Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Контрольная работа - Материаловедение - файл 1.doc


Контрольная работа - Материаловедение
скачать (654 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc654kb.17.11.2011 06:51скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство образования и науки РФ

Московский государственный университет

Дизайна и технологии

Новосибирский технологический институт

(НТИ МГУДТ (филиал))








Работа зачтена:

Доцент к. т. н. Глушкова Т.В.


Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности


Контрольная работа № 1




Выполнил: студент ЗШ-81

Плотникова Е.А. № з. к. 067




Новосибирск 2011


Содержание:

1.лубяные волокна: виды, строение, химический состав, свойства и недостатки в сравнении с хлопковыми, шерстяными и химическими волокнами. Примеры использования при производстве одежды материалов…………………………………………………………………..3

2.процессы получения и модификации различных видов искусственных и синтетических волокон и нитей. Примеры……………………………….19

3.отличительные признаки структуры и свойств трикотажных полотен поперечно- и основовязаных переплетений разных классов и видов. Схемы и графики переплетений. Примеры использования………………………..35

4.скрепляющие материалы для одежды: виды, сырьевой состав, способы получения, строение. Примеры использования ………………………….45

1.Лубяные волокна: виды, строение, химический состав, свойства, применение. Приимущества и недостатки в сравнении с хлопковыми, шерстяными и химическими волокнами. Примеры использования при производстве одежды материалов.

^

Лубяные волокна


Расположены обычно в коровой части осевого органа, во флоэме, они встречаются в коре стебля и корня, а также в листовых черешках и пластинках, в цветоножках, плодоножках, реже плодах. Чаще они формируются в стеблях травянистых растений, но у многих пальм образуются в листьях. Клетки лубяных волокон длинные, толстостенные. Длина их колеблется от 40 до 60 мм, у китайской крапивы рами от 350 до 500 мм. В целом волокна насыщены цитоплазмой, в ней содержатся единичные мелкие хлоропласты, часто с крахмальными зёрнами. Число митохондрий значительно больше, чем хлоропластов. Характерная черта молодых волокон — высокоактивный Аппарат Гольджи. У сформировавшихся лубяных волокон протопласт чаще всего отмирает и полость клетки совершенно исчезает.

За счёт интрузивного роста лубяных волокон создаётся исключительная прочность ткани, которая повышается благодаря спиральным расположениям микрофибрилл оболочки. Обычно лубяные волокна составляют простую ткань, располагаясь либо более или менее широким поясом, либо отдельными группами, образующими вместе с проводящими тканями сосудисто-волокнистые пучки. У некоторых растений лубяные волокна вкраплены в лубяную паренхиму.

По происхождению лубяные волокна бывают:

  • Первичные — образуются перициклом

  • Вторичные — образуются камбием

У травянистых двудольных растений преобладают первичные волокна, у древесных — вторичные. Вторичные лубяные волокна намного короче первичных и чаще одревесневают. Крайне редко лубяные волокна развиваются у голосеменных.
^

Примеры использования при производстве одежды, материалов.


Свойства лубяных волокон (прочность, исключительная эластичность, большая длина волокна, отсутствие одревеснения) очень ценны для текстильной промышленности. Особый интерес представляют такие растения, как лён, конопля, кенаф, джут, рами, их техническое волокно используется в текстильной промышленности.

Текстильные качества лубяных волокон неодинаковы. Различают твёрдо- и мягковолокнистые растения. У мягковолокнистых (лён) волокна мягкие, эластичные, идут на изготовление высококачественных льняных тканей. У твёрдоволокнистых (новозеландский лён, виды агавы, некоторые пальмы) волокна твёрдые, грубые, из них делают верёвки, щётки, грубые волокнистые ткани.






^

Строение и свойства целлюлозных волокон


Химический состав волокон
Строение и свойства целлюлозы и ее спутников
Строение волокон



Химический состав волокон
Тряпичная бумага, как мы уже говорили, отличается большой устойчивостью к старению. Одна из главных причин этой долговечности - химический состав хлопковых, льняных и пеньковых волокон, которые представляют собой почти чистую целлюлозу (в связи, с чем их обычно называют натуральными целлюлозными волокнами).
В табл. 1 приведен химический состав растительных волокон - хлопковых, льняных, пеньковых, а также рами и джутовых.
ТАБЛИЦА 1 Химический состав растительных волокон*


Составные части

Содержание в волокнах,

Хлопковых

Льняных

Пеньковых

Рами

Джутовых

а-Целлюлоза

90-97

80,5

77

79

64

Вещества - спутники целлюлозы:

 

Пектиновые вещества и пентозаны

1,0

8,4

-

-

-

Лигнин

-

5,2

9,5

6,0

22-24

Жиры и воски

0,3-1,0

2,7

0,6

1,0-1,5

0,4

Азот и белковые вещества

0,2-0,9

2,1

-

-

-

Смолы

-

-

-

-

-

Зольные вещества

0,1-0,2

1,1

0,8

0,6

0,7

Вода

7,0

8,5

10,0

6,0

20,0

Вещества, экстрагируемые водой

0,5

4,0

2,5

6,5

1,0

Как видно, по содержанию а-целлюлозы (так называют целлюлозу, не растворимую в 17,5%-ном растворе едкого натра NaOH при 20°С в течение 1 часа) хлопковое волокно занимает первое место, затем следуют волокна льняное, пеньковое и рами - с приблизительно одинаковым содержанием а-целлюлозы, около 80%, и затем джутовое волокно.
Строение и свойства целлюлозы и ее спутников
Прежде всего, необходимо пояснить, что же именно представляет собой целлюлоза и каковы в общих чертах ее свойства.
Целлюлоза (от лат. cellula - букв, комнатка, здесь — клетка) - клетчатка, вещество клеточных стенок растений, представляет собой полимер класса углеводов - полисахарид, молекулы которого построены из остатков молекул моносахарида глюкозы (см. схему 1).

