Лиоцелл: технология производства

Lyocell — искусственное волокно, полученное из целлюлозы, также известное несколькими торговыми марками (например Tencel). При производстве лиоцелла целлюлоза не подвергается существенному химическому воздействию. Это чрезвычайно прочная ткань, пригодная для как для промышленного использования, например, в автомобильных фильтрах, канатах, абразивных материалах, бинтах и защитных материалах, так и для в швейной промышленности — особенно в женской одежде.

История

Первые ткани, полученные из целлюлозы, относятся к середине девятнадцатого века, хотя до 1889 года никто не занимался их производством всерьёз. Швейцарскому химику Джорджу Одемарсу был предоставлен английский патент в 1855 году на искусственный шёлк, полученный из коры тутового дерева. Одемарс попытался воспроизвести метод, используемый в природе шелкопрядом для изготовления шёлковой нити путём растворения волокнистой внутренней коры тутовых деревьев для отделения целлюлозы. Чтобы сформировать нити, он окунал иглы в раствор целлюлозы и вытягивал их. Другой химик, англичанин Джозеф В. Суон, модифицировал технику Аудемарса, выдавливая раствор целлюлозы через мелкие отверстия. Его главный интерес заключался в изготовлении нитей для электрических ламп, но Суон понял, что можно изготовить целлюлозный текстиль, используя его метод экструзии. Он выставил целлюлозную ткань в Лондоне в 1885 году, но он не смог разжечь к ней интерес, и проект так и не был реализован. Коммерческое производство целлюлозного волокна было впервые начато французским химиком Графом Илер де Шардоне. Он выставил свой так называемый «искусственный шёлк» в Париже в 1889 году, и на этот раз люди были в восторге от новой ткани! Шардоне построил завод в Безансоне в 1891 году и добился больших успехов, продвигая свою ткань, которая теперь называлась район (rayon), на первый план в индустрии моды. В Соединенных Штатах производство района началось в 1910 году под эгидой американской компании Viscose.
 
Химики и производители двадцатого века проявляли горячий интерес к искусственным волокнам. Ацетат, ещё одно целлюлозное волокно, впервые было коммерчески произведено в Соединенных Штатах в 1924 году. Химики из компании Du Pont разработали нейлон в 1930-х годах, и с 1939 года началось его широкое коммерческое использование. Акрил и полиэстер были двумя другими значительными изобретениями пятидесятых. Популярные материалы полиэфир, акрил и нейлон синтезируются полностью химическим путем. Ткани из этих материалов называют синтетическими. Лиоцелл, вискоза и ацетат это продукты переработки натуральной целлюлозы, получаемой из древесной пульпы, и поэтому их часто называют «натуральным» волокном, хотя более правильным является название "искусственное".  Полностью натуральные волокна для производства тканей для одежды или постельного белья почти не используются, а те, что используются так же проходят стадии химической обработки, например такие отбеливание и мерсеризация.
 
В течение всего двадцатого века производство и переработка искусственных волокон были значительно усовершенствованы. Например, первый район, созданный графом Шардоне, оказался очень легковоспламеняющимся. В конце 1970-х и начале 1980-х годов исследователи начали изучать новый метод производства целлюлозного волокна при помощи растворителей. При этом способе целлюлозу размягчают, а затем прядут в волокно. Обычный район называется «регенерированным целлюлозным волокном», и его производство включает в себя гораздо больше шагов: целлюлозу сначала химически превращают в ксантогенат, затем растворяют в каустической соде, затем регенерируют в целлюлозу по мере формования. Технология размягчения, напротив, является более простой и более экологически безопасной, поскольку в ней используется нетоксичный растворитель, который перерабатывается в процессе производства. Лиоцелл из целлюлозного волокна с растворителем начал производиться в Соединенных Штатах в 1992 году корпорацией Courtaulds под брендом Tencel. Позднее, в 1996 г. появилось название lyocell.

