Способы получения искусственных материалов

Способы получения искусственных материалов

В патенте №52228 описан способ изготовления искусственных материалов из ксантогенатов оксиалкилэфиров целлюлозы, отличающийся тем, что в качестве осадительной ванны применяют раствор серной кислоты с содержанием по крайней мере 35% моногидрата или эквивалентного количества другой минеральной кислоты.

Оказалось, что при работе по этому способу можно также получить хорошие искусственные материалы из продуктов взаимодействия вискозы (ксантогената целлюлозы) с галоидопроизводными двух или многоатомного спирта.

Ранее было предложено прибавлять к вискозе галоидные производные двух- или многоатомных спиртов с целью образования в ней меркаптанов галоидных производных с теми побочными продуктами, получаемыми при образовании ксантогената, которые содержат серу (например, щелочные сульфиды, щелочные полисульфиды или щелочные тритиокарбонаты) и (или) с группой CS.S вискозы, таким образом, чтобы отщепить содержащуюся в ксантогенате целлюлозы группу CS.S и выделить целлюлозу или гидрат целлюлозы.

Сущность данного изобретения отнюдь не является следствием вышеупомянутого предложения, так как заключается оно в том, что продукт реакции вискозы с галоидными производными двух- или многоатомных спиртов подвергается воздействию одного или нескольких реагентов, которые во время коагулирования или после него придают этому продукту пластичность.

Так же мало данное изобретение может явиться выводом из другого известного предложения, состоящего в том, чтобы применить галоидные производные двух- или многоатомных спиртов для превращения целлюлозы в эфирные соединения, предложения, которое применимо также и к вискозе, причем должны получиться продукты, годные для тех целей, для которых нужны эфиры целлюлозы.

Взаимодействие вискозы с одним или несколькими галоидными производными полиспиртов, с повышающим пластичность влиянием осадительной или прядильной ванны вызывает, очевидно, новое действие, которое до сих пор не было осуществлено ни одним известным способом работы.

Данное изобретение дает возможность изготовлять блестящий искусственный шелк, обладающий прочностью, в сухом виде превосходящей 2 г на денье, а в некоторых случаях превосходящей и 4,5 г на денье, а в мокром виде прочностью, превосходящей 1 г на денье, а в некоторых случаях и 2, 3 и до 5 г. В то же время искусственный шелк отличается растяжимостью в 7-10%, а иногда даже в 15-20%.

С таким шелком несравним обладающий большой крепостью так называемый «шелк Лилиенфельда».

Для реализации предлагаемого способа вискоза приводится во взаимодействие с одним или несколькими галоидными производными двух- или многоатомных спиртов или их ангидридов, в частности с одним или несколькими галоидгидринами, после чего раствору полученного этим путем продукта придают форму искусственного материала, в частности искусственной нити и приводят его в соприкосновение с одним или несколькими реагентами, которые оказывают на формованный раствор коагулирующее, а на свежекоагулированный искусственный материал пластифицирующее действие.

Изолировать продукты взаимодействия вискозы с галоидгидрином нет надобности. Иными словами, достаточно примешать к вискозе соответственное количество галоидного производного какого-нибудь полиспирта и переработать полученный раствор на искусственный материал по способам, изложенным в патенте №52228. Небольшим нагреванием, например, до 50-70°, можно, если это желательно, ускорить процесс взаимодействия вискозы с галоидной производной.

Серную кислоту можно применять в отдельности или, поскольку это совместимо с избранными условиями работы, в смеси с одним или несколькими неорганическими веществами, например, с другой крепкой минеральной кислотой, как соляная азотная или фосфорная кислота, или с нейтральной или с кислой солью, каковы сульфат или бисульфат натрия, сульфат аммония, сульфат магния, сульфат цинка, бисульфит натрия, сульфит натрия, нитрит натрия или борная кислота. Можно также, поскольку допускают условия, при которых применяется крепкая серная кислота, прибавить к этой последней или к ее смеси с другими крепкими кислотами или с одним или несколькими неорганическими веществами из числа указанных выше, соответственное количество одного или нескольких органических веществ, как-то глицерина или глюкозы, или спирта, или соли органического основания, например, анилиновой соли, или органической кислоты напр., уксусной или муравьиной или молочной или щавелевой кислоты. Если прибавить соль, которая способна реагировать с крепкой серной кислотой, образуя кислый сульфат, или испытывать превращения при взаимодействии с серной кислотой, то рекомендуется так выбрать крепость серной кислоты, чтобы по израсходовании количества кислоты, требующегося для образования кислого сульфата или для превращения, осадительная ванна содержала свободную серную кислоту желательной крепости, но в количестве, которое бы во всяком случае было не меньше 35 в.ч. моногидрата в 100 в.ч. осадительной ванны.

Другие условия работы, подлежащие соблюдению при изготовлении искусственного материала по предлагаемому способу, как например температура осадительной ванны, длина погружения искусственного материала, например, искусственной нити в эту ванну, скорость наматывания, пробег в воздухе, который искусственный материал, в частности нить делает между осадительной ванной и собирающим приспособлением и степень добавочного растяжения можно изменять в самых широких пределах.

Пример. 100 в.ч. целлюлозы с влажностью в 8% или хлопкового линтера с влажностью 6-7% помещают в 2000 в.ч. 18%-го раствора едкого натра при 15° и оставляют их на 3 часа, затем отжимают щелочную целлюлозу, пока вес ее не достигнет в случае древесины 300, а в случае линтера 340 ч., измельчают ее при 11-15° в продолжение -3 часов, затем прибавляют в случае древесины 40, а в случае линтера 60 в.ч. сероуглерода, дают ему воздействовать в продолжение 8 часов при 18-20°, выпускают избыток его и растворяют получившийся таким образом ксантогенат в таком количестве едкого натра и воды, чтобы получившийся раствор содержал приблизительно 6,5% аналитически определимой целлюлозы и 5% NaOH.

К полученному раствору вискозы прибавляют 20 в.ч. α-дихлоргидрина (1,3-дихлорпропанола-2) тщательно размешивают и затем трижды фильтруют раствор через хлопок. Первые две фильтрации производятся вскоре по изготовлении реакционной смеси, третья производится непосредственно перед началом прядения, которое осуществляется по способам, описанным в патенте №52228.

Способ получения искусственных материалов по патенту №52228, отличающийся тем, что в качестве прядильного раствора применяют продукт взаимодействия вискозы с галоидопроизводным двух- или многоатомного спирта.

Источник

Технология. 5 класс

Конспект урока

Технология, 5 класс

Урок 10. Искусственные и синтетические материалы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Понятие «искусственный материал».
2. Понятие «синтетический материал».
3. Свойства искусственных и синтетических материалов.

Натуральные материалы – это материалы, используемые для производства потребительских благ, добываемые в природе.

Сырьём — это природные материалы, которые перед использованием на производстве подверглись предварительной обработке и подлежат дальнейшей переработке.

Натуральное сырьём – это все добытые вещества, используемые человеком и сохранившие в предмете труда свои природные свойства и состав.

Искусственные материалы — это материалы, которые созданы человеком на основе соединения природных материалов и не существуют в природе.

Материалы, получаемые в процессе создания или построения сложных молекул из более простых, называются синтетическими, а сам процесс – синтезом.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Все предметы, окружающие нас, изготавливаются из материалов. Материалы, используемые для производства потребительских благ, добываемые в природе, называются натуральными.

Природные материалы, которые перед использованием на производстве подверглись предварительной обработке и подлежат дальнейшей переработке, называются сырьём.

Например, сырьём лесоперерабатывающей промышленности являются брёвна, полученные из спиленных деревьев. Сырьё для производства шерстяной пряжи является шерсть, состриженная с животных.

Все добытые вещества, используемые человеком и сохранившие в предмете труда свои природные свойства и состав, называются натуральным сырьём.

На ранних этапах человеческого существования люди использовали крайне ограниченное число материалов. Это были материалы, имеющиеся в природе — камни, дерево, глина, шкуры животных.

Со временем люди научились производить материалы, по свойствам превосходящие природные продукты. Это были такие новые материалы, как керамика и различные металлы.

Было обнаружено, что свойства материалов могут изменяться в результате термической обработки или добавления к ним различных субстанций.

Материалы, которые созданы человеком на основе соединения природных материалов и не существуют в природе, называются искусственными материалами.

Для получения искусственных материалов природные компоненты подвергают технологической обработке.

При производстве стекла – происходит нагрев кварцевого песка до состояния плавления.

При производстве кирпича происходит обжиг заготовки из специальной глиняной смеси;

При производстве древесно-стружечные или древесноволокнистые плиты происходит прессование щепы или стружки деревьев.

При производстве искусственного шёлка происходит растворение целлюлозы в специальном растворе, после чего из полученного вещества формируют нити.

Со временем учёные поняли, что существует соответствие между структурными элементами, составляющими материал, и им самим. Эти знания стали доступными примерно 100 лет назад, и в значительной степени были обусловлены тем, что люди научились оценивать характеристики материала.

Все это привело к тому, что появились десятки тысяч различных материалов с весьма специфическими свойствами, что позволило удовлетворять самые сложные потребности современного общества.

Производство материалов, которые делают наше существование более комфортным, связаны с тем, что становятся доступным всё новые и новые технологии.

На уроках химии вы узнаете, что все вещества состоят из атомов и молекул. С помощью химических реакций их можно перестраивать. Изменение порядка приводит к образованию нового вещества. Такие реакции называются синтезом, а получаемые материалы синтетическими.

Синтез в химии – это процесс создания или построения сложных молекул из более простых.

Сырьём для производства этих материалов являются нефтепродукты, уголь, газ.

Часто материалы полученные искусственным или синтетическим путём обобщают и называют химическими.

Современные технологии производства синтетических материалов коснулись всех сфер жизнедеятельности человека. Вы встречаетесь с этой продукцией ежедневно и повсеместно.

Полиэтилен, синтетический материал, из которого изготавливают плёнку, бутылки, крышки.

Органическое стекло. Из него изготавливают небьющееся прозрачные экраны, художественно-декоративные изделия.

Полистирол используют для изготовления одноразовой посуды.

Но лучшим примером производства синтетических материалов может служить текстильная промышленность. Синтетические ткани изготавливаются из полимеров, полученных благодаря химическим реакциям.

Как правило, из синтетических тканей производят спортивную одежду или вещи, необходимые для использования в экстремальных ситуациях.

Производство синтетического волокна аналогично процессу получения искусственного: получение прядильного раствора, формирование волокон, отделка. Искусственное волокно за счёт того, что получается из природного материала имеет более высокую стоимость, поэтому оно менее популярно, чем синтетическое.

Синтетические материалы имеют ряд преимуществ. В отличие от природных материалов, синтетическая ткань обладает незначительным весом. Одежда из такого материала менее подвержена износу и хорошо сохраняет стойкость цвета. Практически все синтетические материалы не впитывают в себя много влаги, и сушка не занимает много времени. Низкая цена материала за счёт невысокой стоимости исходного продукта.

Производство синтетических материалов постоянно развивается. Учёные-химики постоянно синтезируют новые виды волокон с заданными свойствами. Некоторые материалы, полученные на основе этих волокон, в несколько раз превосходят прочность стали.

Таким волокном, например, является кевлар. Из него делают лёгкие прочные надувные лодки и бронежилеты.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 4. Выделите зелёным цветом минеральное сырьё (материалы), синим цветом – продукцию химического производства.

Источник

Производство натуральных, искусственных и синтетических материалов

Натуральные текстильные волокна бывают животного или растительного происхождения.

К волокнам животного происхождения относятся шерсть альпака, верблюда, викуньи, гуанако, гуарицо (потомство самца ламы и самки альпака), козы, козы мохер, коровы, кролика, ламы, овцы, свиньи, а также мех и шелк. Мытая органическими растворителями шерсть, волокно из переработанного лоскута, очесы, повторно обрабатываемая шерсть, повторно используемая шерсть, шодди и волокно из шелковых отходов и пряжи называются регенерированными или искусственными волокнами животного происхождения.

К натуральным волокнам растительного происхождения (называемым лубяными) относятся волокна абаки, ананаса, генекена, джута, капка, кенафа, кокосовой пальмы, конопли, льна, манилы, рами, сизаля, соломы, хемпа (кроталярии) и хлопка.

Хлопок, который дает самое распространенное в мире натуральное текстильное волокно, выращивается во многих регионах с тропическим и умеренным климатом. Основные страны-производители — КНР, США, Узбекистан, Индия, Пакистан, Бразилия, Турция, Египет и Австралия.

Крупнейшим потребителем хлопка является КНР, за ним следуют Индия, США, Россия, Япония, Бразилия, Пакистан, Южная Корея, Турция и Египет.

