Искусственные волокна на основе целлюлозы реферат

Обновлено: 04.07.2024

Искусственные целлюлозные волокна вследствие их недостаточной атмосферостоикости применяются в авиационной технике лишь в комбинации с другими материалами, защищающими их от непосредственного атмосферного воздействия, а также в качестве электроизоляционных и декоративных материалов, применяемых внутри самолета. [1]

Искусственные целлюлозные волокна ( кроме ацетатного шелка) представляют собой гидратцеллюлозу, получаемую растворением целлюлозы или ее эфиров и последующим высаживанием из растворов. Поэтому искусственные волокна отличаются от природных целлюлозных волокон большей изнашиваемостью, повышенной реакционной способностью и более высокой гигроскопичностью. [2]

Искусственные целлюлозные волокна отличаются от природных отсутствием клеточного строения. Вискозное волокно имеет зазубренные, извилистые контуры и двухслойное строение; наружный слой отличается большей упорядочностью, чем внутренний, что объясняется неравномерным отвердеванием струек прядильного раствора в осадительной ванне. [4]

Искусственные целлюлозные волокна ( целлюлоза, ацетатный шелк, медноаммиачный шелк) имеют различную структуру. Характер поверхности вискозных волокон зависит от условий их получения. Решающими факторами являются степень созревания вискозного раствора, вытяжка волокна и тип осадительной ванны. [5]

Искусственные целлюлозные волокна - вискозное, медноаммиачное и ацетатное обладают прочностью соответственно 27 - 45, 21 - 31 и 18 - 22 кГ / мм2 и удлинением 15 - 24, 15 и 25 %; они отличаются от природных пониженной прочностью в мокром состоянии ( в % от прочности в воздушно-сухом состоянии соответственно 45 - 65, 60 и 70 %) и меньшей атмосферостойкостью. Преимуществом вискозного волокна является его повышенная до 120 С теплостойкость; ацетатное волокно обладает наилучшими среди волокнистых материалов электроизоляционными свойствами. [6]

Искусственными целлюлозными волокнами являются вискозный, ацетатный и другие шелка. [7]

Однако искусственные целлюлозные волокна и пленки имеют ряд недостатков. [8]

Изготовление искусственного целлюлозного волокна состоит в получении растворимых производных целлюлозы и в вытягивании нитей из их растворов. [9]

Механизм упрочнения искусственных целлюлозных волокон детально рассмотрен нами во многих работах [1, 2], в которых показано, что условием повышения прочности волокна в процессе его формования служит ориентация цепей при растяжении набухшего гидратцеллюлозного волокна в условиях, допускающих течение материала. Высокие вытяжки набухших гидратцеллюлозных волокон неизбежно должны сопровождаться выпрямлением целлюлозных цепей, что в свою очередь должно весьма своеобразно отразиться на релаксационных процессах. [10]

Методы получения искусственных целлюлозных волокон различаются между собой условиями приготовления раствора целлюлозы. Целлюлоза растворяется только в ограниченном числе растворителей. Наиболее приемлемым для промышленных целей растворителем целлюлозы является медноаммиачный раствор. Концентрированные растворы целлюлозы в медноаммиачном растворе применяются в производстве так называемого медно-аммиачного искусственного волокна. [11]

Основное количество искусственных целлюлозных волокон получается путем переработки древесной целлюлозы, преимущественно сульфитной целлюлозы. [12]

Промышленное зна-ние имеют искусственные целлюлозные волокна : вискозное, ацетатное и медноаммиачное. [13]

Так как среди искусственных целлюлозных волокон важнейшее значение имеет вискозное, для производства которого используется целлюлоза различного происхождения, выделенная разными методами, то естественно, что почти все исследования, посвященные изучению причин различной растворимости низкозамещенных эфиров целлюлозы, относятся к ксантогенатам целлюлозы и получаемой из них вискозы. Поэтому ниже приводятся в основном данные, полученные при изучении реакционной способности вискозной целлюлозы, хотя этот показатель, определяющий условия фильтрации прядильных растворов ( наличие геликов), имеет большее значение и для характеристики свойств концентрированных растворов ацетатов целлюлозы. [14]

Так как среди искусственных целлюлозных волокон важнейшее значение имеет вискозное, для производства которого используется целлюлоза различного происхождения, выделенная разными методами, то естественно, что почти все исследования, посвященные изучению причин различной растворимости низкозамещенных эфиров целлюлозы, относятся к ксантогена-там целлюлозы и получаемой из них вискозы. Поэтому ниже приводятся в основном данные, полученные при изучении реакционной способности вискозной целлюлозы. [15]

Некоторые натуральные целлюлозные волокна обрабатываются и перерабатываются для конкретных целей. Известные волокна, такие как вискоза, ацетат и т. д., получают путем переработки различных природных полимеров.

