Искусственные белковые волокна

 

        7.1 Химический состав

        Мука земляного ореха содержит около 50% масла. Остаток после экстракции масла содержит до 50% белка. Глобулярный белок орехов Arachis hypogaea состоит из арахина и конарахина. Количество арахина в белке выше; соотношение между арахином и конарахином составляет 8:3. По аминокислотному составу белок арахисового ореха приближается к кератину шерсти.

 

        7.2 Производство

        Ядро арахисового ореха покрыто красновато-коричневой шелухой, которую при производстве волокна удаляют, так как иначе красящие вещества шелухи сообщают волокну красноватый оттенок.

        При лущении шелуха никогда не удаляется полностью, и часть ее всегда остается. Очевидно поэтому волокно ардиль обладает желтоватым оттенком. Очищенный орех размалывают и полученную муку обрабатывают органическим растворителем для удаления жиров и масел.

        Выделение белка. Обезжиренная мука содержит примерно в равных количествах углеводы и белок. Весь белок и растворимые углеводы растворяют в разбавленном растворе щелочи. Белок осаждают из раствора подкислением.

        Пример. 200 вес. ч. обезжиренной арахисовой муки размешивают с 3500 ч. воды при 20° С в течение 10 мин, добавляют в течение 20 мин 150 ч. 1,2%-ного раствора едкого натра, поддерживая рН смеси равным 8,0—8,5. Перемешивают в течение одного часа, после чего раствору дают отстояться. Раствор, имеющий рН = 8,3, практически бесцветен. Через раствор пропускают сернистый газ до рН = 4,5. При подкислении белок выпадает в виде белых хлопьев, которым дают отстояться, затем центрифугируют, промывают и сушат. Выход воздушно-сухого продукта — 84 вес. ч.

        Следует помнить, что, во-первых, осаждение белка должно производиться в изоэлектрической точке (рН = 4,5), так как в этих условиях осаждение бывает наиболее полным (белок арахиса и шерсть имеют очень близкие значения изоэлектрических точек); и, во-вторых, при экстракции белка во избежание окрашивания раствора веществами, извлекаемыми из шелухи ореха, рН раствора не должен превышать 8,5. Получаемый белок представляет собой порошок светло-кремового цвета, состоящий почти целиком из арахина и конарахина и выпускается под торговым названием ардеин.

        Формование волокна из мочевинных растворов. Первоначальный метод формования волокна предусматривал использование для приготовления прядильных растворов мочевины. Белок растворяли в концентрированных водных растворах мочевины, выдерживали полученный раствор с целью созревания и повышения вязкости до 50—300 пуаз и формовали волокно путем продавливания прядильного раствора в осадительную ванну, содержащую 15% сульфата натрия, 2% серной кислоты при температуре 25—40° С. Сформованное волокно вытягивали. Волокно, высушенное на этой стадии процесса, является рыхлым и слабым; поэтому необходимо проведение операции задубливания волокна. С этой целью волокно обрабатывают насыщенным раствором поваренной соли, содержащим также 2% соляной кислоты, при температуре 35—50° С. Во избежание гидролиза белка важно, чтобы концентрация кислоты не превышала 2%. После такой обработки волокно промывают, сушат и режут на штапельки нужной длины. Такие показатели волокна, как диаметр и длина штапелька, могут изменяться в зависимости от того, по какой системе предполагают перерабатывать волокно — аппаратной, гребенной или хлопковой.

        Формование волокна из растворов в едком натре. Так как мочевина является слишком дорогим растворителем, в дальнейшем от нее отказались и стали применять для этой цели каустическую соду. В настоящее время дубление волокна проводят с помощью формальдегида (а возможно, и глиоксаля). Образующиеся в процессе дубления поперечные связи повышают устойчивость волокна к мокрым обработкам.

 

       7.3 Ассортимент

       Волокно ардиль выпускают трех типов:

        Ардиль В. Волокно этого типа обладает наименьшей окраской, что дает возможность красить его в светлые пастельные тона без предварительного беления. Ардиль В обладает бледно-кремовой окраской и выпускается в виде штапельного волокна № 2500 и 1800. Волокно обладает почти нейтральной реакцией и содержит не более 0,3% связанной уксусной кислоты.

        Ардиль F. Светло-коричневое штапельное волокно № 3600, 2500, 1800 и 1110, предназначенное для крашения в средние и темные тона. Волокно содержит небольшое количество связанного формальдегида и около 4% связанной серной кислоты.

        Ардиль К. Волокно этого типа не отличается от волокна ардиль F, но выпускается более низких номеров (№750 и 490) и используется главным образом для изготовления ковров. Содержание связанного формальдегида и серной кислоты у волокна ардиль К такое же, как и у волокна ардиль F.

