Классификация искусственных и синтетических волокон, их преимущества и недостатки
На протяжении столетий человек использовал для создания одежды и других предметов обихода натуральные ткани из шерсти, хлопка, льна, шелка, но со временем возникла необходимость в искусственных материалах, более прочных и надежных. Так появились искусственные волокна, обладающие качественно иными характеристиками по сравнению с органикой.
Под волокном понимается гибкая нить из натуральных или искусственных полимеров, используемая для изготовления текстильной продукции или пряжи.
Виды волокон
Если говорить о натуральных волокнах, то они могут быть минерального, животного или растительного происхождения.
Неорганические волокна создаются с использованием различных химических процессов.
Классификация на группы:
- Искусственные волокна (добытые путем химической переработки из различного сырья). Для их производства чаще всего используются целлюлоза и пух.
- Синтетические волокна. Эта разновидность добывается из синтезированных полимеров, а сырьем выступают циклогексан, фенол, этилен, бензол.
В современной промышленности для создания текстильной продукции широко производятся обе группы. Рассмотрим особенности каждой из них подробнее.
Искусственные волокна
Для получения искусственных волокон используются далеко не все полимеры, а только обладающие линейным строением. Их расплавляют или делают жидкими с помощью специальных растворителей. Получившуюся жидкость пропускают тонкой струей через сито с очень мелким плетением, в результате образуются длинные нити. Также можно добывать полимеры синтетическим способом, а потом укладывать в определенном порядке молекулы.
Самыми популярными искусственными волокнами являются ацетатное и вискозное. В роли исходного полимера выступает вискоза, полученная из древесины или же хлопчатобумажный пух, получаемый из семян хлопка. Для разжижения целлюлозы используют различные виды химических растворов, в зависимости от которых получаются разные волокна (ацетатные, казеиновые, медно-ацетатные, штапельные, вискозные). Искусственные волокна характеризуются сравнительно небольшой гигроскопичностью, но тем не менее они достаточно прочные.
Ацетатное волокно
Как получают ацетатное волокно:
- Целлюлоза взаимодействует с уксусной кислотой под влиянием серной кислоты, в результате производят триацетат целлюлозу, растворяемую в смеси этанола и дихлорэтана.
- Образуется вязкий густой раствор, который пропускают через металлические колпаки с большим количеством мелких отверстий (фильеры). Струи раствора через фильеры попадают в шахту, через которую проходит нагреваемый воздух.
- В итоге растворитель постепенно выдыхается и появляются невесомые нити, из которых с помощью прядения и создается ацетатный шелк.
Впервые ацетатную ткань добыл в 1889 году француз Шардоне.
Ацетатное волокно широко используется в текстильной промышленности благодаря отличной износостойкости. Ткани из него практически не мнутся, не деформируются после стирки, хорошо сохраняют тепло, тактильно приятны.
К недостаткам можно отнести невысокую гигроскопичность и склонность к накоплению статических электрических зарядов. Из ацетатного волокна производят ткань для детской одежды, белья, платьев и блузок, мужских рубашек. Также применяют его и для изготовления изоляционного материала.
Вискозное волокно
Для получения вискозного полотна целлюлозу обрабатывают раствором сероуглерода и щелочи. Вискоза — тип ткани, мягкий на ощупь, гигроскопичный, воздухопроницаемый. Она равномерно и насыщенно окрашивается и долго сохраняет свои потребительские характеристики.
Наряду с достоинствами вискозное волокно имеет и ряд недостатков: ткани из него сильно мнутся и быстро истираются, что приводит изделия в негодность. Основное применение вискозы – пошив женской одежды, ведь из нее получаются воздушные юбки и невесомые топы.
Полиамидные – стойки к истиранию и устойчивы к растяжению, однако они сильно электризуются и практически не сохраняют тепло. Данный вид используется для изготовления тончайшего кружева, эластичных ниток, белья, канатов.
Интересен тот факт, что полиамидное волокно крайне неустойчиво к термическому воздействию. Так, при нагреве до 160 градусов, оно теряет прочность в два раза.
Читайте также: Какие ткани плохо развиты у мхов
Полиэфирные волокна
К полиэфирным относятся лавсан, терилен, дакрон. Их общим недостатком является повышенная жесткость и электризуемость. Лавсан применяют для производства бытовых материалов.
Синтетические волокна
С развитием промышленности возникла потребность в новых, более прочных и практичных, тканях, которые будут выдерживать агрессивные среды. Во второй половине 30-х годов прошлого века были созданы методы синтеза волокнообразующих полимеров, а спустя несколько лет появились первые волокна синтетического происхождения.
Виды синтетических волокон:
- полиэстерные (лавсан);
- полиамидные (нейлон, капрон, энант);
- полиолефиновые;
- полиакрилонитрильные (нитрон).
Самым распространенным синтетическим волокном, используемым для создания тканей, является капрон, добываемый из капролактама. Смолу сперва расплавляют, а потом пропускают через фильеры, после чего стволы смолы охлаждают и добывают из них волокно.
