Прядение дедерона (капрона) из расплава

Соберем прибор для формования нити из расплава. Для него понадобится маломощный нагревательный элемент (рефлектора или любого другого электроприбора - что удастся найти в магазинах электротоваров). (Изготовление подобных самодельных нагревателей из готовых узлов бытовых электронагревательных приборов подробнее описано в книге: Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976, — Прим. перев.). В этот нагревательный элемент вставим маленькую пробирку (для полумикроанализа) с оттянутым концом, как указано на рисунке. Включим его в сеть через реостат и, перемещая движок реостата, отрегулируем сопротивление нагревательного элемента так, чтобы внутри керамического цилиндра температура поддерживалась в пределах 210-220 °С. В пробирку поместим кусочек стекловаты, а на него - кусочки капрона (нарезанную леску, куски щетки, капронового шнура и т.д.). Когда материал начнет плавиться, увеличим давление в пробирке, присоединив к ней умеренно надутую камеру от волейбольного мяча. Через отверстие в нижней части пробирки диаметром 0,2-0,4 мм будет выходить нить, которую нужно быстро вытягивать. В холодном состоянии нить можно растянуть.

Разумеется, пробирку можно нагревать и током горячего воздуха, получаемым при продувании воздуха через нагретую стеклянную или металлическую трубку. Нужно только учесть, что температура не должна быть выше указанной, потому что иначе капрон начнет разлагаться.

Этот опыт можно провести быстрее, хотя и не так изящно. В этом случае можно расплавить в пробирке немного капрона, отобрать стеклянной палочкой каплю расплавленного полимера и нанести ее на деревянную дощечку, лежащую на столе. Тотчас, пока масса еще горячая, из нее можно вытянуть палочкой длинную нить - во всю длину комнаты. Попробуйте растянуть такую нить, чтобы оценить ее прочность.

ЦЕННЫЕ «МЕЛОЧИ»

КОРОТКО О ХИМИИ КРАСИТЕЛЕЙ

Еще в Х веке до нашей эры, на дне Средиземного моря вблизи Тира - легендарного города в древней стране Финикии, воздвигнутого на скале у побережья нынешней Сирии, - ловили улиток-иглянок. (Современные зоологи называют их Murex brandalis.)

Сотням рабов приходилось изо дня в день нырять за этими улитками в море. Другие рабы выдавливали их, растирали с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно-желтым, но под действием воздуха и солнечного света постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, наконец, приобретало великолепную фиолетово-красную окраску. Полученный пурпур в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он был тогда символом власти - право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и ближайших к ним знатных особ. Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, добытым таким способом, стоило очень дорого. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было обработать 10 000 улиток!

Изнурительный труд рабов Тира, которые надрывались для того, чтобы властители могли носить одеяние с пурпурной каймой, - не единственный в истории пример такого рода. Через несколько сотен лет индиго - фиолетово-синий краситель, добываемый из растения Indigofera tinctiria, стал одним из крупных источников наживы для британской Ост-Индской компании, сколотившей свое состояние грабежом. Корабли Ост-Индской компании ежегодно доставляли во все части света от 6 до 9 миллионов килограммов этого ценного красителя по цене 1 ½ английских фунта, т.е. 30 марок золотом за килограмм.

В наши дни все давно привыкли к тому, что дешевые и в то же время яркие красители всех цветов и оттенков легко купить в магазине. Их изготовление теперь уже не требует непосильного труда рабов или населения колоний. Красители, в том числе пурпур и индиго, производят рабочие, техники и инженеры на химических заводах. Впрочем, пурпур и индиго утратили свою былую славу. Их вытеснили более светопрочные синтетические красители, широким выбором которых мы сегодня располагаем.

КРАСИТЕЛИ ИЗ ВОЛЬФЕНА

Как приступили к синтезу красителей? Кто первым открыл путь к нынешним успехам? Здесь следовало бы привести множество имен. События развивались подобно цепной реакции. Как только были достигнуты первые успехи, дальнейшее развитие становилось все более быстрым и приводило к еще большим достижениям.

В 1826, 1840 и 1841 гг. Унфердорбен, Фрицше и Зинин независимо друг от друга получили из индиго анилин. В 1834 г. Рунге обнаружил анилин в каменноугольной смоле, в том же году он открыл фенол и несколько позже — первый краситель из каменноугольной смолы — розоловую кислоту. В 1856 г. юный Перкин в лаборатории Гофмана в Лондоне получил мовеин, а спустя 3 года Вергэну в Лионе удалось синтезировать фуксин (Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. польским химиком, профессором Варшавского университета Натансоном, работавшим в то время в нашей стране — в г. Юрьеве (Тарту). При нагревании анилина с дихлорэтаном он получил ярко-красный краситель, позднее выделенный Вергэном при окислении технического анилина и названный фуксином. Через полгода после этого, в 1856 г. 18-летний английский химик Перкин, работая во время каникул в своей домашней лаборатории, при неудачной попытке синтезировать хинин неожиданно получил яркий красновато-фиолетовый краситель — мовеин. Вместе с отцом и братом Перкин основал фирму и уже через год организовал производство мовеина в заводском масштабе. Тем самым Перкин положил начало созданию анилинокрасочной промышленности. — Прим. перев.). В 1868 г. Гребе и Либерманн раскрыли секрет ализарина — красного красителя, добываемого из корней марены. Затем последовали синтезы эозина и других фталеиновых красителей Байером и Каро и расшифровка строения красителей антраценового ряда Э. Фишером и О. Фишером. К концу XIX в. эти достижения увенчались внедрением в промышленность синтеза индиго по методу, разработанному Гейманном и другими химиками.

