Природные и химические волокна

 
 
 
 
И. И. Осовская 
 
 
 
 
ПРИРОДНЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023 
 

УДК 541.64 
ББК 35.71 
О-75 
 
Рецензенты: 
зав. кафедрой целлюлозы, бумаги и картона ВШТЭ д-р техн. наук,  
проф. Е. Г. Смирнова; 
зав. лабораторией физической химии полимеров Института  
высокомолекулярных соединений РАН д-р физ.-мат. наук,  
проф. С. В. Бронников 
 
 
Осовская, И. И.  
О-75   
Природные и химические волокна : учебное пособие / И. И. Осовская. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 100 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1182-0 
 
Изложен один из основных разделов комплексного использования 
древесного и растительного сырья – получение природных и химических 
волокон. Даны описания промышленных технологий производства важнейших типов волокон. Содержит материал, необходимый для изучения 
дисциплин «Химические волокна», «Теоретические основы переработки 
природных полимеров», «Технология полимеров», «Переработка и применение полимеров». 
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 18.04.01, 
18.03.01 «Химическая технология». 
 
УДК  541.64 
ББК   35.71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1182-0 
” Осовская И. И., 2023 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
2 
 

 ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
................................................................................................................. 5 
 
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ВОЛОКНАХ ................................................................ 7 
 
2. НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА РАСТИТЕЛЬНОГО                                
ПРОИСХОЖДЕНИЯ 
................................................................................................ 9 
2.1. Хлопковые волокна 
......................................................................................... 10 
2.2. Льняные волокна ............................................................................................. 12 
2.3. Волокна с особыми свойствами 
..................................................................... 15 
2.4. Целлюлоза из бактерий 
................................................................................... 16 
2.5. Пищевые волокна ............................................................................................ 18 
2.6. Медицинские волокна 
..................................................................................... 20 
 
3. ВОЛОКНА ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ....................................... 26 
3.1. Шелковые волокна .......................................................................................... 27 
3.2. Шерсть 
.............................................................................................................. 28 
3.3. Белковые волокна 
............................................................................................ 29 
3.4. Хитин-глюкановые волокна 
........................................................................... 30 
 
4. ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА ............................................................................. 40 
4.1. Требования к полимерам для получения химических волокон ................. 42 
4.2. Искусственные волокна 
.................................................................................. 45 
4.2.1. Вискозные волокна ................................................................................... 45 
4.2.2. Ацетатное волокно 
.................................................................................... 50 
4.2.3. Триацетатное волокно .............................................................................. 52 
4.3. Синтетические волокна .................................................................................. 57 
4.3.1. Полиамидные волокна 
.............................................................................. 59 
4.3.2. Полиакрилонитрильное волокно – нитрон  ........................................... 64 
4.3.3. Полихлорвиниловые волокна (хлорин, ПВХ) 
........................................ 68 
4.3.4. Полиолефиновые волокна 
........................................................................ 70 
3 
 

4.3.5. Полиэфирное волокно – лавсан ............................................................... 72 
4.3.6. Поливинилспиртовые волокна ................................................................ 75 
 
5. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА 
.......................................................................... 78 
 
6. УГЛЕРОДНЫЕ ВОЛОКНА  ............................................................................. 80 
 
7. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВОЛОКОН .................................................................... 84 
 
8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ                                            
С ПРОИЗВОДСТВОМ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ...................................... 94 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 96 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................ 98 
 
4 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Основным видом сырья для производства волокнистых полуфабрикатов 
является древесина. Задача технологии волокнистых полуфабрикатов – разделить древесину на волокна. Одним из основных направлений комплексного использования древесных волокон является их использование в производстве 
натуральных и искусственных волокон. 
Друг от друга волокна отличаются по химическому составу, строению и 
свойствам. В основу существующей классификации волокон положено два основных признака – способ их получения (происхождение) и химический состав, 
так как именно они определяют основные физико-механические и химические 
свойства не только самих волокон, но и изделий, полученных из них. Преимущество использования природных полимеров во многом связано с решением 
экологических проблем и с уникальными свойствами природного сырья растительного и животного происхождения. В настоящее время отмечается большой 
интерес науки и промышленности к поиску и использованию полимеров животного происхождения, таких как хитин и хитозан, что является вполне закономерным. Природные полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью 
разрушаются ферментами микроорганизмов, могут широко применяться в проведении природоохранных мероприятий. За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон из древесного и животного сырья стала заметно отставать от 
спроса. Так, за последние 20 лет она увеличилась лишь на 25 , а спрос – на 
100 %. Устранить это несоответствие помогает химия. Ежегодно на заводах 
производятся миллионы километров искусственного шелка и других химических волокон из древесного и животного сырья. За последние годы объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза. Химики во многих странах 
5 
 

непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества 
уже известных. 
Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его 
переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, 
например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. Следует 
отметить, что объем производства волокон из синтетических полимеров и их 
народнохозяйственная значимость также непрерывно увеличиваются. 
6 
 