 

        7.4 Свойства

        Наиболее ценными свойствами волокна ардиль являются теплота и мягкость на ощупь. Искусственные белковые волокна по этим показателям приближаются к шерсти в большей мере, чем другие химические волокна.

        Разрывная длина у волокна ардиль невысока — она равна всего лишь 7,2 км, однако высокое удлинение (50%) определяет значительную величину работы, необходимой для разрыва волокна. Устойчивость волокна ардиль к истиранию низка, поэтому ткани из одного ардиля плохи в носке. Совершенно неожиданным является тот факт, что устойчивость к истиранию у смешанных тканей (50% ардиля и 50% шерсти) выше, чем у чистошерстяных. Это, по-видимому, можно объяснить наличием у волокна ардиль гладкой поверхности. Исследования показали, что изделия из смеси ардиля с шерстью (50 : 50%) по износоустойчивости не уступают чистошерстяным.

        Волокно ардиль имеет поперечное сечение круглой формы; при обследовании продольного вида волокна под микроскопом не обнаружено каких-либо особенностей.

        Волокно ардиль не обладает свойлачиваемостью, однако небольшие добавки его к шерсти улучшают ее валку, по-видимому, вследствие того, что волокно ардиль «обладает гладкой поверхностью, облегчающей перемещение волокон шерсти, а также ввиду большей податливости ардиля в сравнении с шерстью.

       

       7.5 Крашение

        Волокно ардиль легко красится; в этом отношении ардиль очень похож на хлорированную шерсть, обладающую большим сродством к красителям, чем необработанная шерсть, но уступает шерсти в прочности получаемых окрасок к мокрым обработкам. Смеси ардиля с шерстью окрашиваются равномерно кислотными красителями в сплошной ровный цвет. Кислотные красители для валки преимущественно сорбируются шерстью, поэтому смеси ардиля с шерстью трудно ровно окрасить.

        Ардиль обладает хорошим сродством к прямым красителям для хлопка. В нас-тоящее время его красят в массе нерастворимыми пигментами.

        Отбеливать ардиль рекомендуется по перекисному способу, так как применение других отбеливающих агентов может привести к разрушению волокна.

 

         7.6 Применение

        Наиболее желательно использовать волокно ардиль в смесях с шерстью. Изделия из смеси ардиля с шерстью (50 : 50%) обладают теплотой и мягкостью на ощупь и удовлетворительной носкостью.

        В настоящее время волокно ардиль выпускают в больших количествах на заводе в Дэмфрисе; низкая стоимость волокна дает возможность использовать его в качестве «разбавителя» шерсти, а высокая гигроскопичность делает пригодным даже для изготовления нижнего белья. Волокно ардиль практически молеустойчиво, однако смеси с шерстью поражаются личинками моли. Волокно ардиль успешно применяется при изготовлении фетровых шляп, для чего его добавляют к шерсти в количествах до 20 %.

        Ардиль весьма удовлетворительно перерабатывается с хлопком; извитость ардиля и его эластичность придают смешанной пряже полноту. В смеси с хлопком ардиль используется для получения пижамных и сорочечных тканей. Из смесей ардиля с вискозным штапельным волокном получается пряжа, обладающая полнотой и теплотой на ощупь, чего лишена пряжа из вискозного волокна. Смешанная пряжа может иметь применение при изготовлении тканей для костюмов, спортивной одежды и, возможно, бельевых и вязаных изделий.

        По сравнению с шерстью ардиль обладает несколько меньшей горючестью; таким образом, в противопожарном отношении использование ардиля в смеси с шерстью не представляет опасности. Однако смеси ардиля с хлопком воспламеняемы.

        Волокно ардиль К нашло широкое применение в ковровом производстве. При изготовлении ковров наиболее целесообразно к вискозному волокну добавлять поровну 40% волокна ардиль — 750 и 490 номеров.

        Файбролен С — искусственное волокно из белка земляного ореха, выпускавшее-ся одно время в Англии. Название волокна вызывает некоторое недоумение, так как волокна файбролен А, файбролен ВХ и файбролен ВС являются казеиновыми волокнами.

 

        8 ВОЛОКНО  ИЗ  БЕЛКА СОИ

        В США были проведены исследования по выделению белка из бобов сои, по изучению свойств растворов этого белка и формование из этих растворов волокна. Волокно, производство которого было начато в 1939 г., использовалось для изготовления тканей для обивки автомобилей. В 1942 г, ежедневный выпуск этого волокна составлял около 0,5 т. Однако через несколько лет выпуск его был прекращен. В период второй мировой войны (1939_1945 гг.) волокно из белка сои выпускалось в полупромышленном масштабе под названием силкул. По окончании войны это производство также было прекращено и не возобновлялось. С 1956 г. волокно из белка сои вообще не производится.

