книги из ГПНТБ / Петерс, Р. Х. Текстильная химия. Очистка текстильных материалов от загрязнений

Т а б л и ц а 3 Химический состав льняного волокна (в пересчете на сухое волокно)

Лигнин

Большинство растений, кроме углеводов и экстрагируемых ве­ ществ, содержат аморфные полимерные вещества, называемые лигминами. Роль таких веществ, наряду с целлюлозой и другими угле­ водами стенок клетки, состоит в образовании прочной композиции. Лигнин в растении концентрируется в основном в пространстве между клетками, где он откладывается во время лигнификации ткани растения; окончание процесса лигнификации обычно соот­ ветствует прекращению жизненных функций клетки. У льна лиг­ нин находится в основном в сердцевине стебля, хотя он обнаружи­ вается в эпидермальных, корковых клетках и даже в стенках конечных клеток, состоящих из нитей волокон, где процесс обра­ зования лигнина достигает максимума при полном созревании стебля. Лигнифицированные ткани являются более упругими, об­ наруживают пониженную смачиваемость и предотвращают рас­ щепление технических волокон, к которым они присоединены. От­ дельные части древесины и сердцевины, а также эпидермальные и окрашенные корковые клетки часто не отделяются от волокна после трепания.

Все методы отделения лигнина от вещества, с которым он имеет • естественную связь, вызывают какое-то химическое изменение. В ре­ зультате различных методов отделения образуются различные про­ дукты, проблема определения, структуры полностью не решена [2, 25].

• При экстрагировании растительного вещества спиртом с после­ дующим осаждением эфиром получают небольшое количество свет­ лого кремового порошка [39]. Большое количество вещества можно выделить, если, например, предварительно древесину подвергнуть микробиологическому воздействию [40]. Другие авторы получили около 50% «протолигнина» из древесины, предварительно подверг­ нув материал измельчению [41]. Отделение нерастворимого лигнина из нерастворимой растительной ткани очень трудоемко и выпол­ няется многими методами [27].

Лигнин нерастворим в большинстве органических растворителей и подвергается химическим изменениям при относительно мягких

11

условиях воздействия. Будучи ароматическим соединением, лигнин отличается от других природных полимеров. Многие исследователи [25] выделяли лигнин, применяя различные методы обработки, на­ пример, деструктивной дистилляцией, путем.образования производ­ ных фенилпропана (формула I ) . Два из многих продуктов, кото­ рые были выделены, представлены формулами I I и I I I .

с н 2 с н 2 с н 2 о н

с н 2 с н 2 с н ,

с н 2 с о с н 3

Представление о молекуле лигнина далеко не полное, но счи­ тают, что звенья фенилпропана, по-видимому, соединены между собой посредством углерод-углеродной, или эфирной, или какихлибо других поперечных связей. Такие связи схематически пред­ ставлены в следующих формулах:

Гемицеллюлозэ

Гемицеллюлозой называют группу полисахаридов, находя­ щихся в стенках клетки растений в основном в сочетании с лигни­ ном [361. Обычно полисахариды группы гемицеллюлозы могут быть извлечены из лигнифицированиой ткани посредством обработки водным раствором едкого натра до или после извлечения лигнина. Обработка, которой подвергается растение до экстрагирования ге­ мицеллюлозы, оказывает большое влияние на степень извлечения этого вещества. Гемицеллюлозы можно осаждать из водных рас-

12

творов путем добавления спирта. Они представляют собой аморф­ ные твердые вещества, состоящие из смесей полисахаридов, кото­ рые разделяются с большим трудом.

Эти вещества, характеризующиеся низкой степенью полимери­ зации (150), состоят из остатков сахара, которые включают d-ксилозу, /-арабинозу, rf-глюкуроиовую кислоту, d-галактозу и т. д. Наиболее характерными являются гемицеллюлозы на основе пентозы, d-ксилозы

H

нон

Продукт, известный под названием ксилан, может быть экстра­

4-три-о-метил, 2, 3-ди-о-метил и 2-о-метилкснлозы [38]. Основным

зывает на то, что элементарные звенья кснлапа имеют ß-форму. Молекулярный вес ксилана, определенный по осмотическому дав­ лению, соответствует степени полимеризации ~80.

Однако картина усложняется тем, что невосстановленные кон­ цевые группы, увеличивающие выход 2, 3, 4-трн-о-метил-гі-ксилозы, содержатся в каждом 40-м элементарном звене ксилозы, а не в каждом 80-м. Поэтому каждая молекула имеет две невосстанов­ ленные концевые группы вместо одной, из чего можно сделать вы­ вод, что молекула имеет разветвление:

"V- нон

H он

Ксилан

13

При периодатном окислении кснлана получают в среднем одну молекулу муравьиной кислоты на каждые 20 звеньев цепи ксилозы.