Капрон. Капрон известен своей износостойкостью (по прочности его можно сравнить со сталью), химической устойчивостью, эластичностью. Капрон не подвержен гниению из-за того, что практически не впитывает влагу. Однако капрон не устойчив к термическому воздействию (плавится уже при 250 градусах по Цельсию), а также к влиянию концентрированной кислоты.
Из капрона шьют колготки, шарфы, носки, блузки, изготавливают искусственный мех и ковровые изделия, прочные рыболовные сети, производят специальный материал – каркас для авиа- и автопокрышек, фильтры.
Капроновая смола служит основой для деталей техники, подверженной повышенному износу. Капроновые нити используются в хирургии. Такая нить невероятно легкая, так, всего 1 грамм весят 9 километров волокна.
Нитрон. Не менее прочным и эластичным является нитрон. К его преимуществам относятся низкая теплопроводность и великолепная светостойкость. Нитрон не чувствителен к кислотам, но легко разлагается под влиянием концентрированного щелочного раствора. Из волокна изготавливают искусственный мех с ворсом и ковровое покрытие.
Лавсан, напоминающий шерсть, отличается от нее высокой прочностью. Пошитые из него изделия не нуждаются в глажке. Лавсан устойчив к органическим растворителям, но подвержен действию щелочи и кислоты. Часто лавсановые нити смешивают с другими волокнами, например, хлопком, льном, шерстью, для повышения их потребительских качеств. В промышленности его используют для изготовления декоративной ткани, искусственного меха, трикотажа, электроизоляционных материалов, шин, нефте- и бензиностойких шлангов.
Помимо вышеперечисленных волокон существуют и другие, не так широко применяемые виды узкого назначения (жаростойкие, биологически активные, полупроводниковые, сверхпрочные и т.д.). Так, перлон прочнее проволоки, хлорин не горит и не подвержен воздействию кислот и щелочей. Такие качества незаменимы при создании спецодежды из синтетических и искусственных волокон, прокладок в химических аппаратах, лечебного белья.
Широко известный эластан очень прочный, но подвержен выцветанию и деформации, поэтому его используют не в чистом виде, а в сочетании с другими материалами для повышения их качества.
Синтетическое волокно «Лола» уникально тем, что не горит, а лишь накаляется при температуре 1200 градусов Цельсия, поэтому его используют для пошива огнезащитной одежды.
Основные отличия искусственных и синтетических волокон
Несмотря на то, что обе разновидности волокон имеют ненатуральное происхождение, они различны между собой:
- Если искусственное волокно производится на основе высокомолекулярных органических веществ (белок, кератин, целлюлоза), то синтетическое – на основе низкомолекулярных (не встречающихся в природе).
- Следует заметить, что как синтетические, так и искусственные при классификации текстильных и других товаров следует отделять от натуральных. В готовом виде ни первые, ни вторые не имеют органического аналога.
Но, в целом искусственные ткани более близки к природе, нежели синтетические, поскольку, как было отмечено выше, в их основе лежат органические вещества. Так, исходным сырьем для вискозы является целлюлоза, подвергнутая воздействию гидроксида натрия и полимеризованная.
Читайте также: Характеристика тканей для рабочей одежды
Химический состав синтетических волокон бывает чрезвычайно сложным, в нем зачастую трудно выделить один основной компонент. В этом и состоит основное различие между двумя большими группами химических волокон.
Создание тканей из волокон искусственного происхождения
Идея искусственным путем создать волокна и нити, напоминающие натуральные, возникла давно. Сначала появилось желание воспроизвести вить, напоминающую натуральный шелк. Он ценился очень высоко и постоянно был в центре внимания алхимиков так же, как золото и другие благородные металлы. Более 300 лет назад, в 1665 г., выдающийся английский ф изик Роберт Гук, законы которого положили начало науке о сопротивлении материалов, опубликовал трактат, в котором логически подошел к проблеме получения искусственного шелка. Гук писал: «Я часто думаю, что можно, по-видимому, найти пути искусственно получать клейкую массу, аналогично тому, как она образуется у шелковичного червя, или даже еще лучше. Если такая масса будет найдена, то, по-видимому, более легкой задачей будет найти путь вытягивания этой массы в тонкие нити. Я не буду указывать на пользу такого изобретения она совершенно очевидна…» Ученый предположил, что получать искусственные волокна можно из отходов белковых веществ взамен натурального шелка.
Позднее, в 1734 г., французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр пытался воспроизвести процесс выделения гусеницей шелкопряда шелковой нити и получить волокно, но составу и свойствам аналогичное натуральному шелку. Он считал, что шелк это не что иное, как жидкая смола, которую высушили, и высказал предположение, что искусственный шелк можно получать из различных смол. Но невысокий уровень развития химии в то время не позволил ученым решить задачу по созданию искусственных волокон.
С момента опубликования логических выкладок Роберта Гука до получения первой нити химическим путем прошло почти два столетия. Сначала для производства искусственных волокон использовали только природное сырье. И лишь в 80-х годах ХIХ в. ботаник К. Негели установил, что хлопок состоит из целлюлозы — то есть из того же вещества, что и бумага, которую получают из древесины.
