ИСКУССТВЕННОЕ ВОХОКНО
Человеку издавна известны лёгкие, прочные и красивые шёлковые ткани. Единственным источником получения таких тканей долгое время служил шелковичный червь — шелкопряд. Шелкопряд питается листьями тутового дерева и вырабатывает в своём организме особую белковую жидкость. Эту жидкость он выпускает тонкой струйкой. При застывании жидкости на воздухе образуется шёлковая нить.
Родиной шелководства является Китай. Разведением шелкопряда китайцы занимались ещё 5 тысяч лет назад. В Европе способ изготовления шёлка стал известен в VI веке, однако только в прошлом столетии широко распространилось разведение шелковичного червя. В настоящее время во всём мире получают около 50 000 тонн натурального шёлка ежегодно.
В 1855 году была сделана первая попытка получить шёлк искусственным путём. Француз Одемар попытался синтезировать шёлк, подражая шелковичному червю, из побегов тутового дерева. Он знал, что шёлк состоит из углерода, водорода, кислорода и азота. Стремясь ввести в тутовое дерево отсутствующий в нём азот, Одемар обрабатывал побеги азотной кислотой. Таким путём он получал вещество, называемое нитроцеллюлозой. Растворяя нитроцеллюлозу в смеси спирта и эфира, он с помощью иглы вытягивал из этого раствора нити.
Так был открыт первый способ получения искусственного волокна, однако он не получил распространения ввиду того, что Одемару не удалось удовлетворительно решить вопрос о способе получения нити из раствора нитроцеллюлозы.
В настоящее время имеется несколько способов изготовления искусственного шёлка превосходного качества. Сырьём для получения такого шёлка служит древесина, точнее, её основная составная часть — целлюлоза (до 50%). Для получения чистой целлюлозы измельчённую древесину (щепу) подвергают специальной обработке: нагревают в течение нескольких часов в закрытых котлах с раствором бисульфита кальция при температуре 140— 160° под повышенным давлением. После такой обработки все примеси растворяются, а целлюлоза остаётся в виде хлопьеобразной массы. Из этой массы приготовляют широкие ленты, сушат их, а затем режут на листы. Целлюлозу получают также при нагревании древесины с едким натром (натронный способ) или кипячением со смесью едкого натра и сернистого натрия (сульфатный способ).
При сульфатном способе обработки древесины в качестве побочного продукта выделяется меркаптан — необычайно зловонное вещество; запах его настолько силен, что наше обоняние в состоянии обнаружить шесть десятимиллионных долей грамма вещества в кубическом метре воздуха.
Лет сорок назад в Стокгольме три дня подряд был испорчен воздух настолько, что жители ходили, зажав нос. Запрошенные метеорологи разъяснили, что в течение трёх дней наблюдалось отсутствие ветра и что, следовательно, это якобы «собственный запах города».
Действительная же причина этого происшествия заключалась в следующем. Один стокгольмский химик занимался изысканием способа устранить дурной запах, распространявшийся с бумажной фабрики, где получали целлюлозу сульфатным способом. Прежде всего химик основательно ознакомился со свойствами меркаптана, запас которого хранился у него в склянке. После этого он захотел отделаться от неприятного вещества и передал склянку с содержимым рассыльному мальчику, который незаметно выбросил её в озеро, расположенное невдалеке от города. При падении в воду склянка откупорилась. Результат оказался потрясающим.
Сейчас обычно удаляют меркаптан, выводя его через высокие трубы в верхние слои атмосферы.
Самый старый производственный способ получения искусственного шёлка (с 1890 года) заключается в том, что нитроцеллюлозу, полученную из целлюлозы действием азотной кислоты, растворяют в смеси спирта и эфира. Полученный раствор продавливают через сетку с тончайшими отверстиями — фильеру. Тёплый воздух удаляет летучий растворитель, и струйки превращаются в тонкие нити. Так как эти нити способны легко воспламеняться и поэтому непригодны для получения волокна, из них удаляют азот путём специальной химической обработки. Этот способ получения искусственного шёлка, называемый нитратным, в настоящее время не применяется ввиду его дороговизны.
