Синтетические волокна

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 и гексаметилендиамина, 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.

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

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:

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:

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:

и двухатомный спирт этиленгликоль:

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:

синтез каучук мономер вулканизация

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. 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.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Загрузить   След >