Искусственные белковые волокна

           1 КАЗЕИНОВЫЕ ВОЛОКНА ЛАНИТАЛЬ, АРАЛАК, ФАЙБРОЛЕН,  МЕРИНОВА

        Так как шерсть является великолепным материалом для изготовления одежды, было предпринято очень много попыток получить искусственное волокно со свойствами, подобными свойствам шерсти. Если мы вспомним, что шерсть, как и другие природные белковые волокна, является естественной защитой животных от дождя, холода и перегрева солнечными лучами, а также сохраняет тепло, не будет ничего неожиданного в том, что шерсть считается превосходным материалом для изготовления одежды.

        Наиболее ценными свойствами шерсти являются теплота и мягкость на ощупь. Вероятно, теплота шерсти объясняется отчасти чешуйчатым строением кутикулы волокна, отдельные чешуйки которой накладываются одна на другую, подобно черепице на крыше. Такое строение поверхности волокна не может быть, к сожалению, достигнуто в настоящее время ни в одном из химических волокон. В настоящее время хотя и получены волокна со свойствами, приближающимися к свойствам шерсти, однако ни в одних волокнах эти свойства не близки к ним так, как в белковых волокнах. Уместно напомнить, что шерсть, используемая для изготовления одежды человека, обладает двумя крупными недостатками — она усаживается при стирке и поедается личинками моли и жучками; искусственные казеиновые волокна свободны от первого недостатка, однако вторым недостатком некоторые из них все же обладают.

        Казеин — белок молока; шерсть также является белком. Поэтому вполне естественно, что «человек в поисках исходного сырья для изготовления заменителей шерсти остановился именно на казеине молока — распространенном природном белке. Вопрос о том, является ли переработка ценного пищевого сырья желательной, остается неясным; все же если пищевое сырье данного вида имеется в изобилии, возражения по этому поводу навряд ли могут быть.

 

       2 ЛАНИТАЛЬ И АРАЛАК

 

        В 1904 г. Тодтенхаупт предложил метод получения волокна из казеина, однако полученное им волокно было жестким и настолько неустойчивым к действию воды, что не выдерживало мокрых обработок. Попытки Тодтенхаупта и более ранних исследователей получить технически приемлемое волокно были безуспешными до 1935 г., когда эта проблема была практически разрешена. Итальянский исследователь Ферретти провел в 1924— 1935 гг. ряд исследований, завершившихся получением эластичного волокна, по некоторым свойствам приближавшегося к шерсти. В Италии было организовано крупное производство казеинового волокна. Это волокно, названное ланиталем (от латинского слова Lana — шерсть), в 1937 г. было выпущено в количестве 1200 т.

        В США, независимо от Италии, в 1939 г. было начато производство казеинового волокна аралак; в 1943 г. продукция этого волокна достигла примерно 5000 т волокна в год. Однако в 1948 г. выпуск волокна аралак был прекращен и из белка кукурузных зерен начато производство искусственного белкового волокна викара. "Производство аралака с тех пор не возобновлялось.

       

       2.2 Химическое строение

 

        По химическому составу казеин незначительно отличается: от шерсти. В табл. 1 представлены данные элементарного анализа волокна аралак и шерсти.

 

Таблица 1

Химический состав аралака и шерсти

ЭЛЕМЕНТ	СОДЕРЖАНИЕ В %
	У АРАЛАКА	У ШЕРСТИ
УГЛЕРОД	53,0 7,5 23,0 15,0 0,7 0,8	49,2 7,6 23,7 15,9 3,6
КИСЛОРОД
ФОСФОР
	100,0	100,0

 

        Наиболее заметным различием в составе этих волокон является малое содержание в аралаке серы. Цистиновые поперечные связи, определяющие специфические свойства шерсти, в казеиновом волокне отсутствуют. Поэтому казеиновое волокно является менее прочным и менее устойчивым к различным химическим воздействиям, чем шерсть.

        Казеин относится к глобулярным белкам, и линейные макромолекулы его не обладают вытянутой формой, характерной почти для всех волокнообразующих полимеров. В процессе переработки глобулярные макромолекулы казеина, вероятно, раскручиваются и принимают более вытянутую форму. Если бы такие изменения формы макромолекул не имели места, получение волокна, обладающего достаточной прочностью, из глобулярных белков не представлялось бы возможным. Несомненно также, что при вытягивании волокна происходит некоторая ориентация макромолекул.

