Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8

Журнал «Домашняя лаборатория»

В древесине, помимо целлюлозы, содержатся и другие вещества. Например, по данным анализа, сухая древесина ели имеет такой состав:

Целлюлоза — 47%

Гемицеллюлоза (полисахарид, сходный с целлюлозой) — 20%

Лигнин — 30%

Древесная камедь и смола — 3%

Для получения чистой целлюлозы, необходимой для изготовления искусственного шелка и вискозного штапельного волокна, из древесины нужно, прежде всего, удалить лигнин и смолу. С этой целью измельченную древесину (щепу) нагревают под давлением в огромных аппаратах объемом несколько сотен кубических метров, либо с раствором бисульфита кальция Са(Н₃О₃)₂ (сульфитная варка), либо со щелочным раствором NaOH и Na₂S (сульфатная варка). При

этом лигнин переходит в раствор, а целлюлоза не растворяется. Ее очищают, отбеливают и обезвоживают. Растворы, которые образуются в больших количествах при варке древесины, — щелоки — обычно подвергают дальнейшей переработке.

Обнаружение лигнина

Газетную бумагу изготавливают из кашицы, которая образуется при тонком измельчении древесины в специальных аппаратах непрерывного действия. Поэтому она содержит все составные части древесины. Докажем присутствие в ней лигнина. Нанесем на бумагу каплю раствора гидрохлорида анилина С₆Н₅NН₂– НСl (его получим, растворив несколько капель анилина в 5 %-ной соляной кислоте). При этом бумага приобретает желтую окраску. Чертежная бумага, если не придавать значения едва заметному изменению окраски, не дает такой реакции.

При изготовлении искусственных волокон необходимо либо растворить саму целлюлозу — при этом разрываются связи между ее параллельно расположенными молекулами, либо так изменить ее химическое строение, чтобы после этого она растворялась в соответствующих растворителях. Второй способ открыл в 1891 г. француз, граф де Шардонне. Он пронитровал отходы хлопка и растворил полученный динитрат в смеси спирта с эфиром. При продавливании раствора через тонкое отверстие и последующем испарении растворителя удалось получить нить. Так называемый шелк Шардонне, который с 1896 г. стали изготовлять на опытном производстве в Безансоне, слишком легко воспламенялся и к тому же дорого стоил. Поэтому он не мог получить признания.

Растворим полученный нами динитрат целлюлозы, смеси спирта с эфиром и отфильтруем этот раствор через — стекловату. Затем с помощью горелки оттянем короткую стеклянную трубку или пробирку — так, чтобы на конце ее получилось очень узкое отверстие. Можно использовать и старый

Осадительная ванна

Изготовление шелка Шардонне ненужный шприц. Изготовленную фильеру заполним раствором и вставим в нее пробку со стеклянной трубкой, на которую надет резиновый шланг. Если осторожно подуть в шланг, то раствор будет выдавливаться из отверстия. В слегка нагретом воздухе он затвердеет, образуя нить (Ввиду легкой воспламеняемости шелка Щердонне и эфира опыт нужно проводить с осторожностью! В этом опыте безопаснее провести прядение мокрым способом, продавливая раствор коллаксилина в воду — Прим. перев.).

Метод сухого прядения, который мы использовали в этом опыте, еще применяется и в наши дни в промышленности в крупном масштабе, например при изготовлении ацетатного шелка. Последний получают следующим образом. Отходы хлопка при перемешивании обрабатывают ледяной этановой (уксусной) кислотой и ее ангидридом в присутствии небольшого количества серной кислоты, которая служит катализатором. Образуется триацетат целлюлозы — эфир целлюлозы с уксусной кислотой, у которого этерифицированы все три гидроксильные группы в каждом остатке глюкозы, из которых построена целлюлоза. Это вещество подвергают затем обратному превращению в более легко растворимый диацетат целлюлозы. Последний растворяют в пропаноне (ацетоне) или смеси этанола с бензолом и получают прядильный раствор. Для изготовления нитей этот раствор продавливают через фильеры — металлические или фарфоровые диски с очень узкими отверстиями — в прядильную шахту, продуваемую нагретым воздухом. При этом растворитель испаряется и удаляется вместе с потоком воздуха. Пары растворителя конденсируют и снова используют в производстве.

