Промышленные синтезы на основе углеводородов
зы будут остатки молекул глюкозы. В молекулах белка
натурального шелка, шерсти звеньями являются остатки аминокислот:
H
O
O
H2N–CH–C ; –N–CH– C–
OH
R R
Строение молекулы белкового вещества шелка может быть выражено
схемой:
H O H O H O
… –N–CH–C–N–CH– C–N–CH– C–…
R R R
Группы атомов –CO–NH–, соединяющие остатки аминокислот в таких
молекулах, называются амидными группами, а связи между атомами углерода и
азота в них – амидными связями.
В молекулах, образующих нейлон и капрон, также имеются амидные связи
между повторяющимися группами атомов, но эти повторяющиеся группы атомов
– звенья – отличаются от тех, которые образуют молекулу природного белка.
Нейлон готовят из довольно простых органических веществ – адиптиновой
кислоты HOOC – (CH2)4 – COOH и гексаметилендиамина H2N – (CH2)6 – NH2,
которые в свою очередь, получают из фенола. При нагревании совместно
адиптиновой кислоты и гексаметилендиамина образуется вязкая смола.
Молекулы исходных веществ, взаимодействуя друг с другом, образуют
нитевидные молекулы нового вещества. Эта реакция происходит из-за того,
что от конца одной молекулы отрывается гидроксильная группа. А от конца
другой молекулы – из аминогруппы – атом водорода. Группа OH и атом
водорода образуют молекулу воды H2O, а остатки молекул органических
веществ за счет освободившихся валентностей соединяются друг с другом в
длинные цепи. Упрощенно этот процесс можно изобразить следующей схемой:
HO OH H
H
C–(CH2)4–C + N–(CH2)6–N
+
O O H
H
HO OH
C–(CH2)4–C + …
O O
HO
C–(CH2)4–C–N–(CH2)6–N–C–(CH2)4–C– … + nH2O ;
O
O H H O O
Так соединяется в цепь примерно по сотне остатков молекул
гексаметилендиамина и адиптиновой кислоты.
Нагретую вязкую смолу продавливают через тонкие отверстия фильеры.
Охлаждаемая воздухом струя затвердевает, образуя волокно. Скорость
образования волокон здесь очень большая – 1000 м /мин. Далее волокна
нейлона подвергаются растягиванию на барабанах, вращающихся с разной
скоростью; при этом они удлиняются в несколько раз. Молекулы, образующие
их, ранее как бы сморщенные, выпрямляются и располагаются по оси волокна.
От этого прочность волокна сильно возрастает.
Длинные цепочки молекул другого синтетического волокна – капрона,
являющегося изобретением советских ученых, - построены из повторяющихся
звеньев – остатков аминокапроновой кислоты NH2–(CH2)5–COOH.
За счет аминогрупп и карбоксильных групп различных молекул здесь
также устанавливается амидная связь между звеньями, что видно из
следующей схемы строения молекулы капрона:
O H O H
O
H2N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C–…
Технический способ получения волокон капрона сходен со способом
получения нейлона. Из капрона можно получать настолько тонкие волокна,
что нить длиной 9 км будет весить всего лишь 6 г.
Волокна нейлона (анида) и капрона обладают прочностью, значительно
превосходящей прочность природных и искусственных волокон. Изделия из них
имеют много и других замечательных свойств. Они не гниют, не поедаются
молью. После стирки они быстро сохнут и легко принимают прежний вид. Эти
изделия не гигроскопичны и не снижают своей прочности от влаги, как это
наблюдается у других искусственных волокон, даже у натурального шелка.
Исследования ученых привели к созданию ряда новых волокон. В нашей
стране, кроме анида и капрона, производятся такие синтетические волокна,
как хлорин, нитрон, лавсан, энант.
К хлорину ученые подошли в поисках волокна высокой химической
стойкости (рассмотренные выше полиамидные волокна неустойчивы по
отношению к кислотам). Среди химически стойких полимеров был известен
поливинилхлорид (полихлорвинил):
– CH2–CH–
Cl n
Однако получить волокно из него оказалось делом сложным. Ведь чтобы
достичь расположения молекул в определенном направлении, а без этого нет
волокна, необходимо полимер расплавить, т. е. дать возможность молекулам
его свободно перемещаться, чтобы затем в процессе формирования
перестроить их расположение и закрепить в нужном порядке. Между тем
поливинилхлорид нельзя расплавлять, т. к. при нагревании он разлагается;
трудно найти и подходящий растворитель. Подобно тому как при получении
искусственных волокон растворимость целлюлозы достигается за счет ее
химической обработки. Удалось сделать растворимым и поливинилхлорид в
результате его дополнительного хлорирования. Эту реакцию, очень
напоминающую нам хлорирование предельных углеводородов, можно выразить
такой схемой:
–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–…+ nCl2 –CH2–CH–CH–CH–CH2–CH–…+nHCl
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl
Высокомолекулярный продукт хлорирования образуется в виде смолы,
называемой также хлорином.
Хлорин растворяют в ацетоне, раствор пропускают через фильеру в ванну
с водой. Ацетон при этом растворяется, и хлорин выделяется в виде тонких
волокон.
Хлориновое волокно негорюче, на него не действуют ни кислоты, ни
щелочи, некоторое время не действует даже “царская водка” – смесь азотной
и соляной кислот, оказывающая обычно особенно сильное окислительное
действие.
Из хлоринового волокна готовят фильтровальные ткани и прокладочный
материал для химических аппаратов, спецодежду для рабочих химической
промышленности, ковры, лечебное белье и т. д.
В списках химически стойких волокон ученые обратились и к полимеру
тефлону (–CF2–CF2–)n высшему эталону химической инертности вещества,
превосходящему в этом отношении такие благородные металлы, как золото или
платина. Здесь трудности казались долгое время непреодолимыми: тефлон не
удавалось растворить ни в одном из известных растворителей, нельзя его и
расплавить или даже перевести в размягченное состояние без разложения.
Однако использование некоторых приемов формирования позволило в последнее
время из тефлона получить волокна.
Нитрон и лавсан не могут соперничать по химической стойкости с
хлорином или тефлоном, но у них есть другие ценные свойства, открывающие
перед этими волокнами перспективу широкого применения.
Исходным веществом для получения волокна служит нитрил акриловой
кислоты – акрилонитрил CH2–CH.
CN
Благодаря наличию двойной связи между атомами углерода это вещество легко
полимеризуется, образуя высокомолекулярную смолу полиакрилонитрил
(–CH2–CH–)n.
CN
Полимер растворяют в соответствующем растворителе и формируют волокно
по мокрому способу, подобно вискозному волокну.
Волокно нитрон по внешнему виду похоже на шерсть, оно очень хорошо
растворяет теплоту, достаточно прочно и превосходит другие волокна по
светостойкости. Из этого волокна готовят ткани для костюмов и пальто,
искусственный мех, трикотажные изделия.
Волокно лавсан по химической природе является полиэфиром.
Исходные вещества для его получения – двухосновная терефталевая
кислота
HOOC– –COOH и двухатомный спирт этиленгликоль HO–CH2–CH2–OH.
При известных условиях эти вещества вступают между собой в реакцию
этерификации так, что у каждого из них взаимодействуют при этом обе
функциональные группы. В результате образуется высокомолекулярная смола
лавсан. Несколько упрощая, процесс этот можно изобразить так:
O O O
O
C– –C + CH2–CH2 + C–
C + …
OH OH HO OH HO
OH
O O O
O
| |  скачать работу |
Промышленные синтезы на основе углеводородов |
