Волокна животного происхождения
Природные волокна животного происхождения состоят из белков – природных высокомолекулярных соединений, к которым относятся кератин — белковое вещество шерсти, фиброин и серицин — белковые вещества шелка (схема 1).
Макромолекулы природных белков состоят из различных аминокислотных остатков (их около 20), соединенных в длинные полипептидные цепи с помощью ковалентных — пептидных связей.
В кератине шерсти в большом количестве содержатся остатки аспарагиновой, глутаминовой кислот, цистин, серин, лейцин и др.
В состав фиброина и серицина шелка в большом количестве входят глицин, серин и тирозин. Число звеньев в макромолекулах кератина 600-700, в макромолекулах фиброина и серицина — около 300.
Радикалы аминокислот в белковых цепях образуют белковые ответвления, размеры которых определяются их химическим соством. Поэтому макромалекулы белков относятся к разветвленному типу
Макромолекулы белков натуральных волокон имеют сложную форму a -спирали, которая закреплена с помощью внутримолекулярных водородных связей между спиралями.
Шерстью называют волосяной покров различных животных. В состав шерсти, кроме керотина (90%), входят минеральные вещества, жировосковые, пигмент и межклеточное вещество (видоизмененный кератин).
Структура кератина не однородна. Три a спирали полипептидной цепи образуют протофибриллу, имеющую диаметр около 1нм и напоминающую по форме трехжильный трос. Одиннадцать протофибрилл образуют микрофибриллу. Микрофибриллы объединяются в фибриллы, имеющие по своей длине кристаллические и аморфные участки.
Волокно шерсти состоит из трех слоев: чешуйчатого, коркового и серцевинного.
Чешуйчатый слой, или кутикула, представляет собой наружный слой волокон, играющий защитную роль. Он состоит из чешуек, плотно прилегающих друг к другу и прикрепленных одним концом к стержню волокна. Каждая чешуйка покрыта тонким слоем, состоящим из хитина, воска и других веществ и обладающих большей устойчивостью к кислотам, хлору и другим реактивам.
Корковый слой, или кортекс, является основным слоем волокна, он состоит из веретенообразных клеток длиной 80-90 мкм с поперечником 4-5 мкм. Клетки образованы из фибрилл кератина и соединены между собой межклеточным веществом, обладающим меньшей устойчивостью к химическим воздействиям, чем кератин. Поэтому разрушение волокна всегда начинается с распада на веретенообразные клетки.
Корковый слой обладает двудольным строением. Одна часть коркового слоя (паракортекс) состоит из клеток, содержащих большое количество цистина и обладающего значительной жесткостью и устойчивостью к действию щелочей. Вторая часть коркового слоя (ортокортекс) характеризуется меньшей жесткостью и повышенной набухаемостью в щелочах. Такое неоднородное строение основного слоя волокна обуславливает его природную извитость.
Сердцевина волокна — это высохшие пластинчатые клетки, расположенные перпендикулярно клеткам коркового слоя и заполненые воздухом. Наличие сердцевинного слоя повышает толщину и жесткость волокна.
По характеру строения шерстяные волокна подразделяются на четыре типа: пух, переходной волос, ость, мертвый волос.
Пух — тонкое, короткое, сильно извитое волокно, состоящее из чешуйчатого и коркового слоев (в основном из ортокортекса), имеет кольцевидные чешуйки. Диаметр пуховых волокон равен 14-25 мкм.
Переходный волос — более толстое, грубое волокно имеющее все три слоя. Диаметр этих волокон 25-35 мкм.
Ость имеет поперечник 35-50 мкм. Очень значительный сердцевинный слой.
Мертвый волос — толстое, грубое, малопрочное волокно, состоящее практически из сердцевинного слоя. Диаметр волокна более 50 мкм.
Однородная, овечья шерсть содержит преимущественно волокна одного типа. Она бывает тонкая (диаметр волокон не превышает 14-25 мкм); полутонкая (25-31мкм); полугрубая (31-40мкм).
Неоднородная шерсть состоит из пуховых, переходных, остевых и мертвых волокон и подразделяется на полугрубую, имеющую пуховые, переходные волокна и некоторое количество
остевых волос, и грубую, являющуюся смесью волокон всех типов.
Шелк -продукт выделения особых шелкоотделительных желез тутового шелкопряда.
В момент образования кокона гусеница шелкопряда выделяет две тонкие шелковины, которые при выходе на воздух застывают. Одновременно выделяется серицин, которые склеивает шелковины вместе. Во время нитеобразования макромолекулы фиброина агрегируются и образуют надмолекулярную структуру волокна. До 20-30 макромолекул объединяются в микрофибриллы, которые в свою очередь образуют фибриллы. Фибриллы располагаются ориентированно вдоль оси волокна.
Макромолекулы фиброина имеют сравнительно небольшую ветвистость. Поэтому надмолекулярная структура фиброина имеет высокую степень упорядоченности и кристалличности по сравнению с кератином шерсти. В аморфных областях имеются пустоты и трещины, составляющие 10-15%, общего объема волокна.
Серицин по аминокислотному составу близок к фиброину, но отличается упаковкой макромолекул. Кристалличность серицина меньше.