Искусственные целлюлозные волокна

Первые искусственные волокна, которые были разработаны и изготовлены, использовали полимеры природного происхождения, точнее целлюлозу, которая является сырьем, доступным в больших количествах в растительном мире.

Целлюлоза — это натуральный полимер, который составляет живые клетки всей растительности. Это материал в центре углеродного цикла, а также самый распространенный и возобновляемый биополимер на планете.

Хлопчатобумажные листы и древесная масса, вискоза, медноаммиачный шелк, целлюлозный ацетат (вторичный и триацетат), полиноза, волокно с высоким модулем во влажном состоянии (ВВМ).

Целлюлоза является одним из многих полимеров, найденных в природе.
Дерево, бумага и хлопок содержат целлюлозу. Целлюлоза — отличное волокно.
Целлюлоза состоит из повторяющихся звеньев мономерной глюкозы.
Три типа регенерированных целлюлозных волокон представляют собой вискозу, ацетат и триацетат, которые получены из клеточных стенок коротких хлопковых волокон, называемых линтами.
Бумага, например, представляет собой почти чистую целлюлозу

Вискоза

Вискоза представляет собой регенерированное целлюлозное волокно.
Это первое изготовленное человеком волокно.
Она имеет зазубренную круглую форму с гладкой поверхностью.
При намокании вискоза теряет 30-50% своей силы.
Вискоза образуется из естественных полимеров, и поэтому является не синтетическим волокном, а искусственным регенерированным целлюлозным волокном.
Волокно продается как искусственный шелк.
Существует две основных разновидности вискозного волокна, а именно вискозное и медноаммиачное.

Ацетат

Производное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Ацетат получают из целлюлозы путем реакции очищения целлюлозы из древесной целлюлозы с уксусной кислотой и уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты.

Характеристики ацетатного волокна:

Роскошное на ощупь и внешний вид
Широкий спектр цветов и блесков
Отличная драпируемость и мягкость
Относительно быстрое высыхание
Устойчивость к усадке, моли и мучнистой росе

Для ацетата разработаны специальные красители, так как он не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы.

Ацетатные волокна представляют собой изготовленные волокна, в которых волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Эфиры целлюлозы триацетат и ацетат образуются путем ацетилирования хлопковых линтов или древесной целлюлозы с использованием уксусного ангидрида и кислотного катализатора в уксусной кислоте.

Ацетатные и триацетатные волокна очень похожи по внешнему виду на вискозу с постоянной прочностью. Элементы и триацетаты представляют собой умеренно жесткие волокна и обладают хорошей эластичностью при изгибе и деформации, особенно после термообработки.

Устойчивость к абразивному износу ацетата и триацетата невелика, и эти волокна не могут использоваться в применениях, требующих высокой стойкости к истиранию и носке; однако устойчивость этих волокон к трению превосходна. Хотя ацетат и триацетат являются умеренно абсорбирующими, их абсорбция не может сравниться с чистыми целлюлозными волокнами. На ощупь ацетатные ткани несколько более мягкие и более гибкие, чем триацетат. Ткани обоих волокон обладают отличными характеристиками драпировки. Ткани ацетата и триацетата имеют приятный внешний вид и высокую степень блеска, но блеск этих тканей можно модифицировать путем добавления матирующего средства.

Как ацетат, так и триацетат восприимчив к атакам ряда бытовых химикатов. Ацетат и триацетат подвергаются воздействию сильных кислот и оснований и окисляющих отбеливателей. Ацетат обладает только небольшой устойчивостью к солнечному свету, тогда как солнечная устойчивость триацетата выше. Оба волокна имеют хорошую термостойкость ниже их точек плавления.

Ацетат и триацетат не могут быть окрашены красителями, используемыми для целлюлозных волокон. Эти волокна могут быть удовлетворительно окрашены дисперсными красителями при умеренных и высоких температурах, что дает четкие, яркие оттенки. Ацетат и триацетат быстро высушиваются, и их можно подвергать сухой чистке.

