeorgievGeorgievVisoka strukovna škola za tekstil, Leskovac, Srbija

U ovom radu ispitivan je uticaj sastava mešavina celuloza na strukturu površineviskoznog tehničkog filamenta. Ispitivanja su izvedena sa viskozama koje su pravljenesa 100% V-5ELG celuloze, 100% BRATSK-k celuloze i dve binarne smeše celulozaV-5ELG:BRATSK-k (40:60%) i V-5ELG:BRATSK-k (30:70%).

Poprečni i podužni preseci površine navedenih tehničkih filamenata ispitivanisu na elektronskom mikroskopu..Dobijeni rezultati,sa gledišta strukture površina,pokazuju da bi prerada mešavina celuloza. V-5ELG i BRATSK-k u odredjenomodnosu mogla dati sasvim zadovoljavajuće rezultate

UVODUVODUVODUVOD

Viskozni tehnički filament, zbog nekih svojih izvanrednih svojstava (dobradimenzionalna stabilnost na povišenim temperaturama, dobra postojanost na zamor,relativno jednostavna tekstilna prerada i dr.), izuzetno je cenjen armirajući materijalraznih proizvoda od gume, a posebno pneumatike putničkih automobila. On je izuzetnocenjen kao ojačanje bokova radijalnih pneumatika, posebno u kombinaciji sa čeličnimkordom, kojim se ojačava gazeći sloj pneumatike ovog tipa. U poslednje vreme, ovajmaterijal ima primenu u proizvodnji radijalnih pneumatika izvanrednih performansi zaputnička vozila brzine iznad 200 km/h, naročito kod vodećih evropskih proizvođačakao što su: Michelin (Francuska) i Continental (Nemačka).

Globalizacija tržišta sveta kao i proizvodnja tehničke celuloze za kord, vodimonopolisanju koje se ogleda ne samo u povećanju cena, već i u ograničavanjumogućnosti snabdevanja određenih područja ovom sirovinom, tako npr. udruživanje„Buckeye cellulose corporation“ i „International paper corporation“ u okvirukorporacije „The Proctel and Gamble“ doprinelo je povećanju cena tehničke celuloze.Slična tendencija se ispoljava na ruskom tržištu, u nordijskim zemljama Evrope idrugim regionima. Istočnoevropske zemlje su za proizvodnju viskoznog kordaprimenjivale tehničku celulozu tipa BRATSK-k ruskog proizvođača, čija je cena bilapristupačnija od američke celuloze.

Zahtevi za poboljšanje kvaliteta viskoznog korda doveli su do povećanjaizdataka za nabavku kvalitetnije i skuplje tehničke celuloze za kord i poskupljenjaprocesa pripreme viskoze. U cilju sniženja proizvodnih troškova izvršena su obimnamultidisciplinarna istraživanja u pogledu povećanja brzine predenja vlakana,iznalaženja ekonomičnijeg sastava viskoze i zamene sistema modifikatora. Ovaistraživanja su poslužila da se 1988. godine u „Viskozi“ Loznica izvrši promena šemesa vertikalnog na horizontalno cevno formiranje vlakana, što je doprinelo značajnom

Page 2: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

286

povećanju kvaliteta korda. U okviru promene šeme formiranja korda, sa vertikalnog nahorizontalno cevno formiranje, stvorila se potreba za istraživanjem mogućnostiprimene i granica mešanja tehničkih celuloza različitog porekla i kvalitetnijihkarakteristika.

Cilj našeg istraživanja i očekivani rezultati treba da eventualno doprinesuboljem upoznavanju mehanizma dejstva sastava tehničkih celuloza, a time i u teorijiformiranja vlakana iz tako nastale viskoze.

OPOPOPOPŠŠŠŠTITITITI DEODEODEODEO

Poznato je da se proizvodnja vlakana po viskoznom postupku razlikuje odproizvodnje drugih vlakana jer je osim složenih difuzionih procesa praćena i nizomhemijskih reakcija, a kod proizvodnje tehničkog filamenta i prisustvom modifikatora.

