Эмиль Вознесенский - Химическая технология текстильных материалов

Из всех природных волокон натуральный шелк – самое легкое волокно и наряду с красивым внешним видом обладает высокой гигроскопичностью (11 %), мягкостью, шелковистостью, малой сминаемостью.

Натуральный шелк – сырец состоит в основном из природного белка фиброина (75–80 %) и растворимого шелкового клея – серицина (20–25 %). Нить содержит также примеси, растворимые в спирте и эфире, минеральные соли и природные красящие вещества.

Несмотря на многолетние исследования, окончательный химический состав фиброина и его структура до сих пор не установлены. Считают, что макромолекула фиброина шелка образована остатками простейших аминокислот, соединенных пептидными связями. Полипептидные цепи макромолекул фиброина, имеющие подобно кератину шерсти складчатую структуру, на 40–60 % ориентированы вдоль оси волокна и в поперечных направлениях связаны между собой водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса. Натуральный шелк не имеет клеточного строения и это роднит его с синтетическими волокнами.

Химические свойства шелкового волокна близки к шерсти. Основные различия обусловлены особенностями химического состава и структуры фиброина шелка.

Фиброин выдерживает нагревание до температуры 140 оС, а при 180 оС он разрушается. Его гигроскопическая влажность составляет 11 %, при набухании в воде поперечное сечение волокна увеличивается на 19 %, длина на 1,2 %.

Фиброин обладает относительно хорошей устойчивостью к действию кислот. Разбавленные растворы минеральных кислот разрушают его лишь при кипячении в течение 30 мин. Обработка фиброина разбавленными растворами органических кислот заметно повышает блеск волокна, и оно приобретает характерный для натурального шелка скрип.

Растворы щелочей деструктируют фиброин шелка, но не настолько интенсивно как кератин шерсти. При этом происходит гидролитичесое расщепление макромолекул по пептидным связям.

Восстановители не оказывают разрушающего воздействия на шелк по причине отсутствия в фиброине остатков цистиновой кислоты, то есть ковалентных дисульфидных связей.

Заметную чувствительность шелк проявляет к действию окислителей, особенно хлорсодержащих. Они вызывают пожелтение волокна и придают ему жесткость. Под действием света и кислорода воздуха происходит фотохимическое окисление фиброина, что сопровождается деструкцией волокна и снижением износостойкости шелковых тканей.

Фиброин достаточно устойчив к действию микроорганизмов и к процессу гниения.

Натуральный шелк перерабатывают в промышленности из непрерывных нитей, полученных при размотке коконов тутового шелкопряда, а также в виде шелковой пряжи, вырабатываемой из отходов кокономотального производства.

Искусственные волокна

Наибольшее значение для текстильной промышленности имеют искусственные волокна: вискозные и ацетатные. Их получают из природных полимеров (древесная или хлопковая целлюлоза) путем химической модификации. Искусственные волокна сочетают в себе свойства, характерные как для натуральных, так и для синтетических волокон.

Гидратцеллюлозные волокна

Исходным сырьем для получения гидратцеллюлозных волокон является хлопковая или древесная целлюлоза, которая химическим путем перерабатывается в вискозное и медно-аммиачное волокна.

Вискозное волокно получают из ксантогената целлюлозы, представляющего собой продукт взаимодействия щелочной целлюлозы с сероуглеродом. При осаждении прядильного раствора, продавленного через фильеры в раствор серной кислоты, струйки превращаются в твердые элементарные волокна, состоящие из гидратцеллюлозы.

В основе производства медно-аммиачного волокна лежит способность целлюлозы растворяться в аммиачном растворе гидроксида меди с образованием вязких систем. Формование нити осуществляют в осадительной ванне в присутствии 10 %-ной серной кислоты. При этом целлюлозно-медноаммианый комплекс разлагается с образованием гидратцеллюлозной нити.

Гидратцеллюлоза имеет такое же химическое строение, как и природная целлюлоза – [C 6H 7O 2(OH) 3] n, но является ее структурной модификацией. К характерным особенностям гидратцеллюлозных волокон следует отнести:

– небольшую длину макромолекул (степень полимеризации 400 – 600);

– более рыхлую физическую структуру (степень кристалличности 30–40 %);

– повышенную гигроскопичность (12–14 %);

– повышенную сорбционную способность.

К существенным недостаткам гидратцеллюлозных волокон относятся:

– значительная потеря прочности в мокром состоянии (на 40–45 %);

– большая сминаемость и значительная эксплуатационная усадка изделий;

– неэкологичность производства.

Основные химические свойства гидратцеллюлозы аналогичны ранее рассмотренным для целлюлозы. Однако, вследствие менее упорядоченной структуры и большей активности, она более чувствительна к действию химических реагентов. В частности, она сильно набухает и затем частично растворяется в 10 %-ном растворе гидроксида натрия. Это свойство используют при распознавании гидратцеллюлозных и целлюлозных волокон.

В зависимости от назначения гидратцеллюлозные волокна производят в виде непрерывных нитей, штапельного волокна или в форме жгута. Штапельные волокна смешивают с натуральными или синтетическими и с успехом перерабатывают на оборудовании, применяемом в хлопчатобумажной и шерстяной отраслях.

Помимо обычного вискозного штапельного волокна, выпускаются высокомодульные гидратцеллюлозные хлопкоподобные волокна (полинозное, сиблон и др.) Они отличаются более равномерным расположением макромолекул по поперечному сечению волокна, что достигается в процессах формования и вытяжки. Физико-механические свойства этих волокон выше, чем у обычных гидратцеллюлозных и близки к соответствующим показателям хлопкового волокна. Они в меньшей степени теряют прочность в мокром состоянии, более эластичны, отличаются стабильностью размеров и меньше усаживаются в процессе эксплуатации. Вискозное высокомодульное волокно сиблон обладает рядом существенных пороков: не прорезанные волокна, склейки, неравномерная влажность, недостаточная рассыпчатость и др.

Ацетилцеллюлозные волокна

К ацетилцеллюлозным относятся ацетатные и триацетатные волокна. По химическому составу они представляют собой уксуснокислые эфиры целлюлозы и этим отличаются от гидратцеллюлозных волокон, состоящих из чистой регенерированной целлюлозы.

Триацетатные нити состоят из триацетилцеллюлозы [C 6H 7O 2(OCOCH 3) 3] n, а ацетатные – из продукта частичного омыления триацетилцеллюлозы, называемого диацетилцеллюлозой [C 6H 7O 2(OH)(OCOCH 3) 2] n.

В отличие от гидратцеллюлозных волокон ацетатное волокно менее гигроскопично, имеет меньшую способность к набуханию в воде, меньше теряет прочность в мокром состоянии. Оно обладает повышенной мягкостью и эластичностью, более высокими упругими свойствами и меньшим блеском. Одновременно с этим оно имеет сравнительно низкую термостойкость, высокую термопластичность и не окрашивается большинством красителей, используемых для колорирования целлюлозных волокон и натурального шелка.