Самым дешёвым и простым является вискозный способ. Для получения вискозного шёлка целлюлозу обрабатывают щёлочью с сероуглеродом. Полученную густую массу, называемую вискозой, продавливают через фильеры в ванну с разбавленной серной кислотой, в которой и образуются целлюлозные нити.
В настоящее время вискозный шёлк составляет не менее 85% мирового производства искусственного волокна.
В годы войны вискозный шёлк применялся для приготовления корда [21]) в производстве автомобильных и авиационных покрышек. Вискозный корд экономит резину и в 25 раз удлиняет пробег покрышки сравнительно с покрышкой, корд которой изготовлен из хлопчатобумажной ткани.
Если раствор вискозы пропускать через длинную узкую щель, то получается тонкая плёнка. После промывки и отбелки плёнку пропускают через раствор глицерина, благодаря чему она приобретает мягкость, гибкость и, прозрачность. Полученная таким путём плёнка называется ц е л л о ф а н о м. Она широко применяется в качестве декоративного и обёрточного материала.
Растворителем для целлюлозы может служить м е д - ноаммиачный раствор — раствор окиси меди в большом количестве водного аммиака. Растворённая в этой жидкости целлюлоза продавливается через фильеры в ванну с разбавленной серной кислотой. Полученный таким путём медноаммиачный шёлк несколько дороже других видов искусственного шёлка, однако его нити необычайно прочны и могут быть тоньше нитей натурального шёлка.
Ангидрид уксусной кислоты также может растворять целлюлозу. При растворении образуется химическое соединение — ацетилцеллюлоза, которое выпадает в осадок. Осадок растворяют затем в смеси спирта и ацетона, и полученный раствор продавливают через сетку в шахту с нагретым воздухом. Растворитель испаряется, остаётся шёлковая нить. Полученный этим способом продукт называется ацетатным шёлком.
По внешнему виду ацетатный шёлк почти неотличим от натурального. Своеобразный химический состав ацетатного шёлка (ацетилцеллюлоза) обусловливает особые свойства этого продукта: малую гигроскопичность и сравнительно небольшую потерю прочности при смачивании. В отличие от вискозного шёлка он не мнётся. Ацетатный шёлк — единственное волокно, прозрачное для ультрафиолетовых лучей. Ацетатный шёлк широко применяется в качестве изолирующего материала для обмотки Проводов, а также в шелкоткацкой и трикотажной промышленности.
В последнее время найден способ получения ацетатного волокна необычайной прочности. Шнур из такого волокна сечением в один квадратный сантиметр выдерживает нагрузку в 10 тонн.
В промышленности искусственного волокна производство ацетатного шёлка занимает второе место после вискозного.
Простота производства искусственного шёлка, его низкая себестоимость и ценные качества обусловили быстрое развитие этой области промышленности. Перед началом первой мировой войны общая мировая продукция искусственного шёлка составляла 11 тысяч тонн в год. К 1945 году эта продукция достигла колоссальной цифры в 460 тысяч тонн в год.
Наряду с шёлком из древесины изготовляют также искусственную шерсть. Производство её подобно производству шёлка. Отличие заключается в том, что волокно подвергают особой обработке, при которой оно приобретает свойства натуральной шерсти: матовость, извитость, мягкость и т. п. Затем волокно режут на куски определённой длины и прядут. Такое волокно называется штапельным. Искусственная шерсть перерабатывается как в чистом виде, так и в смеси с натуральной шерстью.
Изготовляют также хлопкообразное искусственное волокно, которое, будучи добавлено к хлопку, придаёт пряже мягкость и красивый блеск.
В нашей стране производство искусственного волокна, начатое в 1931 году, быстро растёт.
Мировое производство искусственной шерсти в настоящее время превысило полмиллиона тонн в год.
