ЭСБЕ/Шерсть, в химии
Шерсть (хим.). Снятая с овец Ш. в продажу поступает двух сортов: или уже частью в очищенном состоянии, так называемая «перегон» (см.), или же непосредственно в виде совершенно грязной шерсти. Впрочем, и перегон содержит целый ряд посторонних примесей и потому тоже всегда подвергается дальнейшей очистке на шерстомойных заводах. Таким примитивным способом очистки удаляются с волокон только растворимые в воде вещества, а посторонние нерастворимые в воде все же еще в значительном количестве остаются в Ш. Сырая снятая с овцы Ш., или так называемое руно, прежде всего на шерстомойных заводах подвергается сортировке по цвету, чистоте, длине, тонине и крепости волоса. Отсортированная Ш. поступает уже на мойку для удаления посторонних веществ, количество которых изменяется в пределах от 25 до 80 %. Эти посторонние примеси состоят или из минеральных, или же из органических веществ. Состав минеральных примесей находится в зависимости от того, где происходила выкормка овец. В Ш. всегда содержится также грязь, песок и т. п. Органические вещества, входящие в состав грязной Ш., состоят или из остатков сена, соломы, травы, репейника и т. п., или же из органических веществ, представляющих продукт нормальной жизнедеятельности овцы: так называемого шерстяного пота и шерстяного жира. Шерстяной пот в главной массе состоит из ряда солей органических кислот различного частичного веса и самого разнообразного химического состава. В наибольших количествах в нем находятся соли кислот жирного ряда, начиная с муравьиной и уксусной и кончая олеиновой и церотиновой. В довольно значительном количестве находятся также сравнительно легко летучие жирные кислоты: валерьяновая, капроновая, каприновая и каприловая. Всего отдельных кислот, входящих в состав шерстяного пота, было выделено Бюизином до 30, и в их числе мочевая, щавелевая, янтарная, бензойная и даже лимонная. В состав растворимого в воде шерстяного пота входят также и продукты распада белковых веществ: лейцин, тирозин, гликоколь и др. Другая органическая примесь грязной Ш., нерастворимая в воде, представляет шерстяной жир, в главной массе состоящий из холестеринового эфира, пальмитиновой и олеиновой кислот с большим или меньшим содержанием свободных холестерина и изохолестерина. Количество всех этих примесей весьма изменчиво и, вообще говоря, чем лучше Ш., тем больше в ней содержится шерстяного пота и шерстяного жира. Не только, однако, количество этих посторонних примесей, но также и качество их принимаются в расчет при оценке продажной грязной Ш. Встречаются сорта Ш., покрытые таким липким смолистым потом, который только с большим трудом может быть удален с волокна. По своему микроскопическому строению чистое шерстяное волокно резко отличается от других волокон. Оно представляет цилиндр, покрытый черепицеобразными чешуйками. Эти чешуйки играют большую роль в суконном производстве, так как только благодаря им Ш. обладает способностью свойлачиваться. В различных сортах Ш. число чешуек, взаимное расположение их и расстояние между ними изменяются в широких пределах. Способность свойлачиваться представляет характерное свойство Ш. и, весьма вероятно, войлок был известен человечеству гораздо раньше пряжи. В свойлачивании наряду с чешуйчатым строением волокна имеет очень большое значение также и его извитость и эластичность. Что свойлачивание действительно обуславливается не только чешуйчатым строением, но также и другими свойствами волокна, доказывается тем фактом, что известны сорта Ш., в которых чешуйки почти неразвиты и которые, тем не менее, легко свойлачиваются, а с другой стороны, есть также и такие сорта (как, например, могаир) с резко выраженным чешуйчатым строением, но которые при этом все же свойлачиваются только с большим трудом. Люстр или блеск шерстяного волокна соответствует срединному положению между шелком и хлопком и обуславливается отражением света от рогообразной поверхности волокна.

