Природні і синтетичні волокна, Детальна інформація

Реферат з хімії

на тему: Природні і синтетичні волокна

Природні волокна.

Здавна для виготовлення свого одягу людина користалася природними волокнами, одержуваними з бавовни, льна, вовни деяких тварин, з ниток, выпрядених гусеницею шовковичного шовкопряда. Цілком природно, що ці джерела виявилися недостатніми, щоб цілком задовольнити все зростаючу потребу в тканинах.

Гусениця шовковичного шовкопряда видавлює через вузьку протоку грузлу рідину і витягає її в найтоншу нитку, застигаючю на повітрі. Отже, щоб одержати штучне волокно подібне гусениці шовковичного шовкопряда, треба приготувати грузлу рідину і з неї спробувати витягати нитки.

З цією метою бавовну обробили азотною кислотою. При цьому виходила нитроцеллюлоза, що при розчиненні в суміші спирту з ефіром давала сиропоподібну рідину. З цієї рідини паличками вдавалося витягати нитки. Але цей примітивний спосіб не міг, звичайно, нікого задовільнити. Французький хімік Шардонне вирішив далі провести наслідування шовкопряду. Він продавлював розчин нитроцеллюлозы в спирті й ефірі через тонкі отвори в підкисленну воду. Після розведення водою спиртоэфирного розчину виходили шовковисті довгі нитки чистої нітроцеллюлози.

Відомо, як вогненебезпечна і вибухонебезпечна нітроцелюлоза. У плаття з такої тканини не погодилася б нарядитися жодна модниця. Щоб уникнути цього недоліку, отримані нитки піддавали денітрації.

Перші зразки були, звичайно, дуже дорогі, а тим часом досягнення, здавалося, було невелике. Адже штучний шовк виходив усе-таки з волокнистого матеріалу – бавовни. З бавовни легко одержувати нитки і звичайним прядінням, щоправда, вони не мають шовковистий блиск. От якби навчитися готувати штучні нитки з целюлози, що не йде на прядіння, наприклад з тієї, що знаходиться в деревині, і не застосовувати при цьому дорогу азотну кислоту.

Великим завоюванням хімії було створення саме такого способу. Цей спосіб зветься віскозного і є в даний час одним з найпоширеніших.

Виробництво віскозного шовку полягає в наступному:

Як відомо, у деревині целюлоза складає приблизно 50% по масі. Щоб виділити чисту целюлозу, деревину перетворюють у тріску і варять у великих закритих казанах, під тиском у кілька атмосфер, з розчином гідросульфіту кальцію Ca(HSO3)2. Варіння продовжується біля доби. При цьому гідросульфіт руйнує речовини, що склеюють волоконця клітковини, і вона, як хімічно найбільш стійка, виділяється у вільному виді. Целюлозу змішують з водою і рідкою кашкою, що утвориться, виливають поступово на безупинно рухливу стрічку. Після видалення води, висушування і різання утворяться аркуші так називаної сульфітної целюлози, що нагадує собою картон. Частина сульфітної целюлози йде на вироблення паперу, а частина – на виробництво віскозного шовку.

З отриманої целюлози не можна безпосередньо випрясти нитки, її треба спершу перевести в розчин, щоб потім за прикладом нітратного шовку з грузлого розчину витягати нитки. Целюлоза не розчиняється ні у воді, ні в звичайно уживаних органічних розчинниках. Але виявилося, що якщо на целюлозу подіяти спершу концентрованим розчином лугу, а потім сірковуглецем CS2, то вона перетворюється в речовину, розчинна в розведених розчинах лугу, для одержання таких розчинів надходять у такий спосіб.

Аркуші целюлози обробляли лугом, потім їх подрібнюють механічним способом, що одержану пластівчасту масу через якийсь час обробляють в особливих апаратах сірковуглецем. Продукт реакції целюлози з лугом і сірковуглецем здобуває оранжево-жовте забарвлення, і тому називається ксантогенатом (від грец. “ксантос” – ясно-жовтий). Ксантоганат являє собою ефір целюлози.

До ксантогенату доливають 4-процентний розчин гідроксиду натру. Утвориться грузлий розчин – віскоза. Цей спосіб одержав назву віскозного. Віскозу залишають на кілька днів “дозрівати”, щоб вона стала придатної для формування волокна. Готова віскоза надходить у цех прядіння. Тут на десятках машин з її готують шовкові нитки.

