Сторінка
1

Штучні та синтетичні волокна

Як вам відомо, натуральні волокна — бавовну, льон, вовнy, шовк — виробляють із природних волокнистих матеріалів. Природний полімер целюлоза також має волокнисту струк­туру, проте вона недостатньо впорядкована, щоб із неї можна було виробити нитки. З цією метою треба перебудувати струк­туру речовини. Це досягається хімічним шляхом: целюлозу, виділену з деревини, обробляють спеціальними речовинами, продукт розчиняють. У розчині полімерні молекули стають

більш рухливими, тепер з них можна формувати волокно (роз­чинник при цьому випаровується). Таким чином виготовляють штучні (ацетатне або віскозне) волокна, а з них — штучна (ацетатний або віскозний) шовк.

Волокна можна виробляти і синтетичним шляхом. Людо бавовна — полімерний матеріал, мономером якого є целюлозу то вовна і шовк — полімери білкової природи, молекули яких утворюються шляхом сполучення амінокислот. Як виявилося, подібну структуру має полімер амінокапронової кислоти складу H2N—(СН2)5—СООН. Загальна формула полімера:

• Складіть схему сполучення між собою трьох молекул амінокапронової кислоти за зразком, наведеним у § 13.

Волокно, вироблене з такого полімера, називається капро­ном. Воно міцне, не витирається, не вбирає вологу (через це швидко висихає), хоча й має деякі вади.

• Зважаючи на те, що це волокно білкової природи, зробіть при­пущення про його відношення до кислот, нагрівання. Дайте по­яснення.

Целюлоза

Знаходження у природі. Фізичні властивості. Целюлоза, або 4 клітковина, входить до складу всіх рослин, утворюючи в них обо­лонки клітин. Звідси походить і її назва («целула» — клітина). Целюлоза надає рослинам потрібної міцності та еластичності і є немовби їх скелетом.

Волокна бавовни містять до 98 % целюлози; волокна льону й конопель теж в основному складаються з целюлози; у деревині во­на становить близько 50%. Папір, бавовняні тканини — це вироби з целюлози. Особливо чистими зразками целюлози є вата з очище­ної бавовни й фільтрувальний (непроклеєний) папір.

Виділена з природних матеріалів целюлоза — тверда волокнис­та речовина, яка не розчиняється ні у воді, ні в звичайних орга­нічних розчинниках.

Будова целюлози. Целюлоза, як і крохмаль, є природним по­лімером. Виявилося, що ці речовини мають навіть однакові за складом структурні ланки, отже, і ту саму молекулярну форму­лу (С6Н10О5)„. Але тоді постає запитання: від чого ж залежить відмінність між властивостями цих двох, без сумніву, різних речовин?

Можна припустити, що макромолекули крохмалю і целюлози від­різняються кількістю структурних ланок або своєю структурою. Справді, значення п у целюлози звичайно більше, ніж у крохма­лю: її середня відносна молекулярна маса досягає кількох мільйонів.

Але в основному целюлоза і крохмаль відрізняються струк­турою своїх молекул. Молекули крохмалю мають лінійну і розгалужену структуру, а молекули целюлози — тільки лінійну:

-С6НЮ05-С6Н1005-С6НІ005-С6НЮ05- .

Цим пояснюється утворення целюлозою таких волокнистих мате­ріалів, як бавовна, льон, коноплі тощо. У природних волоконцях макромолекули целюлози розміщуються в одному напрямі; вони, як говорять, орієнтовані вздовж осі волокна (мал. 50). Численні вод­неві зв'язки між гідроксильними групами, що виникають при цьому, зумовлюють високу механічну міцність цих волоконець. У процесі прядіння бавовни, льону вони сплітаються у довші й міцніші нитки. З целюлози деревини не прядуть ниток. Це пояснюється тим, що мак­ромолекули в ній хоч і мають лінійну структуру, проте розміщені безладно, не орієнтовані в одному напрямі.

Здавалося б, відмінність у бу­дові молекул крохмалю і целюлози незначна, але вона дуже впливає на властивості полімерів. Досить згадати, що крохмаль є важли­вим продуктом харчування, а це­люлоза для цього не може вико­ристовуватися.

Хімічні властивості. З повсяк­денного життя відомо, що целюло­за добре горить. Під час горіння деревини без доступу повітря

відбувається термічний розклад целюлози. При цьому утворюються леткі органічні речовини, вода і деревне вугілля. Серед органіч­них продуктів розкладу деревини — метиловий спирт, оцтова кис­лота, ацетон.

Оскільки макромолекули целюлози складаються з ланок, дуже подібних до тих, які утворюють крохмаль, можна припустити, що вона гідролізується і що продуктом гідролізу її, як і крохмалю, є глюкоза. Розітремо у фарфоровій ступці клаптики фільтрувально­го паперу (целюлози), змочені концентрованою сірчаною кислотою. Розведемо утворену кашку водою, нейтралізуємо кислоту лугом і, як у випадку з крохмалем, випробуємо розчин на реакцію з гідро­ксидом міді (II). Утвориться оксид міді (І). Отже, у нашому дос­ліді целюлоза гідролізувалася. Процес гідролізу, як у випадку з крохмалем, відбувається ступінчасто, поки, нарешті, не утворить­ся глюкоза.

Таким чином, сумарно гідроліз целюлози можна виразити тим самим рівнянням, що й гідроліз крохмалю:

Структурні ланки целюлози С6Н10О5, як і в крохмалі, містять по три гідроксильні групи. Іноді їх у формулі виділяють так:

Завдяки цим групам целюлоза може утворювати прості й склад­ні ефіри.

Велике значення мають азотнокислі ефіри целюлози. Вони утво­рюються внаслідок дії на целюлозу азотної кислоти в присутнос­ті сірчаної кислоти. Залежно від концентрації азотної кислоти та інших умов у реакцію етерифікації вступають одна, дві або всі три гідроксильні групи кожної ланки молекули целюлози, наприк­лад:

Загальна властивість нітратів целюлози — їх надзвичайна горючість. Тринітрат целюлози, який ще називається піроксилі­ном,—дуже вибухова речовина. Він використовується для вироб­ництва бездимного пороху.

Дуже важливі також оцтовокислі ефіри целюлози — діацетат і триацетат целюлози.

Діацетат і триацетат целюлози за зовнішнім виглядом схожі на целюлозу. З них виготовляють ацетатне волокно.

Застосування целюлози дуже різноманітне. Завдяки високій механічній міцності її в складі деревини використовують у будівництві. З неї виготовляють різні столярні вироби. Волокнис­ті матеріали (бавовна, льон, коноплі) ідуть для виготовлення ни­ток, тканин, канатів. Із виділеної з деревини і звільненої від супро­відних речовин целюлози виробляють папір. У результаті гідролізу целюлози і бродіння глюкози, що утворюється при цьому, добувають етиловий спирт. З ефірів целюлози виготовляють нітролаки, кіно­плівку, медичний колодій, штучне волокно.