СХЕМА 1 Строение молекулы целлюлозы
Каждый остаток молекулы глюкозы - или, для краткости, глгокозный остаток - повернут относительно соседнего на 180° и связан с ним кислородным мостиком -О-, или, как принято говорить в данном случае, глюкозидной связью через атом кислорода. Вся молекула целлюлозы представляет, таким образом, как бы гигантскую цепочку. Отдельные звенья этой цепочки имеют форму шестиугольников, или - в терминах химии -6-членных циклов. В молекуле глюкозы (и ее остатке) этот 6-членный цикл построен из пяти атомов углерода С и одного атома кислорода О. Такие циклы называются пирановыми. Из шести атомов 6-членного пиранового цикла на изображенной выше схеме 1, в вершине одного из углов показан только атом кислорода О - гетероатом (от греч. етeроs; - другой, отличающийся от остальных). В вершинах остальных пяти углов располагается по атому углерода С (эти «обычные» для органики атомы углерода, в отличие от гетероатома, в формулах циклических соединений изображать не принято).
Каждый 6-членный цикл имеет форму не плоского шестиугольника, а изогнутого в пространстве, наподобие кресла ( см. схему 2 ),

СХЕМА 2 Форма кресла
- отсюда и название этой формы, или пространственной конформации, наиболее устойчивой для молекулы целлюлозы.
На схемах 1 и 2 стороны шестиугольников, расположенные к нам ближе, выделены жирной чертой. На схеме 1 видно также, что каждый глюкозный остаток содержит 3 гидроксильные группы -ОН (их называют гидроксигруппами или просто гидроксилами). Для наглядности эти группы -ОН заключены в пунктирную рамку.
Гидроксильные группы способны образовывать прочные межмолекулярные водородные связи с атомом водорода Н в качестве мостика, поэтому энергия связей между молекулами целлюлозы высока и целлюлоза как материал обладает значительной прочностью и жесткостью. Кроме того, группы -ОН способствуют поглощению водяных паров и придают целлюлозе свойства многоатомных спиртов (так называют спирты, содержащие несколько групп -ОН). При набухании целлюлозы водородные связи между ее молекулами разрушаются, цепочки молекул раздвигаются молекулами воды (или молекулами поглощенного реагента), и образуются новые связи - между молекулами целлюлозы и воды (или реагента).
В обычных условиях целлюлоза - твердое вещество плотностью 1,54-1,56 г/см3 , нерастворимое в обычных растворителях - воде, спирте, диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе и др. В натуральных волокнах целлюлоза имеет аморфно-кристаллическое строение со степенью кристалличности около 70%.
В химических реакциях с целлюлозой участвуют обычно три группы -ОН. Остальные элементы, из которых построена молекула целлюлозы, вступают в реакцию при более сильных воздействиях - при повышенной температуре, при действии концентрированных кислот, щелочей, окислителей.
Так, например, при нагревании до температуры 130°С свойства целлюлозы изменяются лишь незначительно. Но при 150-160°С начинается процесс медленного разрушения - деструкции целлюлозы, а при температуре выше 160°С этот процесс происходит уже быстро и сопровождается разрывом глюкозидных связей (по атому кислорода), более глубоким разложением молекул и обугливанием целлюлозы.
По-разному действуют на целлюлозу кислоты. При обработке хлопковой целлюлозы смесью концентрированных азотной и серной кислот в реакцию вступают гидроксильные группы -ОН, и в результате получаются азотнокислые эфиры целлюлозы - так называемая нитроцеллюлоза, которая, в зависимости от содержания нитрогрупп в молекуле, обладает различными свойствами. Наиболее известны из нитроцеллюлоз пироксилин, применяемый для производства пороха, и целлулоид - пластмассы на основе нитроцеллюлозы с некоторыми добавками.
Другой тип химического взаимодействия имеет место при обработке целлюлозы соляной или серной кислотой. Под действием этих минеральных кислот происходит постепенная деструкция молекул целлюлозы с разрывом глюкозидных связей, сопровождающаяся гидролизом, т.е. обменной реакцией с участием молекул воды (см. схему 3).