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ВОЛОКНАХ 
Термином волокно обозначают такую физическую форму материала, которая характеризуется очень высоким отношением длины к поперечным размерам. При этом подразумевается, что сами поперечные размеры малы не только 
по сравнению с длиной, но и по абсолютному значению. В качестве некоего 
условного стандарта поперечных размеров принимается толщина природных 
волокон растительного и животного происхождения (хлопок, шерсть), которая 
обычно составляет 10–40 мкм. Однако с тех пор как появились искусственные 
волокна, интервал толщин несколько расширился, главным образом в сторону 
меньших размеров. В некоторых случаях, о чем подробнее будет сказано позднее, практическое значение получили волокна очень малой толщины – до десятых долей микрометра. В то же время для специальных технических нужд изготовляются в небольших масштабах волокна, диаметр которых достигает сотен микрометров (в частности, волокна для технических сеток). Тем не менее 
основная масса многотоннажных искусственных волокон имеет поперечные 
размеры, сопоставимые с размерами природных волокон, поскольку они часто 
перерабатываются в смеси с природными волокнами или на том же оборудовании. Есть и другие обстоятельства, определяющие выбор реальных толщин 
искусственных волокон, в частности экономические соображения. Так, производство и переработка очень тонких волокон сопряжены с большими техническими трудностями, из-за чего приходится искать компромиссные решения. 
Верхние значения толщины ограничиваются их эластическими свойствами: повышение диаметра волокна увеличивает жесткость ткани, снижает ее 
драпирующую способность. Что касается волокон, используемых в технических 
целях, то здесь нет каких-либо общих закономерностей в выборе диаметра волокна, хотя в большинстве случаев предпочтительнее иметь нить, состоящую из 
нескольких отдельных волокон, чем одно волокно (одиночную нить) равновеликого общего диаметра. 
7 
 

Во всяком случае, очевидно, что возможность регулировать толщину является важным преимуществом искусственно получаемых волокон перед природными. 
Классификация волокон 
С учетом классификационных признаков волокна делятся на: 
• натуральные; 
• химические. 
К натуральным волокнам относят волокна природного (растительного, 
животного, минерального) происхождения: хлопок, лен, шерсть и шелк. К химическим волокнам – волокна, изготовленные в заводских условиях. При этом 
химические волокна подразделяются на: 
• искусственные; 
• синтетические. 
Искусственные волокна получают из природных высокомолекулярных 
соединений, которые образуются в процессе развития и роста волокон (целлюлоза, фиброин, кератин). К тканям из искусственных волокон относятся: 
• ацетат; 
• вискоза; 
• штапель. 
Эти ткани прекрасно пропускают воздух, очень долго остаются сухими и 
приятны на ощупь. Сегодня все эти ткани активно используются производителями белья, а благодаря новейшим технологиям, способны заменять натуральные. 
Синтетические волокна получают путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений (фенола, этилена, ацетилена, метана и др.) в результате реакции полимеризации или поликонденсации в основном из продуктов переработки нефти, каменного угля и природные газов. 
На сегодняшний день рынок готовых изделий может быть представлен 
широким ассортиментом белья, трикотажных изделий, одежды, ковровых изделий и прочими товарами повседневного спроса, сезонного спроса или длительного использования. 
8 
 

2. НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА 
РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ 
 
 
Рис. 1. Классификация натуральных волокон 
 
Натуральные волокна – это волокна, которые существуют в природе в 
готовом виде, они образуются без непосредственного участия человека. 
Основным веществом, составляющим волокна растительного происхождения, является целлюлоза. Это твердое труднорастворимое вещество состоит 
из звеньев С6Н10О5. Помимо целлюлозы в растительных волокнах присутствуют воски, жиры, белковые, красящие вещества и др. 
Растительные волокна могут быть расположены: 
• на поверхности семян – хлопок; 
• на стенках плода – капок; 
• в оболочке плодов – кайр; 
• внутри стебля – лен, пенька, джут, кенаф; 
• в листьях – абака, сизаль, генекен, формиум, юкка.  
Наиболее распространенными из растительных волокон являются хлопок 
и лен. 
9 
 

2.1. ХЛОПКОВЫЕ ВОЛОКНА 
 
Хлопковые волокна – это волокна, покрывающие семена хлопчатника, 
используются в пряже в двух видах: в натуральном отбеленном и в мерсеризованном. Натуральный хлопок окрашивается только в блеклые тона (таковы его 
свойства), а после мерсеризации хлопок удается окрасить в яркие сочные тона, 
и часто этот блеск по незнанию воспринимается как примесь синтетического 
волокна. Конечно, процесс мерсеризации не очень дешевый, но явные преимущества внешнего вида и носкость изделий оправдывают его стоимость. Однако 
необходимо помнить, что мерсеризованный хлопок менее растяжим и более 
подвержен усадке после сушки, чем не мерсеризованный. Хлопчатник известен человеку уже 5000 лет. Это кустарниковое тропическое растение. Родина 
хлопка – Индия и Южная Америка. До XVI в. индийцы держали в тайне производство хлопка. В Европу привозили только готовые ткани. В России хлопок 
выращивают с XVIII в. В мире произрастает 35 видов хлопка, но только 4 вида 
подходят для волокон. 
На благо человека используют: 
• семена (на волокна); 
• ветки и отходы (на вату, бумагу, картон и т. д.). 
Первичная обработка хлопка: 
1. Из семян-коробок получают волокна хлопка-сырца (в одной коробке 
7–15 тыс. волокон). 
2. Сортируют по качеству. 
3. Прессуют в кипы. 
Хлопковые волокна: белые, пушистые, короткие (до 50 мм), тонкие, матовые, мягкие, прочные. 
Из молекул целлюлозы состоят также: конопля – травянистое однолетнее 
растение (человеку конопля известна уже 3500 лет; волокна конопли называ- 
ют пенькой); юта – тропическое растение (родина – Индия, Китай); кенаф – тро10