Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Нижегородский Государственный Технический Университет
им. Р.Е.Алексеева.
Реферат на тему: «Производство капронового волокна».
Выполнила:СтГр10-БИО
Мосина А.А.
Проверил: Исаев В.В.
г.Нижний Новгород,2013г.
Содержание:
1.Введение………………………………………………………………………………..1
2.Свойства…………………………………………………………………………………2
3.История получения………………………………………………………………..2
4.Способ получения………………………………………………………………….3
5. Общая характеристика синтетических волокон…………………..9
6. Предприятия,выпускающие капрон……………………………………..9
7.Применение капрона…………………………………………………………….10
8.Вывод……………………………………………………………………………………..15
9.Использованная литература………………………………………………….16
Введение.
Химические волокна, волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров. В зависимости от вида исходного сырья химические волокна подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров). Иногда к химическим волокнам относят так же волокна, получаемые из неорганических соединений (стеклянные, металлические, базальтовые, кварцевые). Химические волокна выпускаются в промышленности в виде: 1) моноволокна (одиночное волокно большой длины); 2) штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон); 3)филаментных нитей (пучок, состоящий из большого числа тонких и очень длинных волокон, соединенных посредством крутки). Филаментные нити в зависимости от назначения разделяются на текстильные и технические, или кордные нити (более толстые нити повышенной прочности и крутки).
Капроновое волокно- это синтетическое гетероцепное волокно, сформированное из поли- ɛ- капроамида (капрона). Оно относится к группе полиамидных химических волокон. Известно под торговыми названиями капрон, П-6 (РФ), перлон (Германия), силон (Чехия), нейлон-6 (США), амилан (Япония).
Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, стали уже обычными в нашем быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из капрона делают рыболовные сети, леску, фильтровальные материалы, кордную ткань. Из кордной ткани делают каркасы авто и авиапокрышек.
Свойства.
Поли- ɛ- капроамид [-NH(CH2)5 – CO- ]n представляет твёрдое рогоподобное вещество белого цвета с температурой хрупкости- 25° С и плотностью 1,13 т/м3. Молекулярная масса капрона зависит от условий получения полимера и лежит в пределах 104-3,5*104. Степень кристалличности составляет около 0,6.
Для капрона характерны высокие химическая и износостойкость, он не деформируется при повышенных температурах, устойчив к действию большинства растворителей, хорошо окрашивается. Безвреден и индифферентен по отношению к животным тканям, ферментам и бактериям, вследствие чего не рассасывается в организме.
Эластичность капрона намного выше шелка. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Капроновая нить диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.
Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот — макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. При нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление. Он физиологически безвреден. Общим отрицательным свойством всех синтетических волокон является отсутствие единой системы пор и отверстий, что отрицательно влияет на гигиенические свойства.
История получения.
Впервые поликапролактам как полимер для формования полиамидного волокна (под названием перлон) был синтезирован в 1938 г. в Германии Паулем Шлаком работавшим в компании I.G. Farben. В 1943 г. в Германии было создано промышленное производство поликапролактама мощностью 3,5 тыс. тонн в год с использованием в качестве исходного сырья фенола, сначала производилось грубое капроновое волокно, применявшееся в качестве искусственной щетины, затем на основе поликапролактамовых волокон стали производить парашютный шелк, корд для авиационных шин и буксировочные тросы для планеров.
В СССР Рымашевская Ю. А., Кнунянц И. Л. и Роговин З. А. в 1942 году показали возможность полимеризации ε-капролактама в линейный полимер и осуществили (в 1947 году) серию работ по синтезу волокнообразующих полиамидов, в ходе которых изучили условия бекмановской перегруппировки оксимов циклогексана в капролактам, определили оптимальные условия полимеризации лактамов и очистки полиамида от мономера, первое производство поликапролактама в СССР было запущено в 1948 г.
Волокно из полиамидных смол называют в нашей стране капрон и анид, качеством своим они почти не отличаются один от другого.
Способ получения капрона.
Как правило, поли- ɛ-капроамид производиться непосредственно на заводах синтетического волокна. Поэтому, подобное производство представляет единый технологический цикл, включающий следующие операции:
-подготовка сырья(плавление мономера,приготовление водного раствора катализатора);
-полимеризация капролоктама;
-обработка полимера(охлаждение и получение полимерной ленты,её дробление и сушка);
-получение расплава поли- ɛ-капроамида и формование волокна.
