ЭСБЕ/Волокна растений

Материал из Викитеки — свободной библиотеки
Перейти к навигации Перейти к поиску

Волокна растений
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
Brockhaus Lexikon.jpg Словник: Волапюк — Выговские. Источник: т. VII (1892): Волапюк — Выговские, с. 69—77 ( скан · индекс )
 Википроекты: Wikipedia-logo.png Википедия


Волокна растений (химико-технич.). Из всех видов и сортов клетчатки (см. это слово) наиболее изучена, как в химическом, так и в техническом отношении, клетчатка, образующая волокна, а между ними — волокна хлопка. Те свойства, которые принадлежат этому последнему, очень часто переносятся на все другие виды клетчатки, что может приводить иногда к неточным обобщениям. Так, например, В. хлопка легко и до конца растворяются в аммиачном растворе окиси меди, т. е. в реактиве Швейцера [1], а некоторым видам клетчатки это не свойственно. Фреми отличал несколько видов клетчатки, и ныне, несомненно, должно признать по крайней мере три видоизменения: обыкновенную клетчатку, под которой и подразумевается клетчатка хлопковых волокон, пара— и метаклетчатку. Параклетчатка, образующаяся на поверхности листьев [2] и содержащаяся во многих корнях, становится растворимой в реактиве Швейцера только после обработки кислотами, а метаклетчатка, содержащаяся в грибах и листьях, не растворяется даже и после действия кислот, хотя все эти виды клетчатки, как волокна хлопка, представляют состав C6Н10О5, нитруются, окрашиваются в синий цвет с йодом и раствором хлористого цинка. Быть может, дальнейшие исследования покажут, что различие некоторых реакций клетчатки зависит только от присутствия подмесей, как в древесине — лигнина или инкрустирующего вещества; но возможно также, что и сама клетчатка C6H10O5 подвергается, как глюкозы и множество других к ним близких веществ, особым изомерным превращениям, так как крахмал, декстрин и некоторые иные формы углеводов, представляя состав клетчатки, явно по свойствам своим отличаются от всяких видоизменений клетчатки. Поэтому, ныне, когда большинство наблюдений собрано именно для хлопковых волокон, полезно изложить их особо, не переводя на свойства всяких иных видов клетчатки, чтобы не составилось преждевременного обобщения [3]. Громадное практическое применение волокнистых веществ, особенно хлопковых, и та роль, которую играют химические свойства волокон в некоторых из этих приложений, заставляют подробнее остановиться на этом предмете, хотя всякие волокнистые вещества применяются в пряжу, бумагу, войлок и ткани почти исключительно на основании их механических свойств, т. е. формы, длины, гибкости крепости и т. п. Эти последние свойства волокон рассматриваются особо в статьях: Волокнистые вещества, Хлопок, Лен, Джут и т. п. Здесь же приведены сведения о химических изменениях, претерпеваемых в разных случаях волокнами, имея в виду преимущественно технические приложения таких свойств В.

В. хлопка в отношении чистоты глубоко отличаются от всяких других растительных волокон, потому что уже в самом растении отделены друг от друга и, как шерсть, только одним концом прикреплены к месту своего развития. Посторонних веществ, кроме клетчатки, в них очень мало и простая механическая обработка, а затем беление хлопка дает сразу чистое клетчатое волокно. Лен, пенька, дерево и др. растительные вещества освобождают волокна только после ряда процессов, изменяющих подмешенные вещества и оставляющих клетчатые волокна, как более стойкую форму растительных веществ. По возможности очищенные, как при белении (см.), от посторонних веществ, волокна хлопка представляют удельный вес около 1,45 и, во всех своих частях, содержат золу, количество которой достигает 0,2%. Зола эта при осторожном выжигании сохраняет вид и особенности строения волокон хлопка, что дает повод предполагать, что минеральные составные части волокон входят в них в соединение с клетчаткой, и это допустимо, потому что у клетчатки существует несомненная способность давать соединения с различными основаниями. Слабые кислоты не отнимают от В. хлопка зольного вещества, в них содержащегося. Но плавиковая кислота, по-видимому, может до конца отнимать всю золу хлопка и льна.

В. хлопка удерживают при обыкновенной комнатной температуре около 6—7% гигроскопической влажности. Она лишь очень медленно выделяется, и то не до конца, в сухой пустоте и вполне выделяется только при температуре 105° [4]. Так как в растениях клетчатка несомненно образуется из растворов и принимает сперва водную желатинообразную или студенистую форму, так называемых гидрогелей (см. это слово), свойственную коллоидам (см. это слово), то способность В. удерживать воду и после высушивания вновь ее поглощать, быть может, представляет некоторое отношение к ее способности желатинировать и давать студенистые гидраты. [5]. Способность В. хлопка, поглощая воду, давать, как дают многие коллоиды, — или студенистые нерастворимые гидраты, или, в известных условиях, и растворы, проявляется во множестве случаев, которые мы далее рассматриваем с некоторой подробностью не только потому, что это в химическом отношении связано с основными свойствами клетчатки, но и потому, что одни из случаев присоединения воды к клетчатке и коллоидного ее разбухания находят прямое применение в технике, а другие объясняют случаи, встречающиеся в фабрично-заводских применениях, как хлопковых, так и иных растительно-волокнистых веществ, особенно при их очищении.

Реактив Швейцера. [6]. Раствор гидрата окиси меди в крепком аммиаке, приготовленный так, чтобы в нем не содержалось никаких примесей посторонних солей, оказывает весьма замечательное действие на В. хлопка. В соприкосновении с названной жидкостью волокна сперва разбухают, переходят в студенистую массу и затем вполне растворяются [7]. Разнообразные реактивы, например — соли щелочных металлов, осаждают из такого раствора синее, желатинообразное водное соединение окиси меди и клетчатки. Этот осадок вновь легко растворяется в слабом растворе аммиака или разведенных кислотах. При разбавлении аммиачно-медного раствора значительным количеством воды, клетчатка осаждается; однако, для полного ее осаждения потребно несколько дней. Осаждающее действие нейтральных солей и простого разбавления водой показывает сходство получаемого раствора клетчатки со многими другими растворами коллоидов (гидрозолей); так, например, гидрозоли сернистой меди или глинозема осаждаются от малейшего количества многих солей.

