ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Синтетические волокна из "Волокна из синтетических полимеров" При любом подходе к вопросу прежде всего должны быть рассмотрены проблемы синтеза волокнообразующих полимеров (главы П—УП) и исследования их структуры (главы УП1—ХП). Затем, естественно, следует превращение полимеров в волокно (главы ХП1—XVI) и, наконец, исследование свойств волокна и его применение (главы XVII—XX). [c.14] Существует два метода синтеза макромолекул полимеризация и поликонденсация. Одна из наиболее важных областей в учении о полимеризации— кинетика реакций полимеризации—подробно исследовалась в течение последних 10—15 лет (глава II). Тесно связаны с этим вопросом проблемы энергетики и термодинамики таких процессов (глава III). Все это позволило удовлетворительно объяснить влияние строения мономера и условий полимеризации (как гомогенной, так и гетерогенной) на ход полимеризации (и сополимеризации), а также роль катализаторов, ингибиторов и замедлителей в этих реакциях. В настоящее время вполне изучены отдельные стадии, составляющие суммарный полимеризационный процесс, связь между этими стадиями в процессе полимеризации (или сополимеризации), а также структура полимеров. [c.14] Виниловые волокна, играющие важную роль в технике, получают из хлористого винила, хлористого винилидена и акрилонитрила. Хлористый винил и хлористый винилиден впервые были введены в промышленную практику как исходные вещества для получения пластиков, а акрилонитрил—как один из компонентов для получения синтетического каучука. Исторически их применение в производстве синтетического волокна явилось результатом тщательных исследований процессов полимеризации, которые проводились с целью получения полимеров или сополимеров, пригодных для прядения. При выполнении этих работ оказались полезными сведения, полученные при изучении механизма полимеризации. [c.15] В настоящее время основные закоиомериости реакций поликопденсации (глава V) хорошо изучены, хотя экспериментальные работы в этой области в основном посвящены исследованию влияния строения мономеров на образование полимеров и их свойства. Изучению кинетики и механизма реакций поликонденсации уделяется значительно меньше внимания. Процессы деструкции полимеров, полученных в результате реакций поликонденсации, изучены в меньшей степени, чем процессы деполимеризации виниловых полимеров. Часто химик, работающий в области высокополимерных соединений, сталкивается с проблемой нежелательных побочных реакций при синтезе новых полимеров. В связи с этим особое значение приобретает влияние стехиометри-ческих соотношений на ход реакций поликопденсации. Продукты побочных реакций входят в структуру полимера, что отражается на его свойствах, причем побочные реакции, хотя и представленные в незначительной степени, могут оказывать решающее влияние на волокнообразующие свойства полимерного материала. Эти обстоятельства ивюгда затрудняют синтез полимеров заданного строения. [c.15] Указанная молекулярная характеристика полимера позволяет детально рассмотреть его структуру. При этом необходимо учитывать природу и степень разветвленности, относительное положение заместителей в цепи полимеров и их пространственное расположение (глава IX). В общих чертах этот вопрос в настоящее время выяснен достаточно хорошо. Нет сомнения в том, что при синтезе волокнообразующих полимеров доминирующими реакциями являются те, которые ведут к образованию неразветвленных цепей однако могут протекать и действительно протекают другие, побочные, реакции, в результате которых образуются макромолекулы разветвленного строения, причем обычно очень трудно провести процесс так, чтобы разветвление было невелико. Уместно напомнить здесь, что в случае полиэтилена этот вопрос был удовлетворительно выяснен только в самое последнее время. Основными факторами, влияющими на кристаллизацию, являются, как уже отмечалось выше, правильное строение и эффективность упаковки отдельных макромолекул. [c.16] Физические и химические свойства волокна зависят не только от химического строения макромолекулы, но также от физических или текстурных особенностей данного волокна (глава X). В случае полимера, пригодного для использования в качестве волокна, отдельные