14.1 Целлюлозаны өндіру

Целлюлоза «көмірсулар» тобына жатады. «Көмірсулар» деп аталусебебі олардың ең алғашқы зерттелген өкілдері көміртекпен судан құралған тәрізді болатын,сондықтан олардың құрамының жалпы формуласына мынадай C_n(H₂O)_n құрам көрсетеді.

Целлюлоза немесе клечатка барлық өсімдіктердің құрамында болады, ол клеткалар қабықшасын түзеді.Оның аты да осыдан шыққан .Целлюлоза өсімдіктердің қаңқасы сияқты оларға беріктік,серпімділік қасиет береді.

Целлюлоза табиғи үлкен молекулалы қосылыс суда ерімейтін поликанттар (C₆H₁₀O₅)_n ,молекулалық 50000-ан бірнеше миллионға дейін болады.

Мақта талшығында 98%-ға дейін целлюлоза болады,зығыр мен кендер талшықтарыда негізінде целлюлозадан тұрады.Ағаш сүрегінің 50ға жуығы целлюлозадан жасалған бұйымдар.Целлюлозаның еңтаза үлгілері тазартылған мақтадан алынады,ақ мақта және сүзгі қағаз.

Табиғи материалдардан алынған целлюлоза суда да, кәдімгі органикалық еріткіштерде де ерімейтін талшықты қатты зат.

Целлюлозаның құрылысы – целлюлоза табиғи полимер.Құрылымдық буыны (C₆H₁₀O₅)_n. Целлюлозаның молекуласы тек сызықтық құрылымдық қана болады:

(C₆H₁₀O₅)_n - (C₆H₁₀O₅)_n - (C₆H₁₀O₅)_n - (C₆H₁₀O₅)_n

Мақта,зығыр,кендір және т.б. осы тәрізді тылшықты материалдардың целлюлозадан түзілетіндігі де осыған байланысты.Табиғаттағы талшықтарда целлюлозаның макромолекулалары бір бағытта орналасады. Осы кезде пайда болатын макромолекулалардың гидроксил топтары арасындағы көптеген сутектік байланыстар осы талшықтардың аса берік болуын қамтамасыз етеді.Мақта,зығырды және т.б. тоқу процесінде осы бастауыш талшықтар ұзын жіпке ширатылады. Себебі сутектегі макромолекулалар сызықты құрылымда бола тұра ,ретсіздеу орналасқан ,сондықтан бір бағытқа бағытталмаған.

Ағаш құрамында целлюлозадан басқа да: гемицеллюлоза ,лигнин, шайырлар, эфир майлары болады.Гемицеллюлоза және лигнин целлюлозамен салыстырғанда химиялық беріктігі төмен.Осы соңғы қасиетті пайдалану арқылы ағаш целлюлозасын өндіріс мөлшерінде өндіреді.

Целлюлоза өндірісте негізінен екі әдіспен: сульфат және сульид әдістерімен өндіріледі.

Сульфид әдісі жаңқалған ағашты сұйытылған натрий гидроксиді ерітіндісімен қыздырып өңдеуге негізделген.Сульфит әдісі жаңқалған ағашты кальций гидросульфитті ерітіндісімен қыздырып өңдеуге негізделген.

14.1.1 Целлюлоза өндірісінің технологиялық процестерінің негізгі салалары

Ағаш жаңқаларын дайындау (қабығынан,бұтақтарынан тазартып жаңқалап ұсату),пісіргіш ертінді дайындау,ағашты пісіру (ағашты реагентпен өңдеу),целлюлозаны еріндіден ажырату және оны өңдеу.

14.1.2 Сульфит әдісімен ағаш целлюлозасын өндіру

Ағаш целлюлозасын өндіруге жұмсалынатын ағаштар:аз шайрлы шырша,самырсын,шамшат,олардың ұзындығы 15-20мм,қалыңдығы 3мм ге дейінгі жаңқалайды.

Пісіргіш қышқылды дайындауға әктастармен тотырылған сумен суарылатын мұнара арқылы тазартылған күкіртті газ жіберіледі.Мұнарада жүретінт химиялық реакцияның қорытындысында кальций гидросульфитінің судағы ерітіндісі түзіледі.

