Вискоза (рейон): история, производство и будущее универсального целлюлозного волокна

Исторический контекст

Веками люди полагались на растения и животных как источники сырья для тканей. От шелкопрядов и овец до бобровых шкур и пальмовых листьев — природные ресурсы были основой текстильного производства. В последнем веке химия и технологии вышли на первый план, позволяя создавать волокна, сочетающие преимущества натуральных и синтетических материалов.

Искусственные волокна делятся на две широкие категории: целлюлозные — из природных источников, и нецеллюлозные полимеры — чисто из химических соединений. Рейон — целлюлозное волокно, производимое из целлюлозы древесной целлюлозы или хлопковых пушинок (linters). Его природная база дает низкую стоимость, широкую вариативность и комфорт, сделав его основным элементом современного текстиля. Сегодня рейон — одно из самых универсальных и экономичных искусственных волокен, получив прозвище «первый дар лаборатории ткачеству».

В 1860-х французская шелковая индустрия столкнулась с разрушительной болезнью шелкопряда. Луи Пастер и граф Илер де Шардонне изучали кризис в поисках решения. В 1885 г. Шардонне запатентовал первый успешный метод превращения целлюлозы в пригодное волокно — раннюю форму искусственного шелка. Хотя последующие ученые разработали более экономичные процессы, Шардонне остается отцом рейона.

Сорок лет материал маркетировали как искусственный или имитационный шелк. К 1925 г. отрасль созрела до принятия названия рейон, определенного ФТК (FTC). Изначально рейон охватывал все целлюлозные искусственные волокна. В 1952 г. ФТК разделил категорию: чистые целлюлозные волокна назвали «рейон», а целлюлозные соединения — «ацетат».

В 1950-х большинство рейона ушло в промышленное и домашнее текстиль, потому что обычный рейон (вискозный рейон) был слишком слаб для одежды. В 1955 г. производители представили высокомодульный при намокании (HWM) рейон — более прочный вариант, подходящий для простыней, полотенце и одежды. Появление HWM рейона считается самым значительным развитием в области с момента изобретения.

Сегодня рейон повсеместно, производится во всем мире и смешивается с натуральными или синтетическими тканями. Его можно обрабатывать и инженерировать для множества функций — от управления влагой до огнеупорности.

Сырье и материалы

Независимо от дизайна или процесса, основное сырье для рейона — целлюлоза. Первичные источники: древесная целлюлоза — обычно из сосны, ели, пихты — и хлопковые пушинки (linters), короткие волокна, остающиеся на хлопковых семенах после гиннинга. Производственная цепочка начинается с очищенных целлюлозных листов, проходящих несколько химических превращений в регенерированные целлюлозные филаменты.

Рейон юридически определяется как искусственное волокно из регенерированной целлюлозы, с не более чем 15% замененных водородов заместителями. Это строгое определение сохраняет целостность материала на глобальных рынках.

Хотя базовые производственные этапы едины, вариации в сырье, химикатах обработки, диаметре волокна, пост-обработке и соотношении смесей позволяют производителям адаптировать рейон под конкретные применения.

Обычный (вискозный) рейон остается наиболее распространенным типом, ценным за смешиваемость, гигроскопичность, доступность. Однако он венесен слабее многих современных волокон, особенно при намокании или под светом. Усадка при стирке, плесень, кислотное повреждение, жар от утюга также ухудшают свойства. Химические обработки и смеси волокон смягчают эти проблемы, повышая прочность и долговечность.

HWM рейон превосходит обычный, предлагая прочность и упругое восстановление, близкие к натуральному хлопку. Ткани с HWM рейоном легче ухаживать — обычно машинная стирка против химчистки обычного рейона.

Производственный процесс

Ниже — обзор стандартной процедуры производства обычного (вискозного) рейона. Вариации существуют, но ключевые стадии неизменны.

Все процессы начинаются с очистки целлюлозы, будь то древесная или хлопковая. Очищенная целлюлоза затем превращается в регенерированные целлюлозные филаменты, прядется в пряжу и ткутся или вяжутся в готовую ткань.

Обработка очищенной целлюлозы

• Листы очищенной целлюлозы мацирируют в гидроксиде натрия (каустической соде), получая щелочной целлюлозные листы. Их сушат, дробят в крошку и выдерживают в металлических емкостях 2–3 дня при строгом контроле температуры и влажности.
• Выдержанную крошку перемешивают с жидким дисульфидом углерода, образуя оранжевый ксантогенат натрия. Его купают в каустическойроде для получения вязкого раствора (viscose), похожего на мед. Добавляют красители или матирующие агенты, фильтруют от примесей, хранят в ваннах 4–5 дней для дополнительного выдержки.

Формирование филаментов

• Вязкий раствор экструдируют через спиннерет — по сути душную головку — в кислотную ванну. Кислота коагулирует раствор в твердые регенерированные целлюлозные филаменты. Размер отверстий спиннерета определяет, получаются стапловые или филаментные волокна.

Пряжение

• После кислотной коагуляции филаменты прут в пряжу одним из методов: Pot Spinning, Spool Spinning, Continuous Spinning. При Pot Spinning филаменты натягивают под напряжением на опорные валики (godet wheels), затем навивают на Topham Box, где образуют пирожковидную нить. Нить моют, отбеливают, полощут, сушат, навивают на бобины. Spool Spinning похож, но сразу использует бобины для навивки. Continuous Spinning интегрирует мытье, отбеливание, сушку, скрутку и навивку в одной операции.
• После устойчивания волокна проходят пост-обработку химикатами и ткачество/вязание для создания готовой ткани. Финишные обработки — календование, огнеупорные покрытия, предварительное усаживание, водоотталкивающая, антиморщинная отделка — дополнительно улучшают характеристики.

Производство HWM рейона

Процесс HWM зеркалит обычный рейон с ключевыми отличиями:

• При каустической ванне используют более слабый раствор.
• Ни щелочная крошка, ни вязкий раствор не выдерживают.
• Филаменты агрессивнее растягивают на годет-валиках для повышения прочности.

Эти корректировки дают волокно с превосходными механическими свойствами и проще уходом.

Контроль качества

Учитывая химическую интенсивность производства рейона, строгий QC критичен. Мониторинг химического состава, таймингов, температур на каждом этапе обеспечивает стабильную производительность волокна.

Соотношения смесей в композитных тканях должны соответствовать Textile Fiber Identification Act, определяющему 17 групп волокон — шесть натурально-материальных (рейон, ацетат, стекловолокно, металлические, каучук, азлон) и одиннадцать синтетических (нейлон, полиэстер, акрил, модиакрил, олефин, спандекс, анидекс, саран, винал, виньон, нитрил). Торговые марки часто несут патенты, обеспечивающие конкурентное преимущество.

Побочные продукты

Вязкий метод дает заметные водные и воздушные выбросы, особенно цинк и сероводород. Производители внедряют восстановление цинка ионообменом или кристаллизацией, а также абсорбцию и химическое скраббирование для митигации загрязнителей.

Будущее

Перспективы рейона позитивны. Спрос растет во всем мире, новые технологии обещают более низкие издержки и улучшенные свойства.

Хотя 1970-е дали взлет чисто синтетических тканей вроде полиэстера, потребительские предпочтения сместились к смесям, сочетающим натуральный комфорт с синтетической долговечностью.

Новые исследования предполагают, что целлюлозу скоро можно будет синтезировать напрямую из солнечного света, воды и CO₂, потенциально через гидропонные системы. Если экономически целесообразно, такие процессы могут резко снизить экологический след производства рейона, удовлетворяя глобальный спрос.