Медноаммиачное волокно

Попаданцу рано или поздно придется столкнуться с производством тканей. Не зря ведь разделение труда возникло именно на мануфактурах!

Однако — откуда брать волокно для ткани?

Конечно, можно по-старинке стричь овец и растить лён, но ведь человечество много всего интересного придумало на эту тему.

Поэтому обратим внимание на синтетическое волокно.

И для начала — рассмотрим самое древнее волокно, придуманное человечеством — медноаммиачное, первое производство которого стартовало в далеком 1899 году…

Несмотря на древность (все-таки первое волокно, которое смогли производить в заметных количествах), медноаммиачное волокно производят и сейчас. У него есть конкурент — вискоза. При этом по химическому составу вискоза и медноаммиачное волокно — очень и очень близки, с целлюлозой в основе.

Возникает два вопроса: Первый — почему медноаммиачное до сих пор производят?

А производят потому, что медноаммиачное волокно лучше вискозного. Оно гладкое, с мягким приятным блеском, хорошо окрашивается, при этом в сухом состоянии прочнее вискозного, более упруго и эластично.

Тогда возникает вопрос второй — почему тогда вискозу производят?

Ответ элементарный — вискоза много дешевле. Поэтому медноаммиачное волокно покупают только те, кто понимает что делает, а таких сравнительно немного, все хотят получить качество за малые деньги.

Ситуация классическая — производят то, что покупается, а покупается далеко не всегда самое лучшее. Попаданцу с внедрением новомодных технологий хорошо бы это запомнить намертво.

Итак, основное сырье — целлюлоза.

Целлюлоза для волокон сейчас производится либо из древесины, либо из отходов хлопкового производства. Это отдельная статья.

Далее, нам нужны соли меди. Их получают взаимодействием сульфата меди с едким натром или с содой:

CuSO₄ + 2NaOH -> Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

4CuSO₄ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O -> CuSO₄ * 3 Cu(OH)₂ + 3 Na₂SO₄ + 3CO₂

В сульфате меди, который идет на вход этих реакций, должно быть не более 0.06% железа, поэтому сульфат меди продувают горячим раствором воздуха и соединения железа окисляются, после чего можно гидролизировать и соли железа выпадут в осадок.

Реакцию проводят с подогревом где-то до 75^oC

Второе вещество, которое необходимо для производства — это
аммиак
, то есть 25-30% раствор аммиака в воде (не ниже 22.5%). Его нужно примерно 0.8 — 1 кг на 1 кг целлюлозы.

Кроме этого требуются сульфит натрия (1-2% от массы целлюлозы) и раствор едкого натра NaOH.

Как видите, список химикатов не впечатляет даже для времен Наполеона.

Итак, поехали.

Сначала — растворяем целлюлозу.

Для этого основную соль меди во влажном состоянии загружают в охлажденный раствор аммиака. Туда небольшими порциями при перемешивании вносят измельченную целлюлозу. Она растворяется в две стадии — сначала набухает и когда полностью набухнет, то переходят ко второй стадии — собственно растворению. Для этого добавляют едкий натр.

Тут нужно интенсивно размешивать, потому что раствор будет вязкий (особенно поначалу), в него добавляют воду для получения требуемой консистенции.

Собственно, это все — теперь нужно отфильтровать через сетки разной плотности и удалить воздух и остатки аммиака (они сильно понижают вязкость).

Итак, наступает самое интересное — формирование волокна.

Вот тут есть патентованное ноу-хау, коническая воронка.

Собственно, принцип действия виден на рисунке. Вода, которая подается через патрубок 2, увлекает струйки раствора, высаживает из раствора медно-аммиачное соединение целлюлозы (это происходит на участке А-Б), потом благодаря ускорению течения воды вытягивает пластичную нить (на участке Б-В) и выталкивает нить сквозь нижнее отверстие воронки. Нить при этом получается очень тонкой.

Скорость вытягивания волокна 35 — 45 метров в минуту.

Нить после этого направляют в следующую ванну с разбавленной H₂SO₄, подогретой до 55 — 65^oC

Это нужно для полного удаления аммиака и продуктов деструкции целлюлозы.

После чего — только промыть водой.

Однако, как вы заметили — в процессе участвуют как медь, так и аммиак, которых в волокне нет.

Они все остались в воде, вытягивающей нить из воронки.

А они — самые дорогие ингредиенты на производстве. И поэтому начинается самое заморочливое — регенерация меди и аммиака. В современных производствах удается вернуть в цикл 95-98% меди и примерно 70% аммиака.

Для этого воду кипятят, медь выпадает в осадок и отфильтровывается. Потом осадок прокаливается и его можно использовать после растворения в серной кислоте.

А вот с аммиаком сложнее. Он на современных производствах отсасывается вакуумными насосами и пропускается через специальные абсорбционные колонки из охлаждаемых до 10^oC фарфоровых колец. При этом получают 10% раствор аммиака, он непригоден для производства медноаммиачного волокна и его направляют в ректификационную колонну, которая для древнего времени хай-тек.

Как будет выкручиваться попаданец с этим аммиаком — отдельный вопрос.

Ведь аммиак тогда еще где-то добыть надо!

Но аммиак — это уж такая вещь, ничего не поделать. Для попаданца существует правило — «нет аммиака — не будет в жизни счастья».

Итак, волокно получено. Конечно, его еще нужно окрасить и спрясть из него ткань или сплести веревки.

Но это уже другая задача, и она много проще задачи получения медноаммиачного волокна.