SO₃+H₂O=H₂SO₃

2H₂SO₃+CaCO₃=Ca(HSO₃)₂+CO₂+H₂O

Ағашты пісіру қышқылға төзімді затпен астарланған болат қазанда жоңқа,пісіргіш қышқыл,ыстық су буымен қыздырылады.

Пісіру тәртібі ағаш құрамындағы қоспалар толық ерітіндіге ауысатын ,целлюлоза сол қалпында сақталынатынын жағдайға лайық қысым ,температура,күкіртті газ концентрациясы және пісіру уақытты таңдап алынады.Әдетте 135-145С темп.да, 0,5-0,7МПа қысымда, 8-10сағат уақыт арасында пісіреді.Пісіру уақыты жеткен кезде қазаннан резервуарға аударып целлюлозаны пісіргіш ерітіндіден айырып және сумен жуып, механикалық қоспалардан босатып сульфит целлюлозасын бөліп алады.

Алынған целлюлоза сапасы құрамында қалған лигнин мөлшерімен белгіленеді:лигнин мөлшері 3% ден көпболса,қатаңырақ целлюлоза,ал 2% тен төмен болса, жұмсақ целлюлоза деп аталады.

Целлюлоза алуан салада қолданылады.Өзінің механикалық беріктігіне байланысты ағаш сүрегі құрамындағы целлюлоза құрылыстарға пайдаланылады,одан әрі ағаш шеберіне қажетті бұйымдар жасалынады. Талшықты материалдар есебінде одан жіптер,мақаталар, арқандар жасалады.Целлюлозаның эфирлері нитролактарғкинопленкалар, жасанды талшық жасауға жұмсалады.

Химиялық өңделетін целлюлоза қосымша ағартылып және асылдандырылады. Целлюлоза натрий гипохлориджтері немесе кальций ,хлор,сутектің асқын тотығымен ағартылады. Ағартылған целлюлоза сұйытылған NaOH ерітіндісіімен асылдандырылады.

14.1.3 Сульфат әдісімен целлюлозаны өндіру

Ағаш жаңқалары сілтешемен пісіргіш қазанда өткір су буымен қыздырғанда өңделеді.Натрий гидросульфид және натрий гидроксидінің судағы ерітіндісімен түзілген сілтеше құрамында 4,5% -ға дейін натрий гидроксиді,натрий сульфиді болады.Ол сілтешені ақ сілтеше деп те атайды.

Na₂S+H₂O=NaHS+NaOH

Сілтілік пісіруді 165-175С,0,8-1,0МПа қысымда 4-6сағат мезгілде жүргізеді.Пісіру нәтижесінде ағаш құрамындағы гемицеллюлоза ,лигнин ерітіндіге айналады.Целлюлоза өндірісінің қалдығынан бағалы органикалық қосындылар өндіруге болады. 1т сульфид целлюлозансы өндірілгенде 10-120т сілтеше,ал құрамы күрделі органикалық қосындылар алынады.

14.2 Химиялық талшықтарды өндіру

Киім кешектер және әртүрлі үй бұйымдарын жасау үшін адам баласы табиғи талшықты материалдарды ерте заманнан кең қолдануда.Ол материалдардың кейбірі өсімдік текті және кендір мақта тәрізді целлюлозадан тұрады,ал екіншісі жануарлар текті,олар белоктардан тұрады,мысалы жүн,жібек.

Маталар жөніндгеі халық мұқтажының өсуә және техникалық дамуы талшықты материалдардың жетіспеушілігіне әкеліп соғады.

Мұны екі түрлі әдіспен іске асыруға болады.Талшықтар сызықтық макромолекулалардың талшық осін осылай бойлай бағыттап, тәртіптелуімен сипатталатын болғандықтан, құрылымы тәртіпсіз орналасқан табиғи полимер боп,әртүрлі жолмен өңдеу арқылы ондағы макромолекулаларды бір бағытқа келтіре отырып,қайтадан орналастыруға болады.