СХЕМА 3 Гидролиз целлюлозы
На этой схеме изображены те же три звена полимерной цепочки целлюлозы, т.е. те же три остатка молекул целлюлозы, что и на схеме 1, только 6-членные пирановые циклы представлены не в форме "кресел", а в форме плоских шестиугольников. Такое условное обозначение циклических структур также общепринято в химии.
Полный гидролиз, проводимый при кипячении с минеральными кислотами, приводит к получению глюкозы. Продуктом частичного гидролиза целлюлозы является так называемая гидроцеллюлоза, она обладает меньшей механической прочностью по сравнению с обычной целлюлозой, так как показатели механической прочности падают с уменьшением длины цепочки полимерной молекулы.
Совершенно другой эффект наблюдается в том случае, если целлюлозу обработать непродолжительное время концентрированной серной или соляной кислотой. Происходит пергаментация: поверхность бумаги или хлопчатобумажной ткани набухает, и этот поверхностный слой, представляющий собой частично разрушенную и подвергнувшуюся гидролизу целлюлозу, придает бумаге или ткани после высушивания особый лоск и повышенную прочность. Это явление впервые было замечено в 1846 г. французскими исследователями Ж.Пумару и Л.Фипойе.
Слабые (0,5%-ные) растворы минеральных и органических кислот при температуре примерно до 70°С , если после их нанесения следует промывка, не оказывают разрушающего действия на целлюлозу.
К щелочам (разбавленным растворам) целлюлоза устойчива. Растворы едкого натра в концентрации 2-3,5% применяют при щелочной варке тряпья, идущего на изготовление бумаги. При этом из целлюлозы удаляются не только загрязнения, но и продукты деструкции полимерных молекул целлюлозы, имеющие более короткие цепи. В отличие от целлюлозы, эти продукты деструкции растворимы в щелочных растворах.
Своеобразно действуют на целлюлозу концентрированные растворы щелочей на холоде - при комнатной и более низких температурах. Этот процесс, открытый в 1844 г. английским исследователем Дж. Мерсером и получивший название мерсеризации, широко
применяется для облагораживания хлопчатобумажных тканей. Волокна обрабатывают в натянутом состоянии при температуре 20°С 17,5%-ным раствором едкого натра. Молекулы целлюлозы присоединяют щелочь, образуется так называемая щелочная целлюлоза, и этот процесс сопровождается сильным набуханием целлюлозы. После промывки щелочь удаляется, а волокна приобретают мягкость, шелковистый блеск, становятся более прочными и восприимчивыми к красителям и влаге.
При высоких температурах в присутствии кислорода воздуха концентрированные растворы щелочей вызывают деструкцию целлюлозы с разрывом глюкозидных связей.
Окислители, применяемые для отбелки целлюлозных волокон в текстильном производстве, а также для получения бумаг с высокой степенью белизны, действуют на целлюлозу разрушающе, окисляя гидроксильные группы и разрывая глюкозидные связи. Поэтому в производственных условиях все параметры процесса отбеливания строго контролируются.
Когда мы говорили о строении молекулы целлюлозы, мы имели в виду ее идеальную модель, состоящую только из многочисленных остатков молекулы глюкозы. Мы не уточняли, сколько этих глюкозных остатков содержится в цепочке молекулы (или, как принято называть гигантские молекулы, - в макромолекуле) целлюлозы. Но в действительности, т.е. в любом природном растительном сырье, существуют большие или меньшие отклонения от описанной идеальной модели. Макромолекула целлюлозы может содержать некоторое количество остатков молекул других моносахаридов - гексоз (т.е. содержащих 6 атомов углерода, как и глюкоза, которая также относится к гексозам) и пентоз (моносахаридов с 5-ю атомами углерода в молекуле). Макромолекула природной целлюлозы может содержать также и остатки уроновых кислот - так называют карбоновые кислоты класса моносахаридов, остаток глюкуроновой кислоты, например, отличается от остатка глюкозы тем, что содержит вместо группы -СН2ОН карбоксильную группу -СООН, характерную для карбоновых кислот.
Количество глюкозных остатков, содержащихся в макромолекуле целлюлозы, или так называемая степень полимеризации, обозначаемая индексом n, также различна для разных видов целлюлозного сырья и колеблется в широких пределах. Так, в хлопке n составляет в среднем 5 000 - 12 000, а в льне, пеньке и рами 20 000 - 30 000. Таким образом, молекулярная масса целлюлозы может достигать 5 млн. кислородных единиц. Чем выше n, тем прочнее целлюлоза. Для целлюлозы, получаемой из древесины, n значительно ниже - в пределах 2500 - 3000, что обусловливает и меньшую прочность волокон древесной целлюлозы.
Однако если рассматривать целлюлозу как материал, полученный из какого-либо одного вида растительного сырья - хлопка, льна, конопли или древесины и т.д., то и в этом случае молекулы целлюлозы будут иметь неодинаковую длину, неодинаковую степень полимеризации, т.е. в этой целлюлозе будут присутствовать более длинные и более короткие молекулы. Высокомолекулярную часть любой технической целлюлозы принято определения количества этих примесей содержание а-целлюлозы не может характеризовать называть а-целлюлозой - так условно обозначают ту часть целлюлозы, которая состоит из молекул, содержащих 200 и более глюкозных остатков. Особенностью этой части целлюлозы является нерастворимость в 17,5%-ном растворе едкого натра при 20°С (таковы, как уже упоминалось, параметры процесса мерсеризации - первого этапа производства вискозного волокна).
Растворимая в этих условиях часть технической целлюлозы называется гемицеллюлозой. Она в свою очередь состоит из фракции b-целлюлозы, содержащей от 200 до 50 глюкозных остатков, и у-целлюлозы - наиболее низкомолекулярной фракции, с n менее 50. Название «гемицеллюлоза», так же как и «а-целлюлоза», условно: в состав гемицеллюлоз входит не только целлюлоза сравнительно низкой молекулярной массы, но и другие полисахариды, молекулы которых построены из остатков других гексоз и пентоз, т.е. другие гексозаны и пентозаны (см., например, содержание пентозанов в табл. 1). Общее их свойство - невысокая степень полимеризации n, менее 200, и как следствие - растворимость в 17,5%-ном растворе едкого натра.
Качество целлюлозы определяется не только содержанием a-целлюлозы, но и содержанием гемицеллюлоз. Известно, что при повышенном содержании a-целлюлозы волокнистый материал отличается обычно более высокой механической прочностью, химической и термической стойкостью, стабильностью белизны и долговечностью. Но для получения прочного полотна бумаги необходимо, чтобы в технической целлюлозе присутствовали и гемицеллюлозные спутники, так как чистая а-целлюлоза не склонна к фибриллированию (расщеплению волокон в продольном направлении с образованием тончайших волоконец - фибрилл) и в процессе размола волокон легко рубится. Гемицеллюлоза облегчает фибриллирование, что в свою очередь улучшает сцепление волокон в бумажном листе без чрезмерного уменьшения их длины при размоле.
Когда мы говорили о том, что понятие «а-целлюлоза» тоже условно, мы имели в виду, что и а-целлюлоза не является индивидуальным химическим соединением. Этот термин обозначает суммарное количество веществ, находящихся в технической целлюлозе и нерастворимых в щелочи при мерсеризации. Действительное же содержание высокомолекулярной целлюлозы в a-целлюлозе всегда меньше, так как примеси (лигнин, зола, жиры, воски, а также пентозаны и пектиновые вещества, химически связанные с целлюлозой) не полностью растворяются при мерсеризации.
Продолжая изложение первоначальных сведений о строении и свойствах спутников целлюлозы, вернемся к табл. 1.
В табл. 1 были приведены вещества, встречающиеся наряду с целлюлозой в растительных волокнах. Первыми после целлюлозы указаны пектиновые вещества и пентозаны. Пектиновые вещества - это полимеры класса углеводов, которые, так же как целлюлоза, имеют цепочечное строение, но построены из остатков уроновой кислоты, точнее - галактуроновой кислоты. Полигалактуроновая кислота называется пектовой кислотой, а ее метиловые эфиры - пектинами (см. схему 4).