 

      2.3 Производство

        Способы производства волокон ланиталь и аралак одинаковы. Сначала с молока снимают сливки, являющиеся наиболее ценным пищевым продуктом. Снятое молоко нагревают до 40°С и добавляют кислоту, вызывающую свертывание белка, выпадающего в виде творога. Творог отделяют от сыворотки, отмывают от кислоты и солей, отжимают и сушат. Творог представляет собой казеин; из 100 кг молока получается 3 кг казеина, из которого может быть сформовано почти такое же количество волокна.

        Казеин обычно получают непосредственно на молочных фермах, так как перевозка снятого молока, содержащего лишь 3% казеина, на большие расстояния экономически нецелесообразна.

        На заводе отдельные партии казеина тщательно смешивают, после чего казеин растворяют в растворе едкого натра. При этом на 10 кг казеина берут 50 л воды, содержащей 0,27 кг едкого натра; таким образом, расход щелочи на приготовление прядильного раствора составляет 2,7% от веса сырья.

        Прядильный раствор после очистки продавливают через фильеры в осадительную ванну, и образующиеся волоконца собирают в жгут. Осадительная ванна на 100 вес. ч. воды содержит 2 вес. ч. серной кислоты, 5 вес. ч. формальдегида и 20 вес. ч. глюкозы.

        Жгут, состоящий из многих тысяч параллельных элементарных волоконец, напоминает в большей или меньшей степени толстую шерстяную ровницу. Для получения волокна, устойчивого к мокрым обработкам, жгут подвергают дублению, которое проводят формальдегидом, реагирующим со свободными аминогруппами казеина по следующей схеме: RNH2 + ОСН2 → RN = СН2 + Н20.

        При отщеплении по одному атому водорода от аминогрупп различных макромолекул между ними образуются поперечные связи.

        Для придания волокну устойчивости к действию кипящей воды волокно аралак подвергали ацетилированию. Эта операция была известна под названием  аратер-минг-процесса. Известно, что ткани из волокна ланиталь в мокром состоянии обладают запахом сыра, в то время как волокно аралак, подвергнутое ацетилированию, избавлено от этого недостатка.

        Полученный жгут волокна режут на штапельки, длина которых равна длине волокна шерсти. Затем волокна превращают в топе и смешивают с шерстью, или же перерабатывают на кардочесальных машинах в смеси с шерстью. Иногда казеиновому волокну для большего сходства с шерстью придают извитость.

 

          2.4 Свойства

        Ценными свойствами казеинового волокна, делающими это волокно особенно пригодным для переработки в смеси с шерстью, являются теплота и мягкость на ощупь. Казеиновое волокно не обладает способностью свойлачиваться, однако совершенно неожиданно небольшие добавки казеинового волокна к шерсти улучшают ее свойлачиваемость.

                                              

          Рис. 1. Микрофотография поперечного среза и продольного вида казеинового волокна

                    (увеличено в 500 раз). Крайнее левое волокно окрашено. Отметьте  характерную

                     шероховатость плоскости поперечного среза волокна

 

       Разрывная длина казеинового волокна составляет примерно 7,2—9 км при разрывном удлинении около 15%. Прочность волокна в мокром состоянии очень мала, что является главным недостатком казеинового волокна. Разрывное удлинение волокна в мокром состоянии увеличивается.

        Удельный вес казеинового волокна (1,29) близок к удельному весу шерсти. Микрофотография продольного вида казеинового волокна и его поперечного среза приведена на рис.1. Поперечный срез волокна имеет почти круглую форму и обнаруживает характерные пустоты, что может быть использовано для идентификации казеинового волокна в смесках с шерстью.

        Казеиновое волокно чувствительно к действию щелочей и при действии сильных щелочей желатинируется. Однако к действию щелочных буферных растворов, например бикарбоната натрия и динатрийфосфата, используемых в прачечных, это волокно вполне устойчиво. Оно вполне устойчиво также к действию 2%-ного раствора серной кислоты на холоду.

      Казеиновое волокно подвержено действию моли, коврового жучка и плесени.

       Обычные органические растворители не действуют на казеиновое волокно и могут быть использованы для сухой чистки изделий.

