Sản xuất sợi hóa học

Sợi hóa học là gì?

Sợi hóa học là sợi tạo thành từ các chất hữu cơ thiên nhiên và các polime tổng hợp.

Sợi hóa học chia làm hai nhóm lớn: sợi nhân tạo và sợi tổng hợp. Sợi nhân tạo thu được khi chế biến hóa học các polime thiên nhiên, trước hết là xenluloza. Sợi tổng hợp được làm từ các polime tạo sợi, thu được nhờ tổng hợp hóa học. Các loại sợi poliamit, polieste, polipropilen và nhiều sợi khác nữa như capron, nilon, lapsan, v.v...là sợi tổng hợp.

Sợi nhân tạo ra đời trước sợi tổng hợp.Ngay từ năm 1853, ở Anh người ta đã đề xuất việc tạo sợi mảnh dài vô tận từ dung dịch nitroxenluloza trong hỗn hợp rượu và ete. Người ta đã sản xuất các loại sợi này trên quy mô công nghiệp, cách đây không lâu lắm vào cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX. Tơ visco, sản xuất từ năm 1905 đến nay vẫn chưa mất ý nghĩa. Sợi visco thu được từ dung dịch xenluloza đậm đặc trong xút loãng. Từ năm 1910 đến năm 1920, người ta tiến hành sản xuất công nghiệp tơ từ xenlulozơ axetat.

Lịch sử sợi tổng hợp bắt đầu năm 1932. Lúc đó ở Đức bắt đầu sản xuất công nghiệp sợi tổng hợp đầu tiên là polivinilclorua dùng vào mục đích kỹ thuật. Khi clo hóa tiếp polivinilclorua ta được nhựa peclovinyl, từ đó có thể sản xuất ra loại sợi bền về mặt hóa học: sợi clorin. Năm 1930, người ta bắt đầu sản xuất sợi poliamit, là polime tổng hợp tương tự protein. Trong phân tử của chúng, cũng giống như trong protein, có các nhóm amit-CO-NH- lặp lại nhiều lần. Các sợi poliamit đầu tiên - nilon và capron - về một số tính chất còn tốt hơn cả tơ thiên nhiên. Những sơi tổng hợp có bản chất hóa học khác như polieste, poliolefin (trên cơ sở trùng hợp etylen), v.v... cũng xuất hiện.

Về nguyên lý, công nghệ sản xuất sợi tổng hợp là đơn giản: đùn khối nóng chảy hoặc sung dịch polime qua những lỗ rất nhỏ của khuôn kéo vào một buồng chứa không khí lạnh, tại đây, quá trình đóng rắn xảy ra, biến ròng polime thành sợi. Bằng cách đó, ta thu được sợi capron và nilon. Chỉ tơ hình thành liên tục được cuốn vào ống sợi.

Nhưng không phải tất cả các loại sợi hóa học đều được sản xuất đơn giản như vậy. Quá trình đóng rắn sợi axetat xảy ra trong môi trường không khí nóng để làm dung môi bốc hơi. Quá trình đóng rắn của chỉ tơ sợi visco và một số loại sợi khác lại xảy ra trong các bể đông tụ chứa các hóa chất lỏng chọn lọc đặc biệt. Trong quá trình tạo sợi, trên các ống sợi người ta còn kéo căng để các phân tử polime dạng chuỗi có một trật tự sắp xếp chặt chẽ hơn (sắp xếp song song nhau). Khi đó, lực tương tác giữ các phân tử tăng lên làm độ bền cơ học của sợi cũng tăng lên. Nói chung, tính chất của sợi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như thay đổi tốc độ nén ép, thành phần và nồng độ các chất trong bể đông tụ nhiệt độ của dung dịch keo sợi và của bể đông tụ (hoặc buồng không khí), thay đổi kích thước của lỗ khuôn kéo. Lỗ càng nhỏ thì sợi càng mảnh và lực bề mặt sẽ càng ảnh hưởng nhiều đến tính chất của vải làm từ sợi này. Để tăng những lực đó, người ta thường dùng các khuôn kéo với lỗ có tiết diện hình sao.

Đối với các chuyên gia dệt thì độ kéo dài đứt, do sợi bị đứt dưới tác dụng của trọng lượng chính nó, được xem như một đặc trưng quan trọng về độ bền của sợi. Với sợi bông thiên nhiên, độ dài đó thay đổi từ 5 đến 10km, sợi axetat từ 30 đến 35km, sợi visco tới 50km, sợi polieste và poliamit còn dài hơn nữa. Chẳng hạn với sợi nylon loại cao cấp, độ dài kéo đứt lên tới 80km.

Sợi hóa học đã thay thế một cách có kết quả các loại sợi thiên nhiên là tơ, len, bông và không ít trường hợp vượt các loại sợi thiên nhiên về chất lượng.

Sản xuất sợi hóa học có tầm quan trọng lớn lao đối với nền kinh tế quốc dân, góp phần nâng cao phúc lợi vật chất cho con người và có khả năng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân về các mặt hàng thông dụng: vải, các sản phẩm dệt kim và tơ lông nhân tạo.

Nguồn: Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 8/2006, trang 12.