Utvrđeno je da postoje 64 nezavisno promenljive veličine koje utiču nastrukturu i svojstva vlakana dobijenih po ovom postupku, pa upravo to i izdvajaviskozni postupak proizvodnje kao najsloženiji od svih postupaka proizvodnjehemijskih vlakana. Uticajni parametri po Jovanovićevoj [1] se grubo mogu podeliti na:

- Parametre kvaliteta celuloze i drugih osnovnih sirovina;- Parametre procesa alkalizovanja;- Parametre procesa esterifikovanja;- Parametre sastava i svojstava viskoze;- Parametre koji utiču na tok formiranja- Parametre dorade vlakana.

Neravnomernost koagulacionog procesa takodje dovodi do neravnomernostinadmolekulske strukture,što se pak direktno odražava na površinu vlakana u procesudaljeg formiranja.

Razvoj tehnike elektronske mikroskopije omogućava detaljnije proučavanjestruktura površine polimera i vlakana.

Klare i Gröbe [2], u svojim fundamentalnim istraživanjima mehanizmaformiranja tehničkog filamenta, iskoristili su podatke dobijene elektronskommikroskopijom za dokazivanje osnovnih pretpostavki, koje se svode na sledeće:

1. Pri dejstvu modifikatora na strujnicu viskoznog rastvora, pri ulazu viskoze umlaznicu, stvara se veoma tanak površinski sloj „privremena folija“ koja sesastoji od modifikatora, cinka i sporednih proizvoda (sulfida i tiokarbonatacinka).

2. Ova tanka folija (membrana) usporava razmenu svih komponenata kupki iviskoznog rastvora.

3. Visok sadržaj zaostalog ksantogenata u vlaknu, koji se javlja pri formiranjuu prisustvu modifikatora, dovodi do stvaranja stabilnijeg ksantogenata cinka.

4. Modifikatori utiču na koloidno-hemijske procese, tj. na proces pretvaranjagel-vlakno na granici razdelne faze viskoza-kupka, što dovodi do izmenepovršine vlakna.

Page 3: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

287

5. Kutikula, koja se sastoji od gustog gela ksantogenata, protkanog saproduktima taloženja koji sadrže cink, stvara se zahvaljujući hemijskimreakcijama modifikatora, CS2 i jona cinka. Kroz ovu kutikulu difundujuvodonikovi joni kupatila, polako, u unutrašnjost strujnice viskoze.

6. Joni cinka difunduju sporije od jona vodonika, pa se u spoljašnjoj zonikoagulacija odvija pod uticajem cinkovih jona koji, obrazujući poprečnecink ksantogenatne veze, sprečavaju rast krupnih kristalnih područja. Osimtoga, H+ jon, koji difunduje u jezgro, razara ksantogenat još pre nego što ujezgro prodru joni cinka koji sporo difunduju, pa tako u jezgru počinje rastkristalnih područja velikih dimenzija.

Izmena strukture površine se takođe vezuje za prisustvo modifikatora nezavisnood toga da li se oni nalaze u kutikuli ili u viskoznom rastvoru. Modifikatori smanjujubrzinu difuzije komponenata kupatila u nit koja se formira, što dovodi do usporavanjaprocesa neutralisanja, koagulisanja i razaranja ksantogenata. Dakle, prisustvomodifikatora, po istraživanjima Klare-a i Gröbe-a [2], pri formiranju vlakana utiče nastrukturu i veličinu fibrilarnih snopića koji se stvaraju pri koagulaciji. Širinastrukturnih elemenata super korda, čija je površina snimljena elektronskimmikroskopom, po podacima ovog autora, iznosi 65-70 nm.

Istraživanja Klare-a i Gröbe-a [2] saglasna su sa podacima Kiessig-a [3], kojitvrdi da je unutrašnja zona super korda karakteristična po fibrilarnoj strukturi sa malimstrukturnim elementima od 10-20 nm. Kiessig [3] je, analizom snimaka površineviskoznog filamenta elektronskim mikroskopom, konstantovao da postoje vidljivojasne pruge, sa dobro paralelizovanim fibrilima širine 30-75 nm i nazvao ih fibrilarnimsnopovima zbog toga što se pri znatno većem uvećanju zapaža da se oni sastoje izmanjih fibrila širine 8-9 nm.

Specifična struktura površine postoji kod filamenta proizvedenog iz celuloze zakord tipa BRATSK-k, gde su po Klare-u i Gröbe-u [2], karakteristični krupni fibrilarnistrukturni elementi širine nekoliko desetina nm, nejednorodni po dužini.