СХЕМА 4 Участок цепи макромолекулы пектина
Это, разумеется, только схема, так как пектины разных растений различаются по молекулярной массе, содержанию групп -ОСН3 ( так называемых метокси-, или метоксильных, групп, или просто - метоксилов) и их распределению по цепи макромолекулы. Пектины, содержащиеся в клеточном соке растений, растворимы в воде и способны образовывать в присутствии сахара и органических кислот плотные гели. Однако пектиновые вещества существуют в растениях главным образом в виде нерастворимого протопектина - полимера разветвленного строения, в котором линейные участки макромолекулы пектина связаны поперечными мостиками. Протопектин содержится в стенках растительной клетки и межклеточном цементирующем материале, выполняя роль опорных элементов. Вообще пектиновые вещества являются резервным материалом, из которого путем ряда превращений образуется целлюлоза и формируется клеточная стенка. Так, например, в начальной стадии роста хлопкового волокна содержание пектиновых веществ в нем достигает 6%, а ко времени вскрытия коробочки постепенно убывает примерно до 0,8%. Параллельно увеличивается содержание целлюлозы в волокне, повышается его прочность, повышается степень полимеризации целлюлозы.
Пектиновые вещества довольно стойки к кислотам, но под действием щелочей при нагревании разрушаются, и это обстоятельство используется для очистки целлюлозы от пектиновых веществ (путем варки, например, хлопкового пуха с раствором едкого натра). Легко разрушаются пектиновые вещества и под действием окислителей.
Пентозаны - это полисахариды, построенные из остатков пентоз - обычно арабинозы и ксилозы. Соответственно эти пентозаны называются арабанами и ксиланами. Они имеют линейное (цепочечное) или слабо разветвленное строение и в растениях обычно сопутствуют пектиновым веществам (арабаны) или входят в состав гемицеллюлоз (ксиланы). Пентозаны бесцветны, аморфны. Арабаны хорошо растворимы в воде, ксиланы в воде не растворяются.
Следующим важнейшим спутником целлюлозы является лигнин - полимер разветвленного строения, вызывающий одревеснение растений. Как видно из табл. 1, лигнин отсутствует в хлопковом волокне, но в остальных волокнах - льняном, пеньковом, рами и особенно джутовом - он содержится в меньших или больших количествах. Он заполняет главным образом пространства между клетками растения, но проникает и в поверхностные слои волокон, играя роль инкрустирующего вещества, скрепляющего целлюлозные волокна. Особенно много лигнина содержится в древесине - до 30%. По своей природе лигнин уже не относится к классу полисахаридов (как целлюлоза, пектиновые вещества и пентозаны), а представляет собой полимер на основе производных многоатомных фенолов, т.е. относится к так называемым жирноароматическим соединениям. Существенное его отличие от целлюлозы заключается и в том, что макромолекула лигнина имеет нерегулярное строение, т.е. полимерную молекулу составляют не одинаковые остатки мономерных молекул, а разнообразные структурные элементы. Однако последние имеют между собой то общее, что состоят из ароматического ядра (которое образовано в свою очередь 6-ю атомами углерода С) и боковой пропановой цепочки (из 3-х атомов углерода С), этот общий для всех лигнинов структурный элемент называют фенилпропановым звеном (см. схему 5).

СХЕМА 5 Фенилпропановое звено
Таким образом, лигнин принадлежит к группе природных соединений, имеющих общую формулу (С6С3)х. Лигнин не является индивидуальным химическим соединением со строго определенным составом и свойствами. Лигнины различного происхождения заметно отличаются друг от друга, и даже лигнины, полученные из одного вида растительного сырья, но разными способами, иногда очень сильно различаются по элементарному составу, содержанию тех или иных заместителей (так называют группы, соединенные с бензольным ядром или боковой пропановой цепочкой), растворимости и другим свойствам.
Высокая реакционная способность лигнина и неодинаковость его строения затрудняют исследование его структуры и свойств, но тем не менее установлено, что в состав всех лигнинов входят фенилпропановые звенья, представляющие собой производные гваякола (т.е. монометилового эфира пирокатехина, см. схему 6).