Өнеркәсіпте талшықтарды осы екі әдіспен алады. Табиғи полимер материалдардан қайта өңдеуден алынған талшықтарды жасанды талшықтар деп ,ал синтездеген полимерден алынғандар синтетикалық талшықтар деп аталады.Жасанды және синтетеикалық талшықтар деп аталынады.Олар бір топқа кіреді. Өйткені бұлардың екеуі де табиғи талшықтарындағыдай емес,химиялық әдістер қолдану арқылы алынады.Жасанды талшықтар алу үшін алғашқы табиғи полимер ретінде ағаш сүрегінен бөлініп шығарылған целлюлоза немесе мақтаны жинап алғаннан кейін ,мақта тұқымының сыртында қалатын мақта мамығы қолданылады.

Полимердің сызықтық молекулаларын түзетін талшық осьін бойлай орналастыру үшін,оларды ең алдымен бір бірінен бөліп немесе еріту арқылы да алуға болады.Еріту үшін целлюлозаны химиялық әдіспен өңдеуге болады.

Химиялық талшықтарды өңдіру технологиясының сатылары:Балқыған немесе ерітінді күйіндегіиіретін полимерді дайындау;талшықты формаға келтіру;Концентрациясы 7-25% ды кермектілігі керекті мөлшердегі ерітіндіні полимерді еріткішке ерітіп дайындайды.

Балқыған ыдырамайтын полиамидтер және полиэфирлердің балқыған иірілетін полимерді балқу температурасына дейін қыздыру арқылы дайындайды.Балқыған немесе ерітінді күйіндегі иірілетін полимерді формаға келтіруден бұрын механикалық қоспалардан және ауа көпіршіктерінен сүзу әдісімен тазартады.

Талшықты бір формаға келтіру үшін иіртеін массаны фильер талшық арқылы сығып ығыстырады.Талшықтар алу үшін полимердің ерітіндісі металдан істелген көп тесікті кішкентьай қалпақшалар тәрізді фильер арқылы өткізеді.Осыдан түзілген ертіндіден жіңішке ағыны 3м биіктігі тік шахтаға ағып құйылады,ал шахта арқылы қызған ауа жүріп тұрады.

Фильер қалпаө тәріздіметалдан жасалған,түбіне көптеген диаметрлері 0,04-0,25мм шамасындағы 25000 тесігі бар аппарат.Сорғалап аққан иірілетін буға айналып ұшып кетеді де,одан әрі ол талшықтар ширатылып,жіпке айналып,өңделеді,фильер арқылы өткенде молимердің макромолекулалары,жіңішке өзеннің бойымен қалқыған бөренелерге ұқсап,ерітінді ағынның бойымен сапқа тұра бастайды.

Иіру үш әдіспен орындалады:Ерітіндіден ылғал күйінде иіру,ерітіндіден және балқыған массадан құрғақ иіру.Ерітіндіден ылғал күйінде иіргенде астаудағы сорғалап аққан иірілетін массаның қатаюы тұндырғыш электролиттердің полимерді коагуляциялау әсерінен болады. Мысалы вискоза талшығы ылғал әдісімен белгілі бір формаға келтіріледі.Құрғақ иіру жылы ауа ағынында сорғалап аққан массаның еріткіштен құрғатылу нәтиіжесінде қатаюына негізделген. Осы әдіспен ацетат және басқа синтетикалық талшықтарды өндіреді.Балқыған массадан құрғақ иіру арқылы салқын ауа немесе инертті газ ағындарында салқындап сорғалаған полимер қатаяды.Қатайған сорғалап аққан полимерді келесі сатыда элементар талшықтар түрінде созып орайтын аспапқа орайды. Созғанда макромолекулалардың құрылысы өзгереді. Кез келген түрде орналасқан молекулалар ұзындық тізбеккке айналады да,беріктілігі артады.

Талшықты өңдеу сатылары : ұқыптылықпен қоспалардан жуып тазарту, ағарту,бояу,құрғату және кейбір тоқымалық дайындаулар (майлар,бұрау,есу.ширату,қайта орау).