Винайдення та виробництво штучного шовку

Реферат з хімії.

Винайдення та виробництво штучного шовку Ще сто років тому багато звичних сьогодні речей більшості людей здавалися фан­тастикою. Автомобілі, літаки, висотні будинки, телефон… Разом з тим саме напри­кінці минулого століття зароджувалися технічні «дива» наших днів. Відвідувачі грандіозної Всесвітньої виставки 1889 року у Парижі, задерши голови, огля­дали щойно зведену Ейфелеву вежу. Вдивлялися у сліпучо-білу волосинку електрич­ної лампочки. Недовірливо вслухалися у голос співачки, записаний на фоно­граф…

Не лишав відвідувачів байдужими і той куточок виставки, де одержували блискучі, схожі на шовкові, нитки. Цікавим тут же відкривали таємницю їх виробництва. Бавовняне волокно занурювали в азотну кислоту, і незабаром ця суміш перетворюва­лася на густу в’язку масу. Цю масу прочавлювали крізь пластину з безліччю круг­лих отворів — своєрідний друшляк. Виходили нитки, які буквально на очах засти­гали. Після обробки їх можна було використати для вироблення тканини. Оскільки на вигляд така тканина нагадувала шовкову, а в її одержанні брала участь азотна, або нітратна, кислота, тканину назвали нітрошовком.

Забігаючи наперед, скажемо, що і сьогодні, через сторіччя, всі хімічні волокна виробляють так само. В’язку масу прочавлюють через фільєри різного діаметра. В залежності від цього нитки виходять грубші або тонші. Значна кількість таких ниток іде на виробництво одежі наших сучасників.

Але хто все-таки був автором, творцем установки, в якій вперше одержано штучний шовк?

Ім'я творця нітрошовку, першого у світі штучного шовку, внесено до енцикло­педії: Шардонне. Або повністю: Луї-Марі-Ілер-Берніго граф Шардонне де Гранж. Народився у старовинному французькому місті Безансоні. До речі, це місто — батьківщина великих утопістів Фурьє та Прудона, письменника Віктора Гюго.

Як же Шардонне прийшов до штучного шовку? Адже він був не хіміком, а спеці­алістом з будівництва мостів. Що ж, цей освічений інженер відомий також своїми винаходами у ткацтві, в авіації… Ще у студентські роки він захоплювався природни­чими науками. Познайомився з розробками Пастера, пов’язаними з шовківництвом. Вивчав праці ще одного свого співвітчизника — Рене Реомюра. Серед них — багато­томне видання «Життя комах», особливо розділи, присвячені шовкопряду.

Слід сказати, що Реомюр був не тільки чудовим дослідником, а й експериментато­ром, винахідником, провидцем. На початку XVIII століття він збудував перший в Європі інкубатор. Попутно запропонував свій термометр: ще у XX столітті темпера­туру частенько визначали «за Реомюром». Крім того, він запропонував рецепт мато­вого скла. Цілком імовірно, що Шардонне не було відоме сміливе висловлення Реомю­ра: «У майбутньому можна навчитися виготовляти замінник шовку зі смоли і клею».

Проте наука XIX століття показала, що із смоли і клею шовку не зробиш. Хіба що під «смолою і клеєм» розуміти органічні речовини, схожі на природні. Сам Шардонне зрозумів це і зупинився на бавовні як основі для псевдошовкової нитки. Азотування надавало речовині в’язкості, але і здатності застигати, подібно до шовковинки, щойно випущеної шовкопрядом. Та й сам механізм вироблення нитки по суті повторював природну здатність шовковичного черв’яка або павука.

Та от лихо: захоплено зустрінутий нітрошовк, як виявилося, нікуди не годився. Вбрання з нього виходило недовговічне, до того ж займалося від першої-ліпшої іскри. Не зайве нагадати, що з такої самої нітроклітчатки славнозвісний Нобель у той самий час виробляв динаміт. Не дивно, що фабрика нітрошовку, яку Шардонне збудував у рідному Безансоні, прогоріла і за кілька років безславно завершила своє існування. Але перший — найважчий! — крок було зроблено.

З часом розцвіло виробництво штучного шовку — щоправда, вже не «нітро» — у тому ж Безансоні, славному французькому місті. А втім, не тільки в ньому, а і в ба­гатьох інших містах світу. Одним із піонерів у цій галузі стало наше місто Калінін. Мабуть, не випадково через століття після народження нітрошовку Калінін порід­нився з Безансоном.

