Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных.
Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей.
Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время в ГДР наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные.
Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При массовом производстве сырье обязательно должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям.
Первое цельносинтетическое волокно было выпущено промышленностью в 1934 г. под названием волокно PC. Оно было изготовлено на основе поливинилхлорида. В результате хлорирования винилхлорида (см. схему) можно получить 1,1-дихлорэтен (несимметричный дихлорэтилен, винилиденхлорид). Из него получают волокна с повышенной термостойкостью. Обычно это соединение подвергают сополимеризации с винилхлоридом: Так получаются сополимеры на основе 1,1 — дихлорэтена. Поливинилхлоридные волокна устойчивы к кислотам и щелочам. Кроме того, они отличаются прочностью в мокром состоянии и негорючестью. Эти свойства особенно ценны для защитной одежды, уплотнений, фильтровальных тканей, рыболовных сетей, пожарных шлангов, канатов, театральных декораций и др. Материал вилан-вэше из поливинилхлоридного волокна, изготовляемый в ГДР на фабрике в Вольфене, хорошо удерживает тепло. Белье из него при ношении накапливает высокий электростатический заряд и поэтому особенно рекомендуется тем, кто страдает ревматизмом (Подобными лечебными свойствами обладают изделия, выпускаемые в нашей стране из поливинилхлоридного волокна под названием хлорин. — Прим. перев.). Правда, вследствие низкой температуры размягчения поливинилхлоридных волокон (от 80 до 90 °C) одежду из этой ткани нельзя кипятить и гладить.
В ГДР производство поливинилхлоридных волокон достигло такого уровня, что она может полностью удовлетворить потребности не только свои, но и двух соседних социалистических стран — Польши и Чехословакии.
К группе полиамидных волокон относятся дедерон и найлон (В нашей стране им соответствуют названия капрон и анид. — Прим. перев.). В их строении есть некоторое сходство с простыми белками — протеинами:
— NH — CHR1—СО — NH — CHR2—СО— фрагмент молекулы белка (полипептидная цепь), R1 и R2 — боковые цепи
[-NH-СН2)5-СО-]n дедерон
[— СО — (СН2)4_СО — NH — (СН2)6-NH-]n найлон
Напомним, что разложение дедерона при нагревании сопровождается характерным запахом паленых волос. В качестве исходного мономера для получения дедерона используется белое кристаллическое вещество— капролактам.
Ни одно синтетическое волокно не распространено так, как дедерон. Дедерон (капрон) впервые предложен немецким ученым Шлаком в 1936 г., а найлон — в 1931 г. Карозерсом в США. После этого менее чем за 20 лет их производство было налажено почти во всех индустриально развитых странах мира. В ГДР производство дедерона имеет огромное значение не только для удовлетворения внутренних потребностей страны, но и для продажи его другим странам.
Дедерон — легкий и одновременно очень прочный материал. Пара женских чулок из него весит всего лишь 10–20 г. Между тем, для их изготовления требуется более 10 километров нити.
Предел прочности дедерона на разрыв составляет около 57 кгс/мм2, тогда как у латуни он равен 35–52, у меди 22–38, а у алюминия 10–20 кгс/мм2. Кроме того, дедероновое волокно обладает высокой эластичностью, удовлетворительной стойкостью к действию разбавленных кислот и щелочей, а также исключительно высоким сопротивлением истиранию и продольному изгибу.
При изготовлении дедероновых чулок применяют метод формования нитей из расплава. Вязкую массу протягивают через фильеры со скоростью 900—1100 м/мин. В прядильной шахте под действием теплого воздуха нити затвердевают. После охлаждения их растягивают, при этом они становятся в 7 раз длиннее. В процессе растягивания макромолекулы в нитях располагаются параллельно друг другу, а между группами СО и группами NH соседних молекул, расположенных одна над другой, образуются водородные связи.
Благодаря этому прочность нитей на разрыв увеличивается в 5 раз.
Прядение дедерона (капрона) из расплава
Соберем прибор для формования нити из расплава. Для него понадобится маломощный нагревательный элемент (рефлектора или любого другого электроприбора — что удастся найти в магазинах электротоваров).
(Изготовление подобных самодельных нагревателей из готовых узлов бытовых электронагревательных приборов подробнее описано в книге: Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976, — Прим. перев.). В этот нагревательный элемент вставим маленькую пробирку (для полумикроанализа) с оттянутым концом, как указано на рисунке. Включим его в сеть через реостат и, перемещая движок реостата, отрегулируем сопротивление нагревательного элемента так, чтобы внутри керамического цилиндра температура поддерживалась в пределах 210–220 °C. В пробирку поместим кусочек стекловаты, а на него — кусочки капрона (нарезанную леску, куски щетки, капронового шнура и т. д.). Когда материал начнет плавиться, увеличим давление в пробирке, присоединив к ней умеренно надутую камеру от волейбольного мяча. Через отверстие в нижней части пробирки диаметром 0,2–0,4 мм будет выходить нить, которую нужно быстро вытягивать. В холодном состоянии нить можно растянуть.
Разумеется, пробирку можно нагревать и током горячего воздуха, получаемым при продувании воздуха через нагретую стеклянную или металлическую трубку. Нужно только учесть, что температура не должна быть выше указанной, потому что иначе капрон начнет разлагаться.
Этот опыт можно провести быстрее, хотя и не так изящно. В этом случае можно расплавить в пробирке немного капрона, отобрать стеклянной палочкой каплю расплавленного полимера и нанести ее на деревянную дощечку, лежащую на столе. Тотчас, пока масса еще горячая, из нее можно вытянуть палочкой длинную нить — во всю длину комнаты. Попробуйте растянуть такую нить, чтобы оценить ее прочность.
6. Ценные «мелочи». Коротко о химии красителей
Еще в X веке до нашей эры, на дне Средиземного моря вблизи Тира — легендарного города в древней стране Финикии, воздвигнутого на скале у побережья нынешней Сирии, — ловили улиток-иглянок. (Современные зоологи называют их Murex brandalis.)
Сотням рабов приходилось изо дня в день нырять за этими улитками в море. Другие рабы выдавливали их, растирали с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно-желтым, но под действием воздуха и солнечного света постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, наконец, приобретало великолепную фиолетово-красную окраску. Полученный пурпур в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он был тогда символом власти — право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и ближайших к ним знатных особ. Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, добытым таким способом, стоило очень дорого. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было обработать 10 000 улиток!