Искусственные волокна ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Курсовая работа по материаловедению

Введение
Вискозное волокно
Ацетатное волокно (ацетилцеллюлоза)
Медно-аммиачное волокно
Белковые искусственные волокна
Историческая справка
Заключение
Приложения

В повседневной жизни нас окружают различные ткани. Из них шьют одежду, изготавливают белье, ткут ковры, обивают мебель, отделывают помещения, используют для изготовления различных изделий. А из чего эти ткани изготавливают, что лежит в их основе, мы обычно не задумываемся. Цель работы: познакомиться с искусственными волокнами. Задачи: — изучить виды искусственных волокон, — познакомиться с их основными свойствами, — рассмотреть их практическое применение, повысить свой образовательный уровень.

Волокна — это вырабатываемые из природных или синтетических полимеров длинные гибкие нити, из которых изготавливается пряжа и другие текстильные изделия.

Волокна, получаемые из органических природных и синтетических полимеров называются, химическими волокнами. В зависимости от вида исходного сырья химические волокна подразделяются на синтетические (из синтетических полимеров) и искусственные (из природных полимеров) (см. приложение 1). В данной работе рассмотрим такой тип волокон, как искусственные.

К искусственным относятся вискозные волокна, медно-аммиачные волокна, ацетатные волокна (см. приложение 2). Также к искусственным относится группа белковых волокон, изготовленных из пищевых продуктов, для получения которых используют белки растительного или животного происхождения (например, казеин). Искусственные волокна формуют из растворов полимеров и выпускают в виде текстильной или кордной нити, а также штапельного волокна (короткие отрезки тонких волокон).

Вискозное волокно

Получение

В чистом виде и в сочетании с другими волокнами или нитями вырабатывают подкладочные, платьевые, сорочечные, бельевые, декоративные ткани, верхний, бельевой трикотаж, чулочно-носочные, текстильно-галантерейные изделия (ленты, тесьма, галстуки). Вискозная нить с успехом используется для вышивки. Если вискозную нить сильно вытянуть, то верхний слой нити растянется больше, а внутренний — меньше, в результате волокно получает извитость, из этих нитей изготавливают ковры. Если в прядильный раствор вискозы вмешать воздух, то получим химическую реакцию с выделением углекислого газа, в волокне образуются пустоты, эти пустотелые вискозные волокна используют для производства не тонущих спасательных костюмов. В последние годы произошло резкое внедрение вискозного волокна в текстильную промышленность и это несмотря на то, что оно было и остается дороже хлопка и ПЭФ волокна. Тем не менее, спрос растет благодаря его прекрасным свойствам — отличной окрашиваемости в различные цвета, гигроскопичности, комфортности и т. п. , способствующие успешному использованию его для получения нетканых материалов, смесовых тканей, и мн. др.

Набирают популярность и чистящие салфетки из вискозы. Чистка практически любых поверхностей с вискозными салфетками и тряпками проводится быстрее и качественнее, чем с другими протирочными материалами. Поскольку вискоза представляет собой нетканое полотно, она не оставляет на очищаемой поверхности ворсинок, таким образом очищая идеально. Если при мытье посуды используется вискозная салфетка, не требуется даже дополнительное моющее средство. Вискозный инвентарь для уборки очень гигроскопичен, что позволяет совершать меньше движений тряпкой при уборке. Первый завод по производству вискозного шелка в России был построен в Мытищах в 1927 г.

Ацетатное волокно (ацетилцеллюлоза)

Получение

Ацетатные волокна вдвое превосходят вискозные и медноаммиачные волокна по эластичности; поэтому ткани из них отличаются пониженной сминаемостью. Ацетатное волокно малогигроскопично, мало впитывает влагу, мягкое, легкое, тонкое, упругое, блестящее, но при температуре выше 85 градусов блеск теряет, сильно электризуется, в мокром состоянии прочность теряет очень мало, но имеет склонность к образованию. Боится высоких температур и при 140 градусах разрушается, не подвержено действия плесени, сильно осыпается, мало сминается, быстро сохнет (вода стекает), светостойкое. Ацетатные волокна приятны на ощупь, мягки, обладают способностью пропускать ультрафиолетовые лучи. Окрашиваются ацетатные волокна только специальными типами красителей, которые непригодны для большинства других волокон. Это даёт возможность получать разнообразные колористические эффекты на изделиях из смеси ацетатных волокон и волокон других типов. Недостатки ацетатных волокон. Прочность при разрыве ацетатных волокон невысока (разрывная длина 11−13 км). Потеря прочности при испытании в мокром состоянии для ацетатного волокна составляет 40−45%. Ацетатные волокна характеризуются недостаточно высокой термостабильностью: выше 160−170°C изменяется форма изделий из этого волокна, при 210 °C начинается его термический распад. Поэтому изделия из ацетатных волокон можно гладить только через влажную ткани. К недостаткам изделий из ацетатных волокон относятся также низкая устойчивость к истиранию и высокая электризуемость. Для устранения этих недостатков используют методы химической модификации ацетилцеллюлозы (9, "https://referat.bookap.info").