 

 

      Следует, однако, отметить, что соевые бобы, произрастающие в значительных количествах на Востоке, имеют большое содержание белка и являются потенциальным сырьем для производства искусственного белкового волокна. Интересно сравнить содержание белка, масел и углеводов в соевых бобах, в земляном орехе (исходное сырье для получения волокна ардиль) и в кукурузе (исходное сырье для получения волокна викара) (табл. 2).

      Состав различных видов белкового сырья                                     Таблица 2

 

СЫРЬЕ	СОДЕРЖАНИЕ В %
	БЕЛКА                      МАСЛА                   УГЛЕВОДА
СОЕВЫЕ БОБЫ ЗЕМЛЯНОЙ ОРЕХ КУКУРУЗА	35 24-26 10,5	16-19 43-48 4,5	5,5 26-29 70

 

         Высокое содержание белка в соевых бобах оправдывает их применение в качестве сырья для производства волокна. По аминокислотному составу белок сои занимает промежуточное положение между белком арахиса и казеином, но значительно отличается от зеина.

 

         8.1 Производство

        Соевые бобы вида Soja max по форме и размерам напоминают горох, но отличаются от него светло-коричневым цветом. В 1943 г. в Америке было выращено около 300000 т соевых бобов, отсюда видно, что при улучшении положения с пищевым сырьем соевые бобы могут служить мощным источником сырья для производства волокна.

        Бобы вылущивают из стручков и пропускают через стальные валы для получения хлопьев. Масло из хлопьев удаляют путем экстракции гексаном, после чего хлопья обрабатывают 0,1 %-ным раствором сульфита при комнатной температуре, выделяя белок. Полученный раствор очищают и к нему добавляют при непрерыв¬ном перемешивании серную кислоту до рН = 4,5, являющегося изоэлектрической точкой белка сои. При этом белок осаждается в виде творожистой массы, которую отделяют, промывают и сушат при температуре не выше 60° С.

        Прядильный раствор получают растворением белка в водном растворе едкого натра. Концентрация белка в прядильном растворе равна 20%. Прядильный раствор стабилизируют добавками небольших количеств этилксантогената натрия. Созревание полученного раствора ведут до тех пор, пока не будет достигнута необходимая вязкость; волокно формуют в ванне, содержащей кислоту и соли. По составу осадительная ванна, вероятно, такая же' или очень близка к осадительной ванне, применяемой для формования казеинового волокна. При формовании волокно подвергают вытягиванию и, точно так же, как в случае других искусственных белковых волокон, подвергают дублению формальдегидом.

 

        8.2 Свойства

        Волокно имеет светло-рыжеватый цвет, но может быть отбелено до почти белого цвета.

        Разрывная длина волокна 7,2 км в сухом и 2,25 км в мокром состоянии. Низкая прочность в мокром состоянии. Более интенсивное вытягивание волокна, благоприятное для ориентации молекул, способствует повышению разрывной длины при соответствующем уменьшении удлинения.

       Волокно обладает матовым блеском и поэтому не требует применения матирующих агентов. Под микроскопом волокно из белка сои очень похоже на аралак и ланиталь. Поперечное сечение волокна круглое; поверхность среза обнаруживает пустоты более крупные, чем у казеинового волокна. Удельный вес волокна (1,31) практически одинаков с удельным весом шерсти. В стандартных условиях волокно сорбирует 11% влаги.

       Волокно устойчиво к действию разбавленных растворов кислот, но растворяется в щелочах.

 

        8.3 Крашение

        Волокно из белка сои обладает хорошим сродством к кислотным красителям. Условия крашения его такие же, как и условия крашения других искусственных белковых волокон; однако температуру красильной ванны не следует поднимать выше 82°С.

     8.4 Применение

     Волокно выпускалось преимущественно в виде штапельного и использовалось для изготовления автомобильных обивочных тканей.

        Свойства волокна из белка сои очень близки к свойствам других искусственных белковых волокон. В смеси с шерстью волокно использовалось для изготовления фетра и обивочных тканей. Волокно из белка сои, вероятно, могло бы найти применение в качестве дешевого компонента шерстяных смесок, а также в ковровом деле.

 

      9 ВИКАРА

        Производство волокна из белка кукурузы — зеина, или мазеина, было начато в США только в 1948 г., несмотря на то, что в 1939 г. был выдан патент на способ выделения зеина из кукурузного зерна.