Сырьё

Основой лиоцелла является целлюлоза, природный полимер, являющийся основой клеточной стенки всех растений. Целлюлоза - основа множества растительных волокон, таких как лен, хлопок и конопля. Целлюлозу для производства лиоцелла обычно получают из лиственных деревьев, специально выращенных для этой цели, например эвкалипта. Растворителем, используемым в процессе изготовления, является оксид амина. Вода является ещё одним ключевым ингредиентом в производстве лиоцельного волокна. Ткани из лиоцелла обычно окрашиваются любыми красителями, которые также совместимы с хлопком и вискозой.

Производство

1. Подготовка древесной массы

Лиственные деревья, выращенные для производства лиоцелей, собираются лесорубами и транспортируются на мельницу. На мельнице деревья разрубают и очищают от коры струями воды под высоким давлением. Затем брёвна подаются в измельчитель. Работники мельницы загружают древесину в аппараты с химическими реагентами, которые размягчают её до состояния влажной целлюлозы. Целлюлозу промывают водой и, зачастую, отбеливают. Затем высушивают и наматывают на огромные катушки в виде полотна.

2. Растворение целлюлозы

Полотна разворачивают, равномерно измельчают и загружают в нагретый аппарат под давлением, заполненный оксидом амина.

3. Фильтрация

После непродолжительного замачивания в растворителе целлюлоза превращается прозрачную жидкость. Её откачивают через фильтр, чтобы гарантировать отсутствие нерастворённых частиц.

4. Пряжа

Раствор целлюлозы закачивают через фильеры. Это устройства используют в производстве различных искусственных волокон. Что-то вроде душевой головки, фильерка пробита маленькими отверстиями, а когда через неё пробивается целлюлоза, выходят длинные нити волокон. Затем полученные волокна погружают в другой раствор оксида амина, разбавленный на этот раз. Затем промывают дистиллированой водой.

5. Сушка и отделка

Лиоцельное волокно затем переходит в зону сушки. Далее нити направляют в зону отделки, где применяется смазка для распутывания. Обычно это силикон или мыло, , в зависимости от дальнейшего будущего назначения волокна.

6. Последний этап

Высушенные нити непрерывно подаются на обжимную машину, которая формирует волокно, придавая ему текстуру и объём. Сжатое волокно кардируется, т.е. нити расчесываются  расчесываются  для разделения и упорядочивания прядей. Пряди разрезаются и упаковываются в тюки и отправляются на тканевую фабрику. Цикл изготовления, от разворачивания сырой целлюлозы до прессования волокна, занимает всегопару часов. После этого лиоцелл можно обрабатывать для любых целей. Он может быть сформован с другим волокном, таким как шерсть или хлопок. Пряжу можно ткать или вязать, и использовать различные отделки, от мягкой и замшеобразной до шелковистой.

Контроль качества

Лиоцелл выпускается только на нескольких высокотехнологичных фабриках в мире. Это современные предприятия, а контроль качества осуществляется сложными компьютерными системами мониторинга. Компьютеры постоянно проверяют различные ключевые факторы, такие как прочность волокна, его цвет, измерение диаметра волокна, удлинение и уровень влажности. Компьютеры также отслеживают «мусор», который возникает, когда одно отверстие в фильере блокируется, и нить выходит бракованная.

Отходы

Производство лиоцелла не оставляет вредных побочных продуктов в полученном волокне (и тканях) и значительно менее токсично, чем производство других целлюлозных волокон. Его основной ингредиент, целлюлоза, легко добывается управляемыми лесными хозяйствами. Аминоксидный растворитель нетоксичен, и поскольку он почти полностью перерабатывается во время производства, он не выходит в окружающую среду. Ткани Lyocell также естественно биоразлагаются. Производство лиоцелла также экологически безопасно, потому что используется меньше воды и энергии, чем при производстве других искусственных волокон.