Изготовление ацетатного шелка

Для опыта нам нужен ацетат целлюлозы (ацетилцеллюлоза). Возьмем фотопленку и удалим с нее бромосеребряный желатиновый слой. При выдерживании пленки

в горячей воде он набухает и легко снимается. После этого проверим растворимость пленки в пропаноне (ацетоне). Смешаем ацетат целлюлозы с таким количеством пропанона, чтобы получилась густая каша. Полученную массу медленно (!) выдавим из шприца без иглы, осторожно намотаем полученную нить на рамку из изогнутой стеклянной палочки и высушим. Сушку можно ускорить при обработке умеренно подогретым воздухом. Для этого можно использовать, например, электрическую плитку с закрытым нагревательным элементом, как показано на рисунке. (Ни в коем случае не применять источник открытого огня!)

Ацетатный шелк — ценное волокно, относящееся к числу полусинтетических. Он превосходит натуральные волокна по прочности в мокром виде. По блеску и гладкости нитей ацетатный шелк лучше натурального шелка, но уступает ему в эластичности и прочности.

Ацетатный шелк не окрашивается обычными красителями для шерсти и хлопка. Поэтому для него потребовалось создать особую группу красителей. По той же причине при обработке красителями для шерсти или хлопка смешанных тканей, в состав которых входит ацетатный шелк, можно получить своеобразные расцветки.

Чистую целлюлозу (из отходов хлопка или из древесины), не изменяя ее химического состава, можно растворить в растворе комплексного соединения — гидроксида тетрамминмеди(II) [Cu(NH₃)₄](OН)₂. Такой раствор впервые получил еще в 1857 г. Швейцер. Немецкий исследователь Фремери в 1898 г. разработал технологию изготовления нового типа искусственного шелка, который получил название медно-аммиачного шелка. По этому способу отходы хлопка растворяли в растворе указанного комплекса меди — в наши дни его называют реактивом Швейцера — и после фильтрования и процесса созревания полученный раствор протягивали через стеклянные капилляры диаметром 0,1 мм в слабо подщелоченную воду. В результате получались нити, обладающие замечательным блеском.

Изготовление медно-аммиачного шелка

Этот опыт нам удастся провести только при точном соблюдении приведенной прописи.

В химический стакан нальем 20 мл воды и будем добавлять измельченный в тонкий порошок сульфат меди до тех пор, пока он, несмотря на перемешивание, не перестанет растворяться. 10 мл полученного насыщенного раствора разбавим 100 мл воды и из бюретки добавим по каплям при перемешивании 30 %-ный раствор едкого натра до щелочной реакции. Реакцию раствора будем проверять, отбирая капли его стеклянной палочкой и касаясь этой палочкой красной лакмусовой бумаги. По показанию бюретки запишем, сколько щелочи понадобилось добавить. Остальное количество раствора сульфата меди — около 10 мл — без предварительного разбавления смешаем с 10 мл 25 %-ного водного раствора аммиака и добавим столько же 30 %-ного раствора едкого натра, сколько понадобилось добавить к первой порции раствора сульфата меди. Обычно щелочи расходуется 0,2–0,3 мл или меньше. Полученный раствор имеет интенсивную синюю окраску. Теперь растворим в нем приблизительно 1 г мелко нарезанной фильтровальной бумаги, бинта или ваты и оставим полученный довольно вязкий раствор на 10 минут. Если не вся целлюлоза растворилась, профильтруем раствор через стекловату.

Теперь изготовим из стеклянной трубки фильеру (см. рисунок). Кусочком резинового шланга соединим ее с тем сосудом (широкой стеклянной трубкой или воронкой), в котором должен находиться прядильный раствор. Под фильерой поставим кристаллизатор — широкую плоскую чашу — и заполним его 20–30 %-ным раствором едкого натра. Этот кристаллизатор послужит в нашем опыте осадительной ванной.

В сосуд, соединенный с фильерой, нальем прядильный раствор и подождем, пока из отверстия фильеры не выйдет первая капля. После этого опустим фильеру в осадительную ванну и пинцетом будем медленно вытягивать из фильеры образующуюся нить. При тщательном выполнении опыта можно получить нить длиной 0,5–1 м. Полученную нить нужно выдержать еще 2 минуты в осадительной ванне, промыть в стакане чистой водой и для удаления меди обработать 2 %-ной серной кислотой до обесцвечивания. После этого снова промоем нить водой и в заключение высушим. Посуду, использованную в этом опыте, вымоем, и соберем такой же прибор для изготовления другого типа искусственного шелка — вискозного шелка.