Ученые поняли, что древесина вполне может быть сырьем для получения волокон. Это было открытие, которое помогло создать искусственные волокна. Первый патент на производство искусственного шелка был получен в 1853 г. англичанином Джорджем Аудемарсом. Он предложил формовать бесконечные тонкие ниши из раствора нитроцеллюлозы в смеси спирта и эфира.
Следующим был патент, выданный в 1857 г. Эдварду Джозефу Хьюзу из Манчестера. Он предлагал получать волокно из смеси жира, клея, муки, масла, желатина и целлюлозы. Однако практически его идею воплотить в жизнь не удалось.
Текстильные журналы того времени опубликовали ряд статей с предостережениями о последствиях использования одежды из искусственных волокон. Французское правительство вынуждено было закрыть компанию, но Шардонне продолжил работы по усовершенствованию технологии своего производства. И уже в 1889 г. на Всемирной выставке в Париже ученый представил новые образцы пряжи и тканей промышленного производства.
Его методом получали искусственный шелк в Германии, Швейцарии и Бельгии. Но не только Шардонне удалось получить синтетическое волокно. В 1883 г. в Англии Д. Суон тоже получил нитроцеллюлозу, растворил ее в уксусной кислоте и после пропуска через тончайшие отверстия получил нити. Дочери изобретателя даже изготовили несколько скатертей из полученных волокон. Эти скатерти были представлены на выставке изобретений в 1885 г. как «искусственный шелк».
Читайте также: Фолликулярная гиперплазия лимфоидной ткани слизистой оболочки подвздошной кишки что это
В конце ХIХ в. химики предложили еще один способ приготовления «шелкового сиропа» из целлюлозы. Целлюлозу растворяли в реактиве Швейцера, образующемся при взаимодействии гидроксида меди и аммиака. Из этого раствора получили новый вид искусственного шелка — медноаммиачный. Как и в производстве нитрошелка, медноаммиачный раствор целлюлозы продавливали через тончайшие отверстия сначала в воду, а затем — в раствор серной кислоты. При этом происходило отщепление растворителя, и получались нити, состоящие из целлюлозы.
Наиболее широкое распространение получило вискозное волокно. В 1891г. молодые английские химики Чарльз Кросс и Эдвард Бивен открыли процесс получения вискозы: они предложили обрабатывать целлюлозу едким натром и сероуглеродом. Полученная жидкость после продавливания через отверстия и обработки кислотой давала тонкую и прочную нить.
К 1900 г. производство вискозного волокна составляло уже 1000 тонн. Перспектива производства этого волокна была очевидна. Огромные сырьевые ресурсы и их дешевизна открыли широкие возможности для производства вискозных волокон. Один кубический метр древесины дает 200 кг целлюлозы и примерно 150 кг волокна, из которого можно выработать до 1500 м ткани.
На основе целлюлозы производится ацетатное волокно. Натуральные волокна обрабатывали уксусной кислотой, а затем растворяли в ацетоне. Из раствора получали ацетатные нити. Впервые этот метод был предложен в 1869 г., но практическое применение началось только в 1890-м. В 1908 г. организовано производство белковых волокон из молочного казеина.
Волокна, получаемые в результате химической переработки природных полимеров растительного и животного происхождения, называют искусственными. Создавая волокна из готовых природных полимеров, ученые пришли к выводу, что можно научиться самим создавать нечто подобное. В результате многолетних исследований в 30-х годах ХХ в. были разработаны методы синтеза волокнообразующих полимеров состоящих из элементов углерода, водорода, кислорода, азота и др. На практике полимеры синтезируют из таких соединений, как бензол, фенол, этилен, ацетилен, аммиак, синильная кислота, которые в огромных количествах производят на химических заводах путем переработки природного сырья нефти, каменного угля, газа. Такие волокна называют синтетическими.
С выпуска в 1932 г. поливинилхлоридного волокна в Германии в текстильной промышленности новая эра.
Первый в мире завод по производству нейлона был открыт в 1939г. в США в Сифорде (штат Делавэр). Любопытно, что капрон распространенный волокнообразующий полиамид — был получен на 40 лет раньше нейлона. В 1899 г. немецкие исследователи Габриэль и Маас получили полимер Е-капролактам, но за этим открытием ничего не последовало.
В 1938 г. капрон заново открыл, и снова в Германии, Пауль Шлак, и назвал его перлоном. Но производство перлона в годы Второй мировой войны было засекречено: материал шел на военные нужды — в основном на производство парашютов и шинный корд.
В России капрон впервые был получен в 1947 г., а с 1950 г. началось производство лавсана. Он относится к полиэфирным волокнам и получил свое название в лаборатории высокомолекулярных соединений Академии наук СССР. Полиакрилонитрильные волокна (ПАИ) в мире производят с 1942 г., а у нас в стране — с 1963 г. Мир химических волокон многообразен. Производство этих волокон интенсивно развивается, причем более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья, меньшей трудоемкостью производственных процессов, разнообразием свойств тканей из таких волокон и их хорошим качеством.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом