Волокна тваринного походження

Природні волокна тваринного походження складаються з білків – природних високомолекулярних сполук, до який відносяться кератин - білкова речовина вовни, фіброін і серіцин - білкові речовини шовку (додаток 1).

Макромолекули природних білків складаються з різних амінокислотних залишків (їх біля 20), поєднаних у довгі поліпептидні ланцюги з допомогою ковалентних - пептидних зв'язків.

- HN - CH - CO - NH - CH - CO -

½ ½

R₁ R₂ n

У кератині вовни у великій кількості містяться залишки аспарагінової, глутамінової кислот, цистин, серин, лейцин і ін.

У склад фіброїна і серицина шовку у великій кількості входять гліцин, серин і тирозин. Число ланок у макромолекулах кератину 600-700, у макромолекулах фіброїна і серицина - біля 300. Радикали амінокислот у білкових ланцюгах утворять білкові відгалуження, розміри яких визначаються їх хімічним складом. Тому макромолекули білків відносяться до розгалуженого типу:

Макромолекули білків натуральних волокон мають складну форму α-спіралі, що закріплені за допомогою внутрішньо молекулярних водневих зв'язків між спіралями.

Вовною називають волосяний покрив різних тварин. До складу вовни, окрім керотину (90%), входять мінеральні речовини, жировоскові, пігмент і міжклітинна речовина (видозмінений кератин).

Структура кератину не однорідна. Три спирали поліпептидного ланцюга утворять протофібрілу, що має діаметр біля 1нм і нагадує по формі трьохжильний трос Одинадцять протофібріл утворять мікрофібрілу. Мікрофібріли поєднуються у фібріли, що мають по своїй довжині кристалічні й аморфні ділянки

Волокно вовни складається з трьох шарів: лускатого, коркового і серцевинного.

Лускатий шар, чи кутикула, представляє собою зовнішній шар волокон, що грає захисну роль Він складається з лусочок, що щільно прилягають одне до одного і прикріплених одним кінцем до стрижню волокна Кожна лусочка покрита тонким шаром, що складається з хітину, воску й інших речовин що мають більшою стійкістю до кислот, хлору й іншим реактивів

Корковий шар, чи кортекс, є основним шаром волокна, він складається з веретеноподібних кліток довжиною 80-90 мкм із поперечником 4-5 мкм. Клітки утворені з фібріл кератину і з'єднані між собою міжклітинною речовиною, що володіє меншою стійкістю до хімічним впливам, ніж кератин. Тому руйнування волокна завжди починається з розпаду на веретеноподібні клітки.

Корковий шар має двочасткову будову. Одна частина коркового шару (паракортекс) складається з кліток, що містять велику кількість цистина який має значну твердість і стійкість до дії лугів Друга частина коркового шару (ортокортекс) характеризується меншою твердістю і підвищеним набуханням в лугах. Така неоднорідна будова основного шару волокна обумовлює його природну хвилястість.

Серцевина волокна - це висохлі пластинчасті клітки, розташовані перпендикулярно кліткам коркового шару і заповнені повітрям. Наявність серцевинного шару підвищує товщину і твердість волокна.

По характеру будови вовняні волокна підрозділяються на чотири типи: пух, перехідне волосся, ость, мертве волос.

Пух - тонке, коротке, сильно звите волокно, що складається з лускатого і коркового шарів (в основному з ортокортексу), має кільцеподібні лусочки Діаметр пухових волокон рівний 14-25 мкм.

Перехідний волос - більш товсте, грубе волокно яке має всі три шари. Діаметр цих волокон 25-35 мкм.

Ость мають поперечник 35-50 мкм. Дуже значний серцевинний шар.

Мертвий волос - товсте, грубе, мало міцне волокно, що складається практично із серцевинного шару Діаметр волокна більш 50 мкм.

Однорідна, вівчева вовна містить переважно волокна одного типу. Вона буває тонка (діаметр волокон не перевищує 14-25 мкм); напівтонка (25-31мкм); напівгруба (31-40мкм).

Неоднорідна вовна складаються з пухових, перехідних, остьових і мертвих волокон і підрозділяється на напівгрубу, що має пухові, перехідні волокна і деяку кількість остьового волосся, і грубу, що є сумішшю волокон усіх типів

Шовк-продукт виділення особливих шовковіддільних залоз шовковичного шовкопряда.