Перша невдача не збентежила наступників Шардонне. У 1892 році англійці Чарльз Кросс, Едвард Джон та Клайтон Білд одержали патент № 8700. У ньому за­значалося: «Як сировину використовувати целюлозу у будь-якій з форм, що зустріча­ється у рослинному світі». Запам’ятаємо цю ємну характеристику. Отже, англійці за­пропонували діяти на целюлозу спочатку лугом. При цьому набухла маса ставала в’язкою, рідкою. Латиною «віскоза» і буде «в'язка». Звідси й назва штучного шовку.

А втім, про таке застосування нового матеріалу винахідники віскози майже не думали. Насамперед, міркували вони, віскозу використовуватимуть для плівки. Атож! Досі на тих самих фабриках штучного шовку з віскози виробляють целофан. Продовжувачі цього напрямку прикладної хімії на початку століття випробували віскозу в ролі текстильного матеріалу — штучного шовку. Щоправда, віскоза нагаду­вала шовк тільки полиском.

Вироби з віскози у чистому вигляді мають певні недоліки. Вони не дуже тривкі, «сідають» після прання, погано зберігають форму. Проте для деяких видів одягу ці недоліки не такі вже й страшні: їх цілком перекриває те, що ріднить віскозу з шовком.

Готова віскозна нитка народжується з в’язкої маси, як у шовкопряда, її не треба створювати з тисяч окремих волоконець, як це роблять з бавовною, льоном або джутом. І головне, потрібної для цього в’язкої маси легко можна наготувати стільки, скільки не зможуть виробити мільйони шовкопрядів. І все це — в одному цеху. До того ж доступної сировини — скільки завгодно. Проте на початку XX століття можливості і перспективи рукотворного шовку розуміли далеко не всі. Одним з перших оцінив значення віскозного шовку Д. І. Менделєєв. Після відві­дання Паризької виставки 1900 року, на якій демонстрували вже не нітрошовк, а віскозу, вчений написав: «Росія володіє різноманітними рослинними продуктами… Клітковина (так називали тоді целюлозу) не виснажує грунту, непридатна для їжі…Якби ми непотріб перетворювали на вироби з віскози, то розбагатіли б, більше, ніж з усієї нашої торгівлі…» Мудрі слова Менделєєва можна віднести і до інших галузей промисловості нашої країни.

XX століття настійливо вимагало нових матеріалів. У тому числі для одягу. Інакше кажучи, настав час задуматися, як вдягти людство. Минуле, XIX століт­тя, показало, що людей на Землі стає дедалі більше. Мало на вдвічі зросло населення Європи, у п’ять разів — Америки. Якщо на початку минулого століття на планеті жило менше мільярда чоловік, то на початку нинішнього вже 1,7 мільярда. А до XXI століття нас буде, за найскромнішими підрахунками, не менш як шість мільярдів. І кожен хоче, та й має право, гарно вдягатися. У наш час це — аксіома. Але на почат­ку століття ця проблема багатьом видавалася досить-таки туманною.

Спроби Менделєєва тоді ж, не відкладаючи, організувати виробництво вітчизня­ної віскози наштовхнулися на протидію царських чиновників. До Жовтневої революції лише у Митищах під Москвою діяла фабричка «Віскоза», що належала бельгійській фірмі. За рік вона давала продукції менше, ніж дає сьогодні, скажімо, Київський комбінат хімічних волокон за день.

Отже, сировина, основа штучного шовку, — целюлоза. І бавовняне волокно, і лляне, і джутове, і стовбур дерева, і пелюстка троянди — все це целюлоза. Як же так? Відкриємо перший-ліпший довідник з хімії і знайдемо там формулу целюлози. У хімічних символах або у графічному зображенні молекулярного ланцюжка. Лише три елементи — вуглець, водень і кисень — утворюють однаковісінькі ланки надзвичайно довгої макромолекули. Проте формула та сама, як-то кажуть, без варіантів. Яким же чином із однієї і тієї ж хімічної сполуки виходять такі різні бавовна і льон, стовбур дуба і ніжна трояндова пелюстка?

З невидимого мікросвіту перенесімося у знайомі нам міські квартали, вулиці. З однакових цеглин або залізобетонних деталей збудовано різні житлові будинки, школи, заводські корпуси. Річ у тім, що сполучаються початкові елементи по-різному. Целюлозні ланцюжки так само ідентичні. Хіба що в одному з них трохи більше ланок, ніж у другому. Так-от: згідно з відпрацьованою еволюцією, уточненою селекцією програмою целюлозні волоконця утворюють так звану надмолекулярну структуру. Мудрість природи виявляється в тому, що дуб міцно тримається у землі, квіти приваблюють комах, насіння з коробочок бавовни розлітається за вітром. Опти­мальна структура допомагає рослині вижити, продовжити свій рід. У цьому плані целюлозні макромолекули стали універсальними «будівельними елементами» рослин­ного царства.

