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