макромолекулы необходимо ориен- тировать в направлении оси волокна, и эта ориентация сообщается молекулам в процессе прядения и после него. Свойства волокна зависят от степени такой ориентации, а также от относительных количеств, размеров, формы и распределения участков кристаллической и аморфной фаз. Для выяснения особенностей кристаллической структуры очень полезным оказался рентгенографический метод (глава XI). Однако другие физические методы, например инфракрасная спектроскопия, денсиметрия и термические измерения, каждый в отдельности вносят свою долю в решение этой проблемы. [c.16] Найлон и ароматические полиэфиры (например, терилен) прядутся из расплава, так как они ограниченно растворимы в органических растворителях, но достаточно термостойки в условиях прядения из расплава. Нити из поливинилиденхлорида получаются аналогичным образом, однако прочность нитей в этом случае меньше вследствие меньшей стабильности полимера. Полиакрилонитрил уже настолько термически нестоек, что требует применения растворителей. [c.17] Мокрое прядение первоначально было разработано для получения вискозного волокна, и только сравнительно недавно этот метод был применен для превращения синтетических полимеров в волокна (глава XV). Для уяснения основных принципов метода необходимо сравнить этот процесс с получением гидратцеллюлозного волокна, так как условия выдавливания нити, механизм коагуляции и ориентация макромолекул после коагуляции в обоих случаях обнаруживают ряд общих закономерностей. Можно видеть, как поверхностное натяжение и соотношения концентрация—температура—вязкость влияют на образование нити. Важную роль играет механизм коагуляции, зависящий от диффузионных и осмотических явлений. Эти процессы могут приводить к получению нитей с хорошо ориентированным поверхностным слоем благодаря быстрой десольватации, а также к получению нитей, поперечное сечение которых будет уже не круглым, а волнистым. Если в ходе десольватации к нити приложить напряжение, то можно добиться ориентации макромолекул вдоль оси волокна. Прилагая напряжение и на последующей стадии, когда нити находятся еще в пластическом состоянии, можно достигнуть еще лучшей ориентации. [c.18] Сухое прядение было первым методом производства волокна в этом методе образование нити происходит в результате испарения растворителя из раствора полимера (глава XVI). Этот процесс применим только в тех случаях, когда полимеры растворимы в летучих растворителях. Прядильный раствор продавливается через фильеру в достаточно длинную обогреваемую прядильную шахту, через которую пропускают воздух. При этом растворитель испаряется, и волокна, из которых уже удалена основная масса растворителя, извлекаются из нижней части прядильной шахты с помощью какого-либо намоточного устройства. Затем волокну сообщается ориентация путем растяжения или вытягивания. В технике сухое прядение применяется для получения шелка из ацетилцеллюлозы, и именно при изучении этого объекта были выяснены основные закономерности, управляющие данным процессом. Волокна на основе акрилонитрила (например, орлон ) прядутся сухим способом из раствора в диметилформамиде, а сополимеры с винилхлоридом (например,, виньон Н , дайнел )—из раствора в ацетоне к сожалению, в литературе имеется мало сведений по этому вопросу. [c.18] Развивающаяся промышленность требует специализации волокон, как это было в свое время с металлами и другими материалами. Этим и определяется будущее синтетических волокон. Успешное применение найдут те виды волокна, в которых будет сочетаться максимально полезная специфичность с возможностью экономически выгодного их производства. Применение того или иного вида волокна будет зависеть также от умения и изобретательности производителей текстиля в разработке и производстве таких готовых товаров, в которых наилучшим образом использовались бы уникальные свойства данного волокна. До сих пор основная тяжесть этой новой отрасли лежала на химической промышленности, однако по мере роста объема производства волокна и увеличения разнообразия его видов текстильная промышленность, осваивая новые виды продукции, вносит свои коррективы. Физические свойства, присущие тем или иным волокнам, в настоящее время хорошо изучены и являются основой для