Синтез капролоктама:
Капролактам может быть синтезирован из фенола( из продуктов перегонки каменного угля, а также из нефтепродуктов получается фенол), бензола, анилина, а также из н-бутана, фурфурола, ацетилена, этиленоксида и дивинила.
Рассмотрим пример получения капролактама из фенола:
При гидрировании фенола (135-160°С) в присутствии никелевого катализатора образуется циклогексанол:
Дегидрированием циклогексанола получают кетон-циклогексанон:
Реакция дегидрирования протекает при атмосферном давлении и температуре 400-450°С в присутствии железо−цинкового катализатора. При взаимодействии циклогексанона с гидроксиламином образуется оксим циклогексанона (циклогексаноксим). Этот процесс называется оксимированием:
Оксимирование проводиться при 20 0С. В конце процесса при нейтрализации
Выделяющейся серной кислоты аммиаком температура реакционной массы самопроизвольно повышается до 900С.
При действии концентрированной серной кислоты оксим циклогексанона изомеризуется в лактам- ε−аминокапроновой кислоты (изоксим циклогексанона) происходит перегруппировка атомов в молекуле циклогексаноноксима:
Полученный таким способом капролактам подвергается очистке от примесей экстракцией органическими растворителями (например, трихлорэтиленом) и многократной дистилляции под вакуумом.
Из 1 кг фенола получают 0,65 кг капролактама.
Капролактам поступает на заводы синтетического волокна в полиэтиленовых мешках или в бумажных мешках, помещенных в мешки из прорезиненной ткани. Он транспортируется также в расплавленном состоянии в специальных цистернах, покрытых термоизоляцией и снабженных змеевиком для парового обогрева. При транспортировании расплава капролактама достигается значительный экономический эффект, так как отпадает операция плавления капролактама на заводе - потребителе и исключается загрязнение продукта. Расплавленный лактам может храниться в обогреваемых и изолированных емкостях.
Синтез поликапроамида
Процесс полимеризации капролактама - превращение циклов в линейные полимеры - называется полиамидированием. Он протекает только при сравнительно высокой температуре и повышенном, нормальном или пониженном давлении в присутствии активатора.
Активаторами могут служить органические или минеральные кислоты, а также вода, соль АГ, аминокапроновая кислота или другие соединения, которые в условиях процесса полиамидирования капролактама способны претерпевать химические превращения с выделением воды.
Кроме перечисленных соединений очень эффективными активаторами являются щелочи и металлический натрий, которые в десятки и сотни, раз сокращают продолжительность реакции полиамидирования. В производственных условиях в качестве активатора процесса полиамидирования капролактама чаще всего применяется вода.
Механизм реакции образования поликапроамида зависит от характера применяемого активатора. В присутствии воды реакция полиамидирования капролактама протекает ступенчато по следующей схеме:
На начальной стадии процесса при взаимодействии капролактама с водой образуется аминокапроновая кислота:
СН2-СН2-СО
NH +H2O H2N-(CH2)5-COOH (а)
CH2-CH2-CH2
И далее:
CO
H2N-(CH2)5-COOH+(n+1)(CH2)5 H- -HN-(CH2)5-CO- n-OH (б)
NH
Наиболее медленной стадией, лимитирующей скорость образования полимера, является реакция гидролиза лактамного цикла (а). Для ускорения полимеризации в мономер вводится катализатор- соль АГ, представляющая продукт взаимодействия эквимолекулярных количеств адипиновой кислоты и гексаметилендиамина H2N-(CH2)6-NH2*HOOC-(CH2)4-COOH.
Чтобы избежать окисления расплавленного поли- ε-капроамида процесс ведётся в атмосфере азота,подаваемого в аппаратуру на стадиях расплавления и полимеризации мономера.
Реакция полимеризации (б) обратима, поэтому конверсия мономера не достигае 100% и в полимере содержится до 10% мономера и водорастворимых олигомеров, которые удаляются промывкой продукта горячей водой или вакуумированием.
Получение капронового волокна может производиться по периодической (в автоклавах под давлением) или по непрерывной (в реакторах колонного типа при атмосферном давлении) схеме.
