khimie.ru

Стремление исследователей получать аналоги природных веществ путем химических превращений и растущая экономическая потребность в этих веществах привели в конце XIX в. к развитию нового направления в химии — созданию искусственных материалов. Это направление вскоре стало приобретать все большее значение и для промышленности, и для населения. Во второй половине XIX в. численность населения быстро возрастала. Это объяснялось, с одной стороны, достижениями химии и медицины в борьбе с возбудителями болезней, широким использованием профилактических прививок против оспы и других эпидемических заболеваний с высоким уровнем смертности, а с другой — распространением гигиенических навыков у населения. Благодаря применению минеральных удобрений и введению более рациональных способов производства сельскохозяйственной продукции улучшилось питание людей. При этом городское население, численность которого в связи с процессом индустриализации быстро увеличивалась, было в достаточной степени обеспечено продуктами питания.

Сырье для текстильной промышленности (шерсть, лен, хлопок, шелк) также поставлялось сельским хозяйством. Хотя нехватка этих природных продуктов еще не ощущалась, все же, как только были достигнуты успехи в многочисленных синтезах органических веществ, химики начали поиск новых, более дешевых исходных материалов и для текстильной промышленности. Однако только в конце XIX в. Луи Барниго де Шардонне удалось создать новый метод получения искусственных волокон.

Этому предшествовало открытие в 1846 г. Христианом Шёнбеином нитроцеллюлозы и способности ее растворяться в спиртоэфирной смеси. В 1855 г. было обнаружено, что если спиртоэфирный раствор нитроцеллюлозы (коллодий) — густую, сиропообразную жидкость — пропускать через узкие фильеры, то образуются быстро застывающие нити. Однако при этом слишком велика была опасность взрывов раствора нитроцеллюлозы. Только после того, как в 1883 г. И. Свен нашел способ денитрования целлюлозонитратных нитей, появилась возможность разработки удобных методов получения тканей из искусственных волокон. В 1891 г. Шардонне удалось создать в Безансоне первую фабрику по производству искусственного волокна и получить нитрошелк и шелк, наз­ванный его именем. И хотя нитрошелк имел существенные недостатки — горючесть и потеря прочности в результате денитрования,— предприятия по производству искусственных волокон начали вскоре создаваться во многих европейских странах.

В 1857 г. Эдуард Швейцер обнаружил, что целлюлоза растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди (II) (реактив Швейцера). Образовавшийся раствор отфильтровы­вали и пропускали через фильеры в кислую осадительную ванну, содержащую серную кислоту, кислые соли и т.п. Таким образом удавалось превратить целлюлозу в нити. С 1899 г. в Германии этим методом стали производить нити, получившие название «блестящий материал» („гленцштоф»).

Другой метод был основан на открытии Пауля Шутценбергера (1865 г.): хлопковый подпушек при растворении в ледяной уксусной кислоте в присутствии уксусного ангидрида и катализатора превращался в триацетатцеллюлозу, а затем перерабатывался в ацетилцеллюлозу. В 1913 г. было налажено производство ацетатного шелка. Из ацетилцеллюлозы получали, кроме того, пленку, которая в отличие от нитроцеллюлозной пленки не воспламенялась.

Английские ученые Чарльз Фредерик Кросс, Эдвард Джон Бивен и Клейтон Бидл разработали метод получения вискозы. В 1892 г. вискоза уже появилась в продаже. Согласно этому методу, листы целлюлозы помещали в 18% -ный раствор едкого натра, затем отжимали, разделяли на волокнистые кусочки и, наконец, в течение дня выдерживали без доступа воздуха. При этом происходили различные процессы: разрушение полимерной структуры молекул целлюлозы, гидратация и т.п. Обработанная таким образом целлюлоза превращалась затем при действии сероуглерода в так называемую вискозу — натриевую соль ксантогената целлюлозы. Вязкий продукт реакции должен был быть очищен для более легкой коагуля­ции вещества при разливе из фильер и погружении нитей в солевой раствор, подкисленный серной кислотой.

Позднее из вискозных нитей получили штапельное волокно; из целлюлозы получали массу, которая выходила из фильер либо в виде нитей, либо в виде пленки. В продажу этот материал поступал под названиями «целлофан», «транспарит»,  «гелиоцель».

В 1913 г. 1 кг искусственного волокна стоил 12,25 марки, 1кг шелка-сырца — 41,40 марки, 1 кг шерсти — 3,65 марки, 1 кг американского хлопка — 1,30 марки. Искусственные нити применялись для изготовления чулок, вязаных изделий, шелкового трикотажа, обивочных тканей и т.д. В 1920-е и 1930-е годы  было налажено уже крупномасштабное  производство искусственного шелка.

Вискоза, которую можно было получать не из хлопка, а из древесины, имела также большое значение. В 1930 г. в объеме мирового производства тканей из искусственных волокон доля вискозных тканей достигла 86 % и лишь 14 % приходилось на долю остальных искусственных волокон.

В 1930-е гг. были разработаны химические методы полимеризации низкомолекулярных веществ с образованием линейных высокомолекулярных соединений, которые могли служить исходным веществом для создания тканей, полученных, таким образом, исключительно синтетическим путем. Хотя 1930-е годы уже не относятся к теме нашей книги, мы остановились вкратце на этом периоде потому, что, как писал Г. Кларе, уже на рубеже столетия «был найден принцип получения синтетических нитей из неразложенных расплавленных высокополимерных веществ». В то время у некоторых химиков был уже «в руках полученный из аминокапроновой кислоты или капролактама полиамид, который сегодня становится исходным материалом, получаемым в больших промышленных масштабах для поликапролактамового волокна». Однако тогда значение этого открытия еще не было осознано.

Прежде чем из полимеров получили синтетическое волокно, в 1921 г. Г. Штаудингером было установлено макромолекулярное строение таких высокомолекулярных природных веществ, как каучук и другие коллоидные вещества, а в 1926 г. доказано существование макромолекул, в состав которых входят тысячи атомов. Исследование строения макромолекул стало возможным благодаря разработке в 1910-1920 гг. новых физических и физико-химических методов (ультрацентрифугирование, осмометрия, дифракция рентгеновских лучей и вискозиметрия). В 1929 г. У. Карозерс начал фундаментальные исследования циклизации и полимеризации органических молекул. В 1932 г. Карозерс и Хилл обнаружили, что из расплавленных полиэфиров, которые путем молекулярной перегонки переводятся в «суперполиэфир» (термин Карозерса), можно вытянуть нити, которые, затвердевая при охлаждении, превращаются в бесконечные волокна. Однако лишь спустя несколько лет было налажено промышленное производство синтетического волокна из полиамида. Со временем искусственные ткани приобретали все большее значение, и производство их стремительно возрастало.