СХЕМА 6 Производное гваякола
Выявлены и некоторые отличия в строении и свойствах лигнинов однолетних растений и злаков, с одной стороны, и древесины - с другой. Например, лигнины трав и злаков (к ним относятся лен и пенька, на которых мы останавливаемся более подробно) сравнительно хорошо растворяются в щелочах, тогда как лигнины древесины -трудно. Это обусловливает более жесткие параметры процесса удаления лигнина (делигнификации) из древесины методом натронной варки древесины (как-то: более высокие температуры и давления) по сравнению с процессом удаления лигнина из молодых побегов и трав методом варки в щелоке - методом, который был известен в Китае еще в начале первого тысячелетия нашей эры и который широко использовался под названием мацерации или бучения в Европе при переработке тряпья и разного рода отходов (льняных, пеньковых) в бумагу.
Мы уже говорили о высокой реакционной способности лигнина, т.е. о его способности вступать в многочисленные химические реакции, что объясняется присутствием в макромолекуле лигнина большого количества реакционноспособных функциональных групп, т.е. способных вступать в те или иные химические превращения, присущие определенному классу химических соединений. Особенно это относится к спиртовым гидроксилам -ОН, находящимся у атомов углерода в боковой пропановой цепочке, по этим группам -ОН происходит, например, сульфирование лигнина при сульфитной варке древесины - еще одном способе ее делигнификации.
Вследствие большой реакционной способности лигнина легко происходит и его окисление, в особенности в щелочной среде, с образованием карбоксильных групп -СООН. А при действии хлорирующих и белящих агентов лигнин легко хлорируется, причем атом хлора Сl вступает как в ароматическое ядро, так и в боковую пропановую цепочку, в присутствии влаги одновременно с хлорированием происходит и окисление макромолекулы лигнина, и получаемый хлорлигнин содержит также карбоксильные группы. Хлорированный и окисленный лигнин легче вымывается из целлюлозы. Все эти реакции широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности для очистки целлюлозных материалов от примеси лигнина, который является очень неблагоприятным компонентом технической целлюлозы.
Почему присутствие лигнина нежелательно? Прежде всего потому, что лигнин имеет разветвленную, часто трехмерную, пространственную структуру и поэтому не обладает волокнообразующими свойствами, т. е. из него не могут быть получены нити. Он придает целлюлозным волокнам жесткость, ломкость, снижает способность целлюлозы набухать, окрашиваться и взаимодействовать с реагентами, применяемыми при различных процессах обработки волокон. При приготовлении бумажной массы лигнин затрудняет размол и фибриллирование волокон, ухудшает их взаимное сцепление. Кроме того, сам по себе он окрашен в желто-коричневый цвет, а при старении бумаги к тому же еще и усиливает ее пожелтение.
Наши рассуждения о строении и свойствах спутников целлюлозы могут показаться, на первый взгляд, излишними. Действительно, уместны ли здесь даже краткие описания строения и свойств лигнина, если реставратор-график имеет дело не с природными волокнами, а с бумагой, т.е. материалом, изготовленным из очищенных от лигнина волокон? Это, разумеется, так, но только в том случае, если речь идет о тряпичной бумаге, изготовленной из хлопчатобумажного сырья. В хлопке лигнина нет. Практически нет его и в тряпичной бумаге из льна или пеньки - он был почти полностью удален в процессе бучения тряпья.
Однако в бумаге, полученной из древесины, и в особенности в сортах газетной бумаги, в которых наполнителем служит древесная масса, лигнин содержится в достаточно больших количествах, и это обстоятельство следует иметь в виду реставратору, работающему с самыми разными, в том числе и низкосортными бумагами.
Строение волокон
Краткое описание целлюлозных волокон целесообразно начать с хлопкового волокна, так как оно сильно отличается по своему строению от других целлюлозных волокон.
Хлопком называют волокна, растущие на поверхности семян растения хлопчатника из семейства мальвовых. Каждый волосок хлопка представляет собой очень тонкую и длинную клетку, сужающуюся у глухого конца и открытую с другого - того, которым волосок прикреплен к семени. Размеры волокон хлопка разных сортов колеблются в довольно широких пределах. Например, средневолокнистый хлопчатник дает волокно, длина которого достигает 30-35 мм. Толщина волокна может составлять от 10 до 25 мкм. Строение хлопкового волокна имеет ряд особенностей (рис. 1).