Применение

Производство ацетатных волокон до середины 20 века бурно развивалось благодаря безвредности и простоте производства, ценным свойствам этих волокон, а также дешевизне исходного сырья. В дальнейшем развитие производства ацетатных волокон замедлилось в связи с появлением новых ценных типов синтетических волокон. Основные области применения ацетатных волокон — изготовление изделий широкого потребления (верхней одежды, дамского нижнего белья, подкладочных и плательных тканей). Поскольку ацетатные волокна имеют низкую теплопроводность, их применяют в производстве теплого белья. Ацетатное штапельное волокно применяют для частичной замены шерсти при изготовлении тонких сукон и некоторых трикотажных изделий. Использование ацетатных волокон позволяет снижать сминаемость изделий. Также ацетатное волокно используется для изготовления сигаретных фильтров.

Медно-аммиачное волокно

Получение

Искусственные волокна, формуемые из растворов медно-аммиачного комплекса целлюлозы в концентрированно водном растворе аммиака. Прядильный раствор готовят растворением при 15−20°С и интенсивном перемешивании хлопковой или облагороженной древесной целлюлозы в медноаммиачном растворе. Для повышения реакционной способности перед растворением целлюлозу измельчают и увлажняют, добавляя воду в количестве до 100% от исходной массы. Полученный прядильный раствор фильтруют через никелевую сетку и затем под вакуумом при 20−25°С удаляют из него растворенный и диспергированный воздух; при этом из-за частичного испарения NH₃ его содержание в растворе снижается на 30−40%. В настоящее время около 80% общего количества искусственного шелка вырабатывается по вискозному способу, и только 3−4% - по медно-аммиачнсму способу. Но медно-аммиачный шелк отличается более высокими качествами и более красивым внешним видом, чем вискозный шелк.

Свойства

Медно-аммиачные волокна выпускают в виде текстильных нитей (бемберг, бемсилки, купреза, купиони, купраколор) с линейной плотностью 2,8−107 текс и волокна (куприфиль), характеризующихся высокой гигроскопичностью, высокими скоростями влагопоглощения и водоотдачи, равномерной структурой, эластичностью, большой мягкостью, низкой плотностью. Но медно-аммиачные волокна, в отличие от другого вида волокон, обладают меньшей прочностью и удлинением, в меньшей степени теряют прочность в мокром состоянии. Медно-аммиачные волокна хорошо окрашиваются. Характер горения, химические и физико-механические свойства медно-аммиачных волокон аналогичны свойствам обычных вискозных волокон.

Применение

Медно-аммиачные волокна — один из наиболее старых видов искусственных волокон. Стоимость этих волокон в несколько раз выше, чем у вискозных волокон, главным образом из-за высокой стоимости химически очищенной хлопковой или высокооблагороженной древесины. Медно-аммиачные волокна применяют для изготовления бельевого трикотажа, чулок, плательных, сорочечных и подкладочных тканей, в смеси с шерстью и синтетическими волокнами — для производства плательных и костюмных тканей, ковров. Для технических целей медно-аммиачные волокна почти не применяют из-за низкой прочности.

Белковые искусственные волокна

Получение

В качестве сырья для белковых искусственных волокон применяют в основном белок молока (казеин), а также белки, содержащиеся в кукурузных зёрнах, земляных орехах и соевых бобах. Эти белки различного состава, поэтому волокна отличаются как по физическим, так и по химическим свойствам. Преимущество искусственного белкового волокна является то, что они наиболее близки к шерсти, хорошо проявляют себя в смеси с шерстью, а также окрашиваются теми же красителями, что и шерсть Блестящая, как шелк, теплая, мягкая и гладкая как кашемир, хорошо впитывает влагу, дышит.

Белковые искусственные волокна обладают хорошими теплозащитными свойствами, эластичны, мягки на ощупь, не вызывают раздражения кожи, устойчивы к действию слабых растворов минеральных кислот. Обычные органические растворители не повреждают белковые искусственные волокна, поэтому изделия из них можно подвергать сухой химической чистке. Прочность белковых искусственных волокон по сравнению с другими искусственными волокнами невелика — разрывная длина от 7 до 10 км, потеря прочности при испытании в мокром состоянии составляет 50−70%. В связи с этим белковые искусственные волокна обычно выпускают в виде штапельного волокна и перерабатывают в изделия в смеси с шерстью или хлопком. Белковые волокна вырабатываются в небольших количествах и выпуск их постепенно уменьшается.