предварительного выбора волокон, предназначаемых для промышленного производства. Однако такие свойства, как качество на ощупь и драпируемость, которые влияют на характеристики текстильных материалов и которые нельзя полностью определить путем физических измерений, все еще остаются до некоторой степени неопределенными. [c.18] Синтетические волокна отличаются от природных и вискозных волокон тем, что при их изготовлении применяется специальная обработка, известная в текстильном производстве под названием усадки. Это тепловая обработка готового волокна, в результате которой внутренние напряжения, возникшие в процессе вытягивания нитей, снимаются. Это приводит к росту кристаллитов. Если таким путем снять напряжение в волокне, то оно не изменяет своих размеров в интервале температур вплоть до температуры обработки волокна. Такая обработка, например при производстве чулок, а также платьев и блузок со складками, позволяет устанавливать совершенно новые стандарты. [c.19] Синтетические волокна во многих отношениях отличаются друг от друга. Найлон выделяется своей исключительно высокой стойкостью к истиранию. Акриловое волокно орлон характеризуется отличной устойчивостью по отношению к свету и изменениям погоды, а также низкой способностью к набуханию. Полиэфирное волокно терилен отличается очень низким остаточным удлинением это означает, что при соответствующем способе изготовления терилен будет обладать свойствами шерсти, но без некоторых свойственных ей недостатков, связанных с высоким равновесным содержанием влаги в шерсти. [c.19] Одним из наиболее важных методов синтеза высокополимеров является полимеризация производных этилена, осуществляемая в различных условиях. Реакции полимеризации известны уже в течение многих лет, они широко используются в промышленной практике и настолько тщательно изучены, что в настоящее время могут быть описаны достаточно полно. Кроме того, точный анализ механизма этих реакций позволяет теоретически объяснить некоторые экспериментальные факты. В настоящем кратком обзоре можно лишь отметить некоторые из наиболее важных особенностей этого раздела химии высокополимеров. [c.21] Существует большое число соединений, способных инициировать полимеризацию в самых различных условиях. Полимеризация может протекать в газовой фазе, причем в этом случае молекулы полимера часто вырастают до такой степени, что в реагирующей системе образуется отдельная фаза, обусловливая значительное усложнение механизма реакции. Полимеризация может протекать как в чистом мономере, так и в растворе, причем в зависимости от природы мономера полимер либо остается в растворе, либо выпадает в осадок. Эта реакция может происходить также в водных эмульсиях. Вместе с тем до сих пор ничего не известно о возможности полимеризации в твердой фазе. [c.21] Повышение температуры во многих случаях способствует полимеризации, однако выше определенной температуры начинается деструкция полимера. В некоторых случаях, например в случае полиметакрилатов и полистирола, может происходить деполимеризация до образования мономера, в результате чего устанавливается своего рода равновесие между полимером и мономером. [c.21] Вследствие уменьшения объема при полимеризации (до 20%) увеличение давления значительно повышает скорость процесса. [c.22] Облучение ультрафиолетовым и даже видимым светом может инициировать полимеризацию при комнатной температуре. Известны многие фотосенсибилизаторы, например кетоны, которые, по данным фотохимических исследований, могут при фоторазложении образовывать свободные радикалы. [c.22] Инициирование полимеризации (образование свободных радикалов) может быть химическим или фотохимическим. Особенно ценными инициаторами являются диалкил- и диарилперекиси, а также азосоединения, например (СНз)з— —С—СМ—Ы = СМ—С(СНд)2. В водных растворах эффективными инициаторами являются перекись водорода и соли перкислот, причем их активность можно значительно увеличить, если в реагирующую систему добавить такие восстановители, как ионы Ре + или органические восстановители типа сахаров. Поскольку очень многие органические молекулы могут химически или фотохимически распадаться на радикалы, возможности для инициирования почти безграничны. [c.22] Вернуться к основной статье