Уже в 1911 г. фирмы Германии экспортировали 22 000 т синтетического индиго. Выпуская одновременно 1 500 т дешевого синтетического ализарина, они почти полностью вытеснили природный ализарин, что привело к резкому сокращению разведения марены. В наши дни синтез красителей описан уже в 50 000 патентов и на мировом рынке насчитывается около 15 000 красителей самых различных оттенков.

В Германии на основе достижений науки быстро развивалась мощная анилинокрасочная промышленность. Возникло гигантское монополистическое объединение ИГ-Фарбениндустри, которому уже к началу первой мировой войны принадлежало 85 % всего мирового производства красителей Этот трест приобрел в Германии положение государства в государстве. Известны многие его преступления, с том числе его роль застрельщика в развязывании второй мировой войны (Хозяева треста способствовали приходу фашистов к власти в Германии в 1933 г. и активно сотрудничали с ними в дальнейшем.—Прим. перев.). В 1925 г. к этому тресту присоединилось предприятие «Агфа», основанное акционерным обществом по производству анилиновых красителей в Берлине. В ГДР оно превратилось в крупное социалистическое предприятие — завод синтетических красителей в Вольфене. В годы второй мировой войны это предприятие было сильно разрушено. 1 апреля 1952 г. после частичного восстановления советская военная администрация передала его ГДР. В наши дни завода Вольфене является частью химического комбината в Биттерфельде. Он выпускает около 700 различных продуктов, которые экспортируются в 36 стран. Среди них наряду с уже названными красителями — лекарственные и душистые вещества, косметические препараты азотные удобрения, средства для защиты растений, инсектициды, моющие средства и химические реактивы. Для их производства предприятие использует 1300 исходных и промежуточных веществ, включая такие простые вещества, как серная кислота и едкий натр.

Значительную часть продукций, изготовленной в Вольфеме, составляют красители. В том числе давно выпускаются сернистые черные красители и красители для хлопчатобумажного волокна черного и темно-синего цвета.

После 1945 г. в дополнение к этому развернулось производство новых красителей разных цветов. Появилось новое оборудование. Оно здесь обычно меньше по размерам, чем на других химических заводах, зато продукция несравненно ценнее.

Поскольку промышленность выпускает все новые волокна, постоянно возникает потребность и в новых красителях. Поэтому сейчас особое значение приобретает расширение ассортимента красителей а создание красителей новых оттенков. Здесь открыт необъятный простор для поиска. С 1957 г., например, выпускаются в Вольфене светопрочные и прочные к стирке купраминовые красители. Новые разработки позволяют ограничить импорт красителей и тем самым экономят государству средства.

ТАЙНА ЦВЕТА

Перед нами формула красителя относительно простого строения:

Его точное химическое название—n,n'-диметиламиноазобензолсульфонат натрия. Мы уже встречалось с этим веществом, только когда мы применяли его в качестве индикатора, то называли иначе — Метиловым оранжевым. Для крашения этот краситель, правда, не годится, так как при добавлении кислоты желтая окраска переходит в красную.

Органические красители не случайно имеют сложное строение. Исследования многих химиков позволили установить связь между окраской соединения и его строением. Основу, или ядро, молекулы красителя, как правило, образует кольчатая структура. К ней должны быть присоединены носители цвета — хромофоры. Это всегда ненасыщенные группы:

СН=СН—        этиленовая группа

=С=О                  карбонильная группа (оксогруппа, кетогруппа)

—N=N—          азогруппа

—N=O              нитрозогруппа

—NO₂               нитрогруппа

Ядро и хромофорные группы вместе образуют окрашенную систему — хромоген. В большинстве случаев наличие только одного хромофора еще не дает окраски. Например, в молекуле оранжевого b-каротина — красителя моркови — содержится 11 двойных связей. Кроме того, цвет зависит от того, как именно хромофоры расположены и связаны между собой. Для усиления цвета, углубления его оттенка и для достижения большей прочности выкраски на волокне к ядру с хромофором должны быть присоединены дополнительные группы — ауксохромы. К ним относятся, прежде всего, гидроксильная группа ОН и аминогруппа NH₂, которые не только влияют на окраску, но и вследствие своего кислого или основного характера повышают сродство красителя к волокну (С целью упрощения вопроса авторы приводят представления, которые, в основном, соответствуют хромофорно-ауксохромной теории цветности, сформулированной немецким ученым Виттом в 1876 г. Последняя оказала положительное влияние на развитие химии красителей, но в настоящее время во многом устарела. Современная электронная теория цветности рассматривает цвет как результат взаимодействия со светом электронного облака молекулы красителя — см., например: Б. И.Степанов. Введение в химию и технологию органических красителей. М., «Химия», 1971, — Прим. перев.). Несмотря на то, что эти правила давно известны, открытие нового красителя и в наши дни иногда бывает вызвано счастливой случайностью.

С учетом приведенных представлений рассмотрим подробнее формулу знакомого нам Метилового оранжевого:

Пользуясь нашим простым оборудованием и набором реактивов, мы, к сожалению, сможем синтезировать лишь некоторые из множества красителей, однако и эти примеры помогут нам понять, насколько богата и увлекательна эта область химии.