Применение

Белковые искусственные волокна хорошо впитывают влагу, дышат. Их применяют для изготовления костюмных, сорочечных и пижамных тканей; фетровых, вязаных и чулочно-носочных изделий; спортивной одежды и одеял. Преимущество искусственного белкового волокна является то, что они наиболее близки к шерсти, хорошо проявляют себя в смеси с шерстью, а также окрашиваются теми же красителями, что и шерсть.

Историческая справка

Первое искусственное волокно было получено из нитрата целлюлозы (его промышленное производство было организовано во Франции в 1891г). В 1896 г в Германии было создано производство гидратцеллюлозных медно-аммиачных волокон, в 1905 г в Великобритании — вискозных. К 1918;20гг относится разработка способа производства ацетатных волокон. Начало массового производства волокон в СССР относится к 1930 г, когда в Ленинграде была пущена фабрика вискозных волокон.

искусственное волокно целлюлоза пряжа

Заключение

В данной работе рассмотрены виды искусственных волокон, их основные свойства и применение (см приложение 3). Очевидна значимость этих волокон в быту, промышленности, для технических целей. Удивительно сложный и длительный процесс их производства. Использование химических волокон в смеси с другими волокнами позволяет изменять потребительские свойства пряжи в нужном направлении и наука не стоит на месте. На основе уже известных химических волокон создаются волокна с новыми свойствами.

Приложения

Приложение 1

Вискозное волокно Ацетатное волокно

Медно-аммиачное волокно

Приложение 3

Обобщающая таблица

(на примере вискозных, ацетатных, медно-аммиачных волокон)

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Реферат по химии подготовил Сергей Голубев

Издавна для изготовления своей одежды человек пользовался природными волокнами, получаемыми из хлопка, льна, шерсти некоторых животных, из нитей, выпрядаемых гусеницей тутового шелкопряда. Вполне естественно, что эти источники оказались недостаточными, чтобы полностью удовлетворить все возрастающую потребность в тканях.

Гусеница тутового шелкопряда выдавливает через узкий проток вязкую жидкость и вытягивает ее в тончайшую нить, затвердевающую на воздухе. Следовательно, чтобы полечить искусственное волокно подобно гусенице тутового шелкопряда, надо приготовить вязкую жидкость и из нее попытаться вытягивать нити.

С этой целью хлопок обработали азотной кислотой. При этом получалась нитроцеллюлоза, которая при растворении в смеси спирта с эфиром давала сиропообразную жидкость. Из этой жидкости палочками удавалось вытягивать нити. Но этот примитивный способ не мог, конечно, никого удовлетворить. Французский химик Шардоннэ решил далее провести подражание шелкопряду. Он продавливал раствор нитроцеллюлозы в спирте и эфире через тонкие отверстия в подкисленную воду. После разбавления водой спиртоэфирного раствора получались шелковистые длинные нити чистой нитроцеллюлозы.

Известно, как огнеопасна и взрывчата нитроцеллюлоза. В платье из такой ткани не согласилась бы нарядиться ни одна модница. Чтобы избежать этого недостатка, полученные нити подвергали денитрации.

Первые образцы были, конечно, очень дороги, а между тем достижение, казалось, было невелико. Ведь искусственный шелк получался все-таки из волокнистого материала – хлопка. Из хлопа легко получать нити и обычным прядением, правда, они не обладают шелковистым блеском. Вот если бы научиться готовить искусственные нити из целлюлозы, не идущей на прядение, например из той, что находится в древесине, и не применять при этом дорогую азотную кислоту.

Большим завоеванием химии было создание именно такого способа. Этот способ носит название вискозного и является в настоящее время одним из самых распространенных.

Производство вискозного шелка заключается в следующем:

Как известно, в древесине целлюлоза составляет примерно 50% по массе. Чтобы выделить чистую целлюлозу, древесину превращают в щепу и варят в больших закрытых котлах, под давлением в несколько атмосфер, с раствором гидросульфита кальция Ca(HSO3)2. Варка продолжается около суток. При этом гидросульфит разрушает вещества, склеивающие волоконца клетчатки, и она, как химически наиболее устойчивая, выделяется в свободном виде. Целлюлозу смешивают с водой и образующуюся жидкую кашицу выливают постепенно на непрерывно движущуюся ленту. После удаления воды, высушивания и резки образуются листы так называемой сульфитной целлюлозы, напоминающей собой картон. Часть сульфитной целлюлозы идет на выделку бумаги, а часть – на производство вискозного шелка.

