Строительные и отделочные материалы — Химические волокна
Из природных полимерных материалов сырьё для производства химических волокон добывают из целлюлозы и некоторых белковых веществ. Волокна, полученные путём химической переработки природных полимерных материалов, принято называть искусственными. К их числу относятся разнообразные по виду и качеству вискозные (штапельное волокно, текстильная нить, кордные волокна), медноаммиачные, ацетатные (диацетатное, триацетатное) и белковые волокна, которым в разных странах даны различные наименования.
Главным источником получения целлюлозы служит древесина хвойных и лиственных пород, в которой (в пересчёте на сухую древесину) содержание целлюлозы достигает 55-60%. Другим более богатым по содержанию целлюлозы источником являются отходы хлопководства. Содержание целлюлозы в них достигает 90 % и более. Однако ресурсы хлопковых отходов сравнительно невелики и не в состоянии обеспечить производство химических волокон из хлопковой целлюлозы. Добывать сырьё для производства химических волокон в последнее время в ряде стран начинают из целлюлозы, выделяемую из тростника и камыша. Для этой цели можно также использовать солому, стебли кукурузы и другие сельскохозяйственные отходы.
Очень важное значение имеет качество целлюлозы, особенно при производстве высокопрочного корда. Обычно целлюлоза в растительных материалах находится не в чистом виде, а в смеси с некоторым количеством других соединений (пентозан, пектиновых веществ и других полисахаридов, лигнина, жиров и восков). Основную долю искусственных волокон в настоящее время производят из древесной целлюлозы. Такую целлюлозу, пригодную для производства химических волокон, получают из древесины путём сульфитной или сульфатной варки, в результате которой нецеллюлозные составные части древесины разрушаются или переводятся в растворимое состояние и удаляются таким образом из целлюлозы.
Итак, сырьё для производства химических волокон производится из древесной целлюлозы. При сульфатной варке древесины действующим началом является соединение сернистой кислоты (сульфиты), которые при повышенной температуре реагируют с примесями, но не разрушают целлюлозу. В последующих после варки процессах целлюлозного производства удаляются нецеллюлозные составные части древесины, очищается и отбеливается целлюлоза.
При выделении из древесины целлюлозы методом сульфатной варки на неё воздействуют варочной щёлочью, содержащей едкий натр и сернистый натрий, которые разрушают нецеллюлозные части древесины, после чего можно выделить чистую целлюлозу. Сульфатным способ назван потому, что при регенерации варочного щелока применяют сульфат натрия (сернокислая соль натрия). Существуют и другие способы выделения целлюлозы из древесины. При всех методах надо заботиться о том, чтобы целлюлоза по возможности была лучше освобождена от примесей и продуктов её деструкции, без чего нельзя получить высококачественных химических волокон.
Сырьё для производства химических волокон добывается не только из древесины. Для получения синтетических волокон также нужны природные источники сырья: каменный уголь, нефть, природный газ, сланцы и другие. Следует, однако, учитывать, что непосредственно из этих и других природных материалов синтетические химические волокна получить нельзя — необходимы промежуточные технологические процессы.
Путём химической переработки, например сухой перегонки, процессов крекинга и т.п., получают ряд химических продуктов, среди которых имеются вещества, необходимые для синтеза волокнообразующих полимеров. Таким способом можно получить бензол, фенол, циклогексан и другие вещества, используемые химиками для синтеза исходных продуктов: капролактама, адипиновой кислоты, гексаметилендиамида и пр. Из последних получают всем известные синтетические волокна — капрон, анид (нейлон 6-6) и другие. Кроме продуктов перегонки нефти и сухой перегонки каменного угля, исходные соединения, т.е. капролактам и другие, можно получить из отходов сельскохозяйственных продуктов — соломы, камыша, дающих фурфурол, а также из природных газов.
В настоящее время ассортимент полиамидных волокон пополняется новыми видами. На основе различных аминокислот созданы новые волокна — энант, пеларгон, ундекан и другие. Это стало возможным благодаря тому, что учёные разработали метод теломеризации этилена. Сырьё для производства химических волокон в этом случае получают из природного газа этилена и четырёххлористого углерода.
Другим классом синтетических волокон, тоже получивших широкое распространение благодаря своим ценным свойствам, являются полиэфиры. Оказалось, что из тех же исходных природных веществ (каменного угля, нефти, природных газов) химики умеют делать множество и таких продуктов, которые пригодны для синтеза лавсана: этиленгликоль, диметилтерефталат. Следует, однако, отметить, что процесс получения, например, диметилтерефталата — исходного сырья для полиэфирных волокон — весьма сложен и осуществляется в несколько приёмов. Таким образом получая сырьё для производства химических волокон из природного дешёвого сырья требуются сложные многостадийные процессы с большим количеством операций, выполняемых на различных предприятиях.
Другим примером многостадийности получения химических волокон может служить производство относительно более молодого поливинилспиртового волокна. Сырьём для его синтеза могут служить каменный уголь, природный газ и нефть. Подвергая каменный уголь сухой перегонке, получают кокс и каменноугольный дёготь. Затем кокс путём электротермического нагрева с известью при температуре более 2000 градусов Цельсия переводят в карбид кальция. Действием воды на карбид кальция получают ацетилен, который при обработке в особых условиях с уксусной кислотой даёт соединение под названием винилацетат. В результате полимеризации и последующего омыления полученного из него формуют химические волокна. Прогресс не стоит на месте и сегодня получают сырьё для производства химических волокон всё из новых и новых материалов.