Значение химии в создании новых материалов, красителей и волокон

   Полиамидные волокна, во многих отношениях превосходящие  по качеству все природные и искусственные  волокна, завоевывают все большее  и большее признание. К наиболее распространенным полиамидным волокнам, выпускаемым промышленностью, относятся капрон и нейлон. Сравнительно недавно получено полиамидное волокно энант.

         Капрон – полиамидное  волокно, получаемое из поликапроамида, образующегося при полимеризации  капролактама (лактама аминокапроновой  кислоты): 

 
 
 
 
 
 
 
 

Исходный  капролактам практически получается двумя путями:

1. Из  фенола:

 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Далее оксим циклогексана в кислой среде (олеум) претерпевает перегруппировку Бекмана, характерную для оксимов многих кетонов. В результате такой перегруппировки происходит разрыв углерод-углеродной связи и расширение цикла; при этом атом азота входит в цикл:

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Из бензола: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Окисление циклогексана проводят кислородом воздуха  в жидкой фазе при 130-140^oС  и 15-20 кгс / см² в присутствии катализатора – стеарата марганца. При этом образуются циклогексанон и циклогексанол в соотношении 1:1. Циклогексанол дегенерирует до циклогексанона, а последний превращается в капротам описанным выше способом.

   При строительстве новых и расширении существующих производств капролактама будет использоваться преимущественно  вторая схема его получения. При  этом окисление циклогексанона воздухом будет интенсифицировано за счет повышения температуры реакции до 190-200⁰С, что существенно сократит продолжительность реакции.

         Полимеризацию капролактама ведут на тех заводах, которые  производят синтетическое волокно. Капролактам перед полимеризацией расплавляют. Для предотвращения окисления лактама процесс полимеризации протекает при 15-16 кгс/см² при температуре около 260⁰С, проводят в атмосфере азота. Образовавшийся в результате полимеризации капролактама полимер застывает в белую роговидную массу, которую затем измельчают и обрабатывают водой при повышенной температуре для измельчения не прореагировавшего мономера и образовавшихся димеров и тримеров.

         Для формирования волокна  капрона высушенный полимер загружают  в закрытые стальные аппараты, снабженные решетками, на которых он расплавляется при 260-270⁰С в атмосфере азота. Отфильтрованный под давлением сплав поступает в фильеры. Образующиеся после выхода из фильеры волокна охлаждают в шахте и наматывают на бобины. Сразу с бобин пучок волокон направляют на вытяжку, крутку, промывку и сушку.

         Волокно капрон по внешнему виду напоминает натуральный шелк; по прочности оно значительно  превосходит его, но несколько менее  гигроскопично. Это волокно находит  широкое применение для изготовления высокопрочного корда, тканей, чулочных и трикотажных изделий, канатов, сетей и др.

               Волокно нейлон (анид). Получается из полиамида – продукта поликонденсации так называемой соли АГ (гексаметилендиаминадипинат).

         Соль АГ получается взаимодействием адипиновой кислоты с гексаметилендиамином в метаноле:

     
 

         Поликонденсация проводится в автоклаве при 275-280⁰С в атмосфере азота:

   

     

   Полиамид, полученный в результате поликонденсации  соли АГ, в расплавленном виде продавливают через щелочное отверстие в ванну  с холодной водой. Застывшую смолу сушат, измельчают, плавят и из расплава формируют волокно.

         В последнее время  российскими химиками создано новое  полиамидное волокно энант, отличающееся эластичностью, светостойкостью и  прочностью. Энант получается поликонденсацией ω-аминоэнантовой кислоты. Технологические процессы получения волокон капрон и энант схожи между собой.

9.2. Полиэфирные волокна

         Наибольшее значение из полиэфирных волокон имеет  волокно лавсан, выпускаемое в  различных странах под названием  «терилен», «дакрон» и др.

         Лавсан – синтетическое  волокно, получаемое из полиэтилентерефталата. Исходным сырьем для производства полиэтилентерефталата  служит диметилтерефталат (диметиловый  эфир терефталевой кислоты) или терефталевая кислота.

         Диметилтерефталат сначала нагревают при 170-280^oС, с избытком этиленгликоля. При этом происходит переэтефикация и получается диэтилолтерефталат: 

     
 
 

     
 

   Диэтилолтерефталат  подвергается поликонденсации в  вакууме (остаточное давление 1-3 мм. рт. ст.) при 275-280^oС в присутствии катализаторов (алкоголяты щелочных металлов, PbO и др.):

     

     
 
 

   Применение  диметилтерефталата, а не свободной  терефталевой кислоты для получения  полиэфира объясняется тем, что  для последней реакции поликонденсации  решающее значение имеет чистота  терефталевой кислоты. Поскольку получение чистой кислоты является весьма сложной задачей, все ранее разработанные технологические процессы получения лавсана основывались на применении в качестве исходного мономера диметилтерефталата.

    В настоящее  время крупнейшие зарубежные фирмы применяют в качестве исходного мономера не диметилтерефталат, а терефталевую кислоту высокой степени очистки, что дает возможность исключить из технологического процесса громоздкую стадию переэтерификации и, в связи с этим, значительно удешевить стоимость всего технологического процесса.

   Полученный  полиэфир выливают из реактора в виде ленты в осадительную ванну с  водой или барабан, где он затвердевает. Затем его измельчают, сушат и  формируют на машинах, аналогичных  применяемым в производстве капрона.

   Волокно лавсан очень прочно, упруго, тепло- и светостойко, устойчиво к атмосферным  воздействиям, к действию химических веществ и истиранию. Будучи похоже по внешнему виду и ряду свойств  на шерсть, оно превосходит ее по носкости и значительно меньше мнется.

   Волокно лавсан добавляют к шерсти для  изготовления не мнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Лавсан применяется  также для транспортерных лент, ремней, парусов, занавесей и др.

 

Список  использованной литературы:

 

   1. Э.Гроссе, Х. Вайсмантель. Химия для любознательных. 1987 г.

   2. В.Г. Жиряков. Органическая химия. 6-е изд., М.: «Химия», 1987, 408 с.

   3. Кукин Г.Н., Соловьёв А.Н. Текстильное  материаловедение, ч.1 –

       Исходные текстильные материалы,  М., 1985.

   4. Энциклопедия

      5. Н.Н. Чайченко. Основи общей Химии.Киев. “Освіта” 1998.

      6. Н.М. Буринская. Химия. Киев. “Ірпінь” 2000.

      7. Большая илюстрированая энциклопедия  школьников. Київ. “Махаон                Україна”.

      8.Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся. М., “Просвещение”, 1975.

       9.Тарасов З.Н. Старение и стабилизация  синтетических каучуков. – М.: Химия, 1980. – 264 с.