Из полученной целлюлозы нельзя непосредственно выпрясть нити, ее надо сперва перевести в раствор, чтобы затем по примеру нитратного шелка из вязкого раствора вытягивать нити. Целлюлоза не растворяется ни в воде, ни в обычно употребляемых органических растворителях. Но оказалось, что если на целлюлозу подействовать сперва концентрированным раствором щелочи, а затем сероуглеродом CS2, то она превращается в вещество, растворимое в разбавленных растворах щелочи, для получения таких растворов поступают следующим образом.

Листы целлюлозы обрабатывали щелочью, затем их измельчают механическим способом, получившуюся хлопьевидную массу через некоторое время обрабатывают в особых аппаратах сероуглеродом. Продукт реакции целлюлозы со щелочью и сероуглеродом приобретает оранжево-желтую окраску, и поэтому называется ксантогенатом (от греч. “ксантос” – светло-желтый). Ксантоганат представляет собой эфир целлюлозы.

К ксантогенату приливают 4-процентный раствор гидроокиси натра. Образуется вязкий раствор – вискоза. Этот способ получил название вискозного. Вискозу оставляют на несколько дней “созревать”, чтобы она стала пригодной для формирования волокна. Готовая вискоза поступает в цех прядения. Здесь на десятках машин из нее готовят шелковые нити.

Известны и другие искусственные волокна.

С принципом получения одного из них легко познакомиться даже практически.

Прильем к раствору медного купороса раствор гидроксида натрия. Получится голубой осадок гидроксида меди:

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

Отфильтруем осадок и растворим его в крепко нашатырном спирте (водном растворе аммиака NH3). При этом образуется так называемое комплексное медно-аммиачное соединение, растворимое в воде, и жидкость принимает красивую темно-синюю окраску.

В этой жидкости растворим, при помешивании палочкой, комочек ваты (вата – это волокна хлопка). У нас получится медно-аммиачный раствор целлюлозы. Если теперь его вылить тонкой струей в раствор кислоты или щелочи, то комплексное соединение меди разложится, и целлюлоза выделится снова в виде хлопьев и нитей. Медно-аммиачный раствор целлюлозы мы можем выдавливать в осадительную ванну из какого-нибудь насосика, например медицинского шприца. Тогда целлюлоза затвердевает в виде длинных нитей. Это будет уже довольно полным подражанием производственному процессу получения волокна.

В промышленности для получения медно-аммиачного шелка используется хлопковое волокно – линт. Чтобы выделить целлюлозу из медно-аммиачного комплекса, раствор выдавливают через фильеры в теплую воду или раствор щелочи и образующиеся нити пропускают затем через раствор серной кислоты.

Медно-аммиачный шелк называют паутиной с прочностью стали. Однако он тоньше паутины и тоньше натурального шелка и по прочности мало уступает последнему, а по красоте даже превосходит его.

Особенной прочностью обладает ацетатное волокно. По этому способу линт обрабатывают смесью уксусной кислоты CH3COOH и уксусного ангидрида (CH3CO)2O в присутствии небольшого количество серной кислоты. В результате реакции образуется сложный эфир – диацетилцеллюлоза или триацетилцеллюлоза. Если формулу целлюлозы изобразить в виде [C6H7O2(OH)3]n или, упрощенно (одно звено молекулы), в виде C6H7O2(OH)3, то формула диацетилцеллюлозы будет C6H7O2(OH)(OOCCH3)2, а формула триацетилцеллюлозы C6H7O2(OOCCH3)3.

Тот и другой сложный эфир целлюлозы используются для получения искусственного волокна. С этой целью первый из них растворяют в смеси этилового спирта и ацетона, а второй – в смеси спирта и хлористого метилена. Полученный в том или другом случае вязкий раствор выдавливают через фильеру в шахту, в которой проходит нагретый воздух. По испарении растворителя образуются нити шелка. Этот способ называется сухим формированием волокна в отличие от предыдущего способа – мокрого формирования.

Все рассмотренные ранее волокна состоят, в конечном счете, из целлюлозы, хотя она в процессе переработки подвергалась ряду превращений. Ацетатное же волокно от них существенно отличается тем, что является сложным эфиром целлюлозы. Оно не набухает в воде и меньше других теряет прочность во влажном состоянии.

Пока ацетатное волокно обходится дороже вискозного, так как на производство его идут такие ценные вещества, как уксусный ангидрид, ацетон и т. п.