Зрозуміло, що при цьому природу найменше турбувало те, чи підійдуть людині створені нею різновиди целюлозних волокон. Людині самій доводилося вибирати найкращі целюлозні композиції. За минулі століття вдалося підібрати небагато: льон, коноплі, джут, бавовник… І досягти того, щоб ці щасливі знахідки давали якомога більше добротного волокна. Це дається, як ми бачили, нелегко, і в той же час целюлози навколо — хоч греблю гати. Ви й зараз тримаєте її в руках: книжка складається, в основному, з тієї самої целюлози. Шкода, що не можна робити з паперу одежі… А втім, утримаємося від категоричного «ні». За кордоном уже є спроби випускати паперові сорочки, плаття. Правда, з особливих сортів паперу і здебільшого — для одноразового використання. Але звернімо увагу на можли­вості застосування целюлозних композицій…

Біля входу до однієї з лабораторій Всесоюзного текстильного інституту висить жартівливий лозунг: «Зробимо целюлозу кращою, ніж створив її господь Бог!» Один раз, правда, на вимогу якогось відповідального перестрахувальника слово «Бог» було замінено словом «природа». Але не в тім суть. Вдумаймося у значення слова «кращою». Що воно означає? Кращою для задоволення наших потреб. У даному випадку — як матеріал для костюма. Працюючи у цьому напрямку, дослідник крок за кроком неухильно просувався вперед.

Уже нітрошовк показав, що азотовану целюлозу можна витягувати у нитки. Якої завгодно довжини. Будь-якого діаметра. Віскоза, до того ж бодай по одному показнику — зносостійкості - випередила всі види натуральних волокон. Нічого дивного: волокнам рослин така міцність абсолютно ні до чого. Економічна шалька терезів почала хилитися до штучного шовку. Автоматизоване хімічне виробництво порівняно компактне і дуже продуктивне, забезпечене сировиною і не залежить від примх природи, погоди, епідемій, шкідників. Усе це так, але за однієї умови, досить важливої: віскозна сорочка якістю не повинна поступатися бавовняній.

Чи можна «підтягти» віскозне волокно до тих показників, за якими бавовник одержує заслужені п’ятірки? Можливість цього довели молоді працівники підприємства у Митищах. Правнуки тих, хто до революції працював на напівкустарній «Віскозі». Тепер там виробляють нове — полінозне — волокно. Буквально це означає - «бавовноподібне». Як досягли цього? Винайшли вдалу надмолекулярну целюлозну структуру. Ці нитки були вдосконалені вченими Українського інституту по переробці штучних та синтетичних волокон. При її формуванні потужний повітрям струмінь «розпушує» її, структура стає більш об'ємною, набуває здатності краще пропускати повітря.

Деревну целюлозу можна трансформувати у гарний текстильний матеріал порізному. До речі, і віскозний шовк — не єдиний варіант. Ще на початку століття для одержання прядильного розчину почали застосовувати ацетилування: піддавали розмелену целюлозу дії оцтової кислоти. Таким чином, одержували ацетатне волокно, ацетатний шовк. У чомусь він поступається віскозі, зате має одну унікальну здатність: пропускає ультрафіолетове проміння. Ось чому варто робити з ацетатного шовку, скажімо, купальники. Втім, це не єдиний шлях використання його у костюмі.

А чим, цікаво, займаються вчені лабораторії, які викликали на змагання самого господа Бога? У центрі їхньої уваги — макромолекули целюлози. Хіміки освоїли метод щеплення, подібний до того, який застосовують садівники. Коли садівник хоче одержати гарні яблука, він прищеплює дичці гілку культурної рослини. Так само хіміки прищеплюють певні молекули до целюлозного ланцюжка, до ланок міріад цих макромолекул. Припустимо, вони прищепили молекули акрілонітрілу. Волокно, яке вони одержать, значно переважатиме навіть віскозне за зносостійкістю, прекрасно фарбуватиметься. Щеплення інших молекул робить майбутні штучні волокна більш термостійкими, масловідштовхуючими або антимікробними. Здогадалися, для чого це потрібно? А втім, про це буде окрема розмова.