Відомі й інші штучні волокна.

З принципом одержання одного з них легко познайомитися навіть практично.

Доллємо до розчину мідного купоросу розчин гідроксиду натрію. Вийде блакитний осад гідроксиду міді:

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

відфильтруем осад і розчинимо його в міцно нашатирному спирті (водяному розчині аміаку NH3). При цьому утвориться так звана комплексна мідно-аміачна сполука, розчинна у воді, і рідина приймає красиве темно-синє забарвлення.

У цій рідині розчинний, при помішуванні паличкою, грудочка вати (вата – це волокна бавовни). У нас вийде мідно-аміачний розчин целюлози. Якщо тепер його вилити тонким струменем у розчин чи кислоти лугу, то комплексна сполука міді розкладеться, і целюлоза виділиться знову у виді хлопьев і ниток. Мідно-аміачний розчин целюлози ми можемо видавлювати в осадительную ванну з якого-небудь насосика, наприклад медичного шприца. Тоді целюлоза затвердевает у виді довгих ниток. Це буде вже досить повним наслідуванням виробничому процесу одержання волокна.

У промисловості для одержання мідно-аміачного шовку використовується бавовняне волокно – линт. Щоб виділити целюлозу з мідно-аміачного комплексу, розчин видавлюють через фильеры в теплу чи воду розчин лугу і нитки, що утворяться, пропускають потім через розчин сірчаної кислоти.

Мідно-аміачний шовк називають павутиною з міцністю стали. Однак він тонше павутини і тонше натурального шовку і по міцності мало уступає останньому, а по красі навіть перевершує його.

Особливою міцністю володіє ацетатне волокно. По цьому способі линт обробляють сумішшю оцтової кислоти CH3COOH і оцтовий ангідриди (CH3CO)2O у присутності невеликого кількість сірчаної кислоти. У результаті реакції утвориться складний ефір – диацетилцеллюлоза чи триацетилцеллюлоза. Якщо формулу целюлози зобразити у виді [C6H7O2(OH)3]n чи, спрощено (одна ланка молекули), у виді C6H7O2(OH)3, то формула диацетилцеллюлозы буде C6H7O2(OH)(OOCCH3)2, а формула триацетилцеллюлозы C6H7O2(OOCCH3)3.

Той і інший складний ефір целюлози використовуються для одержання штучного волокна. З цією метою перший з них розчиняють у суміші етилового спирту й ацетону, а другий – у суміші спирту і хлористого метилену. Отриманий у тім чи іншому випадку грузлий розчин видавлюють через фильеру в шахту, у якій проходить нагріте повітря. По випарі розчинника утворяться нитки шовку. Цей спосіб називається сухим формуванням волокна на відміну від попереднього способу – мокрого формування.

Усі розглянуті раніше волокна складаються, у кінцевому рахунку, з целюлози, хоча вона в процесі переробки піддавалася ряду перетворень. Ацетатне ж волокно від них істотно відрізняється тим, що є складним ефіром целюлози. Воно не набухає у воді і менше інших утрачає міцність у вологому стані.

Поки ацетатне волокно обходиться дорожче віскозного, тому що на виробництво його йдуть такі коштовні речовини, як оцтовий ангідрид, ацетон і т.п.

Крім штучного волокна, з ацетилцеллюлозы готують непальну плівку, лаки, целлон.

Можна легко і безпомилково відрізнити бавовняну тканину від вовняної. Для цього варто лише узяти від зразків по невеликій ниточці і підпалити їх. Якщо нитка бавовняна відчувається запах горілого папера; якщо нитка вовняна, ми відчуємо запах смаленого. Це відбувається тому, що вовна білкового характеру, а білки при нагріванні утворять летучі азотовмісні речовини з характерним запахом.

Чи можна подібним способом відрізнити нитка штучного волокна від бавовняної чи від нитки натурального шовку? Згадаємо, що штучне волокно складається в основному з целюлози; очевидно, воно при горінні не буде давати запаху паленого волосся, і за цією ознакою його не відрізнити від бавовняної нитки. Але його, виявляється, можна легко відрізнити від натурального шовку, адже натуральний шовк – це білок, і він, отже, подібно вовни, при підпалюванні буде видавати характерний запах.

Наше століття часто називають століттям синтетичної хімії. Дуже багато нових речовин одержала хімія за допомогою синтезу.