ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

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.

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.