1.5.3. Ксантогенаты целлюлозы

Ксантогенат целлюлозы – натриевая соль целлюлозоксантогеновой кислоты R_целл.–О–CSSNa. Химическое строе­ние ксантогенатов можно представить, исходя из строения угольной кислоты:

ОН с=о ОН	ОН c=s SH	OR c=s SH	OR c=s SNa	ORцелл. c=s SNa
угольная кислота	дитиоугольная кислота	ксантогеновые кислоты	ксантогенаты (Na-соли ксантогеновых кислот)	ксантогенат целлюлозы

Ксантогеновые кислоты – кислые сложные эфиры дитиоугольной кислоты. Кислоты угольная, дитиоугольная и ксантогеновые неустойчивы и в свободном виде практически не существуют. Устойчивы лишь их соли, в том числе соли ксантогеновых кислот – ксантогенаты.

Ксантогенат целлюлозы служит промежуточным продуктом в произ­водстве вискозного волокна и пленки – целлофана. Сырьем является вискозная целлюлоза (один из видов древесной цел­люлозы для химической переработки). Технологический процесс производства искусственного волокна или пленки состоит из следующих стадий:

– подготовка исходной целлюлозы к мерсеризации, заключающаяся в кондиционировании по влажности;

– мерсеризация с получением щелочной целлюлозы;

– отжим избыточного раствора гидроксида натрия;

– измельчение щелочной целлюлозы;

– предсозревание щелочной целлюлозы;

– ксантогенирование щелочной целлюлозы;

– растворение ксантогената целлюлозы с получением вискозы;

– созревание вискозы;

– фильтрование вискозы и удаление из нее воздуха;

– формование волокна;

– промывка, отделка и другие операции текстильного производства.

Процесс получения вискозного волокна начи­нается со стадии мерсеризации. Целлюлозу обрабатывают 18%-ным водным раствором гидроксида натрия. Целлюлоза набухает, растворяются примеси гемицеллюлоз, и образуется химическое произ­водное целлюлозы, называемое щелочной целлюлозой.

Щелочную целлюлозу измельчают и выдерживают на воздухе для предсозревания. Происходит частичная окислительная деструк­ция целлюлозы. Это необходимо для снижения вязкости и улучшения фильтруемости прядильного раствора.

Затем проводят реакцию ксантогенирования, для чего щелочную целлюлозу обрабатывают сероугле­родом:

[C₆H₇O₂(OH)_3-х (OHNaOH)_х]_n+хnСS₂=[C₆H₇O₂(OH)_3-х (OСSSNa)_х]_n+хnН₂О.

щелочная целлюлоза ксантогенат целлюлозы

Получается ксантогенат целлюлозы со степенью замещения  около 50–60, который можно представить схематически следующим образом:

~ С₆Н₇О₂(ОН)₂ О С₆Н₇О₂(ОН)₃ О С₆Н₇О₂(ОН)₂ О С₆Н₇О₂(ОН)₃ О ~.

OCSSNa OCSSNa

Ксантогенатные группы при этом распределяются по цепи нерегулярно.

Ксантогенат целлюлозы растворяют в разбавленном водном растворе гидроксида натрия концентрацией 4–6%. Получается оранжевый вязкий раствор, называемый вискозным раствором, или вискозой. Цвет раствора обусловлен присутствием побочного продукта – тритиокарбоната натрия Na₂CS₃. Вискоза содержит 6–9 % целлюлозы, 5–8 % NaOH и 2–2,5 % связанной серы. Полученную вискозу подвергают созреванию  выдержи­ванию в течение определенного времени. При этом происходит частичный гидролиз ксантогената целлюлозы, в результате чего снижается его средняя степень замещения, но группы соли CSSNa распределяются по цепи более равномерно. Снижение степени замещения приводит к снижению устойчивости вискозы к электролитам.

Созревшую вискозу фильтруют, вакуумируют для удаления воздуха и формуют волокно (прядение) или пленку. Для формования волокна используют фильеру  нитеобразователь, а для пленки (целлофана)  щелевидную фильеру. Вискозный раствор из фильеры попадает в осадительную ванну, которая содержит водные растворы H₂SO₄ и сульфаты Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄. В осадительной ванне происходят под действием электролитов коагуляция раствора и регенерация целлюлозы в результате полного гидролиза ксантогената:

ОR_целл.

C=S +H₂SO₄ → R_целл.ОН + NaHSO₄ + CS₂.

SNa регенери-

ксантогенат рованная

целлюлозы целлюлоза

Регенерированную целлюлозу называют также гидратцеллюлозой. Гидратцеллюлоза  это набухшая, но химически не изменен­ная целлюлоза, отличающаяся от природной строением кристаллической решетки. Таким образом, вискозное волокно относится к искусственным гидратцеллюлозным волокнам. Гидратцеллюлозные волокна по сравнению с другими искусственными и синтетическими волокнами наиболее близки к природному хлопковому волокну. Для увеличения прочности вискозного волокна его формуют под натяжением. Выпускаются различные виды вискозных волокон: текстильные и технические нити (кордные), штапельные волокна. Целлофан (гидратцеллюлозную пленку) пластифицируют глицерином и исполь-зуют в ка­честве упаковочного материала и колбасной оболочки.