ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация текстильных волокон и общие вопросы их строения из "Применение красителей" По своему происхождению все известные волокнистые материалы подразделяются на две большие группы природные (натуральные) и химические (рис. 1). В свою очередь природные волокна можно подразделить на волокна растительного происхождения (хлопок, лен, пенька, джут и др.) и животного происхождения (шерсть, натуральный шелк). Сюда же входит природное минеральное асбестовое волокно. [c.7] В группе природных волокон наиболее важными являются хлопок, лен, шерсть. Натуральный шелк производится в ограниченных масштабах, а минеральное асбестовое волокно практически не используется для изготовления товаров народного потребления. [c.7] К химическим волокнам относятся искусственные и синтетические волокна. Искусственные волокна получают на химических предприятиях, но из природного сырья как органического (целлюлоза), так и неорганического (соединения кремния, металлы, их сплавы) происхождения. Химические волокна производят из синтетических полимеров полиамидов, полиэфиров, гюлиакрилонитрилов, полиолефинов и др. Наиболее распространенным искусственным волокном является вискозное. В эту же группу входят медноаммиачное и ацетатные волокна. Вискозное и медноаммиачное волокна, состоящие из гидратцеллюлозы, часто называют также гидратцеллюлозными. Искусственные неорганические волокна находят ограниченное применение для изготовления текстильных материалов бытового назначения. Из группы синтетических волокон в наибольших масштабах используются полиамидные (капрон, найлон), полиэфирные (лавсан, терилен) и полиакрилонитрильные (нитрон, орлон) волокна. В дальнейшем в сырьевом балансе текстильной промышленности займут достойное место такие синтетические волокна, как, например, полиолефиновые (полипропиленовое), полихлорвини-ловые (хлорин), поливинилспиртовые (винол). [c.7] Волокнистые материалы отличаются друг от друга не только размерами макромолекул, но и их формой. Макромолекулы обычно сильно вытянуты в длину, которая во много раз превосходит их диаметр. Макромолекулы состоят из отдельных многократно повторяющихся элементарных звеньев. На концах макромолекулярных цепей, а в ряде случаев и в самих элементарных звеньях, обычно находятся активные функциональные группировки. Некоторые макромолекулы имеют боковые ответвления различной сложности и длины. Наличие объемистых боковых ответвлений уменьшает гибкость макромолекулярных цепей, причем тем сильнее, чем больше размер ответвлений. [c.8] Свойства волокон и их взаимодействие с красителями зависят не только от химического строения макромолекул, образующих волокнистые материалы, но и от расположения этих макромолекул в волокне — тонкой или надмолекулярной структуры волокон. Это понятие включает представления о степени упорядоченности расположения макромолекул полимера, наличии в волокне кристаллических и аморфных структур, соотношении между ними, возникновении и локализации сложных макромолекулярных ассоциатов — микрофибрилл, фибрилл и других более сложных надмолекулярных образований. [c.8] ЮТ микрофибриллы, из которых в свою очередь формируются более крупные молекулярные комплексы — фибриллы. [c.9] Микрофибриллы и фибриллы располагаются более или менее ориентированно вдоль оси волокна или под небольшими углами к ней. Макромолекулы могут проходить одновременно через соседние микрофибриллы, прочно связывая их вместе. Фибриллы скрепляются между собой менее прочно, между ними имеется много продольных трещин, пор и т. п. [c.9] Вследствие неоднородности микрофибрилл и других более крупных элементов надмолекулярной структуры волокнообразующих полимеров текстильные волокна характеризуются наличием кристаллических и аморфных областей. Кристаллические области характеризуются высокой степенью упорядоченности расположения макромолекул, аморфные—более хаотическим расположением макромолекул. Кристаллические и аморфные области в волокнах обнаруживаются методами рентгеноструктурного анализа и ИК-спектроскопии. [c.9] Доля объема полимера, занятая кристаллическими образованиями, может изменяться в широких пределах (40—80%) и зависит от происхождения волокна, условий его формования и строения макромолекул. Переход от кристаллической к аморфной части в полимере происходит не скачкообразно, а постепенно, через ряд промежуточных форм упорядоченности. При этом вполне возможно прохождение одних и тех же макромолекул как через кристаллические, так и через аморфные области (рис. 2). [c.9] Наличие в волокнистых материалах микрокристаллических участков с различной степенью ориентации и уплотнения макромолекул является важным фактором, определяющим реакционную способность, упругоэластические свойства и прочность различных волокон. Аморфные, менее уплотненные участки играют важную роль в процессах крашения и печатания текстильных материалов они обеспечивают возможность диффузии красителя в толщу волокна. Плотные микрокристаллические области недоступны для