Sistematskim istraživanjem nadmolekulske strukture tehničkog filamenta [4],pokušano je da se detaljnije pojasni kvantitativna zavisnost između strukturnihkarakteristika i jačine vlakana. Po istraživanjima Usmanova [5], između širinestrukturnih elemenata, površine vlakana i jačine ne postoji prava zavisnost.

Prema strukturi površine, Klare i Gröbe [2] su podelili kordna vlakna u tri grupe:a) Sa jednorodnom površinom, ravnim i dovoljno glatkim strukturnim

elementima, orijentisanim strogo paralelno osi vlakna.b) Sa nejednorodnom površinom, neravnim strukturnim elementima sa znatno

narušenom orijentacijom. Širina i rastojanje među njima veoma se razlikuju.c) Sa nejednorodnom površinom, strukturnim elementima ili njihovim

područjima, vidljivim na površini, strukturni elementi su veoma kratki imeđusobno orijentisani u odnosu na osu vlakna pod uglom od 15-20º.

Količinski odnos tipa struktura na površini vlakana, na osnovu istraživanjaNikonovich-a i dr. [6] može biti različit: nekada preovladava struktura tipa (aaaa), a u

Page 4: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

288

drugom slučaju struktura tipa (bbbb). U realnosti, istovremeno sa strukturom tipa (aaaa), napovršini posmatranih filamenata zapaža se i struktura tipa (bbbb) ili (cccc).

EKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNIEKSPERIMENTALNI DEODEODEODEO

a) UPOTREBLJENE SIROVINE

Za pripremu viskoze iz koje su dobijeni eksperimentalni uzorci viskoznogtehničkog filamenta, korišćene su: V-5ELG (Buckeye Cellulose Corporation, SAD) iBRATSK-k (Bratsk LPK, Rusija) celuloza, natrijumhidroksid, ugljendisulfid,cinksulfat i modifikatori. Pored ovih upotrebljavani su i drugi materijali koji su,obzirom na mali utrošak, od manjeg značaja: površinski aktivna sredstva za viskozu ikupatilo, avivaža, filtersko platno itd.

Karakteristike celuloza prikazane su u tablici 1 [7].

TablicaTablicaTablicaTablica 1.1.1.1. UporedneUporedneUporedneUporedne karakteristikekarakteristikekarakteristikekarakteristike celulozacelulozacelulozaceluloza V-5ELGV-5ELGV-5ELGV-5ELG iiii BRATSK-kBRATSK-kBRATSK-kBRATSK-k

V-5ELG BRATSK-kα-celuloza, % 97,5 95,3β-celuloza, % 0,5 3,0pentozani, % 0,90 2,0viskozitet (1% bakar amonijačni rastvor), Pa·s 18,5 ⋅ 10-3 14,0 ⋅ 10-3stepen polimerizovanja 1060 870

rastvorljivost, % u 10% NaOH 3,7 4,85u 18% NaOH 2,60 3,22

bakrov broj 0,25 0,89Fe, mg/l 5,0 6,10Cu, mg/l Tragovi ≈0,5Mn, mg/l Tragovi ≈0,5stepen bubrenja, cm3/g 6,4 ≈6,0brzina adsorpcije NaOH, mm/5 min 70-72 51-55

Očigledno je da celuloza BRATSK-k po nekim karakteristikama ( sadržaj α-celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, aliisto tako je jasno da se ona s pravom može svrstati u visoko oplemenjene celulozepogodne za proizvodnju tehničkog filamenta.Naime i pored toga što se prema Hempel-u .[ 8] ,raspolaže sa 38 pokazatelja za određivanje hemijskog sastava celuloze i sa 18pokazatelja za definisanje njenih fizičko-hemijskih i tehnoloških karakteristika,njenoponašanje u toku dobijanje vioskoze predstavlja najpouzdanije merilo za njenepreradivosti.