Кислоты, действуя на описанный раствор, до конца осаждают всю клетчатку, соединяясь с окисью меди; осадок имеет вид водного студенистого глинозема и, подобно ему, после высушивания, представляет твердую роговую массу. Если прибавить уксусно-свинцовой соли к раствору хлопка в реактиве Швейцера, то получается осадок соединения с окисью свинца; пропорция непостоянна, однако, близка к составу C6H10O5PbH2O2. Если выпарить аммиачно-медный раствор хлопка, то аммиак уходит и получается бесформенная масса, содержащая клетчатку и водную окись меди. С другой стороны, если аммиачный раствор окиси меди выпарить на поверхности миткаля (а также бумаги, например пропускной), погрузив его в раствор, то на поверхности миткаля остается зеленое лакообразное соединение, покрывающее поверхность волокон, склеивающее и цементирующее их между собой. Через это миткаль становится крепким, не гниющим и совершенно непромокаемым. Такой способ обработки тканей и бумаги из клетчатки предложен и применен (1884) в Англии Вильсденом (Willesden). Он предложил применять описанный способ для обработки, например, корабельных канатов, ткани для канатов и бумаги, которые при перематывании их с одного вала на другой пропускаются через раствор медно-аммиачной соли и высушиваются над сушильными цилиндрами. Продукт, изготовленный таким образом, обладает большою прочностью, не пропуская воду даже в том случае, когда его в ней нагревают в продолжение нескольких недель под давлением нескольких атмосфер.

В. хлопка лучше большинства других видов волокнистых веществ и клетчатки сопротивляются действию растворов едких щелочей (едкого кали и едкого натра) даже после действия хлора в присутствии воды. Такие способы употребляются при белении писчебумажной массы, пряжи и ткани из растительных волокон. Применяемые при этом растворы не оказывают никакого действия на хлопчатобумажную массу, даже при значительном нагревании; но они изменяют волокна джута (см. это слово), эспарто (альфа, применяется в бумагу, см. Эспарто) и даже лен, то есть раствор щелочи после действия хлора обращает часть упомянутых видов волокон в растворимые продукты. При более высоких температурах, как, например, при кипячении под давлением (которое употребляют писчебумажные фабрики и белильни), количество клетчатки, переходящей этим путем в растворимые продукты, выражается очень ощутительно потерей веса, и нет сомнения, что при этом растворяются не подмеси, а сами клетчатки. Хлопок, как сказано, наименее подвержен подобному изменению. Явления, замечаемые при белении различных тканей, дают очевидное доказательство происходящего в них изменения, так как от быстрого просушивания после беления льняных и др. вышеупомянутых тканей волокна отвердевают; если насыщение водой было значительно, то смежные волокна слипаются, образуя жесткую ткань. Последнего можно избежать, подвергая отбеленный товар постепенному сушению, а это заставляет полагать, что при действии щелочи после хлора часть клетчатки с поверхности становится студенистой. Эти замечания имеют серьезное значение при окончательной отделке тканей и пряжи. Так как при белении В. хлопка не подвергаются разбуханию, то при просушке хлопчатобумажных тканей их можно прямо нагревать на горячих барабанах, тогда как полотно и всякие льняные ткани, для сохранения мягкости и гибкости, необходимо сушить после беления очень медленно; их растягивают на станках, на чердаке, где сушка идет постепенно, причем, в продолжение всего времени просушивания, их вытягивают руками для предупреждения образования жестких мест. Точно так же самые высокие сорта писчей бумаги, особенно приготовленной из льняной и эспартовой массы, вместо быстрого просушивания на горячих барабанах следует высушивать лишь при возможно низких температурах, причем бумага пропускается над длинным рядом полых барабанов из металлической сетки, внутри с крылаткой, вращающейся в сторону противоположную той, куда передвигается бумага.

Действие крепких растворов щелочей при обыкновенной температуре на хлопок было впервые изучено Мерсером. От действия раствора едкого натра удельного веса 1,23—1,28, при обыкновенной температуре, хлопчатобумажные волокна разбухают, сокращаются по длине и становятся прозрачными. Мерсер пишет, например: «Я смочил отбеленный кембрик несколькими каплями раствора едкого натра (удельного веса 1,3) и заметил, что центральная часть каждой капли сократилась и сделалась полупрозрачной; вокруг образовалась кайма, которая не стала прозрачной и не сократилась, очевидно, в ней содержалось весьма мало реактива». Мерсер изучал и наблюдал описываемое явление с разнообразнейших сторон. Коснемся главнейших. Сокращение длины доходит до 15% [8]; приращение крепости (измеряемое усилием для разрыва отдельных нитей) — около 50%, вес, после промывки и сушки, возрастает примерно на 5%, что обуславливается прибавкой воды. Опыт ясно показывает, что действие щелочи есть результат ее присоединения к волокнам, и Мерсер полагает, что происходит C6H10O5+NaHO или 2C6H10O5+Na2O, а Гладстон показал, что в действительности происходит 2C6H10O5+NaHO, легко разлагаемое даже углекислотой [9]. Соединение это от промывки водой образует соответствующий гидрат С12Н20О10Н2О. Процентное приращение веса, вычисленное для этого состава, будет 5,5%. Присоединенная вода, хотя легко выделяется при нагревании, поглощается вновь при выставлении на открытом воздухе. Факт этот, вероятно, находится в соответствии с такой же, хотя менее ясно выраженной, гигроскопичностью свежих В. хлопка. «Мерсеризованная» хлопчатая бумага, будучи обработана спиртом до истощения, чтобы удалить избыток щелочи, тем не менее удерживает некоторую часть ее, соответствующую формуле 2C6H10O5+NaHO, как показал Гладстон.

