Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен

Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен.

Статьи по теме
Искать по теме

1. Натуральные волокна растительного происхождения, классификация.

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 и 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, модаль. Эти ткани прекрасно пропускают воздух, очень долго остаются сухими и приятны на ощупь. Сегодня все эти ткани активно используются производителями чулочно-носочной продукции, 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.

2. Сравнительная характеристика хлопка и льна по химическому составу, строению, свойствам, применению.

Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян однолетних растений хлопчатника. Он является основным видом сырья текстильной промышленности. Собранный с полей хлопок-сырец (семена хлопчатника, покрытые волокнами) поступает на хлопкоочистительные заводы. Здесь происходит его первичная обработка, которая включает в себя следующие процессы: очистку хлопка-сырца от посторонних сорных примесей (от частиц стеблей, коробочек, камней и др.), а также отделение волокна от семян (джинирование), прессование волокон хлопка в кипы и их упаковку. В кипах хлопок поступает на дальнейшую переработку на хлопкопрядильные фабрики.

Хлопковое волокно представляет собой тонкостенную трубочку с каналом внутри. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Поперечный срез его имеет весьма разнообразную форму и зависит от зрелости волокна.

Для хлопка характерны относительно высокая прочность, теплостойкость (130–140 °С), средняя гигроскопичность (18-20%) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок отличается высокой устойчивостью к действию щелочей. Стойкость хлопка к истиранию невелика.

Волокно хлопка – это одна растительная клетка, которая развивается из клетки кожуры семени хлопчатника после цветения. Семена хлопчатника заключены в плодовую коробочку, которая по достижении полной зрелости раскрывается, и семена вместе с хлопком выходят наружу, после чего немедленно производится сбор и первичная обработка хлопка.

Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен

Рисунок 1. Клетка хлопка

Отделенные от семян хлопковые волокна представляются под микроскопом в виде желобчатых ленточек, к концам постепенно суживающихся и в большинстве случаев винтообразно закрученных (характерное свойство хлопка). В поперечном сечении волокна имеют неправильную овальную форму с внутренним каналом. Канал в волокнах открыт с одной стороны.

Степень скрученности и поперечный срез волокна имеют весьма разнообразную форму и зависят от зрелости волокна. От степени зрелости зависят и свойства волокна. Незрелые волокна имеют вид сплющенных ленточек с тонкими стенками и широким каналом, обладают малой прочностью. Перезрелые волокна имеют толстые стенки и узкий канал, прямую неизвитую форму, они очень жесткие и ломкие. Ни те, ни другие не пригодны для текстильной переработки. Оптимальной является средняя зрелость волокна.

Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен

Рисунок 2. Волокна хлопка

Внешний вид волокон: мягкие, тонкие, матовые, белые с легким кремовым оттенком (существуют сорта хлопчатника, дающие волокна зеленоватого или бежевого цвета).

Длина и толщина волокон связаны между собой и зависят от сорта хлопчатника.

Средний размер диаметра поперечного сечения волокон 15-25 мкм.

По длине волокна различают:

- коротковолокнистый хлопок длиной до 27мм; его перерабатывают в толстую и пушистую пряжу для изготовления байки, фланели, бумазеи;

- средневолокнистый хлопок длиной 27-35мм; идет для изготовления ситца, бязи, сатина;

- длинноволокнистый хлопок длиной свыше 35мм перерабатывается в тонкую и гладкую пряжу для изготовления высококачественных тканей, например батиста, маркизета.

Физические и химические свойства хлопка

Гигроскопичность хлопка достаточно высокая.

При нормальных условиях зрелые волокна содержат 8-9% влаги. Хлопок быстро впитывает влагу и быстро ее отдает. Во влажном воздухе хлопковое волокно может принять в себя до 27% влаги, не делаясь влажным на ощупь. При погружении в воду волокна набухают, их прочность при растяжении увеличивается на 15-17%.

Хлопок является плохим проводником тепла и электричества.

Химический состав: целлюлоза (95-96%) и примеси (жировые, красящие, минеральные, воскообразные). Поскольку главной составной частью волокна является целлюлоза, из которой состоят стенки трубочки, то именно от ее свойств и зависят, главным образом, химические свойства волокна хлопка.

Действие химических реагентов на волокно. Кислоты разрушают волокно, делают его хрупким. Слабые щелочи не действуют на целлюлозу, более же крепкие оказывают на нее особенное действие. Холодные едкие щелочи вызывают набухание волокон, извитость их исчезает. Это свойство используется для проведения специальной отделки тканей – мерсеризации. Горячие едкие щелочи в присутствии кислорода воздуха приводят к окислению целлюлозы хлопка и снижают прочность волокна.

Хлопок не растворяется в феноле и ацетоне.

Особенности горения: горит очень легко, сгорает полностью, пламя желтое, пепел серый, запах жженой бумаги.

Действие прямых солнечных лучей в течение 940 часов снижает прочность волокна на 50%.

Льняное волокно

Льняное волокно получают из стебля травянистого растения – льна. Для получения волокна стебли льна замачивают с целью разъединения лубяных пучков друг от друга и от соседних тканей стебля путем разрушения пектиновых (клеящих) веществ микроорганизмами, развивающимися при намокании стебля, а затем мнут для размягчения древесной части стебля. В результате такой обработки получают лен-сырец, или мятый лен, который подвергают трепанию и чесанию, после чего получают техническое льняное волокно (трепаный лен).

Элементарное волокно льна имеет слоистое строение, что является результатом постепенного отложения целлюлозы на стенках волокна, с узким каналом посередине и поперечными сдвигами по длине волокна, которые получаются в процессе образования и роста волокна, а также в процессе механических воздействий при первичной обработке льна. В поперечном сечении элементарное волокно льна имеет пяти- и шестиугольную форму с закругленными углами.

– Различают три типа льна:

– долгунец, имеющий слабо ветвящийся только у вершины стебель и используемый в основном для получения текстильного волокна;

– кудряш, культивируемый на семена (масличный лен), имеет пучок ветвящихся стеблей, низкорослый, произрастает в южных районах;

– межеумок, занимающий по своему строению промежуточное положение, имеет ветвящийся стебель, его волокно может использоваться для производства грубых тканей и шпагата.

Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен

Рисунок 3. Строение льна

Растение льна:

а – виды льна;

б – цветок;

в – семенная головка

Мы будем рассматривать лен-долгунец. Длина его стебля 80 – 120 см, диаметр 1 – 3 мм. Цвет стебля во время вегетации меняется: сначала он зеленый, затем молочно-восковой и, наконец, желтый. Вдоль стебля на расстоянии 15 см растут узкие (3 – 5 мм) длинные (25 – 35 мм) листья. После цветения по мере созревания листья опадают. На вершине стебля образуются несколько веточек, которые тоже могут ветвиться. На концах веточек вырастает цветок без запаха голубого, иногда белого или розового цвета, у которого пять лепестков и пять тычинок. После самоопыления цветок превращается в семенную головку.

На поперечном срезе стебля можно наблюдать наружный слой-кожицу (эпидермис) 1 с поверхностью, покрытой пленкой, пропитанной воскообразными веществами (кутикула) 2. Кожица состоит из плотных сосудистых клеток с утолщенными стенками. Кора 3 расположена непосредственно под кожицей. Ее клетки частично заполнены хлорофиллом. Лубо-волокнистые пучки 4 залегают в тканях коры. Они состоят из групп элементарных волокон с толстыми целлюлозными стенками, склеенных между собой срединными пластинками из пектинов и других клеящих веществ. По форме элементарные волокна граненые и склеивание идет по плоскостям – граням волокон. Проводящая ткань 5 состоит из тонкостенных удлиненных клеток. Образовательная ткань (камбий) 6 в виде одно- или двухслойного кольца лежит на границе с древесиной 7. Сердцевина 8 выстилает внутреннюю часть стебля. Полость 9 не заполнена тканями. Примерно треть поперечного сечения стебля (исключая полость и сердцевину) занимают волокнистые и окружающие их ткани. Две трети заполнены древесиной. По массе это 25 – 45% луб и на 75 – 55% древесина. Элементарные волокна длиной от 2,5 до 120 мм ориентированы вдоль стебля, имеют заостренную с обоих концов форму и внутри замкнутый со всех сторон канал. Склеенные по граням элементарные волокна образуют пучки технических волокон. Элементарные волокна сдвинуты вдоль пучка и их утоненные концы как бы вклиниваются между соседними. Местами волокнистые пучки (технические волокна) склеиваются между собой, образуя сетчатую структуру (анастомоз).