молекул или ионов красителей. В процессе эксплуатации текстильных материалов вследствие наличия аморфных и кристаллических участков в микрофибрнллах происходит перераспределение местных перенапряжений и тем самым повышается износостойкость волокон. [c.10] Среди растительных волокон наибольшее значение имеют хлопок и лен. Несмотря на различия в морфологической структуре общим для этих волокон является то, что основным веществом, входящим в их состав, является целлюлоза. Содержание целлюлозы в зрелом абсолютно сухом хлопковом волокне составляет примерно 95%, а в льняном 75—78%. Основными примесями являются воскообразные вещества, азотсодержащие (белковые) вещества, пектиновые вещества, лигнин, минеральные соли и естественные красители, придающие волокнам в некоторых случаях нежелательный оттенок. Эти примеси в большей или меньшей степени должны быть удалены из волокна, чтобы обеспечить взаимодействие красителей и других препаратов с целлюлозой. [c.10] Хлопковое волокно имеет форму плоской штопорообразно закрученной ленточки. По структуре оно неоднородно и состоит из очень тонкой наружной оболочки, называемой первичной клеточной стенкой, и вторичной клеточной стенки, построенных из целлюлозы. Внутри волокна имеется канал. Макромолекулы целлюлозы в первичной клеточной стенке расположены хаотично, и небольшие их пучки ориентированы почти перпендикулярно оси волокна. Во вторичной стенке макромолекулы целлюлозы более упорядоченны они образуют длинные нитевидные фибриллы, ориентированные под небольшим углом к оси волокна. Сопутствующие вещества сосредоточены в основном в первичной стенке и в канале хлопкового волокна. Лигнин в хлопковом волокне отсутствует, но он попадает в хлопчатобумажную ткань вместе с остатками семенных коробочек, листочков н стеблей, которые образуют в ткани загрязнения в виде мелких вкраплений, так называемых галочек. [c.10] Очищенные хлопковое и льняное волокна гигроскопичны. Они эффективно поглощают влагу из воздуха, и в нормальных атмосферных условиях (20 °С, относительная влажность воздуха 65%) хлопковое волокно содержит 6—8% влаги, а льняное— до 12%. [c.11] В сухом состоянии хлопковое и льняное волокна практически недоступны для проникновения в них красителей. В водной среде происходит набухание волокон хлопка и льна, при этом диаметр пор достигает 3—7 нм. Увеличивается также активная поверхность волокон с 15—20 м /г в сухом состоянии до 100— 200 м г в набухших волокнах. Все это способствует диффузии красителей в волокно и взаимодействию их с целлюлозой на активной внутренней поверхности. С учетом сказанного необходимо более подробно рассмотреть особенности строения и свойства целлюлозы. [c.11] Целлюлоза, ее строение и свойства. Целлюлоза является полисахаридом. Макромолекула целлюлозы состоит из звеньев глюкопиранозы, которые соединены друг с другом 3-глюкозид-ными (ацетальными) связями, образующимися между первым и четвертым углеродными атомами соседних звеньев. Степень полимеризации (п) целлюлозы обычно колеблется в довольно широких пределах — от 300—800 для гидратцеллюлозных волокон до 10 ООО—15 ООО для целлюлозы хлопка и льна. [c.11] Однако вследствие высокого значения степени полимеризации целлюлозы наличие двух дополнительных функциональных групп на концах макромолекулы не влияет на химические свойства целлюлозы они определяются в основном функциональными группами средней части макромолекулы. Поэтому в сокращенном виде эмпирическая формула целлюлозы имеет вид (СбНюОб) . [c.12] Каждый остаток глюкозы в макромолекуле целлюлозы содержит одну первичную (в положении 6) и две вторичные (в положениях 2 и 3) гидроксильные группы. По реакционной способности эти гидроксильные группы не равноценны. В реакциях взаимодействия с красителями наиболее активны гидроксильные группы у шестого углеродного атома. [c.12] Макромолекулы целлюлозы связаны между собой посредством водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Вследствие этого целлюлоза обладает высокоориентированной структурой. По данным рентгенографического анализа, степень кристалличности хлопковой целлюлозы равна 70%. В элементарных волокнах льна кристалличность целлюлозы еще выше и составляет около 80—85%, а для регенерированной целлюлозы в гидратцеллюлозных волокнах она равна 40—50%. [c.12] Целлюлоза активно взаимодействует с молекулами воды, что сопровождается набуханием целлюлозных волокон. При этом волокна из регенерированной целлюлозы, в частности вискозные, в мокром состоянии теряют до 40—50% прочности. Хлопок и лен при набухании в воде прочности не теряют. [c.12] Вследствие наличия в макромолекуле целлюлозы глюкозид-ных связей между элементарными звеньями при действии на нее водных растворов кислот и кислых -солей происходит гидролиз с разрывом этих связей (уравнение 1). В начальной стадии гидролиза образуются целлодекстрины, молекулы которых содержат до 80—100 глюкозных остатков. Далее получаются олигосахариды, целлобиоза и, наконец, глюкоза (уравнение 2). [c.12] Вернуться к основной статье