Хлопок представляет собой белое, буровато-белое, желтовато-белое или синевато-белое волокнистое вещество, покрывающее семена некоторых растений рода Gossypium, семейства мальвовых.

Из хлопка изготавливают бельевые, платяные, декоративные, а также технические ткани, швейные нитки, шнуры и многое другое.

Льняные ткани считаются самым древним видом тканей, изготавливаются из волокнистого материала стеблей льна-долгунца — Linum usitatissimus. У него тонкий стебель, достигающий в высоту 1 м, мелкие узкие листья и ярко-синие цветки. При выращивании на волокно лен сеют часто, чтобы растения ветвились лишь на верхнем конце и волокно было длиннее.

Льняные ткани отличаются большой влагопоглощаемостью, не имеют пуха, обладают блеском и прохладны в носке. Еще недавно они считались мнущимися, но в настоящее время найдены способы придания льноволокну эластичности. Из льна изготавливают полотенца, постельное белье, скатерти, простыни, драпировочные, обивочные ткани, прокладочные материалы и различные предметы одежды: блузы, спортивные куртки, юбки, слаксы (широкие брюки) и детскую одежду.

В домашних интерьерах применяют льняные обои и мебельные ткани. Основные производители: Россия, Белоруссия, Литва, Латвия, Эстония, Польша, Франция, Египет, Чехия, Словакия, Бельгия и Нидерланды. Лучший в мире моченый лен поступает из Бельгии.

Шерсть считается настоящим волокном животного происхождения, если настригается с живых овец. «Мертвая» же шерсть, собираемая на скотобойнях, во всех отношениях значительно хуже «живой». Ежегодно в мире производится около 270 тыс. т овечьей шерсти, причем около трети этого количества приходится на Австралию, а остальное — на страны СНГ, Новую Зеландию, Аргентину, Южную Африку, Уругвай, КНР, Турцию и США.

Шерстяные ткани, выработанные из смеси длинных и коротких волокон, мягки (хотя и не мнутся), но не сохраняют острой складки. Камвольные шерстяные ткани, или ткани из гребенной шерсти, изготавливаются только из длинных волокон. Они гладкие, прочные, довольно долговечные, но приобретают лоск в процессе носки. Впервые переработанная шерсть дает, как правило, более прочный и более эластичный текстиль, чем другие виды шерсти.

Шелк получают разматыванием коконов гусениц азиатского тутового шелкопряда Bombix mori. Шелковое волокно отличается блеском, эластичностью, крепостью и сопротивляемостью разрыву. Годовой объем производства шелка-сырца составляет около 45 тыс. т. Главные производители — Япония и КНР, а за ними следуют Южная Корея, Узбекистан и Индия.

Современные технологии текстильной промышленности позволяют получать самые разные виды синтетической материи.

Искусственные и синтетические материалы отличаются по специфике производства, а также по стоимости исходного сырья.

Синтетический материал имеет свои достоинства и недостатки. Несмотря на обилие натуральных тканей, существует ряд преимуществ синтетического материала.

• Легкость ткани. В отличие от природных материалов, синтетическая ткань обладает незначительным весом.
• Долговечность. Одежда из синтетического материала менее подвержена износу и хорошо сохраняет стойкость цвета. Это достигается за счет специальной обработки материи. Вот почему вещи можно носить долго, не боясь, что они полиняют. Однако некоторые виды портятся под воздействием ультрафиолетовых лучей.
• Быстрая сушка. Практически все синтетические материалы не впитывают в себя много влаги, и сушка не занимает много времени.
• Стоимость. Низкая цена материала достигается за счет невысокой стоимости исходного продукта. Предприятиям выгодно изготавливать такие ткани, вот почему с каждым годом увеличиваются объемы их производства.

Синтетические вещи обладают высокими теплозащитными свойствами. Они имеют низкую гигроскопичность, высокую гидрофобность и довольно прочны.

Синтетические ткани изготавливаются из полимеров, полученных благодаря химическим реакциям. Сырьем для материала являются нефтепродукты, уголь, газ. Как правило, из синтетических тканей производят спортивную одежду или вещи, необходимые для использования в экстремальных ситуациях.

Виды синтетических тканей

Источник

Производство натуральных, искусственных и синтетических материалов