Кроме искусственного волокна, из ацетилцеллюлозы готовят негорючую пленку, лаки, целлон.

Можно легко и безошибочно отличить хлопчатобумажную ткань от шерстяной. Для этого стоит лишь взять от образцов по небольшой ниточке и поджечь их. Если нить хлопчатобумажная ощущается запах горелой бумаги; если нить шерстяная, мы почувствуем запах паленого. Это происходит потому, что шерсть белкового характера, а белки при нагревании образуют летучие азотосодержащие вещества с характерным запахом.

Можно ли подобным способом отличить нить искусственного волокна от хлопчатобумажной или от нити натурального шелка? Вспомним, что искусственное волокно состоит в основном из целлюлозы; очевидно, оно при горении не будет давать запаха жженых волос, и по этому признаку его не отличить от хлопчатобумажной нити. Но его, оказывается, можно легко отличить от натурального шелка, ведь натуральный шелк – это белок, и он, следовательно, подобно шерсти, при поджигании будет издавать характерный запах.

Наш век часто называют веком синтетической химии. Очень много новых веществ получила химия с помощью синтеза.

Научилась она получать и синтетические волокна, т. е. такие, основу которых составляют не природные высокомолекулярные вещества, а синтетические полимеры. Одними из первых синтетических волокон стали известны нейлон, анид и капрон.

Вещества, образующие эти волокна, по своему строению до некоторой степени сходны с белковыми веществами шелка. Молекулы всех волоком имеют линейное строение и состоят из повторяющихся звеньев. Такими звеньями в молекулах целлюлозы будут остатки молекул глюкозы. В молекулах белка натурального шелка, шерсти звеньями являются остатки аминокислот:

Строение молекулы белкового вещества шелка может быть выражено схемой:

Группы атомов –CO–NH–, соединяющие остатки аминокислот в таких молекулах, называются амидными группами, а связи между атомами углерода и азота в них – амидными связями.

В молекулах, образующих нейлон и капрон, также имеются амидные связи между повторяющимися группами атомов, но эти повторяющиеся группы атомов – звенья – отличаются от тех, которые образуют молекулу природного белка.

Нейлон готовят из довольно простых органических веществ – адиптиновой кислоты HOOC – (CH2)4 – COOH и гексаметилендиамина H2N – (CH2)6 – NH2, которые в свою очередь, получают из фенола. При нагревании совместно адиптиновой кислоты и гексаметилендиамина образуется вязкая смола. Молекулы исходных веществ, взаимодействуя друг с другом, образуют нитевидные молекулы нового вещества. Эта реакция происходит из-за того, что от конца одной молекулы отрывается гидроксильная группа. А от конца другой молекулы – из аминогруппы – атом водорода. Группа OH и атом водорода образуют молекулу воды H2O, а остатки молекул органических веществ за счет освободившихся валентностей соединяются друг с другом в длинные цепи. Упрощенно этот процесс можно изобразить следующей схемой:

Так соединяется в цепь примерно по сотне остатков молекул гексаметилендиамина и адиптиновой кислоты.

Нагретую вязкую смолу продавливают через тонкие отверстия фильеры. Охлаждаемая воздухом струя затвердевает, образуя волокно. Скорость образования волокон здесь очень большая – 1000 м /мин. Далее волокна нейлона подвергаются растягиванию на барабанах, вращающихся с разной скоростью; при этом они удлиняются в несколько раз. Молекулы, образующие их, ранее как бы сморщенные, выпрямляются и располагаются по оси волокна. От этого прочность волокна сильно возрастает.

Длинные цепочки молекул другого синтетического волокна – капрона, являющегося изобретением советских ученых, - построены из повторяющихся звеньев – остатков аминокапроновой кислоты NH2–(CH2)5–COOH.

За счет аминогрупп и карбоксильных групп различных молекул здесь также устанавливается амидная связь между звеньями, что видно из следующей схемы строения молекулы капрона:

H2N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C–…

Технический способ получения волокон капрона сходен со способом получения нейлона. Из капрона можно получать настолько тонкие волокна, что нить длиной 9 км будет весить всего лишь 6 г.

Волокна нейлона (анида) и капрона обладают прочностью, значительно превосходящей прочность природных и искусственных волокон. Изделия из них имеют много и других замечательных свойств. Они не гниют, не поедаются молью. После стирки они быстро сохнут и легко принимают прежний вид. Эти изделия не гигроскопичны и не снижают своей прочности от влаги, как это наблюдается у других искусственных волокон, даже у натурального шелка.