Действие едкого натра на В. хлопка представляет значительные различия, смотря по температуре раствора; а именно, действие реактива замедляется от нагревания. Для растворов вышеуказанной крепости наиболее благоприятна обыкновенная температура воздуха. С другой стороны, более слабые растворы, не оказывающие действия при обыкновенной температуре, реагируют при охлаждении. Мерсер нашел, что самая энергичная реакция получается при перемешивании раствора едкого натрия удельного веса 1,35 с 70% льда или снега, причем температура падает на много градусов ниже 0°. Растворение в едком натре окиси цинка также увеличивает энергию щелочной реакции. Таким образом, раствор удельного веса 1,1, не имеющий заметного действия на клетчатку, становится энергичным реактивом, если в нем растворить водную окись цинка.

Замечательное изменение В. хлопка, обуславливаемое действием щелочей, доныне получило мало технических применений, хотя Мерсер приметил значительное увеличение способности В. хлопка принимать краски после обработки щелочью.

Действие хлористого цинка в крепком водном растворе сходно с действием едких щелочей и Мерсер включил это действие в вышеупомянутую свою привилегию. В это описание включено также действие разведенной серной кислоты. Изменения, обуславливаемые ею и другими минеральными кислотами, могут быть рассматриваемы так же, как изменения в степени гидратации или соединения с водой. Все эти реагенты производят поверхностное или более глубокое изменение клетчатки, которое можно понимать как разбухание или соединение с водой.

Серная кислота, разбавленная водой до удельного веса 1,35, азотная кислота удельного веса 1,3 и крепкая соляная кислота постепенно изменяют волокна при обыкновенной температуре и лишают их своего начального сцепления по длине, так что В. распадаются, становятся хрупкими и лишаются крепости. С другой стороны, действие этих кислот на волокна состоит в их отвердевании и сопровождается линейным их сокращением. Это находит применение для получения твердой пропускной бумаги, долженствующей выдерживать значительные давления. Наиболее подходящим реактивом является азотная кислота (удельный вес 1,3), действие ее почти мгновенно (Фрэнсис, 1885). Волокна, подверженные действию холодной крепкой соляной кислоты, отчасти растворяются, но наибольшая часть их переходит в рыхлое состояние, причем сохраняются многие остальные характерные свойства, присущие первоначальной массе. Продукт этот был исследован Жираром и назван им «гидроцеллюлозой», «гидроклетчаткой» в знак того, что это вещество он считает соединением клетчатки с водой 2C6H10O5+H2О. Однако, это различие состава доныне еще нельзя считать вполне установленным, так как многое благоприятствует мнению, что это есть лишь слабо изменившаяся клетчатка, мало отличающаяся в своем составе от первоначальной. Особым наведением для сего служит то, что распадение, подобное производимому кислотами, наблюдается, если их подвергать действию высоких температур. Явление это было предметом специального исследования Мейрера и Гростета (В. Mulhouse, 1883), которые нашли, что волокно не изменяется от продолжительного влияния на них температур ниже 150°; но едва температура перейдет на несколько градусов выше этой точки, как происходит очень быстрое распадение В.; ткань тогда теряет свою начальную крепость. Если нагревание до 150—160° производить в закрытом сосуде с водой — явление получается то же. Следовательно, кислород не принимает в нем никакого участия и 150—160° следует просто считать критической температурой волокон, как есть такая температура для множества веществ и, например, для стали (см. Железо, Сталь). Действие значительно ускоряется и становится энергичнее от присутствия кислот, причем распадение имеет место при гораздо низших температурах [10].

Практическое применение этого распадения В. посредством действия кислот представляет процесс, которому подвергают то шерстяное тряпье, которое содержит В. хлопка, для того чтобы освободить шерсть от хлопка и др. Такое освобождение шерстяных волокон производится при изготовлении так называемой «искусственной шерсти», ныне в громадных массах применяемой при изготовлении шерстяных тканей и состоящей из разорванных и растрепанных В. шерсти при переделке шерстяного тряпья. После очистки смешанного тряпья его погружают в сильно разбавленную серную кислоту, удаляют избыток раствора и затем высушивают в горячей камере. Растительные вещества подвергаются распадению и затем легко удаляются или выпадают из шерстяного тряпья, которое при этом не изменяется (см. Гидроцеллюлоза, Искусственная шерсть, Карбонизация).

При меньшем содержании воды серная кислота оказывает непосредственное действие своим сродством, причем происходят разлагаемые водой сернокислые соединения или кислые эфиры. Состав этих веществ (Блондо, Маршан, Феликс и в последнее время Гёниг и Шуберт, 1887 г.) непостоянен в зависимости от температуры (7—40°) и количества серной кислоты, но во всяком случае образуются серно-эфирные кислоты С6nH10n-хO5n-x(HSO4)x, дающие соли и растворы которых водою, особенно при нагревании, легко разлагаются с выделением при непродолжительном действии вещества, как клетчатка, реагирующего с йодом, а при продолжительном действии (серной кислоты) переходящего в декстрин и глюкозу. Это значит, что серная кислота не только соединяется с клетчаткой, но, кроме того, все более и более изменяет ее, постепенно удаляя от первоначально взятой клетчатки, и тем более приближает к декстрину и глюкозе, чем продолжительнее было действие серной кислоты и чем выше была температура (50—40°). Если действие происходит только в течение нескольких секунд и затем прекращается, то одновременно с разложением серно-эфирного соединения водой происходит гидрат клетчатки, который следует считать крахмалистым ее изменением, или обозначать словом «амилоид», как был назван этот продукт более ранними наблюдателями. Если же действие продолжается в течение нескольких минут, то восстановленные подобным же образом углеводы суть растворимые соединения, образующие, как уже было указано выше, переходный ряд к декстринам.