РИС. 1 Поперечный разрез хлопкового волокна. (Сильно увеличено)
Снаружи расположена первичная стенка толщиной около 1 мкм, содержащая примерно 50% целлюлозы. На поверхности первичной стенки сосредоточены жиро-восковые вещества - этим и объясняется плохая смачиваемость хлопкового волокна водой. За первичной стенкой (которая частично разрушается в процессе отбелки) следует основная многослойная вторичная стенка толщиной около 6-8 мкм, она состоит из суточных отложений целлюлозы, образуемых при фотосинтезе из протоплазмы. Внутри волокна находится канал. В незрелом волокне он заполнен протоплазмой, в зрелом же содержатся только ее остатки.
Исследования с помощью электронного микроскопа показывают, что отдельные слои целлюлозы образованы из фибрилл, которые, в свою очередь, представляют собой пучки микрофибрилл, состоящих из десятков и сотен цепей макромолекул целлюлозы. Отдельные молекулы в микрофибриллах и микрофибриллы в фибриллах расположены неплотно по отношению друг к другу и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия (главным образом - посредством водородных связей), а также благодаря тому, что длинные цепи макромолекул входят отдельными своими частями (звеньями) в разные микрофибриллы и фибриллы. Поэтому как в отдельных суточных слоях, так и между ними имеются неплотности - поры, микрощели - именно они оказывают большое влияние на поведение хлопковых волокон при различных процессах обработки, в частности при крашении.
Микрофибриллы и фибриллы располагаются в отдельных слоях целлюлозы спиралеобразно, под углом 20-40° к оси волокна, поэтому волокно закручивается как спираль относительно своей оси. При созревании волокна протоплазма в канале постепенно засыхает, и волокно сплющивается. Рассматривая такое волокно под микроскопом, можно заметить, что оно имеет форму скрученной ленточки (или пустой сплющенной трубочки, рис. 2)

РИС.2Продольный и поперечный вид хлопковых волокон
со стенками и каналом определенной тРИС. 2 Продололщины, которая зависит от зрелости. Из поперечных срезов видно, что внутренняя полость волокна весьма значительна по сравнению с толщиной стенки, а так как эта полость открыта, по крайней мере с одного конца, то хлопковое волокно способно быстро и легко смачиваться и набухать изнутри. Этим хлопковое волокно выгодно отличается от лубяных волокон. Кроме того, при малой массе хлопковое волокно имеет достаточно развитую поверхность, что обусловливает способность хлопка к адсорбционным процессам. Известно, какие значительные объемы газов поглощаются хлопковыми волокнами: например, аммиак поглощается в количестве, превышающем более чем в 100 раз по объему сам хлопок.
Мягкость и нежность хлопковых волокон, их скрученная форма объясняют высокую ценность хлопка как прядильного материала. Отдельные волоски хлопка легко сцепляются между собой, распрямляются при вытягивании, держатся в тонких нитях и поддаются закручиванию. Благодаря совокупности этих свойств хлопок, появившийся в Европе позднее других волокон (льняных и пеньковых), очень быстро завоевал себе главенствующее положение в текстильном производстве.
Столь же ценны и бумагообразующие свойства хлопка. В процессе размола волокон, основополагающем в бумажном производстве, тонкие и мягкие волокна хлопка легко ослабевают, скручиваются, спутываются в клочки. Хлопку не свойственна легкая фибриллизация льна (т.е. расщепление волокна на тонкие волоконца - фибриллы - вдоль оси волокна), но зато благодаря скручиванию хлопковых волокон бумага приобретает пухлость и непрозрачность, что в сочетании с мягкостью делает бумагу из хлопка наилучшим материалом для печатания гравюр с медных досок.
Лен, или льняное волокно, представляет собой клетки луба растения, называемого, так же как и его волокно, льном. Это растение относится к семейству льновых.
Стебель льна (рис. 3),

РИС. 3 Стебель льна. как и других стеблевых лубяных растений (конопли, рами, джута, кенафа), состоит из различных по своему строению и функциям тканей:
- покровной ткани 1, которая образована сомкнутыми клетками, покрытыми снаружи тонкой кожицей;
- коровой паренхимы 2 - из тонкостенных и неодревесневших клеток, они содержат запасы питательных веществ;
- волокон 3;
- камбия 4, состоящего из клеток, обеспечивающих рост льна;
- древесины 5;
- сердцевины 6, она состоит из рыхлых тонкостенных клеток, при отмирании которых образуется полость 7 стебля.
Все ткани, от покровной до слоя камбия, называются корой стебля, или лубом. Все, что расположено за камбием, называется древесиной.
Волокна льна распределены, как мы видим, в кольцевидном слое паренхимы. Они представляют собой пучки округлых толстостенных клеток с небольшим каналом, содержащим иногда остатки протоплазмы. Эти пучки волокон тянутся параллельно оси стебля по всей его длине. В среднем в стебле льна содержится 300-700 элементарных волокон, которые образуют 20-30 пучков с числом элементарных волокон в каждом из них от 15 до 24. Волокна склеены в пучки пектиновыми веществами.
Если пектиновые вещества удалить полностью, пучок распадется на отдельные элементарные волокна. Они представляют собой длинные глухие клетки, заостренные наподобие веретена с обоих концов. Волокна имеют гладкую, блестящую поверхность с продольными штрихами, характерны для волокон льна и поперечные сдвиги, как бы надломы, с узловатыми утолщениями (рис.4),



