Александр Артеменко - Удивительный мир органической химии

В то же время население земного шара постоянно увеличивалось и получаемых натуральных текстильных волокон постоянно не хватало.

Наступила вторая половина XIX в. Химики многих стран обратили внимание на проблему создания химических волокон, т. е. таких волокон, которые не встречаются в природе. Их можно было получить двумя путями: или из природных высокомолекулярных веществ (обычно целлюлозы) путем их химической переработки, или из синтетических веществ (полимеров). Первые волокна назвали искусственными, а вторые — синтетическими.

Хорошо известно, что одним из самых важных растительных волокон является хлопок. Его волокна состоят почти из чистой целлюлозы. Однако лишь в исключительных случаях целлюлоза встречается в таком чистом виде, как в волокнах хлопка. Часто ей сопутствуют примеси — другие высокомолекулярные вещества. Было бы заманчивым вырабатывать из древесной целлюлозы текстильные волокна. К сожалению, это не удается сделать. Основной причиной является то, что целлюлозные волокна настолько короткие, что из них нельзя прясть нити. Кроме того, макромолекулы в целлюлозе расположены в беспорядочном виде и не ориентированы в одном направлении. А если к этой проблеме подойти с другого конца? Если целлюлозные волокна нельзя прясть, то, может быть, лучше растворить целлюлозу в подходящем растворителе, а потом этот раствор переработать в нить, которая затем затвердеет? Но, как всегда, трудности возникают там, где их не ждут. Оказалось, что целлюлоза не растворяется ни в одном из известных растворителей. Что же делать?

Но выход был найден. В 1846 г. немецкий химик Христиан Фридрих Шёнбейн (1799-1868), обрабатывая целлюлозу азотной кислотой, получил продукт, который растворялся в спиртоэфирной смеси. Это была нитроцеллюлоза — густая сиропообразная жидкость. Позже, в 1855 г., было обнаружено, что если спиртоэфирный раствор нитроцеллюлозы выдавливать через мелкие (не более 0,1 мм) отверстия (такое устройство называется фильерой), то образуются блестящие нити, которые быстро отвердевают. Эти нити были очень похожи на натуральный шелк. Правда, эти нити таили в себе большую опасность. Дело в том, что раствор нитроцеллюлозы взрывоопасен и одежда из таких нитей могла вспыхнуть от искры и даже от сильного удара. Представляете, что могло случиться с дамой, одетой в платье из нитроцеллюлозного шелка, если стоящий рядом с ней мужчина небрежно обращался со своей сигарой?

Однако в 1883 г. был найден способ удаления опасных нитрогрупп и получения безопасных целлюлозных нитей. Уже в 1891 г. Луи Барниго де Шардонне (1839-1924) создал первую фабрику по производству искусственного волокна.

Другой метод получения искусственного волокна из целлюлозы был открыт в 1865 г. Немецкий химик Пауль Щутценбергер (1827-1897) однажды обнаружил, что, обрабатывая целлюлозу ледяной уксусной кислотой (в присутствии уксусного ангидрида), можно получить ацетат целлюлозы, который хорошо растворяется в ацетоне. Если ацетоновый раствор продавливать через фильеру, то можно получить пучок тонких волокон, которые после испарения ацетона скручиваются в одну непрерывную нить. Такие волокна, в отличие от нитроцеллюлозных, не обладают горючестью. Ткань, которую стали производить в 1913 г. из таких нитей, назвали ацетатным шелком.

Ацетатное волокно не мнется, на него не действуют бактерии и плесень. Его используют в производстве трикотажных изделий, негорючей фото- и кинопленки, лаков и других материалов.

Английские ученые Чарльз Фредерик Кросс (1855-1935) и Эдвард Джон Бивен (1856-1921) разработали в 1892 г. способ получения из целлюлозы другого волокна — вискозного. Для этого мелко измельченную целлюлозу они обработали разбавленным раствором едкого натра, а затем сероуглеродом. Получился растворимый в воде желто-оранжевый продукт — ксантогенат (от греч. ксантос — желтый) целлюлозы. Его водный раствор выдавливали через мелкие отверстия в ванну, наполненную разбавленной серной кислотой. В результате ксантогенат снова превращался в целлюлозу, но уже в виде тончайших целлюлозных нитей, напоминающих шелк. Так получили вискозное волокно. Если раствор ксантогената целлюлозы выдавливать через длинную узкую щель, то получают прозрачную пленку — целлофан.

Обычное вискозное волокно используют для изготовления одежды, подкладочных тканей, детских изделий. Высокопрочное вискозное волокно применяют для получения корда в производстве автомобильных покрышек. Вискозу используют также для изготовления искусственной кожи (кирзы).

Однако количество сырья, из которого изготавливаются искусственные волокна, в природе ограниченно. Как бы ни казались колоссальными запасы древесины, но они с каждым годом, к сожалению, уменьшаются. Кроме того, с развитием техники, различных отраслей промышленности возникают новые требования к волокнам. Они должны сочетать в себе многие свойства, которыми не обладают ни натуральные, ни искусственные волокна. Поэтому химики начали работать над созданием синтетических волокон.

Промышленное производство синтетических волокон началось в 40-х гг. XX в. Первое такое волокно было получено из перхлорвинилхлорида.

Его назвали хлорином. Волокно обладает очень высокой стойкостью к действию кислот и щелочей, но недостаточной свето- и термостойкостью. Используют его для производства спецодежды, лечебного белья (волокна легко заряжаются электричеством), фильтровальных тканей. В смеси с другими волокнами применяется для изготовления тканей повышенной плотности, ковров, искусственной кожи, пушистых трикотажных изделий, бумаги для чайных пакетов и т. д.

В настоящее время известно большое число различных синтетических волокон. Кроме перхлорвинилхлоридных волокон, особое значение имеют полиамидные (капрон, анид, энант), полиэфирные (лавсан), полиакрилонитрильные (нитрон) и другие волокна.

Синтетические волокна эластичны, не мнутся, отличаются высокой плотностью. Они не боятся моли и плесени. Однако обладают некоторыми недостатками: плохо впитывают влагу, а при трении накапливают статическое электричество. Были созданы и такие уникальные волокна, которые обладают термостойкостью, негорючестью и даже биологической активностью. Такие волокна позволяют решать многие проблемы, связанные с развитием самолето- и ракетостроения, освоением космоса, атомной энергетики и т. д.

Итак, из большого разнообразия синтетических волокон самыми важными являются полиамидные, полиэфирные и полиакрилонитрильные. Расскажем о них подробнее. Все полиамидные волокна содержат в макромолекуле амидные (пептидные) связи —СО—NH—, но имеют различное строение.