Волокна. Общая характеристика. Строение макромолекул и свойства. Натуральные волокна (белковые и целлюлозные). Природные источники, химический состав, свойства и применение.
Волокно — класс материалов, состоящий из непрядёных нитей материала или длинных тонких отрезков нити.
В основе почти всех волокон природного и химического происхождения имеются высокомолекулярные соединения, состоящие из очень длинных и тонких нитевидных молекул. Так, целлюлозные волокна (хлопок, вискозное и др.) состоят из длинных цепных макромолекул, построенных из глюкозидных остатков. Степень ориентации макромолекул существенно влияет на физико-механические свойства текстильных волокон. В процессе производства химических волокон на стадии их формировании можно регулировать степень ориентации макромолекул и получать волокна с заданными свойствами. Наряду с макромолекулами линейного строения имеются волокна с сетчатой (шерсть) и разветвленной структурой. Макромолекулы кератина шерсти, образованные из остатков аминокислот, имеют линейное, но изогнутое строение, при этом отдельные линейные макромолекулы связаны между собой ковалентными связями. Это придает макромолекуле сетчатое строение.
Натуральные волокна - это волокна, которые существуют в природе в готовом виде, они образуются без непосредственного участия человека. Натуральные волокна бывают растительного, животного, минерального происхождения.
Белковые волокна имеют животное происхождение.
Белковые волокна обладают мягкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, по показателям растяжимости и гигроскопичности приближаются к шерстяным. Но характеризуются низкой термостойкостью (боятся горячей, особенно подщелоченной воды), недостаточной прочностью и значительным снижением прочности в мокром состоянии.
Шерсть - волосяной покров млекопитающих, обладающий прядильными качествами. Волокна шерсти состоят из молекул природного белка кератина.
Шелк - продукт выделения особых шелкоотделительных желез некоторых насекомых (тутовый шелкопряд, дубовый шелкопряд). Нити натурального шелка состоят из полимеров природных белков фиброина и серицина. Шелковое волокно отличается блеском, эластичностью, крепостью и сопротивляемостью разрыву.
Основным веществом, составляющим волокна растительного происхождения, является целлюлоза. Это твердое трудно растворимое вещество, состоит из звеньев С6Н10О5. Помимо целлюлозы в растительных волокнах присутствуют воски, жиры, белковые, красящие вещества и др. Натуральные целлюлозные волокна — нерастворимы в воде и устойчивы ко многим органическим растворителям, инертны по отношению к кислотам и щелочам, физиологически и токсикологично безопасны.
Природные источники волокон: лен, хлопок, пенька, шелк, шерсть, асбест, капок и др.
№30.
Искусственные волокна (ацетатные, вискозное), синтетические волокна (полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные). Свойства и применение.
Искусственные волокна – волокна, полученные в процессе химической обработки природных высокомолекулярных соединений. Природные высокомолекулярные соединения образуются в процессе роста и развития натуральных волокон - целлюлозы, фиброина (белок в составе шелка), кератина (белок в составе волос, шерсти и т.п.). Основные искусственные волокна - вискоза, ацетатные, триацетатные волокна, купра, лайосель.
Вискоза – искусственное волокно, получаемое в результате химической переработки жидкой целлюлозы. Целлюлозу получают из древесины сосны или ели, стеблей растений, отходов переработки хлопка, обрабатывают щелочью и сероуглеродом. Достоинства вискозы: мягкость, способность легко и равномерно окрашиваться, способность легко смешиваться с другими волокнами, малая электризуемость.
Ацетатные волокна — один из основных видов искусственных волокон; получают из ацетилцеллюлозы. В зависимости от типа исходного сырья различают триацетатное волокно (из триацетилцеллюлозы) и собственно ацетатные волокна (из частично омыленной, т. н. вторичной, ацетилцеллюлозы). Ацетатные волокна вдвое превосходят вискозные и медноаммиачные волокна по эластичности; поэтому ткани из них отличаются пониженной сминаемостью. Кроме того, ацетатные волокна приятны на ощупь, мягки, обладают способностью пропускать ультрафиолетовые лучи. Основные области применения ацетатного волокна — изготовление изделий широкого потребления (верхней одежды, дамского нижнего белья, подкладочных и плательных тканей).
Синтетические волокна - формируют из полимеров, не существующих в природе, а полученных путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений.
Гетероцепные волокна содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы других элементов.
Карбоцепные волокна содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода.
Полиамидные волокна, синтетические волокна, формуемые из расплавов или растворов полиамидов.
Полиамиды - полимеры, содержащие амидные группировки —СО—NH— в основной цепи макромолекулы.
П. в. характеризуются высокой прочностью при растяжении, отличной стойкостью к истиранию и ударным нагрузкам. Устойчивы к действию многих химических реагентов, хорошо противостоят биохимическим воздействиям, окрашиваются многими красителями. Широко применяются для производства чулочно-носочных и трикотажных изделий, для производства швейных ниток, и галантерейных изделий (кружева, тесьмы, ленты), канатов, рыболовных сетей, конвейерных лент, корда, тканей технического назначения.
Полиэфирные волокна - синтетические волокна, формуемые из расплава полиэтилентерефталата. Превосходят по термостойкости большинство натуральных и химических волокон. Загораются полиэфирные волокна с трудом и гаснут после удаления источника огня; при контакте с искрой и электродугой не обугливаются. Они растворяются в фенолах, частично (с разрушением) — в концентрированной серной и азотной кислотах; полностью разрушаются при кипячении в концентрированных щелочах. Полиэфирные волокна успешно применяют в медицине (синтетические кровеносные сосуды, хирургические нити). Из моноволокна делают сетки для бумагоделательных машин, щётки для хлопкоуборочных комбайнов, струны для ракеток и т.д.
Полиакрилонитрильные волокна - синтетические волокна, формуемые из растворов полиакрилонитрила или сополимеров, содержащих более 85% (по массе) акрилонитрила. Устойчивы к действию сильных кислот средней концентрации даже при нагревании, а также к щелочам средней концентрации. Растворители, применяемые для стирки и чистки одежды (бензин, ацетон, четырёххлористый углерод, дихлорэтан и др.), не влияют на прочность волокна. Фенол, м-крезол и формалин разрушают волокно. Используются главным образом в производстве тканей для верхней одежды в смесях с шерстью и другими волокнами, верхнего трикотажа, искусственного меха.
Поливинилхлоридные волокна - синтетические волокна, формуемые из растворов поливинилхлорида, перхлорвиниловой смолы или сополимеров винилхлорида. Поливинилхлоридные волокна обладают высокой химической стойкостью, очень низкой тепло- и электропроводностью, не горючи, устойчивы к действию микроорганизмов. Поливинилхлоридные волокна применяют для производства фильтровальных и негорючих драпировочных тканей, спецодежды, нетканых материалов, теплоизоляционных материалов, используемых при низких температурах.