       Влагопоглощение казеинового волокна такое же, как и у шерсти и составляет в стандартных условиях около 14%. Казеиновое волокно очень легко поглощает влагу. Сушку мокрого казеинового волокна или изделий из него следует проводить при температурах ниже 100° С, иначе волокно может стать хрупким.

       Устойчивость казеинового волокна к действию света такая же, как у шерсти.

        2.5 Крашение

        Казеиновое волокно красят точно так же, как шерсть; при этом казеиновое волокно обладает большим сродством к красителям. Казеиновое волокно, окрашиваются легко.

        Кислотные красители на казеиновом волокне дают окраски, малоустойчивые  к  мокрым   обработкам;   окраски  казеинового волокна с применением протравных красителей типа неоланов по железным или хромовым протравам, так же как и в случае шерсти, обладают достаточной прочностью к мокрым обработкам. Однако при применении протравных красителей обычно не получаются удовлетворительные результаты, так как процесс хромирования почти всегда сопровождается чрезмерной усадкой волокна. Красители типа карболанов дают интенсивные окраски хорошей прочности при крашении в нейтральных ваннах.

        Казеиновое волокно может быть окрашено также прямыми, основными и дисперсионными красителями, но все они дают окраски, неустойчивые к мокрым обработкам.

 

          2.6 Применение

         Казеиновое волокно используется почти исключительно в смеси с шерстью. Свойства казеинового волокна — теплота и мягкость на ощупь — делают это волокно особенно пригодным для совместной переработки с шерстью. Главной причиной, обусловливающей применение казеинового волокна, считалось его низкая стоимость.

        Казеиновое волокно может вырабатываться очень высоких номеров, т. е. примерно такого же диаметра, как очень тонкая шерсть. Казеиновое волокно диаметром 20 мк обладает такой же тониной, что и шерсть 70 кач. (наиболее тонкое волокно, используемое для изготовления детской одежды). Казеиновое волокно диаметром 50 мк эквивалентно кроссбредной шерсти 50 кач.

        Обычно казеиновое волокно выпускается в виде резаного штапельного волокна и перерабатывается в смеси с вискозным штапельным волокном или хлопком для добавки к шерсти.

        В целом, во всех областях, где в больших количествах находит применение шерсть, могут быть использованы смеси шерсти с казеиновым волокном. В качестве типичных областей использования таких смесок можно назвать вязаные изделия, верхнее платье, свитеры и шляпы. В чистом виде казеиновое волокно используют для набивки подушек и изготовления стеганых изделий.

         3 ФАЙБРОЛЕН ВХ

        Казеиновое штапельное волокно как в виде жгута, так и в резаном виде или в виде ленты гребенного прочеса выпускается под названием файбролен ВХ. По ряду показателей это волокно приближается к шерсти. Первоначально выпускалось казеиновое волокно файбролен А, которое очень напоминало волокно ланиталь. В настоящее время файбролен А не выпускается. Волокно файбролен ВХ подвергается дублению формальдегидом и обладает улучшенными свойствами.

        3.1Производство

       Исходное сырье — казеин — растворяют в щелочи; полученный прядильный раствор продавливают через фильеры в кислую осадптельную ванну. Образующееся волокно собирают в общий жгут, который в процессе отделки подвергают вытягиванию и предварительному дублению. В результате этих операций возрастает прочность волокна, улучшается его эластичность и повышается устойчивость к действию кислых красильных ванн. Волокно выпускается окрашенным в массе в различные цвета и матированным.

       Файбролен ВХ обладает хорошей белизной; на нем можно получить окраску полной гаммы цветов, включая и пастельные тона.

 

       3.2 Крашение

      При крашении волокна файбролен ВХ нужно создавать условия, в которых сохраняются ценные качества волокна. При несоблюдении этих условий волокно может получить серьезные повреждения.

        Для сохранения волокном высоких качеств на ощупь и для достижения окрасок, обладающих удовлетворительной прочностью, необходимо соблюдение следующих условий:

        1.рН красильной ванны поддерживать по возможности равным 4. Щелочная среда при обработках нежелательна. При про-ведении процесса крашения смесей волокон при более высоких значениях рН необходимо после промывки проводить окончательную обработку волокна при рН = 4. Так, например, крашение смесей файбролена ВХ с целлюлозными волокнами лучше проходит при рН = 6 в ванне, содержащей уксусную кислоту и ее соли; после окончания крашения материал должен быть обработан кислотой при рН = 4.