Особенно примечательно действие на В. растений серной кислоты, имеющей плотность около 50° Боме (т. е. содержащей около Н2SO4+31/2H2O), потому что она дает гидрозоль клетчатки или ее коллоидальный раствор. Гюинье (Guignet, 1889 г.) оставлял В. растений в прикосновении с такой кислотой и полученную студенистую массу промывал водой и спиртом до прекращения реакции с серной кислотой, высушивал при обыкновенной температуре, и оказалось, что полученная рогообразная масса затем при действии воды бухнет, а потом дает однородный, выдерживающий кипение желтоватый раствор, осаждающийся от присутствия солей, серной кислоты и избытка спирта [11]. Повторяя опыт Гюинье, я нашел его описание совершенно верным за одним изъятием. Гюинье пишет, что раствор хорошо процеживается и после испарения дает однородную пленку. У меня оказалось, что раствор через плотный фильтр не проходит и после испарения оставляет пленку, содержащую ясно видные под микроскопом волокна, так что здесь происходит, по моему мнению, не растворение в строгом смысле, а только равномерное распределение сильно разбухшей массы. Во всяком случае, коллоидальность клетчатки здесь становится очевидной и она вполне объясняет получение пергаментной бумаги, которая, как показали мне прямые опыты, отлично нитруется. Действие смеси азотной и серной кислоты на пергаментную бумагу, как и вообще на В. растений, предварительно подвергшиеся действию крепкой серной кислоты, идет даже несколько быстрее, чем на свежие В. растений.

Здесь должно упомянуть о двух промышленных применениях вышеописанных реакций. Если не проклеенную бумагу, особенно же состоящую из чистых отбеленных хлопковых волокон, погрузить в серную кислоту, разбавленную водой до удельного веса 1,65—1,5, и быстро и вполне промыть водой, то она обращается в так называемую пергаментную бумагу. Это название ясно показывает изменение, происшедшее с бумагой; ее главнейшие внешние свойства состоят в значительном увеличении прочности, прозрачности и непромокаемости; изменения эти сопровождаются значительным линейным сокращением (20%) и небольшой потерей в весе, которая зависит от перехода части клетчатки в растворимое состояние. Коротко говоря, в результате получается поверхностное превращение волокна в разбухшее клейкое амилоидное вещество. Операции погружения бумаги в кислоту и промывки ныне выполняются соответственными непрерывно действующими механическими приспособлениями, т. е. бумага обрабатывается в непрерывных лентах, переходя через барабаны и погружаясь при сем в кислоту и в воду.

Другое промышленное производство, основанное на реакции между клетчаткой волокон и серной кислотой, есть обращение ее в глюкозу. Отбеленные В. растворяют в крепкой кислоте, тягучий раствор разбавляют водой и кипятят, затем удаляют серную кислоту посредством осаждения мелом и выпаривают раствор. Полученный продукт есть «глюкоза», могущая (Бешан) находить различные приложения, например для винокурения (см. Глюкоза).

Реакция хлопка и др. видов волокон растений с азотной кислотой еще более энергична и ведет к образованию весьма замечательного ряда азотнокислых эфиров клетчатки или пироксилина, коллоксилина и вообще нитроклетчатки. Представители этого разряда производных составляют хлопчатобумажный порох, коллодий, целлулоид и другие вещества, имеющие особо важные применения, и потому особо описываемые в статьях: Пироксилин, Порох, Коллодий и др. Упомянутые соединения обыкновенно приготовляются посредством действия смесей азотной и серной кислот. Хотя взаимодействие происходит непосредственно в том случае, когда была употреблена очень крепкая азотная кислота, но тогда реакцию трудно контролировать, потому что кислота разбавляется образующейся водой и действие ее пропорционально этому разбавлению ослабляется, так как после известного разбавления (сильнее, чем до NHO3+H2О) нитрование клетчатки уже не происходит, а она либо переходит в раствор или дает гидроцеллюлозу, или остается неизменной. Роль серной кислоты в употребляемых смесях состоит в том, чтобы поглотить воду, происходящую при реакции, так как клетчатка + азотная кислота дает воду + пироксилины.

Не останавливаясь над пироксилинами (потому что они будут описаны особо), заметим только, что высшая степень нитрования их отвечает тринитроклетчатке C6H7(NO3)3O2, и что вещества эти относятся как сложные эфиры (например, обмыливаются щелочами), что и заставляет считать в клетчатке присутствие 3-х спиртовых (алкогольных, см. Алкоголь) остатков. [12]. Соответственно вышеуказанной тринитроклетчатке, Шютценбергер получил трехуксусную клетчатку C6H7(C2H3O2)3O2, действуя при 180° уксусным ангидридом на В. растений (хлопок, бумагу), нерастворимую в воде и спирте, но растворимую в крепкой уксусной кислоте, а из такого раствора выделяемую водой в аморфном виде. Щелочами она легко обмыливается, образуя студенистую клетчатку. Франшимон (1879), облив В. растений (бумагу, хлопок) уксусным ангидридом, при нагревании в открытом сосуде не заметил действия, но, прибавив несколько капель серной кислоты, тотчас заметил сильное разогревание и растворение клетчатки. Продукт обработан водой, промыт холодным спиртом и растворен в кипящем. После охлаждения выделяется кристаллическое соединение, плавящееся около 212° и представляющее трехуксусную глюкозу С6H9(C2H3O2)2O3. Это показывает, что и здесь, как при действии одной серной кислоты, изменение клетчатки может доходить до глюкозы. Во всех предшествующих случаях замечается то общее, что и везде 3, но не более, пая водорода из 10, содержащихся в клетчатке, подвергаются реагированию с остатками кислот. Однако Кросс и Беван (1890) получили пятиуксусную клетчатку C6H5(C2H3O2)5, когда к уксусному ангидриду прибавили немного хлористого цинка и эту смесь кипятили с чистым хлопком, а после полного растворения вылили массу в воду, причем и осадилось названное соединение (из 1001 части получено 180 — после очищения), которое при обмыливании потеряло 80% своего веса в виде уксусной кислоты. [13].

Витц, в Руане, обратив внимание на те перемены, которые совершаются с волокнами хлопка при хлорном белении, пришел к заключению о том, что при этом не только посторонние вещества претерпевают существенные перемены (становятся растворимыми и отмываемыми в водяных растворах, через которые проходит отбеливаемый товар), но и сама клетчатка при избытке окислителя и доступе воздуха, по крайней мере с поверхности, изменяется и относится иначе к красящим веществам, к раствору хлористого ванадия (поглощает его даже следы до 1/1000000000000 части) и различным реагентам. Если выбеленный миткаль погрузить в раствор хлорной (белильной) извести и развесить на воздухе, то затем получающаяся ткань окрашивается от щелочей в желтый цвет, а из Фелингова раствора (щелочной виннокислый раствор окиси меди) выделяет закись меди желто-оранжевого цвета. Витц назвал это изменение клетчатки оксицеллюлозой и ее образованием объясняет те пятна на беленых тканях, которые иногда появляются при их окрашивании в разные цвета. Франшимон считает, однако, что при этом, кроме побочных продуктов окисления, сама клетчатка изменяется только относительно содержания воды. Хотя изменение в свойствах несомненны, но в отношении изменения состава еще много сомнительного. Настюков (1892) считает вещество, полученное Витцем, за смесь неизмененной клетчатки с C6H10O6.

Если В. хлопка кипятить с азотной кислотой, плотностью 1,2—1,3, то происходит значительное количество растворенной щавелевой кислоты и получается остаток (до 30%), уже очень трудно поддающийся дальнейшему действию кислоты. Остаток этот растворяется в разбавленных щелочах и представляет эмпирический состав С18Н26О10.

Витц утверждает, что и различные другие окислители, прежде чем глубоко изменять клетчатку и переводить ее в продукты подобные щавелевой кислоте, сперва, не изменяя вида В. растений, изменяют их состав и свойства. Так, хромовая и хлорная кислота оставляют после слабого действия и полного удаления такие следы на тканях, что они при окрашивании ясно видимы, что можно применять для нанесения на ткани рисунков. Соли окиси железа от действия света также производят особое изменение волокон, выражающееся в том, что Мерсер этим путем получил фотографические изображения на тканях из В. растений.

Сплавленное едкое кали или очень крепкий раствор смеси едких натра и кали при нагревании совершенно уничтожают В. растений, превращая клетчатку в щавелевую кислоту; но разбавленные растворы, даже при нагревании, не подвергают волокна хлопка более глубокому изменению чем те, о которых упоминалось в начале статьи. Подмеси же (пектиновые, инкрустирующие вещества, лигнин и др.), часто сопровождающие волокна и клетчатку, очень легко изменяются от действия щелочных растворов, что и дает один из приемов для отделения подмесей, сопровождающих В. растений.

Смесь двухромовокалиевой соли и серной кислоты при нагревании вполне окисляет волокна и сжигает клетчатку в смесь углекислого газа и окиси углерода, чем можно пользоваться в некоторых случаях технических анализов.

Но при обыкновенной температуре В. растений, а именно клетчатка, в них содержащаяся, не растворяются или не изменяются даже смесью бертолетовой соли с азотной кислотой (Шульце), что может служить для отделения подмешанных или с клетчатками соединенных (ее проникающих, как в сложных видах волокон и вообще в растениях) веществ. Вообще чистое волокно растений, состоящее из клетчатки, отличается чрезвычайной относительной прочностью сравнительно со многими другими веществами, встречающимися в растениях.

Волокна хлопка, как указано с самого начала статьи, по своему совершенно особому образованию (как пушок на листьях), составляют исключение из всех других видов растительных волокон, применяемых в прядильном и писчебумажном производствах. Всякие иные волокна облечены другими тканями растений и должны быть для практического применения по возможности освобождены от посторонних подмесей. Это совершается с большей или меньшей легкостью и полнотой и производится на основании химических и механических приемов. Последние рассматриваются особо для каждого рода волокон, и здесь мы остановимся только на химических отношениях, применяемых для освобождения волокон от соседних с ними или их проникающих тканей и веществ. При этом должно ясно отличить длинные, собственно прядильные волокна, могущие давать пряжу и ткани, от волокон бумажной массы, куда требуются более короткие волокна (длинные разрываются ролами, см. Бумага писчая). Лен и хлопок могут быть считаемы типическими представителями первых, а волокна дерева и соломы — вторых. Но так как все отличие здесь в длине и она изменяется последовательно, то нет резких границ для этих двух классов В. растений, хотя в практике их отличие совершенно ясно и состоит в способности первых давать пряжу, что не свойственно вторым. В очищенном виде оба рода волокон представляют клетчатку такую же, как в волокне хлопка. Но отдельные волокна льна, как волокна хлопка, нацело состоят из одной трубки длиной до 28 мм, а потому после полного очищения вполне пригодны для прядения, тогда как волокна джута имеют длину всего в 3 мм, и если применяются в прядении, то лишь в состоянии слипшихся отдельных клеток, образующих своей совокупностью на воде однородные волокна. Если бы их очищать до конца химическими способами от связывающих веществ, то волокна распались бы на короткие отдельности, годные для производства бумаги, но не годные для прядения и тканья. Потому джутовые, кокосовые, эспартовые и т. п. волокна не подвергают в прядильном деле полному очищению и оттого они при всей начальной крепости все-таки не могут выносить в виде тканей столь продолжительной службы, как, например, лен. Так, джутовые мешки менее прочны, чем холщовые; но, послужив тканью, они становятся тряпьем, пригодным для производства бумаги, для чего употребляются и все другие волокнистые вещества после изнашивания тканей.