Parametri kvaliteta natrijumhidroksida, sumporne kiseline, ugljendisulfida icinksulfata prikazani su u tablicama 2, 3, 4 i 5

TablicaTablicaTablicaTablica 2.2.2.2. KarakteristikeKarakteristikeKarakteristikeKarakteristike natrijumhidroksidanatrijumhidroksidanatrijumhidroksidanatrijumhidroksida (HIP-(HIP-(HIP-(HIP- PanPanPanPanččččevo)evo)evo)evo)

Page 5: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

289

NaOH, % min 45Na2CO3,% max 0,2NaCl, % max 5⋅10-2Fe2O3, % max 3⋅10-4Al2O3, % max 3⋅10-3SiO2, % max 1⋅10-2CaO, % tragoviMgO, % tragoviSO4, % max 2⋅10-2Ba, % max 2⋅10-5Mn, % max 5⋅10-5Cu, % max 5⋅10-5Ni, % max 2⋅10-5

Izgled : bezbojna bistra i providna tečnost bez mehaničkih nečistoća

TablicaTablicaTablicaTablica 3.3.3.3. KarakteristikeKarakteristikeKarakteristikeKarakteristike sumpornesumpornesumpornesumporne kiselinekiselinekiselinekiseline (((( RTBRTBRTBRTB ––––Bor)Bor)Bor)Bor)H2SO4, % min 95Fe, % max 0,02NaCl, % max 0,02Al2O3 max 0,02

TablicaTablicaTablicaTablica 4.4.4.4. KarakteristikeKarakteristikeKarakteristikeKarakteristike ugljendisulfidaugljendisulfidaugljendisulfidaugljendisulfida (((( Vrace-Vrace-Vrace-Vrace- Bugarska)Bugarska)Bugarska)Bugarska)Gustina (15±4°C), g/cm3 1,270-1,275pH 6,0-7,0

TablicaTablicaTablicaTablica 5.5.5.5. KarakteristikeKarakteristikeKarakteristikeKarakteristike cinksulfatacinksulfatacinksulfatacinksulfata (((( HIHIHIHI ––––ZorkaZorkaZorkaZorka ŠŠŠŠabac)abac)abac)abac)ZnSO4 ⋅ 7 H2O, % min 93Cl2, % max 0,06Fe, % max 0,003Mn, % max 0,005

Od modifikatora korišćeni su:- Berol-visko 350 – polioksietilenglikol derivat sa aromatskom komponentom,dodatak 1,5% na α-celulozu u viskozi i

- Berol-visko 314 – alkilaminpolioksietilenglikol, dodatak 1% na α-celulozuu viskozi.

Poprečni i podužni preseci eksperimentalnih uzoraka tehničkog filamenta,proučavani su elektronskom mikroskopijom na JEOL JSM-35 SCANNINGMICROSCOPE, pri naponu snimanja od 25 kV i uvećanju od 1800-6600 puta.

b) POSTUPAK DOBIJANJA KSANTOGENATA I FILAMENTA

Page 6: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

290

Za eksperimentalne uzorke viskoznog tehničkog filamenta korišćene su V-5ELG i BRATSK-k celuloza i dve binarne mešavine tih celuloza, a označavanjeuzoraka upotrebljenih u eksperimentu prikazano je u tablici 6:

TablicaTablicaTablicaTablica 6.6.6.6. OznakeOznakeOznakeOznake eksperimentalniheksperimentalniheksperimentalniheksperimentalnih uzorakauzorakauzorakauzorakavrsta

celuloze iodnosnjihovihmešavina

100%V5-ELG

60% V5-ELG40% BRATSK-k

30% V5-ELG70% BRATSK-k 100% BRATSK-k

oznaka A B C D

Eksperiment je izveden na opitnom postrojenju Fabrike korda.Ovo postrojenjese,sem u nekim detaljima ( ograničen broj predivnih mesta i pojedinačno vođenje nitipreko organa za vođenje) ne razlikuje od proizvodnog postrojenja korda.

Tabaci celuloze pakuju se u sekcije prese za alkalizaciju i natapaju se lužinomkoncetracije 217 g/l pri temperaturi od 220 C i pritisku 14.0 MPa. Ispresovani tabacialkaliceluloze ( stepena presovanja 2,7) vode se na usitnjavanje. Fino isitnjenaalkaliceluloza sazreva na temperaturi od 250 C i relativne vlažnosti 75 % ,a nakon togase pneumatski transportuje u uređaj za ksantogenovanje,gde se dodavanjem CS2 ukoličini od 35 % na α -celulozu, sulfidira. Osnovni cilj ksantogenovanja je dobijanjenovog hemijskog jedinjenja, Na- celulozni ksantogenat.

Početna temperarura sulfidiranja iznosila je 27,50C, pod vakuumom od 78,4KPa i vremenom sulfidiranja od 45min.

