Искусственные полимеры

К искусственным полимерам относятся высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров путём их химической модификации.

То есть на природный полимер действуют реагентом и получают искусственный полимер.

Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов.

Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. В состав пластмассы могут входить красители, которые придают ей цвет, наполнители, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, пластификаторы, которые делают пластмассу пластичной.

Первая пластмасса была получена в конце 19 века в Америке. Если целлюлозу обработать концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, то получается динитрат целлюлозы. При добавлении к динитрату целлюлозы камфоры в качестве пластификатора, то можно получить пластмассу молочно-белого цвета. Эту пластмассу называют целлулоид.

Целлюлоза + HNO₃ → динитрат целлюлозы + вода

 Из целлулоида делали бильярдные шары, расчёски, игрушки, линейки, кино- и фотоплёнку. Из-за повышенной  горючести область применения целлулоида стала ограниченной. В настоящее время из этого полимера изготавливают теннисные шарики, облицовку для музыкальных инструментов. На основе нитратов целлюлозы изготавливают клей и лаки. Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха и называют его пироксилином.

На основе искусственных полимеров получают также волокна.

Оказывается, что ещё в 7 веке англичанин Роберт Гук высказал мысль о возможности получения искусственного волокна. Производство первого искусственного волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году.

Волокна представляют собой полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи и текстильных материалов.

Сама по себе целлюлоза – это волокнистый материал. Из целлюлозных волокон состоят хлопчатобумажные и льняные ткани. Однако эти ткани недостаточно прочные, легко мнутся, не имеют блеска, повреждаются грибком.

Для получения такого искусственного волокна, как ацетатный шёлк, за основу берут целлюлозу, которую обрабатывают уксусной кислотой или ангидридом уксусной кислоты. Уксус  по латыни «ацетум», от этого произошло и название «ацетатное».

В результате реакции этерификации получают триацетат целлюлозу с тремя сложноэфирными группами.

Целлюлоза + CH₃COOH → триацетат целлюлозы + вода

Однако триацетат целлюлозы не обладает волокнистой структурой. Поэтому его растворяют в органическом растворителе до образования вязкого раствора и под большим давлением продавливают через фильеры. Струйки этого раствора обдуваются тёплым воздухом и полимер затвердевает.

Ацетатное волокно устойчиво к воздействию света, температуры, микроорганизмов.

Ткани из ацетатного волокна – ацетатного шёлка – красивы и легко окрашиваются, из них делают подкладочный материал, нарядные бальные платья. Изготавливают ткани для галстуков, тюля, покрывал, кружев, юбок гофре и плиссе, сорочек.

Впервые на мировом рынке ацетатное волокно появилось в 1921 году, как результат трудов американских ученых и технологов под руководством Дрейфуса.

К искусственным волокнам относятся также вискоза и медно-аммиачное волокно.

Ацетатное волокно было получено в 80-е годы 19 века ботаником Негели, который установил, что хлопковое волокно состоит из целлюлозы. Это открытие привело его к мысли, что можно выработать волокно подобное хлопковому, но из более дешевого целлюлозного сырья – остатков древесины. Попытки получения такого волокна увенчались успехом в 1892 году, когда американцы Кросс, Бивен, Бидл запатентовали вискозный способ, который совершенствовался и модернизировался.

В России первый завод по производству искусственного шёлка был построен в Мытищах и в 1913 году он дал первую продукцию.

Вискозу получают также на основе целлюлозы путём обработки её раствором щёлочи, а затем сероуглеродом CS₂ и раствором кислоты. Вискоза обладает рядом преимуществ: у неё хорошие гигиенические свойства, она устойчива к действию органических растворителей. Недостатком вискозы является резкий блеск, но если волокна вискозного жгута разрезать на части, а затем вытянуть и скрутить в пряжу, то это штапельное волокно теряет блеск и прочность немного уменьшается, сохраняя остальные свойства вискозы. При стирке изделия сильно садятся, в мокром состоянии теряют прочность, поэтому их нельзя сильно тереть и выкручивать.

Учёные России предвидели блестящее будущее вискозного волокна. Д. И. Менделеев в 1900 году писал: «Россия изобилует всякими растительными продуктами... Клетчатка не истощает почвы, для питания не пригодна... если бы мы отбросы превратили в изделия из вискозы, то разбогатели бы побольше, чем от всей нашей торговли».

На основе вискозы получают искусственную кожу, корды для автомобильных покрышек. В чистом виде и в сочетании с другими волокнами или нитями из вискозы получают подкладочные, платьевые, сорочечные, бельевые, декоративные ткани, верхний, бельевой трикотаж, чулочно-носочные, текстильно-галантерейные изделия (ленты, тесьма, галстуки), целлофан.

Если вискозную нить сильно вытянуть, то верхний слой нити растянется больше, а внутренний – меньше, в результате волокно получает извитость, из этих нитей изготавливают ковры.

Если в прядильный раствор вискозы вмешать воздух, то получим химическую реакцию с выделением углекислого газа, в волокне образуются пустоты, эти пустотелые вискозные волокна используют для производства не тонущих спасательных костюмов. Усовершенствованным вискозным волокном является сиблон, который мало мнётся, мало садится, это волокно прочное и блестящее. Его изготавливают из высококачественной целлюлозы.

Таким образом, искусственные полимеры – это высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров. Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов. Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. Первой пластмассой на основе целлюлозы стал целлулоид. К искусственным полимерам относятся волокна: ацетатное волокно и вискоза. Искусственные волокна находят широкое применение.