Таким образом простое или сложное (состоящее из системы отдельных волокон, склеенных между собой) волокно растений в его естественном состоянии всегда есть смесь клетчатки и неклетчатки. Наибольшей белизной и неизменностью от действия воды, воздуха и различных влияний (наибольшей механической прочностью) отличается волокно, наиболее освобожденное от всего постороннего, то есть от всей «клетчатки», а потому основными прядильными веществами или В. растений служат только длинные волокна, как у льна и хлопка, ибо после отделения, по возможности, всех подмесей, удаляемых при белении (действием щелочей, хлора и др. сильных деятелей, изменяющих неклетчатку), они все же остаются в виде длинных трубок. Многие же иные прядильные вещества, например джут и пенька, не выдерживают окончательной отбелки, то есть тогда распадаются на отдельные короткие волокна, не могущие дать крепкой пряжи. Такие волокнистые вещества применяются в «суровом» виде, образуя «суровые ткани», обладающие своеобразным цветом и уже далекие от того, чтобы представлять чистую клетчатку.

Поэтому изучение волокон с химико-технической стороны сводится к знакомству с природой тех естественных сочетаний волокон клетчатки с неклетчаткой, которые встречаются в действительности. В этом отношении полезно прежде всего узнать, что ныне можно отличать три сорта сочетаний клетчатки с неклетчаткой: 1) адипоцеллюлозу или покровные образования, или воскообразные клетчатые образования, 2) пектоцеллюлозу или клетчатые образования с подмесью веществ, обладающих пектиновыми свойствами, и 3) лигноцеллюлозу или клетчатку с древесинными образованиями. Примерами первых служит кожица листьев и пробка, вторых — лен и пенька и третьих — масса древесины и волокна джута. В практике, из В. растений применяются исключительно только два последних класса волокнистых образований.

Адипоцеллюлоза. Покровные ткани растений должны быть отнесены к числу чисто клеточных, а не к волокнистым. Пробка, верхняя кожица листьев (кутикула), верхние слои бересты и т. п. состоят из вещества, отличительное свойство которого есть непромокаемость. Этим свойством, точно так же, как и эмпирическим составом, вещество это, названное Фреми «кутозой», напоминает некоторые сорта воска. Для примера приводим процентный состав яблочной кожицы, очищенной от воска, случайных и побочных веществ: C=73,66; H=11,37; O=14,97, составу же клетчатки C6H10O5 отвечает C=44,4%, H=6,1% и O=49,5%. Очевидно, что кожица очень далека по составу от чистой клетчатки, хотя после обработки реагентами (см. Клетчатки) дает или оставляет клетчатку. Пробка также не есть очень сложное вещество, она содержит в себе большое число продуктов, воскообразные и протеиновые вещества, дубильную кислоту и проч., которые соединены с остовом вещества, которое соответствует кутозе. И кутоза, и пробка дают остаток клетчатки при обработке их сернистокислыми щелочами для отделения от них неклетчатки. Последняя, при кипячении с крепкими растворами щелочей, дает две жирные кислоты: одну твердую и другую жидкую. Весьма возможно, что сама кутоза есть смесь, а с другой стороны, что она есть сложное эфирное соединение клетчатки. Ныне подобные вопросы еще не решены существующим запасом исследований. В некоторых волокнах, например от новозеландского льна (Phormium tenax), они так близко и тесно соприкасаются с тканями кожицы, что их взаимное отделение всегда бывает очень неполное. В таких сырых материалах, употребляемых в писчебумажном производстве, которые состоят из стеблей и листьев односеменодольных (например, солома и эспарто), адипоцеллюлоза составляет значительную пропорцию. В этом случае их разлагают химическими способами, которые требуют сравнительно сильных реактивов, но в сущности того же рода, как и для очищения пектоцеллюлозы.

Пектоцеллюлоза. Этот второй отдел сложных видов клетчатки характеризуется составными частями неклетчатки, принадлежащими к группе пектиновых веществ. По своему составу и многим свойствам, они приближаются более предшествующих к волокнам хлопка. Обыкновенно они дают желатинообразные гидраты и под влиянием многих реактивов претерпевают ряд последовательных изменений, кончающихся превращением сравнительно инертных пектина и пектозы в кислоты пектиновую и метапектиновую.

Типическим представителем пектоцеллюлозы может служить волокно льна. Кольб нашел, что в очищенном русском льне C=43,7, H=5,9, O=50,4. При кипячении со слабым щелочным раствором, около 20% вещества льна переходит в растворимое состояние; значительную пропорцию отделяемого вещества составляет тело, тождественное с пектиновой кислотой Фреми (C=42,0%, H=4,8%). Волокнистый остаток от истощающей обработки щелочными растворами, доходящий в большинстве льнов до 75% первоначального веса, есть практически чистое волокно льна. В продажной льняной кудели, кроме того, находится кутикулярная ткань (адипоцеллюлоза) и костра (лигноцеллюлоза), которые можно удалить механически, подвергая волокно той обработке, какой подвергается самое растение (см. Лен).