РИС. 4 Поперечные сдвиги на волокнах
последний признак, кстати сказать, типичен и для волокон пеньки и джута. Длина элементарных волокон льна колеблется в пределах от 4 до 66 мм, а чаще всего бывает около 20 мм. Средняя толщина (поперечник) составляет 12-20 мкм. Отношение длины волокна к поперечнику приближается к 1200. Таким образом, как по соотношению размеров, так и по их абсолютной величине волокна льна и хлопка оказываются весьма сходными. И тем не менее льняное волокно гораздо прочнее хлопкового, что объясняется большей толщиной стенки льняного волокна.
Элементарные волокна льна, так же как и хлопка, имеют слоистое строение. Но пучки фибрилл первичной и вторичной стенок расположены спирально под меньшим углом (8-12°),чем в хлопковом волокне (20-40°). Эта намного большая ориентация структурных элементов относительно оси в льняном волокне по сравнению с хлопковым также обусловливает более высокую прочность льна и меньшую способность удлиняться при растяжении.
Льняное волокно гораздо менее податливо к химическим обработкам и крашению. Причина кроется прежде всего в том, что элементарное волокно льна представляет собой закрытую с обоих концов клетку, без свободного доступа во внутреннюю полость — канал. Кроме того, этот канал очень узок, а стенки клетки достаточно толсты. А если вспомнить об обилии пектиновых веществ и лигнина, окружающих волокна со всех сторон, а возможно, и проникающих в толщу стенок волокон, - веществ, трудно растворимых не только в кипящей воде, но и в других нейтральных растворителях, - то станет понятным, почему лен так упорно противостоит крашению и отбеливанию.
Из бумагообразующих свойств льняных волокон следует отметить в первую очередь их способность к фибриллированию в процессе размола. Поскольку стенки волокон льна ровные и толстые, они легко расщепляются в продольном направлении, образуя маленькие пряди волоконец - фибрилл. Последние, сцепляясь во время отливки (формования) бумажного листа, придают бумаге дополнительную прочность.
Пенька. Так называются у нас волокна, получаемые из двудомного растения конопли. Мужская особь - посконь - имеет более тонкий стебель, и только из нее получают прядильное волокно. У женской особи этого растения - матерки - волокно грубое.
Пеньковые волокна сходны со льном по своему строению, но грубее льняных волокон и представляют собой еще более одревесневшие клетки. Так же как льняные волокна, они склеены в пучки пектиновыми веществами. Длина отдельных клеток - элементарных волокон - составляет в среднем 10-15 мм, ширина (размер поперечника) -9-40 мкм. Волокна пеньки не столь ровны по длине, имеют более широкий канал и часто - заметные утолщения в продольном направлении. В поперечнике концы пеньковых волокон бывают с боковыми отростками, чего не встречается у льна.
При размоле волокна пеньки хорошо фибриллируются и дают бумагу, отличающуюся чрезвычайной прочностью (более высокой, чем у льна) и долговечностью. Эти свойства пеньки делают полученную из нее высокосортную бумагу незаменимой для изготовления разного рода документов, карт, чертежей.
Другие лубяные волокна - джут, рами, кенаф - имеют еще более жесткую и грубую структуру и поэтому применяются главным образом для изготовления канатов, веревок, шпагатов, а также тарных тканей и упаковочных бумаг.
Древесина. Древесные волокна отличаются более сложной морфологической структурой, меньшей упорядоченностью самих структурных элементов и меньшим содержанием целлюлозы, всего до 40-55%. Соответственно, так называемые спутники целлюлозы присутствуют в древесине в гораздо больших количествах: другие гексозаны (кроме целлюлозы) - 5-10%, пентозаны - 10-20%, лигнин - 20-30%. Поэтому для выделения целлюлозы из древесины приходится применять более жесткие условия обработки (более высокие температуры и давления). Макромолекулы целлюлозы в волокнах древесины короче, чем в волокнах хлопка, льна, пеньки. Средняя степень полимеризации n макромолекул древесной целлюлозы составляет 2500-3000. Таким образом, волокна древесины обладают существенно меньшей механической прочностью.

Преимущества и недостатки в сравнении разных волокон

^ Наименование волокон

Положительные свойства

Отрицательные свойства

Хлопчатобумажные волокна

Обладают хорошей прочностью, лёгкостью, мягкостью. Они легко впитывают влагу, пропускают воздух, легко стираются и не осыпаются при раскрое. Легко разглаживаются.

Они сильно сминаются

Льняные волокна

Обладают высокой прочностью. Они хорошо пропускают воздух, впитывают влагу и не осыпаются. Легко разглаживаются.

Они жёсткие, толстые, сильно сминаются.

Шерстяные волокна

Очень тёплые, хорошо драпируются, мало сминаются.

При замачивании изменяют свой размер, т.е. «садятся»

Шёлковые волокна

Прочные, они хорошо впитывают влагу, быстро высыхают, свободно пропускают воздух, мало сминаются.

Они растягиваются и при раскрое сильно осыпаются.

Искусственные волокна

Прочные, они хорошо драпируются. Обладают гигроскопичностью.

Сильно сминаются. В мокром состоянии теряют свою прочность. При раскрое – осыпаются.

Синтетические волокна

Обладают упругостью и прочностью. Не мнутся, не дают усадки, хорошо сохраняют форму.

Они плохо впитывают влагу и сильно осыпаются при раскрое.



2.Поцессы получения и модификации различных видов искусственных и синтетических волокон и нитей. Примеры.
^

Синтетические волокна (нити) - формируют из полимеров, не существующих в природе, а полученных путем синтеза из природных низкомолекулярных соединений.


В качестве исходного сырья для получения синтетических волокон используют продукты переработки газа, нефти и каменного угля (бензол, фенол, этилен, ацетилен...). Вид полученного полимера зависит от вида исходных веществ. По названию исходных веществ дается и название полимеру. Синтетические полимеры получают путем реакций синтеза (полимеризации или поликонденсации) из низкомолекулярных соединений (мономеров). Синтетические волокна формуют либо из расплава или раствора полимера по сухому или мокрому методу.

Производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и разнообразием свойств исходных синтетических полимеров, что позволяет получать синтетические волокна с различными свойствами, в то время как возможности варьировать свойства искусственных волокон очень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера (целлюлозы или её производных).

