12.2 Синтетические волокна

12.2.  Синтетические волокна.  Капрон.  Лавсан

Волокна – природные или искусственные высокомолекулярные вещества, отличающиеся от других полимеров более высокой степенью упорядоченности молекул и, как следствие, особыми физическими свойствами, позволяющими использовать их для получения нитей.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Искусственные волокна – продукты химическое переработки высокомолекулярных природных веществ (целлюлозы, природного каучука, белков).

Синтетические волокна – вырабатываемые из синтетических полимеров (полиамидного, полиэфирного, полиакрилонитрильного и поливинилхлоридного волокон).

 НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ ВОЛОКНА 

Волокно. Химическая формула	Исходное вещество
Хлопковое (C6H10O5)n	Хлопок
Вискозное волокно (C6H10O5)n	Древесина Целлюлоза
Ацетатное триацетатное	(C6H10O5)n – хлопковая или древесная целлюлоза и ангидрид уксусной кислоты
Нитрон (полиакрилонитрильное волокно)	Акрилонитрил
Лавсан, полиэтилентерефталат (полиэфирное волокно)	Этиленгликоль HO-CH2CH2-OH и двухосновной кислоты - терефталевой (1,4-бензолдикарбоновой) HOOC-C6H4-COOH
Капрон (полиамидное волокно) [-NH-(CH2)5-CO-]n	Капролактам

ЛАВСАН

Лавсан (полиэтилентерефталат) - представитель полиэфиров:

Получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

HOOC-C₆H₄-COOH + HO-CH₂CH₂-OH + HOOC-C₆H₄-COOH + … →

→ HOOC-C₆H₄-CO – O-CH₂CH₂-O – OC-C₆H₄-CO – … + nH₂O

                             полимер-смола 

В общем виде: 

n HOOC-C₆H₄-COOH + n HO-CH₂CH₂-OH →  

   →  HO-(-CO-C₆H₄-CO-O-CH₂CH₂-O-)_n-H + (n-1) H₂O

Полимер пропускают через фильеры – макромолекулы вытягиваются, усиливается их ориентация:

Формование прочных волокон на основе лавсана осуществляется из расплава с последующей вытяжкой нитей при 80-120 °С.

Лавсан является линейным жесткоцепным полимером. Наличие регулярно расположенных в цепи макромолекулы полярных сложноэфирных групп

-О-СО- приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, придавая полимеру жесткость и высокую механическую прочность. К его достоинствам относятся также устойчивость к действию повышенных температур, света и окислителей.

Достоинства:

1.                Прочность, износостойкость

2.                Свето и термостойкость

3.                Хороший диэлектрик

4.                Устойчив к действию растворов кислот и щелочей средней концентрации

5.                Высокая термостойкость (-70˚ до + 170˚)

Недостатки:

1.    Негигроскопичен (для производства одежды используют в смеси с другими волокнами)

Применяется лавсан в производстве:

1.                 волокон и нитей для изготовления трикотажа и тканей различных типов (тафта, жоржет, креп, пике, твид, атлас, кружево, тюль, плащевые и зонтичные полотна и т.п.);

2.                пленок, бутылей, упаковочного материала, контейнеров и др.;

3.                транспортёрных лент, приводных ремней, канатов, парусов, рыболовных сетей и тралов, бензо- и нефтестойких шлангов, электроизоляционных и фильтровальных материалов, щёток, застёжек "молния", струн ракеток и т.п.;

4.                хирургических нитей и материалов для имплантации в сердечно-сосудистой системе (эндопротезы клапанов сердца и кровеносных сосудов), эндопротезирования связок и сухожилий.

КАПРОН 

Капрон [-NH-(CH₂)₅-CO-]_n – представитель полиамидов.

В промышленности его получают путем полимеризации производного

ε-аминокапроновой кислоты – капролактама.

H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH →

ε-аминокапроновая кислота

→ H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO- … + nH₂O

Процесс ведется в присутствии воды, играющей роль активатора, при температуре 240-270° С и давлении 15-20 кгс/см² в атмосфере азота.

Достоинства:

1.                Благодаря сильному межмолекулярному взаимодействию, обусловленному водородными связями между группами –CO-NH-, полиамиды представляют собой труднорастворимые высокоплавкие полимеры с температурой плавления 180-250°С.

2.                Устойчивость к истиранию и деформации

3.                Не впитывает влагу, поэтому не теряет прочности во влажном состоянии

4.                Термоплатичен

Недостатки:

1.     Малоустойчив к действию кислот

2.     Малая теплостойкость тканей (нельзя гладить горячим утюгом)

Применение:

1.                Полиамиды применяются прежде всего для получения синтетического волокна. Вследствие нерастворимости в обычных растворителях прядение ведется сухим методом из расплава с последующей вытяжкой. Хотя полиамидные волокна прочнее натурального шелка, трикотаж и ткани, изготовленные из них, значительно уступают по гигиеническим свойствам из-за недостаточной гигроскопичности полимера.

2.                Изготовление одежды, искусственного меха, ковровых изделий, обивок.

3.                Полиамиды используются для производства технических тканей, канатов, рыболовных сетей.

4.                Шины с каркасом из полиамидного корда более долговечны.

5.                Полиамиды перерабатываются в очень прочные конструкционные изделия методами литья под давлением, прессования, штамповки и выдувания.

      

УПРАЖНЕНИЯ

1.     Чем отличаются искусственные волокна от синтетических?

Решение: Искусственные волокна изготавливают из природных полимеров, прежде всего, из целлюлозы. Синтетические волокна вырабатывают из синтетических полимеров.  ________________________________________________________________ 2.     Выберите правильный ответ: 1. Все волокна подразделяются на: а) природные и синтетические б) природные и химические в) животные и растительные 2.Отичие между искусственными и синтетическими волокнами в том, что: а) сырье для получения искусственных волокон – природный полимер, для получения синтетических волокон-синтетический полимер  б) сырье для получения искусственных волокон – искусственно полученный полимер в) искусственные волокна получают механической обработкой природных полимеров, а синтетические при химической обработке природных полимеров 3. Лавсан получают: а) по реакции полимеризации б) по реакции поликонденсации с выделением хлороводорода в) по реакции поликонденсации с выделением воды 4. При производстве тканей для одежды лавсан используют преимущественно в смеси с другими волокнами, потому что: а) лавсан неизносостоек, необходимо добавлять более прочное волокно б) лавсан негигроскопичен, поэтому необходимо добавлять волокно, обеспечивающее гигиеничность изделия в) ткани из чистого лавсана сильно мнутся 5. Исходным веществом для получения капрона является: а) Е капролактам б) Е-аминокапроновая кислота в) капроновая кислота 6. Волокно капрон обладает следующими свойствами: а) устойчивость к истиранию, действию кислот и щелочей, теплостойкость б) износостойкость, малая устойчивость к действию кислот, небольшая теплостойкость в) износостойкость, растворимость в воде, теплостойкость 7. При получении волокна лавсан и капрон расплавленную смолу продавливают черезфильеры для того, чтобы: а) ориентировать макромолекулы вдоль оси волокна  б) получить тонкую нить в) отделить друг от друга макромолекулы Ответы: 1-б; 2-а; 3-в; 4-б; 5-а; 6-б; 7-а.

________________________________________________________________

ЗАДАНИЯ  ДЛЯ  САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1.     Как классифицируют волокна. Приведите примеры волокон различного типа.

2.     Чем характеризуется строение волокон.

3.     Как достигается упорядоченное расположение молекул в волокнах.

4.     Как        называются волокна, получаемые из синтетических полимеров.

5.     Полиэфирное волокно, обладающее большой прочностью.

6.      Самое теплое синтетическое волокно.

7.     Какое волокно при горении издает запах мышиного помета.

8.     Какое волокно готовят из природного полимера – целлюлозы.

9.     Способны ли синтетические волокна поглощать влагу.

10.                     Напишите схему образования синтетического волокна полиакрилонитрила (нитрон) из акрилонитрила:

1.     Какие функциональные группы реагируют между собой при образовании волокна лавсан:
а) – ОН и - СНО	б) – ОН и – NH2
в) – СООН и - NH2	г) – СООН и - ОН
2.     Волокно капрон представляет собой:
а) продукт реакции полимеризации ɛ-аминокапроновой кислоты	б) продукт реакции сополимеризации этиленгликоля и терефталевой кислоты
в) продукт реакции поликонденсации 6-аминогексановой кислоты	г) продукт реакции поликонденсации γ-аминокапроновой кислоты
3.     Для получения искусственного волокна целлюлозу:
а) гидролизуют	б) восстанавливают
в) обрабатывают HNO3	г) обрабатывают уксусным ангидридом
4.     Средняя относительная молекулярная масса целлюлозы льняного волокна равна 586602. Рассчитайте степень поликонденсации макромолекулы:
а) 3550	б) 3601
в) 3621	г) 3653
5.     Все волокна подразделяются на:
а)  природные и синтетические	б) природные и химические
в) животные и растительные	г) нет верного ответа
6.     Отличие между искусственными и синтетическими волокнами в том, что:
а) сырье для получения искусственных волокон – природный полимер, для получения синтетических волокон-синтетический полимер	б) сырье для получения искусственных волокон – искусственно полученный полимер
в) искусственные волокна получают механической обработкой природных полимеров, а синтетические при химической обработке природных полимеров	г)  нет верного ответа
7.     Лавсан получают:
а)  по реакции полимеризации	б)  по реакции поликонденсации с выделением хлороводорода
в) по реакции поликонденсации с выделением воды	г) по реакции этерификации
8.     Исходным веществом для получения капрона является:
а) Е капролактам	б) Е-аминокапроновая кислота
в) капроновая кислота	г) все ответы верны
9.     Волокно капрон обладает следующими свойствами:
а) устойчивость к истиранию, действию кислот и щелочей, теплостойкость	б) износостойкость, малая устойчивость к действию кислот, небольшая теплостойкость
в) износостойкость, растворимость в воде, теплостойкость	г) износостойкость
10.                        При получении волокна лавсан и капрон расплавленную смолу продавливают через фильеры для того, чтобы:
а) ориентировать макромолекулы вдоль оси волокна	б) получить тонкую нить
в) отделить друг от друга макромолекулы	г)   нет верного ответа

Ответы:

1	г
2	в
3	г
4	в
5	б
6	а
7	в
8	а
9	б
10	а