Nakon sulfidiranja ksantogenat se rastvara u lužini za rastvaranje koncentracije43 g/l. Početna temperatura rastvaranja iznosi 8-9 0C, a završna 14-150C. Ovakodobijenoj viskozi, u toku rastvaranja, dodaju se modifikatori. Šarže viskozehomogeniziraju se u mešaču , a viskoza u odeljenju zrenja sazreva na 150C, filtriranana ramskim filter presama, a preko viskoterma vodi se na deaeraciju. Deaerisanaviskoza odvodi se na mašinu za formiranje filamenta.

U okviru eksperimenta uradjeno je ukupno 40 šarži (za svaki uzorak po 10), podistim uslovima alkalizacije i sulfidiranja.

Sve četiri viskoze (Tablica 6) su sazrevale na tempraturama 15 i 250C.Eksperiment je vodjen tako da je, nakon pripreme viskoze naznačenog sastava,uključujući i vreme rastvaranja od 3h, uzimana viskoza u dve posude od po 20 l i takopripremljenna sazrevala u dve različito temperirane prostorije. Temperatura prveprostorije kretala se u granicama 15± 0,50C, a druge 25± 0,50C. Ukupno vremesazrevanja viskoze svakog uzorka iznosilo je 64h, a svakih 8h uzimane se po 2prarelne probe svake viskoze, iz kojih su radjene analize. Vrednost svake dobijenekarakteristike predstavlja srednja vrednost od tri merenja.

U Tablici 7. prikazane su karakteristike viskoze neposredno pre formiranja, zavreme sazrevanja od 20h, koje je eksperimentalno utvrđeno.

TablicaTablicaTablicaTablica 7.7.7.7. KarakteristikeKarakteristikeKarakteristikeKarakteristike viskozeviskozeviskozeviskoze neposrednoneposrednoneposrednoneposredno prepreprepre formiranjaformiranjaformiranjaformiranja

Page 7: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

291

zazazaza vremevremevremevreme sazrevanjasazrevanjasazrevanjasazrevanja viskozeviskozeviskozeviskoze zazazaza 20h20h20h20hMaseni odnosceluloza V5-ELG: Bratsk –k(uzorak)

%celulozeu viskozi

%NaOHuviskozi

Sonatačka

Pokazateljviskozitetaη na 200Cs

Ukupnisumpor

γ- broj filtrabilnost

100/0 (A) 6.40 6.31 8.0 51.8 1.83 56.8 95.760/40 (B) 6.41 6.31 8.0 51.3 1.85 57.1 95.630/70 (C) 6.41 6.30 8.0 50.7 1.84 56.4 96.00/100 (D) 6.40 6.31 8.1 51.8 1.82 55.9 95.8

U proizvodnji viskoznog korda tipa Super koristi se više kupatila za formiranje, anajčešće dva, pri čemu se u prvom kupatilu prtežno izvodi koagulacija ksantogenataceluloze,a u drugom njegova potpuna razgradnja, uz istovremeno orijentacionorastezanje.

TablicaTablicaTablicaTablica 8.8.8.8. IzabraniIzabraniIzabraniIzabrani parametriparametriparametriparametri procesaprocesaprocesaprocesa formiranjaformiranjaformiranjaformiranja filamentafilamentafilamentafilamentaParametri kupke A

Sadržaj H2SO4, g/l 98±0,5Sadržaj ZnSO4, g/l 77±1.0Sadržaj Na2SO4, g/l 265±3.0Specifična težina na 300C, g/cm3 1,325Temperatura, oC 64Protok po pred. Mestu, l/min 3.5Sadržaj aditiva, g/l 0.150Parametri kupke BSadržaj H2SO4, g/l 35Sadržaj ZnSO4 ,g/l ispod 14Temperatura, oC 95Kinematski uslovi formiranja filamentaBrzina predenja 50I istezanje, % 80II istezanje, % -3,4III istezanje, % 2.0Prečnik otvara mlaznice, mm 50Broj otvora mlaznice 1100Odnos, l/d 1.25

Za prvo kupatilo u proizvodnoj praksi standardnog procesa koristi se skraćeni nazivkupka A, a za kupatilo za plastifikaciono istezanje naziv kupka B.