Очень важно и то, что свойства синтетического волокна и, получаемого из него, материала можно задавать наперед. Физико-механические и физико-химические свойства синтетических волокон можно изменять в процессах формования, вытягивания, отделки и тепловой обработки, а также путём модификации, как исходного сырья (полимера), так и самого волокна. Это позволяет создавать даже из одного исходного волокнообразующего полимера волокна химические, обладающие разными свойствами.

Именно поэтому, текстильные изделия нового поколения более адаптированы к потребностям человека, обладают многофункциональными и комфортными свойствами, комплиментарно поддерживают здоровье человека, позволяют существенно повысить безопасность среды его обитания. Как ни парадоксально, использование одежды на основе нового поколения "синтетики" позволяет повысить работоспособность организма в экстремальных условиях. В связи с этим синтетические волокна существенно потеснили натуральные и искусственные волокна в производстве некоторых видов изделий. Материалы из синтетических волокон очень активно используются для производства современной модной одежды, спецодежды, одежды для экстремальных условий и спорта.

Компании с мировыми именами целенаправленно занимаются разработкой новых синтетических материалов. В настоящее время существует несколько тысяч видов химических волокон, и число их увеличивается с каждым годом. Однако основную роль в производстве химических волокон в обозримом будущем составят уже известные выпускаемые химической промышленностью волокна с улучшенными свойствами. Современные синтетические материалы, значительно более прочны и долговечны, легки, меньше мнутся, быстрее сохнут. Они могут обладать свойством быстро впитывать и отводить конденсат от поверхности тела, предохранять тело от перенагревания или переохлаждения, химического воздействия, облучения и др.

К числу наиболее распространенных и известных видов относятся следующие синтетические волокна: полиуретановые, полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные, полиолефиновые, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые.



^ Гетероцепные волокна содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атом других элементов.
Карбоцепные волокна
содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода

Синтетические волокна отличаются огромным разнообразием, как по внешнему виду, так и по своим физическим свойствам. (Подробно о свойствах различных видов синтетических волокон см. в статьях: Полиамидные волокна, Полиэфирные волокна, Полиуретановые волокна, Полиакрилонитрильные волокна, Поливинилхлоридные волокна, Поливинилспиртовые волокна, Полиолефиновые волокна.)



^ Историческая справка

Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 году поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1940 году в промышленном масштабе выпущено наиболее известное синтетическое волокно – полиамидное (США). Производство в промышленном масштабе полиэфирных, полиакрилонитрильных и полиолефиновых синтетических волокон осуществлено в 1954-60 годах.

Прототипом процесса получения химических нитей послужил процесс образования шелкопрядом нити при завивке кокона. Существовавшая в 80-х 19 столетия гипотеза о том, что шелкопряд выдавливает волокнообразующую жидкость через шелкоотделительные железы и таким образом прядет нить, легла в основу технологических процессов формирования химических нитей.


Современные способы формования нитей также заключаются в продавливании исходных растворов или расплавов полимеров через тончайшие отверстия фильер.
Несмотря на некоторые различия в получении химических волокон и нитей разных видов, общая схема их производства состоит из следующих основных этапов:

  1. Получение сырья и его предварительная обработка

  2. Приготовление прядильного раствора (расплава)

  3. Формование волокна

  4. Вытягивание и термообработка волокна

  5. Отделка сформованного волокна

Следует отметить, что благодаря техническому прогрессу в области производства химических волокон, наряду с «классическими» видами волокон, созданы их модифицированные виды с оптимизированными характеристиками. Появились высокотехнологичные химические волокна нового поколения со специальными функциями: пониженной горючести, антимикробные, антиаллергические, изменяющие цвет в зависимости от температуры и освещения, терморегулирующие, защищающие от статического электричества и ультрафиолетовых лучей, и т. д. Модификация волокон может проводиться на любой стадии производства.

«Физически модифицированные волокна», "Микроволокна", "Текстильные ноу-хау".

Из растворов или расплавов полимеров формируют:

  • мононити - одиночные нити

  • комплексные нити, состоящие из ограниченного числа элементарных нитей (от 3 до 200), используются для выработки тканей и трикотажных изделий

  • жгуты, состоящие из очень большого количества элементарных нитей (сотни тысяч), используются для получения штапельных волокон определенной длины (от 30 до 200 мм), из которых вырабатывается пряжа

  • пленочные материалы

  • штампованные изделия (детали одежды, обуви)

Искусственные волокна (нити) - это химические волокна (нити), получаемые химическим превращением природных органических полимеров (например, целлюлозы, казеина, протеинов или морских водорослей).






Многие путают искусственные и синтетические волокна. Синтетические волокна имеют химический состав, подобный которому не встретить среди природных материалов. Другое дело искусственные волокна. Искусственные волокна получают из полимеров, встречающихся в природе в готовом виде (целлюлоза, белки). Например, вискоза, это та же целлюлоза, что и в хлопке. Только вискозу прядут из древесных волокон. Чтобы получить из "дров" мягкие нити, необходимы разные химические процессы.



Литературные источники:
Большая Советская Энциклопедия;
Калмыкова Е.А., Лобацкая О.В. Материаловедение швейного производства: Учеб. Пособие,- Мн.: Выш. шк., 2001- 412с.
Мальцева Е.П., Материаловедение швейного производства, - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983,- 232.
Бузов Б.А., Модестова Т.А., Алыменкова Н.Д. Материаловедение швейного производства: Учеб. для вузов,- 4-е изд., перераб и доп.,- М., Легпромбытиздат, 1986 – 424.











  1   2   3   4



Скачать файл (654 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации