Штучні полімери

Як ви змогли переконатися на прикладі розгляду органічних сполук живої природи, багато з них мають полімерну природу.

Полімерні речовини і матеріали на їх основі міцно увійшли в повсякденне життя людини. Різноманітність областей їх застосування вимагає додання цим речовинам властивостей, якими не володіють природні полімери. Хіміки знайшли способи хімічної модифікації природних полімерів. При цьому основна ланцюг макромолекул не зазнавав змін, але в складі речовини з’являються нові групи атомів, що додають йому нові фізичні і хімічні властивості.

Полімер і пластмаса – це не одне і те ж. Будь-яка пластмаса містить полімер, але крім нього до її складу можуть входити й інші компоненти: барвники (надають матеріалу колір), наповнювачі (забезпечують жорсткість пластмаси), пластифікатори (роблять матеріал більш еластичним, гнучким) та ін.

Мабуть, самою зручною природним полімером для хімічної реконструкції його молекул є целюлоза.

Перша пластмаса була отримана в кінці XIX ст. в Америці. При обробці целюлози концентрованою азотною кислотою в присутності концентрованої сірчаної кислоти два гідроксильні групи в структурному ланці заміщаються на нітрогрупи.

При додаванні до динітрату целюлози камфори (в якості пластифікатора) отримують пластмасу молочно-білого кольору, схожу на слонову кістку. Ця пластмаса отримала назву целулоїд.

Першими виробами, які були виготовлені з целулоїду, стали більярдні кулі, потім дрібні побутові предмети: гребінці, іграшки, лінійки. З нітратів целюлози виготовляли кіно- і фотоплівку.

Великим недоліком целулоїду є його горючість. Зважаючи підвищеної пожежонебезпеки область застосування целулоїду тепер обмежена. В даний час з цього матеріалу виготовляють тенісні кульки і красиву, блискучу облицювання музичних інструментів. На основі нітратів целюлози виготовляють клей і лаки.

Люди навчилися багато недоліків речовин звертати в достоїнства. Зробити динітрат целюлози ще більш пальним можна, перетворивши його в тринитрат. Тринітрат целюлози використовують як пороху і називають піроксиліном.

На основі штучних полімерів отримують не тільки пластмаси, але і волокна.

Сама целюлоза – це волокнистий матеріал. У цьому легко переконатися, розглянувши шматочок медичної вати. З целюлозних волокон складаються бавовняні і льняні тканини. Поряд з незаперечними перевагами вироби з бавовни та льону володіють істотними недоліками. Вони недостатньо міцні (особливо при намоканні), легко мнуться, не мають блиску, пошкоджуються грибком.

Цих недоліків позбавлені вироби з найпоширенішого штучного волокна – ацетатного шовку.

Процес отримання полімеру для виготовлення ацетатних ниток дуже нагадує отримання динітрату целюлози. Тільки в цьому випадку целюлозу обробляти не азотної, а оцтовою кислотою. Всі три гідроксильні групи структурного ланки целюлози вступають в реакцію етерифікації. У результаті утворюється полімер з трьома складноефірних групами – триацетат целюлози:

целюлоза + СН3СООН —> триацетат целюлози + вода.

Схема формування волокон:
Триацетат целюлози, на відміну від вихідного природного полімеру, волокнистої структурою не володіє. Як же виготовити з нього нитки? Для цього був придуманий спеціальний технологічний процес.

Триацетат целюлози розчиняють в органічному розчиннику до утворення в’язкого розчину і під великим тиском продавлюють його через ковпачки з безліччю дрібних отворів – так звані фільєри. Цівки розчину обдуваються теплим повітрям, розчинник випаровується, полімер твердне в найтонші нитки (рис. 83).

Тканини з ацетатного волокна (ацетатного шовку) дуже красиві, легко фарбуються і багатофункціональні: з них з однаковим успіхом виготовляють і підкладковий матеріал, і ошатні бальні сукні.

Крім ацетатного шовку, до штучних волокон належать також віскоза, мідно-аміачна волокно.

Віскозу також отримують на основі целюлози шляхом послідовної обробки розчином лугу, сірковуглецем CS2, розчином кислоти. Віскозне волокно по красі майже не поступається натуральному, воно також гігієнічно (пропускає назовні вологу) і, що важливо, набагато дешевше натурального.

Посилання на основну публікацію