Все разновидности искусственного волокна, с которыми мы познакомились, представляют собой либо чистую целлюлозу, либо её производные.
Каждая молекула целлюлозы состоит из 12—18 тысяч углеродных атомов. Вот участок молекулы целлюлозы:
Отдельные кольцеобразные участки молекулы соединены через кислород и образуют линию — цепочку.
Своей величиной и линейным строением молекулы целлюлозы напоминают молекулы каучука и многих пластических масс. Целлюлоза — высокомолекулярное вещество. Её ценные технические качества, а также свойства получаемых из неё продуктов в значительной мере определяются этим обстоятельством. Отличия в строении продуктов переработки целлюлозы — нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы и т. п.— обусловливают особые свойства или другого искусственного волокна.
Целлюлоза, используемая для получения искусственного волокна, находится в древесине уже в готовом виде. Но что, если попытаться получить искусственным путём другие высокомолекулярные соединения с линейными молекулами? Не будут ли они также обладать ценными свойствами искусственного волокна?
Химики-органики блестяще решили и эту задачу. Оказалось, что ряд веществ, уже известных нам как пластические массы, при соответствующей обработке даёт превосходное волокно. Многие разновидности искусственного волокна получают теперь уплотнением простых органических соединений.
Если раствор хлорвиниловой пластической массы продавить через особое сито, получается хлорвиниловое волокно. Такое волокно превосходит по тонкости и прочности большинство натуральных волокон. Оно не изменяется под действием воды и устойчиво по отношению к кислотам.
Недостаток хлорвинилового волокна — низкая температура его плавления. Поэтому хлорвиниловые ткани ни в коем случае не следует гладить утюгом.
Мировое производство хлорвиниловых пластмасс и волокна растёт из года в год и составляет в настоящее время много тысяч тонн в год.
Широкое распространение получило волокно, известное под наименованием нейлона. По своему химическому строению оно приближается к натуральному шёлку. Для синтеза нейлона применяют так называемые амины (тетраметилендиамин и др.) и органические кислоты (адипиновую, себациновую и др.).
Нейлоновое волокно значительно устойчивее хлорвинилового по отношению к нагреванию: оно плавится только при 253°. Нейлон очень стоек по отношению к щелочам и отличается исключительно большой прочностью. Он применяется для изготовления различных трикотажных изделий. Кроме того, нейлон совершенно НезахМеНИМЫЙ материал для изготовления парашютов. Мировое производство нейлонового волокна составляет 15—20 тысяч тонн в год.
К нейлону по химическому строению близко стоит капрон — весьма ценный вид искусственного волокна.
В Советском Союзе группа химиков под руководством академика И. Л. Кнунянца разработала метод получения капронового волокна из фенола, то-есть из каменноугольного сырья. Советскому химику академику С. С. Намёткину удалось решить задачу синтеза капрона из нефти, точнее из циклогексана — вещества, относящегося к классу нафтенов.
Успехи, достигнутые в области синтеза искусственного волокна, огромны. Однако эти успехи — только начало.
Рубашксц Галстук Чулки Платье Рис. 5. Изделия из искусственного волокна. |
Искусственное волокно очень молодо: ему всего лишь несколько десятков лет. Самый «древний» вид искусственного волокна в 100 раз моложе натурального шёлка. Без сомнения, у искусственного волокна — блестящее будущее.
Пройдут десятки лет, и надо думать, что разведение шелковичного червя почти прекратится, так как эта отрасль сельского хозяйства весьма трудоёмка: шелковичный червь требует заботливого ухода и за всю свою жизнь даёт только 0,5 грамма шёлковой нити. В то же время только из одного кубического метра древесины можно получить более 150 килограммов шёлка.
Так как искусственное волокно может быть получено в любых количествах и самого разнообразного качества, то в будущем значительно сократится и производство льна и конопли. Освободившиеся же плодородные земли и рабочие руки смогут быть использованы для возделывания других денных сельскохозяйственных культур.