Между первым звеном разветвления и звеном основной цепи осуществляется связь 1-3, так как одним из метилированных про­ дуктов, упомянутых выше, является 2-о-метил-гі-кснлоза.

Другие продукты, составляющие гемнцеллюлозу, являются бо­ лее сложными, чем только что описанный, и содержат другие са­ хара, а также звенья глюкуроновой кислоты, соединенные с кси­ лозой. Состав іг структура их изменяются в зависимости от исход­ ных веществ [36].

Пектиновые вещества

Стенки мягких клеток, окружающих пучки льна в стебле, и стенки клеток самих волокон льна содержат пектиновые вещества,

При ферментации во время биологической мочки пектиновые вещества превращаются в уксусную и масляную кислоты.

Красящие вещества

Красящие вещества содержатся в льне в небольших количе­ ствах и находятся в корковых клетках под эпидермой, часть их не отделяется от пучков волокон после трепания. Красящие веще­ ства представляют собой хлорофилл, ксантофилл, каротен и их про­ изводные. Они обычно связаны с такими сложными соединениями, как танин.

2. ВОЛОКНА ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Шерсть

Суровая шерсть содержит различные примеси, количество ко­ торых зависит от биологических особенностей овцы и условий ее жизни (климат, питание и т. д.).

14

Примеси могут еыть разделены на: 1) природные; 2) попадаю­ щие в волокно во время нахождения овцы на пастбище; 3) остатки химикатов, применяемых для уничтожения насекомых.

Данные о количестве примесей приведены в табл. 4.

Шерстяной жир

Суровая шерсть содержит «жировые» вещества, которые обра­ зуются в коже овцы в железах,внутренней секреции и отклады­ ваются на волокне в период его роста как защита от механических и химических воздействий. Ниже приведена характеристика [29]

шерстяного жира:

Очищенный шерстяной жир, известный под названием лано­ лина, содержит вещества, аналогичные веществам, выделяемым че­ ловеческой кожей. Содержание масел и жиров можно определять путем экстрагирования соответствующими растворителями: эфи­ ром, этанол-четыреххлористым углеродом и т. д. [32, 34].

Шерстяной пот

Шерстяной пот представляет собой водорастворимые продукты, образующиеся в результате потовыделения овцы. Он состоит из со­ лей калия различных жирных кислот, а также содержит неболь­ шое количество сульфатных, фосфатных ионов и азотистых соеди­ нений. Количество пота зависит от породы овец и условий жизни и колеблется в пределах 2—13% [30].

Зола

Кроме минеральных веществ, находящихся в растворимом шер­ стяном поте, волокно содержит небольшое количество золы. Со­ держание золы доходит до 0,5%, и состоит она из сульфатов ще­ лочных или щелочноземельных металлов (табл. 5).

15

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

A. S. T. M. Methods 6 (1958) 377.

7.H. F. Launer in methods in Carbohydrate Chemistry, Ed. R. L. Whistler, Academic Press, London, 1963.

8. R. K. Worner and R. T. Mease. J. Res. Nat. Bur. Std., 21 (1938) 609.

9.E. Knecht. J. Textile Inst., 2 (1911) 22.

10.R. W. Jacoby. U. S. P., 1 (1921) 398, 378.

11.С. M. Conrad. Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 16 (1944) 745.

12.J. H. Kettering. Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 18 (1946) 275.

13. W. Garner. Textile Labovatory Manual, Nat. Trade Press, London, 1951.

14.С. M. Conrad. Text. Res., 7 (1937) 165. S. A. Harris and H. J. Thompson. Contrib. Boyce Thompson, Inst. 9 (1937) 1.

19.G. Schneider and M. Ziervogel. Ber., 69 (1936) 2530.

20.T. P. Nevell in Methods in Carbohydrate Chemistry. Ed. R. L. Whistler,

27.F. E. Brauns and D. A. Brauns. Chemistry of Lignin, Acad. Press, London, 1960.

32.J. Miller. Melirand Textiiber., 42 (1961) 1405.

33.T. T. S., No 65, J. Text. Inst., 51 (1960) 660P.

34.T. T. S., No. 64, J. Text. Inst., 5! (1960) 657P.

41.A. Björkman. Svensk Papperstidn., 59 (1956) 477.