Исследования ученых привели к созданию ряда новых волокон. В нашей стране, кроме анида и капрона, производятся такие синтетические волокна, как хлорин, нитрон, лавсан, энант.

К хлорину ученые подошли в поисках волокна высокой химической стойкости (рассмотренные выше полиамидные волокна неустойчивы по отношению к кислотам). Среди химически стойких полимеров был известен поливинилхлорид (полихлорвинил):

Однако получить волокно из него оказалось делом сложным. Ведь чтобы достичь расположения молекул в определенном направлении, а без этого нет волокна, необходимо полимер расплавить, т. е. дать возможность молекулам его свободно перемещаться, чтобы затем в процессе формирования перестроить их расположение и закрепить в нужном порядке. Между тем поливинилхлорид нельзя расплавлять, т. к. при нагревании он разлагается; трудно найти и подходящий растворитель. Подобно тому как при получении искусственных волокон растворимость целлюлозы достигается за счет ее химической обработки. Удалось сделать растворимым и поливинилхлорид в результате его дополнительного хлорирования. Эту реакцию, очень напоминающую нам хлорирование предельных углеводородов, можно выразить такой схемой:

–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–…+ nCl2 –CH2–CH–CH–CH–CH2–CH–…+nHCl

Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl

Высокомолекулярный продукт хлорирования образуется в виде смолы, называемой также хлорином.

Хлорин растворяют в ацетоне, раствор пропускают через фильеру в ванну с водой. Ацетон при этом растворяется, и хлорин выделяется в виде тонких волокон.

Хлориновое волокно негорюче, на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, некоторое время не действует даже “царская водка” – смесь азотной и соляной кислот, оказывающая обычно особенно сильное окислительное действие.

Из хлоринового волокна готовят фильтровальные ткани и прокладочный материал для химических аппаратов, спецодежду для рабочих химической промышленности, ковры, лечебное белье и т. д.

В списках химически стойких волокон ученые обратились и к полимеру тефлону (–CF2–CF2–)n высшему эталону химической инертности вещества, превосходящему в этом отношении такие благородные металлы, как золото или платина. Здесь трудности казались долгое время непреодолимыми: тефлон не удавалось растворить ни в одном из известных растворителей, нельзя его и расплавить или даже перевести в размягченное состояние без разложения. Однако использование некоторых приемов формирования позволило в последнее время из тефлона получить волокна.

Нитрон и лавсан не могут соперничать по химической стойкости с хлорином или тефлоном, но у них есть другие ценные свойства, открывающие перед этими волокнами перспективу широкого применения.

Исходным веществом для получения волокна служит нитрил акриловой кислоты – акрилонитрил CH2–CH.

Благодаря наличию двойной связи между атомами углерода это вещество легко полимеризуется, образуя высокомолекулярную смолу полиакрилонитрил

Полимер растворяют в соответствующем растворителе и формируют волокно по мокрому способу, подобно вискозному волокну.

Волокно нитрон по внешнему виду похоже на шерсть, оно очень хорошо растворяет теплоту, достаточно прочно и превосходит другие волокна по светостойкости. Из этого волокна готовят ткани для костюмов и пальто, искусственный мех, трикотажные изделия.

Волокно лавсан по химической природе является полиэфиром. Исходные вещества для его получения – двухосновная терефталевая кислота

HOOC– –COOH и двухатомный спирт этиленгликоль HO–CH2–CH2–OH.

При известных условиях эти вещества вступают между собой в реакцию этерификации так, что у каждого из них взаимодействуют при этом обе функциональные группы. В результате образуется высокомолекулярная смола лавсан. Несколько упрощая, процесс этот можно изобразить так:

C– –C + CH2–CH2 + C– –C + …

OH OH HO OH HO OH

Подобные реакции образования полимеров, идущие с выделение низкомолекулярного продукта, носят общее название реакций поликонденсации, в отличие от реакций полимеризации, идущих без выделения побочного продукта и являющихся по существу реакциями соединения (см. образование нитрона).

Получаемые из смолы лавсан волокна характеризуются большой прочностью, значительной устойчивостью к высоким температурам, свету и другим реагентам. Ткани из лавсана не мнутся и не теряют со временем приданную им форму.

В нашей стране до Октябрьской революции существовала лишь одна фабрика искусственного шелка, работавшая по вискозному способу, да и та прекратила свою работу во время первой мировой войны. При Советской власти промышленность искусственных, а затем и синтетических волокон получила широкое развитие.

Список литературы

Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся. М., “Просвещение”, 1975.

Читайте также: