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 раствор сульфата меди продувают горячим раствором и соединения железа окисляются, после чего можно гидролизировать и соли железа выпадут в осадок.
Реакцию проводят с подогревом где-то до 75oC
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 — 65oC
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 10oC 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.
Литература:
А. Б. Пакшвер, Технология медноаамиачного волокна, 1947.
А. Н. Ряузов и др, Технология производства химических волокон, 1980.
В общем технология для попаданца, у которого уже налажено крупное химическое производство аммиака и есть его избыток для такого экзотического дела, как синтетическое волокно…
Да, тут все упирается в аммиак. Вообще в химии многое упирается в аммиак.
Однако, если аммиак все-таки доступен (а тут его так много не надо), то счастье обеспечено.
>>>поэтому сульфат меди продувают горячим «раствором воздуха»>>>
видимо описка или пропущена часть фразы
Спасибо, поправил.
Регенерация аммиака в раннее время — только через соль. Несложно, но кислоты жрёть.
А вот само волокно… Раньше чем в РИ — непонятно, зачем надо. Чем раньше — тем дороже, и при наличии природного шёлка… будет очень сложно с ценами.
А стратегическим этот продукт никак не назовёшь.
Человечество имеет такое свойство — технологии реализуются тогда, когда они становятся возможными (а не тогда, когда необходимо), при этом происходит это сразу при появлении возможностей.
С искусственными волокнами получилось так, что все ингредиенты были, но не было понимания как оно устроено и что получится в итоге.
Классический попаданческий случай — когда можно сдвинуть «точку сборки» только внеся понимание что делать.
Медноаммиачное волокно перед шёлком имеет ровно одно реальное преимущество — цену. И организовать производство можно хоть в средневековье… Но будет тупо дорого и невыгодно.
«Далее, нам нужны соли меди. Их получают взаимодействием сульфата меди с едким натром или с содой:»
Так соли или основные гидроксиды? А то в тексте написано одно, а из формул следует совершенно другое.