Твердый капролактам из бункера 1 поступает в плавитель 2, обогреваемый паром. Расплавленный мономер проходит фильтр 3 и подается в верхнюю часть реактора полимеризации колонного типа 4, в который одновременно из аппарата 5 дозируется 50%-ный водный раствор соли АГ. Смесь паров воды и не вступившего в реакцию капролактама из реактора поступает в холодильник-конденсатор 6, в котором капролактам конденсируется и стекает обратно в реактор, а вода собирается в сборнике 7. Для предотвращения окисления продуктов в плавитель 2 и реактор полимеризации 4 вводится азот. Расплавленный поликапроамид выдавливается из реактора через щелевидную фильеру и поступает на охлаждаемый водой барабан 8. Образовавшаяся лента полимера подается в резательный станок 9, где измельчается в крошку. Из станка крошка поступает в экстрактор 10,в котором из полимера вымываются водорастворимые мономер и олигомеры. Промытый поликапроамид высушивается в сушилке 11 тёплым воздухом и подаётся непосредственно на формование волокна в прядильную машину12, или поступает на склад. Поступившая в прядильную машину крошка плавится в плавильной камере а, обогреваемой через змеевик,а образовавшийся расплав прядильным насосом-дозатором б при температуре 250-2900С под давлением 2-6 МПа подаётся через фильтр в фильеру г. Выходящие из фильеры струйки расплавленного полимера охлаждаются в шахте машины д холодным воздухом и образуют волокна, которые через направляющие ролики подаются на намоточную машину и затем на дальнейшую обработку. Скорость формования капронового волокна зависит от его толщины и составляет 500-1200м/мин.
Общая характеристика синтетических волокон
|
№ |
Характеристика и свойства |
капрон |
лавсан |
нитрон |
|
1 |
поверхность |
гладкая |
гладкая |
шероховатая |
|
2 |
блеск |
резкий |
слабый |
матовый |
|
3 |
прочность |
значительная, в мокром состоянии уменьшается, нельзя тереть и выкручивать при стирке |
большая, в мокром состоянии не уменьшается |
большая, в мокром состоянии не уменьшается |
|
4 |
Длина волокна |
произвольная |
произвольная |
произвольная |
|
5 |
горение |
плавится, а затем загорается голубовато-желтым пламенем, выделяется запах сургуча, образуется спек из которого можно в горячем виде вытянуть нить, остаток-темный твердый шарик |
горит слабовато-желтым цветом с выделением черной густой копоти, образуется твердый черный шарик |
горит вспышками, интенсивно, выделяя черную копоть, пламя желтое, образуется темный наплыв неправильной формы |
|
6 |
сминаемость |
малая |
Очень мала |
средняя |
|
7 |
гигроскопичность |
низкая |
низкая |
низкая |
|
8 |
теплозащитность |
малая |
высокая |
значительная |
|
9 |
осыпаемость |
большая |
большая |
малая |
|
10 |
усадка |
малая |
малая |
малая |
|
11 |
драпируемость |
малая |
малая |
малая |
|
12 |
износостойкость |
значительная |
большая |
значительная |
|
13 |
раздвижка нитей |
значительная |
малая |
малая |
|
14 |
водопроницаемость |
малая |
малая |
малая |
Предприятия, выпускающие капрон.
|
Капроновая кордная и техническая нить |
|
|
|
|
|
ОАО «Химволокно» г. Барнаул |
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
Капроновая текстильная нить |
||||
|
ОАО «Химволокно» г. Барнаул |
||||
|
ОАО «Волжское Химволокно» |
||||
|
ЗАО «ТРВ» Волгоградской обл. |
||||
|
АК «Химволокно» г. Кемерово |
||||
|
ОАО «Клинволокно» |
||||
|
ОАО «Курсхимволокно» |
||||
|
ОАО «Химволокно» г. Щекино |
||||
|
ОАО «Химволокно» г. Энгельс |
||||
|
ОАО «Энгельский капрон» |
Применение капрона.
Нить капроновая очень прочная и предназначена для производства изделий (капроновый канат, капроновая веревка, капроновый шнур, капроновый шпагат, рыболовные сети). Нить капроновая применяется так же в работе с документами, для опечатывания и прошивания, в колбасной промышленности, в строительстве и многих других отраслях. Капроновой нитью легко вязать узлы, она мягкая, очень прочная, устойчива к истиранию, почти не разрушается от воздействия ультрафиолетовых лучей, не боится холода и сырости.
Возможность использовать капроновую нить, в пищевой промышленности подтверждена гигиеническим сертификатом Госсанэпидемнадзора РФ. Капроновая нить является экологически чистым видом упаковки.
Капрон используется и для изготовления верха обуви. Такая ажурная женская и мужская обувь всех расцветок легка, прочна и имеет очень привлекательный внешний вид.
Толстые капроновые нити сейчас используют в качестве материала для струн теннисных ракеток, для рыболовных лесок. Прочные крученые капроновые нитки нашли применение в хирургии. Они безвредны, и их не снимают с операционного шва.
Капроновые нити с успехом заменили конский волос в процессе изготовления бортовой ткани, что позволило механизировать соответствующие процессы в швейном производстве.
Из капронового шелка вырабатывают легчайшие ткани и трикотаж, изящные кружева и ковры, тончайшие чулки и даже искусственный каракуль.
На производство искусственного каракуля расходуется хлопчатобумажная ткань, резиновый клей и вискозное или капроновое волокно. Из этого крашенного в серый, коричневый или черный цвета волокна на машине изготовляют пушистый шнур (синельку). Этот шнур скапливается на транспортере в виде извилин, напоминающих завитки настоящего каракуля. Навстречу уложенным завиткам движется ткань, покрытая слоем резинового клея, и они прочно прилипают к ней.
Выходящее из машины полотно искусственного каракуля довольно трудно отличить от натурального. Особенно это нелегко сделать в таком готовом изделии, как, например, женские зимние шляпки, мужские шапки, воротники и шубы. Вещи, изготовленные из искусственного каракуля, прочны и красивы. Ни моль, ни ее личинки не поедают и не портят изделий из капрона.
Нет слов, велико значение синтетических волокон в производстве самых различных предметов быта. Но при всем том никак нельзя не отметить и важность применения этих детищ химии как материалов современной техники. Более одной трети автомобильных покрышек изготовляют сейчас на корде из искусственного волокна. Это повышает их качество. Еще лучше покрышки на корде из капрона. Применение в автомобильном корде капрона значительно экономит каучук и сокращает расход самих покрышек. Это имеет важное народнохозяйственное значение, потому что на изготовление автопокрышек расходуется почти 70 процентов всего потребляемого каучука. Капроновый корд удлиняет «жизнь» автомобильных и авиационных шин и тем самым сокращает потребление каучука для них примерно на 20 процентов. Помимо этого из капрона изготавливаются:зубчатые колеса,подшипники,крепежные детали и электроизоляция
А изготовление рыболовных сетей? Какое большое количество различных материалов, средств и труда людей сберегает капрон в рыбопромысловом районе! Сети, как известно, являются предметом особой заботы рыбаков. На уход за ними тратится много времени. После каждого улова их необходимо очистить и хорошо просушить, иначе они могут сгнить и быстро прийти в негодность. Сети, сплетенные из капрона, имеют огромные преимущества перед обычными. Они легче и крепче льняных и хлопчатобумажных. Кроме того, новое волокно выгодно отличается тем, что не набухает в воде, то есть не впитывает влагу, а значит, после лова их не нужно сушить. Сети из синтетического волокна длительное время не теряют прочности.
Есть и еще одно преимущество у таких сетей. Когда во время лова удается захватить в обычную сеть косяки сельдей, то рыба вследствие давления друг на друга выпускает икру и залепляет ею ячейки сети так, что вода почти перестает фильтроваться через нее. Липкая икра настолько прочно приклеивается к волокнам, что ее с трудом удается потом отделить. Капроновые нити имеют гладкую поверхность. Икра легко смывается с них даже при слабом движении сети в воде.
Капроновые сети настолько прочны, что рыбаки применяют их даже для ловли тюленей! А китобои при ловле китов в Антарктике пользуются канатами, сделанными из капроновых нитей, только более длинных и скрученных.
Вывод.
Капроновое волокно выпускают в виде текстильных и кордных нитей, моноволокна, а также штапельного волокна. Капроновое волокно характеризуется высокой прочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реагентов. Доступность исходного сырья, разнообразие свойств и высокое качество капронового волокона,делают его необходимым во многих отраслях.К томуже,капронт безвреден и индифферентен по отношению к живым тканям,ферментам и бактериям,вследствие чего не всасывается в организм.
Использованная литература:
1.Соколов Р.С. «Химическая технология»
2.Кузнецов Д.А. «Общая химическая технология»