Коконная нить шелка имеет длину от 500 до 1500 м и состоит из 2-х элементарных шелковин, склеенных вместе серицином. Поперечное сечение элементарной нити напоминает форму треугольника с закругленными углами и имеет поперечник 10-12 мкм.
Нить, полученная сматыванием нитей с 4-9 коконов, называется шелком — сырцом. Обычно в сырце содержится от 26 до 33 % серицина, но при последующей обработке его содержание в готовой ткани снижается до 4-5%.
Основные физико-механические характеристики волокон животного происхождения даны в таблице 2.
Физико-механические свойства белковых волокон определяются химическим составом остатков аминокислот, из которых образуются кератин шерсти и фиброин шелка.
Шерстяное волокно обладает сравнительно небольшой прочностью и значительным удлинением, которое связано со спиралеобразной формой макромолекул. В общем удлинении волокон значительная доля упругого и эластического составляющих, что объясняется гибкой структурой макромолекул и прочными дисульфидными связями между ними.
Таблица 2 — Физико — химические характеристики волокон.
| Волокно | Степень полимеризации | Плотность г/см 3 | Линейная плотность, Текс | Относительная разрывная нагрузка для волокна | |
| сухого СН/Текс | мокрого % от натурального | ||||
| Шерстяное | 600-700 | 1,32 | 0,33 | 10,8-13,5 | 65-75 |
| Шелковое | 1,37 | 0,13 | 27-31,5 | 80-90 |
| Волокно | Удлинение волокна % | Влажность | Термостойкость | ||
| сухого | мокрого | Температура эксплуатации, 0 С | Температура разрушения, 0 С | ||
| Шерстяное | 25-35 | 30-50 | 15-17 | 130-160 | 170-180 |
| Шелковое | 18-24 | 20-28 | 10-11 | 110-160 | 170-180 |
Прочность шелковых волокон несколько выше чем шерстяных из-за меньшей разветвленности и большей упаковки макромолекул в структуре.
Белковые волокна лучше впитывают влагу, чем целлюлозные. В мокром состоянии прочность белковых волокон не только не повышается как у целлюлозных, а даже снижается (до 35% у шерстяных и до 20% у шелковых).
Шерстяные волокна выдерживают нагрев без ухудшения свойств до температуры 130 0 C, шелковые до 110 0 С. Интенсивное ухудшение свойств наступает после 170 0 С.
Действие светопогоды вызывает в кератине шерсти и фиброине шелка фотохимическую деструкцию, что вызывает ухудшение механических свойств, особенно у шелка. При кипячении шелк теряет блеск и прочность.
Белковые волокна неустойчивы к действию даже слабых растворов щелочи, но выдерживают действие слабых растворов минеральных и сильных органических кислот. Прочность белковых волокон под действием кислот несколько возрастает(в некоторых случаях шелк облагораживается).
Шерстяное волокно обладает высокой гигроскопичностью: медленно впитывает влагу и медленно высыхает. Шерсть может впитать до 40% влаги, оставаясь на ощупь сухой.
Шелковые волокна быстро впитывают влагу и быстро высыхают.
Волокна шерсти обладают хорошей упругостью и валкоспособностью, обладают хорошими теплозащитными свойствами и малой сминаемостью.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
Общие сведения о волокнах
В основе классификации волокон лежит их происхождение и химический состав. Все волокна делятся на два класса: натуральные (природные) и химические. Натуральными называются волокна, которые имеются в природе, химическими – волокна, получаемые в заводских условиях. К натуральным волокнам, относятся волокна растительного происхождения (целлюлозные – хлопок, лен, пенька, джут и др.). Животного происхождения (белковые – шерсть, натуральный шелк) и минерального происхождения (асбест). Химические волокна делятся: на искусственные и синтетические. Искусственные волокна получают из сырья растительного, животного и минерального происхождения. Они делятся на целлюлозные (вискозное, ацетатное, триацетатное и др.), белковые (казеиновое и др.), минеральные (стеклянное и металлическое). Синтетическими называют волокна, при получении которых производится синтез (соединение) сравнительно простых молекул. К синтетическим волокнам относятся капроновые волокна, лавсан, нитрон, хлорин, винол, полиэтиленовые, полипропиленовые и другие волокна.
3. Химический состав волокон
Все волокна, кроме минеральных волокон, по химическому составу представляют собой органические вещества. Это различные природные или полученные химическим путем высокомолекулярные соединения (ВМС). Минеральные волокна содержат в своей основе неорганические вещества. Все растительные волокна имеют в своей основе сложное органическое соединение – целлюлозу, т. е. клетчатку, содержащую такие элементы, как углерод, кислород и водород. В основе всех животных волокон лежат еще более сложные органические соединения – белки, которые состоят из аминокислот. В состав белка, помимо углерода, кислорода и водорода, входит азот. Кератин – белковое соединение, образующее шерсть – содержит, кроме того, серу. Натуральный шелк, т. е. коконная нить, имеет в своем составе два белка: фиброин и серицин. Синтетические волокна имеют в своей основе сложные органические соединения – полимеры, состоящие из длинных, гибких, слабо разветвленных макромолекул.
Источник