U tablici 8. navedeni su izabrani parametri za proces formiranja tehničkogfilamenta za sva četiri uzorka viskoze.Neravnomernost koagulacionog procesa takodje dovodi do neravnomernostinadmolekulske strukture,što se pak direktno odražava na površinu vlakana u procesudaljeg formiranja. Neravnomernost koagulacionog procesa takodje dovodi do

Page 8: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

292

neravnomernosti nadmolekulske strukture,što se pak direktno odražava na površinuvlakana u procesu daljeg formiranja.

REZILTATIREZILTATIREZILTATIREZILTATI IIII DISKUSIJADISKUSIJADISKUSIJADISKUSIJA

Na površini viskozne niti, koja se formira u prisustvu jona cinka u kupatilu,obrazuje se orijentisani sloj-omotač. Vodonikovi joni koji difunduju u jezgro razarajuksantogenat još pre nego što u jezgro prodru joni cinka. Pošto se hemijska reakcijarazaranja ksantogenata odvija mnogo sporije od difuzije i koagulacije, ona bitno neutiče na obrazovanje strukture sveže formirane niti.

Regulisanje parametara viskoze i kupatila omogućuje povećanje debljineomotača, a time i povećanje strukturne homogenosti vlakana i postizanje velikogpoboljšanja njegovih fizičko-mehaničkih svojstava. Vlakna sa većom debljinomomotača, koja poseduju bolji kompleks fizičko-mehaničkih karakteristika, mogu sedobiti pored usporavanja difuzije jona vodonika i ubrzanja difuzije jona cinka,povećanjem stabilnosti viskoze prema koagulaciji (γ-broj), što je uslovljeno svojstvimaviskoznog rastvora.

Na slikama 1, 2 i 3 prikazani su poprečni preseci ispitivanog filamentaproizvedenog od viskoze sa odnosom celuloze V-5ELG i BRATSK-k uzorak A(100/0%), B (60/40%), C (30/70%) i D (0/100%) na temperaturi sazrevanja viskoze od15ºC, snimljeni elektronskim mikroskopom sa uvećanjem od 630, 1900 i 6320.

Slika 1. Slika 2.

Page 9: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

293

SlikaSlikaSlikaSlika 3.3.3.3.

Analizirajući slike primećuje se da su oblici poprečnih preseka uzorakafilamenata (C) u (D) delimično nepravilni, nabrani i da vidno odstupaju od okruglogoblika.

Gama brojevi ( γ ) viskoze uzoraka A, B i C u toku sazrevanja se nisu bitnorazlikovali. Jedina razlika je primećena kod uzorka C, koji je pripremljen od 100%BRATSK-k celuloze, što se objašnjava time, da razlog ubrzanog sazrevanja oveviskoze leži u većem sadržaju hemiceluloze. Može se zaključiti da viskoza koja sadržihemiceluloze sazreva brže od viskoze bez hemiceluloza. Zna se da hemiceluloze brže ilakše reaguju sa ugljendisulfidom od same celuloze. Prema tome, one bi mogle vezatiCS2 oslobođen u procesu sazrevanja, što bi moglo da posluži kao objašnjenje ubrzanjasazrevanja.

Pošto su sve četiri viskoze (A, B, C i D) išle na formiranje pod jednakimuslovima predenja (jednaka kupatila i jednaki kinematski uslovi – Tablica 8),razumljivo je što se poprečni preseci dobijenih filamenata A (100/0%), B (60/40%), C(30/70%) neznatno razlikuju (imaju pravilniji oblik) od poprečnog preseka filamentauzorka D (0/100%).

Na sl. 4 i 5 prikazani su snimci podužnih preseka ispitivanih filamenatasnimljeni elektronskim mikroskopom sa uvećanjem od 1900 i 6320.

Page 10: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

294

Slika 4 Slika 5.

Analizirajući slike, primetna je neravnomernost širina brazdi, a na nekimmestima i izrazita dubina brazdi. Struktura površine korda super tipa predstavlja sistemstrukturnih elemenata u vidu jednorodnih brazda različitih širina, između kojih senalaze žlebovi. Ovde je karakteristična osna (paralelna) orijentisanost tih elemenata uodnosu na osu vlakna. Međutim, takve karakteristike površine, kao što su širinastrukturnih elemenata, njihova jednorodnost i broj po jedinici površine, dubinažljebova itd. mogu se znatno razlikovati u zavisnosti od uslova formiranja vlakana, štoje naglašeno u opštem delu ovog rada.