Из всех физических свойств Ш. люстр изменяется в различных сортах Ш. в наибольших пределах. Большое значение в этом отношении имеет также количество и расположение чешуек. Так как большинство реагентов, кислот, щелочей и даже солей влияют в большей или меньшей степени на физическую структуру волокна в смысле разрыхления или, наоборот, сглаживания этих чешуек, то неудивительно, что при процессах крашения и отбелки шерстяных тканей люстр нередко пропадает. Вместе с тем, ввиду того что люстр частью теряется также и в сухом состоянии, например, под влиянием продолжительного нагревания или нагревания до слишком высокой температуры, понятно, что сохранение люстра в готовых изделиях не всегда достигается на практике. Так же, как и при шелке, при покупке или продаже Ш. необходимо считаться со способностью Ш. поглощать значительные количества воды; так, Ш. обладает довольно резко выраженной гигроскопичностью. Нормальное, допускаемое при продаже Ш. количество воды 18 %; на практике, однако, нередко Ш. содержит большее количество воды. Ввиду того что она может поглотить до 40 %, не изменяя или изменяя только в незначительной степени свой внешний вид, понятно, что проверка количественного содержания воды в Ш. имеет очень большое практическое значение и обыкновенно проверяется на так называемых кондиционных станциях (см. Кондиционирование). Впервые было высказано Бауманом, что в Ш. не вся вода находится в виде гигроскопической воды, но частично в виде химически присоединенной воды. На это, по крайней мере, указывает тот факт, что при высушивании Ш. при 50° Ц. наблюдается потеря веса в 7—10 %, а затем при дальнейшем повышении до 100° Ц. шерсть теряет еще 5—8 %. Но тогда как Ш., высушенная при 50° Ц., вновь поглощает воду из атмосферы до первоначального содержания, Ш., высушенная при 100° Ц., вбирает в себя только часть прежде бывшего в ней количества воды. Вместе с тем Ш., которая долгое время нагревалась до 100° Ц., теряет блеск, окрашивается в желтый цвет, делается ломкой и значительно теряет в крепости и растяжимости. Это отношение Ш. к высушиванию имеет очень большое практическое значение, так как издавна уже замечено, что Ш., сушившаяся на открытом воздухе, всегда выше по качеству Ш., высушивавшейся в сушильнях. Поэтому и в сушильнях необходимо Ш. высушивать по возможности при низкой температуре и постепенно.

Как выше уже было указано, содержание чистой Ш. в грязной изменяется в довольно широких пределах; в хороших сортах чистого волокна содержится обыкновенно не больше 30—35 %. В среднем можно считать, хотя уклонения в ту или другую сторону от средних цифр нередко и достигают значительной величины, что грязная Ш. тонкорунных овец, высушенная до постоянного веса при 100° Ц., содержит: влаги — 6,26 %; песка, грязи и т. п. — 11,13 %; пота и жира — 47,30 %; чистого волокна — 35,31 %.

Для точного определения количества чистой Ш. в грязной отвешенное количество ее высушивается до постоянного веса при 100° Ц. и затем последовательно обрабатывается эфиром, водой, спиртом и разбавленной соляной кислотой; после этого навеска Ш. вновь прополаскивается в воде, опять высушивается при 100° Ц. и взвешивается. По своему химическому составу чистое шерстяное волокно отличается от других прядильных волокон сложностью своего состава. Действительно, тогда как хлопок, лен и многие другие прядильные волокна растительного происхождения состоят в главной массе из клетчатки, т. е. в состав их входит только углерод, водород и кислород, шелк имеет уже более сложный химический состав, так как в состав его входит еще азот, а Ш. — еще более сложный, так как, кроме азота, постоянной составной ее частью является также и сера. Простейшая формула, отвечающая элементарному составу Ш., содержит 39 атомов углерода и такова же, как и формула кератина (C39H65N11SO13), так как по своим химическим свойствам Ш. отвечает кератину. В последнее время некоторыми исследователями было, впрочем, высказано мнение, что Ш. не представляет однородного химического вещества, но в состав ее входят несколько отдельных химических индивидов и чешуйки, например покрывающие волокно, имеют другой элементарный состав, чем сама толща волокна. Этим, может быть, и возможно объяснить довольно значительную разницу в элементарном составе Ш. по определениям отдельных аналитиков.

Кроме того, в Ш. всегда находится небольшое количество, обыкновенно от 1 до 2 %, золы, в состав которой, по данным Баумана, входят следующие вещества:

Вместе с тем, как показывают другие исследования, состав золы минеральных веществ, содержащихся в Ш., тоже довольно сильно изменяется в зависимости от природы почвы, на которой паслись овцы. Что касается серы, то количество ее в различных сортах изменяется в пределах от 1,5 до 6 %. Можно думать, как это было впервые выяснено Шеврелем, что сера в Ш. находится в двух различных формах, частью в свободном или только слегка связанном состоянии, а частью, в количестве около 30 % всей серы, в виде прочно присоединенной, которая не может быть отщеплена от Ш. без глубокого разрушения волокна. Это различное отношение серы было выяснено Шеврелем, который последовательно 48 раз обрабатывал Ш. на холоде слабым известковым раствором в течение 48 часов каждый раз; при этом всегда некоторое количество серы удалялось с волокна. Вся сера, однако, таким путем без разрушения целостности волокна отделена быть не может и потому, очевидно, она входит в состав кератина. Присутствие серы в Ш. иногда вызывает в практике окрашивания существенные неудобства. Например, вследствие соприкосновения с металлическими стенками свинцовых, медных или оловянных сосудов получаются черные пятна от образующихся сернистых металлов; при протравлении Ш. хлористым оловом и винным камнем, в особенности при употреблении избытка протравы, тоже появляются местами пятна, вследствие образования сернистого олова. Поэтому на практике, при окрашивании Ш. в нежные оттенки цвета, иногда подвергают шерстяную ткань предварительному обессериванию. Это достигается погружением ее на 24 часа в известковое молоко, а затем в слабый раствор соляной кислоты для удаления извести и, наконец, тщательной промывкой ее водой. Другая часть серы, прочно связанная, уже не оказывает вредного влияния при окрашивании. Относительно химической конституции шерстяного волокна до сих пор известно очень немного. При сухой перегонке выделяется сероводород и немного сернистого углерода, углеаммиачная соль и щелочи: пиридин, акридин и др., а в остатке получается зола. По исследованиям Шютценбергера, Ш. при обработке ее водным раствором едкого барита распадается с выделением азота, углекислоты, щавелевой и уксусной кислот, лейцина, тирозина и др. Основываясь на этих продуктах разложения, Ш., несомненно, должна быть отнесена к протеиновым веществам. Растворением Ш. в едком натре и нейтрализацией получающегося при этом раствора Кнехт выделил «ланугиновую» кислоту, которая обладает резко выраженной способностью фиксировать пигменты, в особенности пигменты кислотного характера. Это вещество обладает, по-видимому, вообще резко выраженными кислотными свойствами, так как дает осадки с металлическими окислами определенного химического состава. Таким образом, ланугиновую кислоту надо рассматривать как амидикислоту, в которой кислотные свойства выражены гораздо более резко, чем щелочные. Вместе с тем, что представляется в особенности интересным, это именно то, что указанная кислота дает все реакции белковых веществ и, следовательно, может быть включена и в эту группу тел. Во всяком случае по своим химическим свойствам Ш. представляет единовременно как кислоту, так и щелочь, т. е. обладает так называемой амфотерной реакцией и потому легко окрашивается пигментами как щелочного, так и кислого характера. Подтверждением этому может служить тот факт, что, подвергая Ш. предварительной обработке серной кислотой, т. е. связывая химически находящиеся в ней амидогруппы, она значительно энергичнее окрашивается щелочными пигментами, а, как показал это недавно Бунтрок, предварительная непродолжительная обработка Ш. едким натром, соединенная с последующей тщательной промывкой, повышает способность ее окрашиваться пигментами кислотного характера. Этот факт подтверждается также недавними наблюдениями Брейнля, который показал, что если шерстяную ткань обработать слабыми растворами щелочи или кислоты и затем после промывки нагреть (высушить или запарить), то места ткани, подвергавшиеся такой обработке, окрашиваются всегда интенсивнее, чем места ткани, не подвергавшиеся ей. Основываясь на этом, он высказывает мнение, что неровности при окрашивании, очень часто наблюдаемые на практике, в значительной степени обуславливаются случайным воздействием тех или других реагентов. Таким образом, можно думать, что Ш. по своему химическому строению отвечает формуле: , где X — неизвестный радикал. Во всяком случае, присутствие амидных групп в Ш. доказывается непосредственными опытами Обермайера и Ричарда: при пропускании Ш. через подкисленный раствор азотисто-натровой соли волокна диазотируются и приобретают затем способность соединяться с фенолами и аминами, давая сочетающиеся цветные соединения. По отношению к различного рода химическим веществам Ш., подобно шелку, оказывается гораздо более деятельной, чем растительные волокна. При кипячении с водой Ш. теряет люстр или блеск, а продолжительным нагреванием с водой под давлением до 50° Ц. она легко может быть переведена в раствор. При продолжительном запаривании шерстяной ткани она, как показал Шерер, в очень значительной степени теряет в прочности. При запаривании без давления в течение 6 часов ткань потеряла в прочности 75 %, тогда как хлопчатобумажная ткань, запаренная в тех же самых условиях, теряет 75 % первоначальной прочности только после запаривания в течение 420 часов. Едкие щелочи даже в слабых растворах, в особенности же при сколько-нибудь повышенной температуре, действуют очень разрушительно на шерстяное волокно. Как в крепких, так и в слабых растворах при кипячении Ш. сполна растворяется с выделением аммиака. На