Під час утворення кокону гусениця шовкопряда виділяє дві тонкі шовковини, що при виході на повітря застигають. Одночасно виділяється серицин, що склеює шовковини разом. Під час утворення ниток макромолекули фіброіна агрегатуються й утворюють надмолекулярну структуру волокна. До 20-30 макромолекул поєднуються в мікрофібріли, що у свою чергу утворять фібріли. Фібріли розташовуються орієнтовано уздовж осі волокна.

Макромолекули фіброіна мають порівняно невелику гіллястість. Тому надмолекулярна структура фіброіна мають високий ступінь упорядкованості і кристалічності у порівнянні з кератином вовни. В аморфних областях маються порожнечі і тріщини, що складають 10-15%, загального обсягу волокна

Серицин по амінокислотному складу близький до фіброіну, але відрізняється упакуванням макромолекул. Кристалічність серицина менше.

Коконова нитка шовку має довжину від 500 до 1500 м і складається з 2-х елементарних шолковин, склеєних разом серіцином. Поперечний перетин елементарної нитки нагадує форму трикутника з закругленими кутами і має поперечник 10-12 мкм.

Нитка, отримана змотуванням ниток з 4-9 коконів, називається шовком - сирцем. Звичайно в сирці міститься від 26 до 33 % серицина, але при наступній обробці його зміст у готовій тканині знижується до 4-5%.

Основні фізико-механічні характеристики волокон тваринного походження дані в таблиці 2.

Таблиця 2 - Фізико - хімічні характеристики волокон.

Волокно	Ступінь полімері-зації	Щіль-ність г/см^3	Лінійна щіль-ність, Текс	Відносне розривне навантаження для волокна
сухого СН/Текс	мокрого % від сухого
Вовняне	600-700	1,32	0,33	10,8-13,5	65-75
Шовкове		1,37	0,13	27-31,5	80-90

Продовження таблиці 2

Волокно	Подовження волокна %	Воло-гість	Термостійкість
сухого	мокрого	Температура эксплуатації, ^0С	Температу-ра руйнуваня, ^0С
Вовнянее	25-35	30-50	15-17	130-160	170-180
Шовкове	18-24	20-28	10-11	110-160	170-180

Фізико-механічні властивості білкових волокон визначаються хімічним складом залишків амінокислот, з який утворяться кератин вовни і фіброін шовку.

Вовняне волокно має порівняно невелику міцність і значне подовження, що пов'язано зі спіралеподібною формою макромолекул. У загальному подовженні волокон значна частка пружного і еластичних складових, що пояснюється гнучкою структурою макромолекул і міцними дисульфідними зв'язками між ними.

Міцність шовкових волокон трохи вище, ніж вовняних через меншу розгалуженість і більше упакування макромолекул у структурі.

Білкові волокна краще усмоктують вологу, ніж целюлозні. У мокрому стані міцність білкових волокон не тільки не підвищується, як у целюлозних, а навіть знижується (до 35% у вовняних і до 20% у шовкових).

Вовняні волокна витримують нагрівання без погіршення властивостей до температури 130⁰C, шовкові до 110⁰С. Інтенсивне погіршення властивостей настає після 170 ⁰С.

Дія світлопогоди викликає у кератині вовни і фіброіні шовку фотохімічну деструкцію, що викликає погіршення механічних властивостей, особливо у шовка. При кип'ятінні шовк утрачає блиск і міцність.

Білкові волокна нестійкі навіть до дії слабких розчинів лугу, але витримують дію слабких розчинів мінеральних і сильних органічних кислот. Міцність білкових волокон під дією кислот трохи зростає(у деяких випадках шовк облагороджується).

Вовняне волокно має високу гігроскопічність: повільно усмоктує вологу і повільно висихає. Вовна може увібрати до 40% вологи, залишаючись на дотик сухою.

Шовкові волокна швидко усмоктують вологу і швидко висихають.

Волокна вовни мають гарну пружність і валкоздатність, мають гарні теплозахисні властивості і мале зминання.

Дата добавления: 2014-01-07