Na površini ispitivanog filamenta proizvedenog od 100% V-5ELG celuloze(uzorak A), nalaze se tanki i jednorodni strukturni elementi, pri čemu su ovi strukturnielementi u zonama sa karakterističnim naborima i udubljenjima površine. Kodfilamenta proizvedenih od 100% BRATSK-k celuloze, i njenih mešavina [sl. 4, uzorakC (30/70%) i D (0/100%)], primećuje se specifična struktura površine, sakarakterističnim krupnim fibrilarnim strukturnim elementima širine 35-75 nm očitonejednorodnih po dužini. Ovakva konstatacija je u saglasnosti sa istraživanjima Klare-ai Gröbe-a [2] koji su mnogoobrazne strukture površine kordnih vlakana podelili na trigrupe.

Za davanje kvantitativne ocene strukturnih elemenata površine vlakana,korišćena je metoda hidrolize do graničnog stepena polimerizovanja, gde je vidljivimkristalitima, kod ispitivanih filamenata određivana njihova veličina. Na taj načinodređeni su: širina fibrilarnih strukturnih elemenata, rastojanja između njih i stepenjednorodnosti po dužini. Ova merenja su izvedena elektronskim mikroskopom priuvećanju od 3000. Dobijeni rezultati prikazani su u tablici 9.

Page 11: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

295

TablicaTablicaTablicaTablica 9.9.9.9. ParametriParametriParametriParametri strukturestrukturestrukturestrukture povrpovrpovrpovrššššineineineine ispitivanihispitivanihispitivanihispitivanih tehnitehnitehnitehniččččkihkihkihkih filamenatafilamenatafilamenatafilamenata

Ispitivani uzorakV-5ELG:BRATSK-k

A(100/0%)

B(60/40%)

C(30/70%)

D(0/100%)

Jačina pri kidanju, cN/tex 48,6 48,2 47,1 46,2

Izduženje, %-na 44,1N 2,2 2,2 2,1 2,0

Interval širinestrukturnih elemenata, nm

MAXMIN

52,040,0

54,043,0

75,035,0

80,042,0

Rastojanje između strukturnihelemenata, nm

MAXMIN

40,015,0

62,017,0

70,018,0

100,025,0

Tip strukture (aaaa) (aaaa)+(bbbb) (aaaa)+(bbbb) (bbbb)+(aaaa)

Iz prikazanih podataka se vidi da, između širine strukturnih elemenata površinevlakna i jačine tehničkog filamenta postoji zavisnost, za razliku od ispitivanjaUsmanova [5]. U principu, može se reći da što je veća jačina filamenta, manja je širinastrukturnih elemenata površine, što je u saglasnosti sa podacima iz literature [9].Tehnički filament proizveden od 100% V-5ELG celuloze (uzorak A) ima jačinu 48,6cN/tex i širinu strukturnih elemenata u intervalu od 40-52 nm, dok kod filamentaproizvedenog od 100% BRATSK-k celuloze (uzorak D) jačina iznosi 46,2 cN/tex, aširina strukturnih elemenata od 42-80 nm (tablica 9). Međutim, na osnovu svega što jedo sada rečeno, apsolutna korelacija između karaktera strukture površine i ukupnihfizičko-mehaničkih pokazatelja vlakana ne postoji. Ipak, kao jedan od važnijih faktoraza određivanje svojstava vlakana javlja se stepen jednorodnosti površine, sa tačkegledišta transformacije, tj. ponovnog stvaranja jedne ili druge strukture po dužinivlakna. U realnosti, istovremeno sa strukturom tipa (aaaa) na površini posmatranihfilamenata, zapaža se i struktura tipa (bbbb).

ZAKLJUZAKLJUZAKLJUZAKLJUČČČČAKAKAKAK

Rezultati ispitivanja strukture površine i oblika poprečnog preseka filamentapokazali su da:

1. Poprečni preseci tehničkog filamenta izrađenog od 100% V-5ELG celulozei dve ispitivane mešavine celuloza imaju pravilniji oblik od poprečnogpreseka filamenta od 100% BRATSK-k celuloze, što je verovatno posledicanižeg γ-broja, kao pokazatelja stabilnosti viskoze prema koagulisanju.