Натуральные волокна растительного происхождения, хлопок и лен

Рисунок 4.Строение стебля льна (срез)

1 – кожица (эпидермис)

2 – кутикула

5 – кора

4 – лубоволокнистые пучки

5 – проводящая ткань

6 – образовательная ткань

7 – древесина

5 – сердцевина

9 – полость

В процессе мятья и трепания волокна приобретают вид длинных прядей, длина которых приблизительно равна длине стебля. Часть волокон при этом обрывается или откалывается, спутывается и попадает в отходы трепания. В отходы трепания попадает также разрушенная древесина стебля (костра). "Техническое волокно" – термин, определяющий состояние волокна, поступающего в переработку, и не отражает строго ни ботанические, ни структурные признаки. Технические волокна могут быть длинными и короткими, спутанными и распрямленными. Высокая степень полимеризации целлюлозы волокна обеспечивает ему высокие прочностные характеристики и высокую стойкость к свету, стиркам, носке. Ряд спутников целлюлозы льна придают ему биостойкость, высокую гигроскопичность и влагоемкость, обеспечивают полное отсутствие статических электрических зарядов. Волокно льна распрямлено, а целлюлоза высокоориентирована, поэтому льняное волокно очень мало удлиняется при нагружении.

3. Признаки волокон растительного происхождения.

Таблица 1 – Химический состав льняного и хлопкового волокна, %

Лен

Хлопок

Целлюлоза

71,2

91,8

Гемицеллюлоза

18,6

***

Пектин

2.8

6,4

Лигнин

2,2

0,7

Воскообразные

1,7

0,7

Таблица 2 – Физико-механические свойства льняного и хлопкового волокна

Лен

Хлопок

Удельная прочность, сН/текс

24-70

20-35

Удлинение, %

2-3

6-8

Модуль, кг/г

0,9

1,0

Степень полимеризации

36000

10000

Молекулярная масса

0,0000059

0,00000175

Сопротивление растяжению можно характеризовать различными параметрами:

– разрушающее напряжение – нагрузка, приводящая к разрыву, отнесенная к площади поперечного сечения, Н/мм2;

– разрывная длина – длина волокна (условно длинного), которая приводит к его разрыву под действием собственного веса, км;

– разрушающая нагрузка, отнесенная к тонине волокна в текс, сН/текс.

Например, разрывная длина элементарного волокна при расстоянии 3 мм между зажимами динамометра равна 60 км, в то время как его прочность только 15 г. При увлажнении льняных волокон их прочность возрастает до 40%. Это феноменальное качество льна отличает его от всех известных текстильных волокон.

Эластичность – свойство льняного волокна или нити, которое определяет его работоспособность при механических воздействиях. Практически она характеризуется удлинением при разрыве. Относительное удлинение элементарного волокна льна очень невелико и равно 2,8%. По виду кривой нагрузка – удлинение можно определить модуль эластичности. Этот модуль соответствует тангенсу угла наклона кривой в ее начале. Для льна этот модуль составляет 14,3 г/.

Химический состав льняного волокна и сопровождающих его элементов (спутников). Элементарные волокна на 98% состоят из целлюлозы, которая в свою очередь состоит из 44,4% углерода, 42,4% кислорода, 6,2% водорода.

Макромолекула целлюлозы состоит из 2500 – 3500 молекул глюкозы. В каждой паре молекул глюкозы содержится молекула воды (Н20).

Целлюлозные цепочки могут располагаться различно, в зависимости от этого целлюлоза аморфна или, как в случае льна, ориентирована вдоль оси волокна.

Рентгеноструктурный анализ показывает, что целлюлоза льна высококристаллична и поэтому очень устойчива к химическим и физическим воздействиям. При процессах прядения элементарные волокна соединяются с некоторым количеством находящихся в технических волокнах спутников целлюлозы.

Зеленый луб льна содержит: целлюлозы 52-58%, растворимых в воде веществ 8–10%, гемицеллюлозы 12–16%, лигнина 2-4%, пектина 3-5%, воска 1–2%, воды 14%.

Литература

1. Грибанова И.Б. Товароведение непродовольственных товаров –М.: Дашков и К, 2010

2. Мишин Р.Л. Товароведение текстильных товаров – М.: КНОРУС, 2011

3. Юмашев Л.Д.Основы товароведения. Курс лекций – М.: КНОРУС, 2009