Лигноцеллюлоза. Как показывает самое название, сюда относится ткань дерева (см. Дерево, Лигнин). Простейшим же примером между В. растений должно считать волокно джута (однолетнее растение Corchorus, разводимое в громадных размерах в Индии, растущее в Закаспийском крае). Элементарный состав очищенных волокон джута выражается (Crossand Bevan) C12H18O9 и они содержат около 80% клетчатки и около 20% лигнина, которого состав примерно равен С6H6О3[14]. При обработке смесью азотной и серной кислот получается C12H14(NO2)4O9. Клетчатка, получаемая из джутовых волокон (действием слабых кислот и щелочей), представляет гидрат или водное вещество, гораздо быстрее поддающееся действию окисляющих и всяких других реактивов, чем клетчатка хлопка. А между тем само волокно джута, или его сложная клетчатка, по некоторым типическим реакциям сходно с хлопком, например: по растворимости в реактиве Швейцера, по образованию взрывчатых азотнокислых соединений и растворимых сернокислых. Она окрашивается в бурый цвет раствором йода, в ярко-желтый цвет растворами солей анилина и др. ароматических оснований, в темно-красный цвет флороглюцином в присутствии крепкой соляной кислоты. Раствор в реактиве Швейцера только отчасти снова осаждается кислотами, осадок по реакциям сходен с начальным веществом; взрывчатые соединения с азотной кислотой желтого цвета (часть переходит в раствор). Из этого можно думать, что здесь не простая смесь, а истинное соединение клетчатки. Оно, однако, непрочно и легко поддается гидролитическому действию слабых щелочей и кислот. [15]. Кипящие щелочные растворы (едкий натр с 2% окиси) растворяют 10—15% по весу В., но при этом не замечается изменения в его структуре; растворы кислот (5% серной) растворяют 15—30%, смотря по продолжительности действия [16]. Сернистая кислота, двусернистокислые и сернистокислые соли щелочей и щелочных земель с волокнами джута (как и с другими видами лигноклетчатки) дают клетчатку, а неклетчатку переводят в раствор. [17]. Температуры, необходимые для действия сернистой кислотой (7,5% SO2), будут 90—100°, двусернистокислыми солями (4% SO2) — 140—150°, средними сернистокислыми солями (4% SO2) — 170—180°, причем увеличение температуры соответствует уменьшению гидролитической способности посредством прогрессивной нейтрализации кислоты. Развивающееся при этом давление газов требует употребления закрытых сосудов для описанных реакций, имеющих важное техническое применение, которое будет описано в статьях: Масса бумажная и Целлюлоза.

Характерны реакции лигноцеллюлозы, например, джутовых волокон с галоидами. Йод поглощается лигноцеллюлозой, но получаемое бурого цвета соединение также неустойчиво, как йодистый крахмал. Бром реагирует на волокно в присутствии воды, образуя не вполне определенные соединения, которые растворяются в щелочных растворах. Повторением этой операции два или три раза выделяют всю неклетчатку; при этом получают в виде клетчатки от 72 до 75% веса В. Хлор не действует на сухое В., даже при 100°, но в присутствии воды быстро соединяется при обыкновенной температуре, развивая тепло. Хлорное производное желтого цвета растворимо в спирте и осаждается водой из раствора, в виде хлопьев. С раствором сернистокислого натрия дает характерное темно-малиновое окрашивание. При кипячении с хлорной водой клетчатка остается в виде раздробившихся волокнистых элементов. Прием этот представляет наиболее скорый способ определения количественного отношения клетчатки к неклетчатке, как для джутовых волокон, так и для других видов лигноцеллюлозы. [18].

На основании исследований Гуго Мюллера средний состав волокон, высушенных на воздухе, для некоторых обыкновенных видов есть следующий:

Семя
хлопка
Двусемядольные Односеменодольные
Волокна луба Стебли
Хлопок Лен Конопля Джут Эспарто Ржаная
солома
Клетчатки[19] 91,35 81,99 77,13 63,76 48,25 47,69
Воска 0,40 2,37 0,20 0,38 2,07 1,93
Водного экстракта 0,50 3,62 6,29 1,00 10,19 10,05
Влаги 7,00 8,60 8,74 9,86 9,38 11,38
Золы 0,12 0,70 2,87 0,68 3,72 3,20
Неклетчатки[20] 2,72 6,07 24,32 26,39 26,75

Не входя в описание разнообразных технических приемов, применяемых для получения, как свободных волокон прядильных веществ, например льна, конопли или джута (эти приемы будут изложены в статьях, относящихся к каждому из этих веществ), так и бумажной массы, для которой часто требуется по возможности удалить всю неклетчатку, мы остановимся теперь только на указании того, что все способы, практически применяемые для освобождения и очищения растительных волокон, основываются на вышеуказанных свойствах чистых волокон клетчатки, представителем которых служат волокна отбеленного хлопка. Они от слабых растворов щелочей, от воды и растворов солей, например мыла, не изменяются не только при обыкновенной температуре, но даже и до 150° в закрытых котлах, и в раствор или вовсе не переходят, или переходят в ничтожно малых количествах, а всякие подмеси и все то, что, составляя неклетчатку, проникает клетчатку волокон или находится с ней в соединении, претерпевает изменение. Оно совершается еще полнее под влиянием растворов сернистой кислоты (что открыто Пикте) и сернисто-кислых солей, которые не действуют на клетчатку, а неклетчатку переводят в растворимые вещества, легко отмываемые от клетчатки. На этом основано получение химическим путем древесной писчебумажной массы или «целлюлозы», играющей ныне большую роль во всем бумажном производстве. Предмет этот будет рассмотрен в статьях Дерево (химический состав), Древесная масса и Целлюлоза. Но и помимо столь энергических деятелей, как кислоты, щелочи и некоторые соли, волокна клетчатки освобождаются от всего, что должно назвать неклетчаткой, при помощи действия воды, воздуха, бактериальных изменений и вообще естественных деятелей, всюду рассеянных, как видим в процессе лугового беления (см. Беление тканей и пряжи) и вымочки льна, пеньки и джута, которые все основаны на том, что клетчатка волокон более стойка, чем все иные вещества, вместе с ней встречающиеся. При вымочке льна, например, склеивающие вещества изменяются ранее волокон и других клетчатых форм стебля, а когда они изменятся, при мятье и трепке льна, волокна механически легко уже освобождаются от сопутствующих других клетчатых образований. То же начало сравнительной прочности клетчатки действует и при хлорном белении, а также и тогда, когда обработку волокнистых веществ ведут при помощи пропускания тока через соленую воду, в которой погружено волокнистое вещество, потому что и здесь (способ Кельнера, 1886) развивающийся хлор или кислород сперва обращают свое действие на посторонние вещества и лишь после того на клетчатку [21]. Но так как клетчатка сама по себе не есть вещество абсолютно неизменное во всех упомянутых случаях и так как она легко может окисляться и переходить иными способами в растворимое и вообще нестойкое состояние, то все вышеуказанные приемы освобождения или выделения волокон клетчатки должно продолжать лишь до определенного предела, который указывается условиями дела и составляет ту грань, на которой в полное право входят практические приемы фабрично-заводского производства или того технического искусства, определяемого опытом, навыком и внимательностью, которое не поддается уже научному обобщению. Это последнее и поныне еще не овладело всеми теми химическими сведениями, какие необходимы для столь же полного обладания делом обработки волокнистых веществ, какими оно уже запаслось, например, в деле производства кислот, солей и металлов. А так как волокнистые вещества играют в промышленном применении, судя по ценности [22], не меньшую роль, чем металлы, то нельзя не пожелать, чтобы химические сведения о первых достигли той степени полноты, какую они имеют по отношению ко вторым.