этой способности Ш. основана регенерация ценной краски индиго из шерстяного и полушерстяного тряпья. Даже непродолжительное воздействие слабой щелочи в очень значительной степени изменяет структуру волокна; волокно теряет больше или меньше способность свойлачиваться. Бунтрок заметил, что крепкие едкие щелочи на холоде при непродолжительном воздействии не только не разрушают Ш., если она затем промывается большим количеством воды, но даже в известном смысле улучшают волокно, так как увеличивают его сродство к некоторым пигментам. Несколько слабее едких щелочей действуют углекислые щелочи, мыло и аммиак, но не в концентрированных растворах и не при нагревании. По отношению к кислотам Ш. значительно более устойчива и жадно удерживает их из растворов. Даже концентрированная серная кислота тотчас же не оказывает разрушающего влияния на волокно. Слабые кислоты, в особенности при нагревании, действуют весьма благоприятно на Ш., в смысле подготовки ее к крашению, так как при этом раздвигаются чешуйки, покрывающие волокно, и оно легче пропитывается протравами и красками. При продолжительном же нагревании Ш. с соляной или серной кислотами происходит распадение, гидролиз волокна, и продуктами этого распадения являются те же вещества, которые получаются и при разложении под влиянием кислот других белковых веществ: сероводород, лейцин, тирозин, глютаминовая, аспарагиновая кислота и продукты их дальнейшего распадения: аммиак, валериановая, масляная, уксусная, щавелевая и угольная кислоты. На способности Ш. противостоять разрушающему действию кислот основана регенерация Ш. из полушерстяного тряпья, при получении искусственной Ш. (см.), которое для этой цели вымачивают в слабой соляной кислоте и подвергают затем действию повышенной температуры, причем бумажные волокна распадаются в порошок, образуя дицеллюлозу. Эта операция носит название «карбонизации». Воздействие азотной кислоты на все белковые вещества и в том числе и на Ш. или так называемая «ксантопротеиновая» реакция состоит, по всей видимости, в следующем. С одной стороны, образующаяся из азотной азотистая кислота реагирует с амидогруппами, содержащимися в Ш., причем происходит диазотирование, с выделением свободного азота, а с другой — свободное сродство Ш. насыщается группами нитро- и нитрозо-, что подтверждается значительным уменьшением йодного числа Ш. после взаимодействия с азотной кислотой. Таким образом Ш., обработанная азотной кислотой, в сущности представляет нитрированную Ш. К хлору Ш. относится тоже весьма своеобразно. Сухой хлор энергично поглощается волокном, причем волокно разрушается. Водный разбавленный раствор хлора действует аналогично, т. е. хлор поглощается волокном, но разрушающего действия при этом не замечается. Наряду с поглощением хлора, что легко обнаруживается тем, что хлорированная шерсть имеет йодное число равное 0, несомненно происходит также взаимодействие хлора с находящимися в шерсти амидогруппами, что всего проще обнаруживается тем, что в водном растворе по обработке Ш. хлором всегда находится некоторое количество нашатыря. Хлорированная Ш., природные щелочные свойства которой после этой обработки в значительной степени утрачены, окрашивается гораздо более энергично пигментами щелочного характера и хуже — пигментами кислого характера. Хлорированное волокно гораздо более жестко и подобно шелку, обработанному кислотами, обладает шуршанием. Хлорирование Ш. в настоящее время очень часто применяется в красильной практике, в особенности при узорчатой расцветке шерстяных тканей. По отношению к растворам солей, например сернокислых, азотнокислых и хлористых солей алюминия, олова, меди, железа и др., Ш. проявляет ту особенность, что она их разлагает, причем на волокно осаждается гидрат окиси или нерастворимая основная соль, а в растворе остается свободная кислота. Таким образом стоит опустить в раствор сернокислого глинозема кусок шерстяной ткани, как тотчас начнется разложение этой соли с выделением свободной серной кислоты, т. е. в данном случае Ш. играет роль очень крепкой кислоты, которая может вытеснять даже серную из ее солей. На этом основано нанесение протрав на шерстяную ткань простым нагреванием Ш. со средними растворами солей, служащих протравами, и это свойство резко отличает Ш. от растительных волокон, которые не обладают такой диализирующей способностью. Это обстоятельство заставляет признать, что Ш. имеет резко выраженную кислотную функцию. Из всех волокнистых веществ Ш. обладает наибольшим сходством по отношению к пигментам. Она соединяется непосредственно со всеми субстантивными пигментами, и ее сродство с ними больше сродства шелка, так как окрашенная ими Ш. гораздо более стойка по отношению к мылу и кипящей воде, чем окрашенный ими шелк. По отношению к деревянным краскам, кашу и индиго Ш. тоже обладает значительным сродством. При окрашивании полигенетическими протравами является необходимым предварительное нанесение протрав, но все-таки окрашивание Ш. идет значительно легче, чем окрашивание хлопка, и отличается большей прочностью. Различные сорта Ш. относятся не одинаково по отношению к пигментам. Более тонкие сорта, вообще говоря, требуют большего количества краски для получения одного и того же оттенка, чем грубые. Состав естественного красящего вещества Ш. до сих пор не изучен; цвет очищенного сырца изменяется от желтовато-белого до черного. Пигмент обесцвечивается воздействием сернистой кислоты; поэтому фабричное беление Ш. и шерстяных изделий и производится или газообразной сернистой кислотой, или же растворами подкисленных сернистых солей.

 

ЭСБЕ:Химия