Page 12: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

296

2. Na površini filamenta od 100% V-5ELG celuloze i binarne mešavine 60/40,postoje uži i jednorodni strukturni elementi širine 40,0-52,0 nm, odnosno43,0-54,0 nm, koji su raspoređeni u zonama sa karakterističnim prugama idebljinama mikrofibrila. Na površini filamenta, izrađenog od mešavinaceluloza 30% V-5ELG : 70% BRATSK-k i od 100% BRATSK-k celuloze,primetna je specifična struktura sa krupnijim fibrilarnim strukturnimelementima širine 35,0-75,0 nm, odnosno 42,0-80,0 nm. Ovi podaci su usaglasnosti sa navodima iz literature da je jačina filamenta veća ako je širinastrukturnih elemenata manja.

3. Analiza dobijenih rezultata ispitivanja je pokazala da ne postoji potpunakorelacija između karaktera strukture površine i ukupnih fizičko-mehaničkihpokazatelja filamenta.

4. Prikazani rezultati, sa gledišta strukture površina, pokazuju da bi preradamešavina celuloza V-5ELG i BRATSK-k u određenom odnosu mogla datisasvim zadovoljavajuće rezultate u proizvodnji viskoznog tehničkogfilamenta.

5. Na osnovu rezultata ispitivanja i medjunarodnih kriterijuma zakvalitet korda Super 2 može se zaključiti da celuloza BRATSK-K uspešnozamenjuje celulozu V- 5 ELG do učešđa maksimalno 60% U slučajevimaprimene tehničkog filamenta za proizvode sa manjim zahtevom na zamor kordaSuper 2,sadržaj BRATSK-k celuloze u mešavini može se poveđati do 70%.Ovosvakako čini značajan doprinos,kako u praksi tako i u teoriji

LiteraturaLiteraturaLiteraturaLiteratura[1]R. S. Jovanović, „Prirodna i hemijska vlakna“, TMF, Beograd, 1984, 116.[2]G. Klare, A. Gröbe, Khim. volokon, No. 6 (1972) 4-6.[3]H. Kiessig, Papier Z. Z., No. 5 (1968) 265-267.[4]A. Kittelmann, Fibres, 19 (1968) 222-224.[ 5 ] H. U. Usmanov, G. V. Nikonovich, „Nadmolekularnaya strukturakhidrattseluloznikh volokon“, Khimiya, Moskva, 1974, 102.[6]T. V. Nikonovich, N. D. Burdanova, H. U. Usmanov, Khim. volokon, No. 6 (1968)39-41.[7]N. Georgiev, Doktorska disertacija, Tehnološki fakultet, Zvornik, 2001.[8] Hempel,K.Przegl.pap. N0 14, 111-114, 1968.[9]R.S.Jovanović, Struktura i svojstva vlakana, TMF, Beograd, 1981, 157-164.

Page 13: UTICAJ SASTAVA ME Š AVINA CELULOZA NA STRUKTURU POVR … · celuloze, β -celuloze i stepena polimerizovanja) zaostaje za celulozom V-5ELG, ali isto tako je jasno da se ona s pravom

297

SummarySummarySummarySummaryTTTTHEHEHEHE INFLUENCEINFLUENCEINFLUENCEINFLUENCE OFOFOFOF CELLULOSESCELLULOSESCELLULOSESCELLULOSESMIXTURESMIXTURESMIXTURESMIXTURES COMPOSITIONCOMPOSITIONCOMPOSITIONCOMPOSITIONONONONONSURFACESURFACESURFACESURFACE STRUCTURESTRUCTURESTRUCTURESTRUCTURE OFOFOFOF VISCOSEVISCOSEVISCOSEVISCOSE TECHNICALTECHNICALTECHNICALTECHNICAL FILAMENTFILAMENTFILAMENTFILAMENTProfessionalProfessionalProfessionalProfessional paperpaperpaperpaperNakoNakoNakoNako GeorgijevGeorgijevGeorgijevGeorgijevTextile College of Applied Studies, Leskovac, Serbia

The influence of celluloses mixturesd composition on surface structure ofviscose technical filament was investigated. Viscoses made of 100% V-5ELG cellulose,100% BRATSK-k cellulose and two binary blends of celluloses: V-5ELG:BRATSK-k(40:60%) and V-5ELG:BRATSK-k (30:70%) were used in the investigation.

Transversal and longitudinal cross sections of technical filaments surfaces wererecorded with an electron microscope. From the viewpoint of surface structure, it wasdemonstrated that the processing of celluloses blends V-5ELG and BRATSK-k in thespecified ratio would give completely satisfied results.