Д. Менделеев.

Примечания[править]

  1. Реактив Швейцера приготовляется, осаждая раствор медного купороса едким натром, тщательно промывая полученный осадок водной окиси меди и прибавляя его затем к водному аммиаку до тех пор, пока происходит растворение. Должно сохранять от испарения аммиака и от поглощения углекислоты в хорошо закупоренной склянке. В аммиачном растворе окиси никеля В. растений и вообще клетчатка не растворяется, а шелк растворяется.
  2. Получается из кутозы, о которой, как о сложной клетчатке, говорится далее
  3. В своем изложении я придерживаюсь более всего данных и выводов, сделанных Кроссом (С. Р. Cross). Δ.
  4. Не подлежит сомнению (по опытам, произведенным Ф. Ю. Ворожейкиным и др. в научно-технической лаборатории морского министерства), что В. хлопка, оставаясь долгое время (т. е. несколько суток) при температурах близких к 100° Ц., начинают изменяться, теряют в крепости, желтеют (по-видимому, окисляются) и при нитровании дают уже меньшее количество нитропродукта, сравнительно с такими же В. хлопка, сушившимися при 100° лишь одни сутки. Δ.
  5. Формуле 2С6Н10О3 + H2O отвечает содержание 5,26% воды. Заметим, что прямые опыты показывают изменчивость в крепости бумаги от степени содержания в ней гигроскопической воды. Δ.
  6. Хотя этот реактив и называется реактивом Швейцера, но действие его, по-видимому, было впервые изучено Джоном Мерсером («Жизнь Джона Мерсера», лондонское изд. «Life of John Mercer», Лондон, 1886). Δ.
  7. Наблюдая под микроскопом первое действие этого реактива на В. хлопка, можно легко видеть примечательное явление разбухания волокон в четкоподобные образования с перехватами, правильно распределенными по длине волокна. Их можно объяснить, предполагая, что на поверхности каждого В. есть слой труднее разбухающий, который, сползая, образует перехваты. Этим явлением (равно как и характерной формой плоских завитых лент) легко отличать В. хлопка от многих других сходных В. (см. Хлопок). Δ.
  8. Мне удавалось достигать при мерсеризации сокращения длины в 20%. Δ.
  9. Мои личные опыты дали близкие к этому данные. Δ.
  10. Так как исследования Tauss (1884 г.) показывают, что клетчатка при нагревании с водою при температурах выше 100° (при давлении до 5 и более атм.) дает отчасти глюкозу и декстрин, а при 20 атм. давления — гидроцеллюлозу, то очень было бы немаловажно для дальнейшего изучения химической природы клетчатки более подробное исследование этого предмета. Дерево дает при этом около 20—30% растворенного вещества, происходящего из лигнина (см. дальше, а также Лигнин.). Δ.
  11. Серная кислота в 60% Боме переводит клетчатку опять в нерастворимое состояние. Считаю не излишним сказать здесь, что действие серной кислоты на В. растений, хотя много изучалось, но требует новых более полных и систематических исследований. Δ.
  12. Химическое строение клетчатки тогда можно представить в виде кетоно-спиртового ангидрида, содержащего спиртовые группы (СНОН), что и принято Толленсом
  13. Авторы поэтому считают, что в клетчатке все атомы кислорода находятся в виде спиртовых остатков, образующих так называемую замкнутую цепь.
  14. Эта неклетчатка оказалась содержащей фурфуроловый и уксусный остатки.
  15. Толленс (1889) получил ксилозу C5H10O5, как непосредственный продукт гидролиза джутовых волокон. Окончательный продукт гидролитического действия кислот составляют клетчатка и фурфурол С5H4O2.
  16. Если считать клетчатку за вещество, содержащее спиртовые остатки и в этом отношении подобное глюкозам, то на сложные виды клетчаток можно смотреть как на сочетанные соединения клетчатки, настолько же отвечающие ей, насколько глюкозиды (см. это слово) отвечают глюкозам. Δ.
  17. Считаю возможным высказать здесь предположение о том, что разлагающее действие сернистой кислоты на лигноцеллюлозы основывается на связи их неклетчатки с фурфуролом и ксилозой, в которых несомненно существует альдегидная группировка, и альдегиды соединяются с сернистой кислотой, как давно известно и выражено ясно в полученной мной (1859) сернистоэкантоловой кислоте. Δ.
  18. Хлорный дериват неклетчатки в данном случае по характеру есть ароматическое соединение, сходное с охлоренным пирогаллином (Кросс).
  19. Процентное отношение ее определено обработкой до истощения бромовой водой и посредством кипячения с разведенным аммиаком для выделения неклетчатки.
  20. Сюда вошли все вещества, кроме летучих (вода), негорючих (зола), извлекаемых спиртом, эфиром (воск) и водой (водяной экстракт) и удаляемых из волокон при обработке бромом, аммиаком, слабыми кислотами и щелочами.
  21. Однако, судя по химическому закону масс, можно полагать, что действие хлора разделяется, и одна часть его идет на клетчатку, другая же на неклетчатку, но первая в несколько раз меньше второй. Δ.
  22. В статьях о металлах и волокнистых веществах можно видеть, что денежные суммы, а следовательно, и количество труда, обращающиеся около волокнистых веществ и металлов, в целом мире применяемых, почти одинаковы. Δ.