A. Björkman and B. Persson. Svensk Papperstidn., 60 (1957) 158, 285. •

16

Г л а в а 2

ШЛИХТУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

В большинстве случаев, но не всегда, пряжа, используемая для основы, должна быть защищена от действия механических частей ткацкого станка путем нанесения на нее соответствующих веществ. Нити основы, проходя через станок, подвергаются натяженн-ю, ко­

ометаллические детали

В процессе, предшествующем ткачеству, нешлихтованные па­ раллельные нити основы, по количеству и диаметру соответствую­ щие изготовляемой ткани, наматывают на навой и пропитывают шлихтой. Затем пряжу высушивают, пропуская ее через обогревае­ мые паром цилиндры или трубку с подогретым воздухом.

При ткачестве, как и во всех промышленных процессах, глав­ ным является наиболее рациональное использование машин, в дан­ ном случае ткацкого станка. Если нити основы не шлихтовать, то ткацкий станок будет останавливаться из-за частого обрыва нитей основы.

Кроме правильного выбора шлихты, необходимо учитывать, что в зависимости от ее концентрации будет изменяться число обрывов нитей основы. На рис. 1 показана зависимость между процентным содержанием шлихты на нитях основы и количеством обрывов в час. Рассматривая кривую, можно отметить оптимальную кон­ центрацию (А—В), при которой наблюдается минимальное число

. —« . Л ' »! '

обрывов нитей основы. Выбор концентрации зависит от используе­ мого волокна и структуры ткани.

Выбор шлихты для любого данного волокна зависит от вида волокна и ткани. В данной главе даны лишь некоторые сведения о химической природе веществ, применяемых для приготовления шлихты, и детально не рассматривается существо 'процесса.

' Идеальная шлихта обеспечивает мягкое защитное покрытие, придающее пряже стойкость к истиранию при прохождении через ткацкий станок, обеспечивает свободную укладку волокон.

При нанесении шлихты на пряжу для обеспечения равномерной пропитки очень важно, чтобы она обладала хорошей смачивающей способностью. Количество нанесенной шлихты будет зависеть от

и когда пряжа проходит через сушильное приспособление над ро­ ликами, волокна могут задираться с поверхности пряжи.

Обычно шлихта состоит из загустителя, необходимого для обра­ зования пленки на пряже вместе с другими добавками, которые играют роль пластификаторов или мягчителен. Для хлопчатобу­ мажной пряжи простейшей шлихтой является смесь крахмала и пластификатора (обычно какого-либо твердого жира).

В табл. 6 приводятся [2] шлихтующие вещества и даны некото­ рые рекомендации по их использованию.

Для приготовления соответствующей шлихты нагревают крах­ мал в котле с водой. Добавляют другие инградиенты, например жир, который предварительно эмульгируют; все компоненты под­ вергают кипячению в течение времени, необходимого для получения соответствующей вязкости. Кипячение вызывает разрушение зерен крахмала и способствует образованию гомогенного продукта. Та­ кой же результат может быть достигнут с помощью гомогенизации крахмала.

Крахмальная шлихта не является строго гомогенной системой, так как содержит гранулы на различных стадиях разрушения. Сте­ пень разрушения гранул крахмала зависит от температуры и ско­ рости перемешивания.

Для легкости пропитывания пряжи очень важно правильно по­ добрать вязкость шлихты. Различные типы крахмала различаются по вязкости (рис. 2). На рис. 2 вязкость крахмалов различных ти­ пов представлена в виде функции от времени кипячения. Кипяче­ ние, как правило, продолжают до тех пор, пока клейстер крахмала не пр-иобретет стабильную вязкость.

Другим методом получения шляхты является «жидко-кипящий» крахмал, который можно получать в мельнице при обработке крах­ мала соответствующим ферментом, снижающим степень полимери­ зации его, а вязкость получившегося раствора уменьшается до со­ ответствующих пределов. «Жидко-кипящие» крахмалы могут быть получены путем химической модификации, например при обработке гипохлоритом, и их легче получить, чем пасты; они не подвергаются

18

кой же степени, как обычные крахмалы. Такой окисленный крах­ мал сохраняет гранулированную структуру и нерастворим в хо­ лодной воде, но в горячей воде образует менее вязкие растворы, чем необработанные продукты.

Для добавок в шлихту прежде всего используют жир. Он де­ шев, хорошо омыляется, и получаемая шлихта не загрязняет на­ правляющие ролики шлихтовальной машины. Спермацет, хотя и вполне удовлетворителен с точки зрения качества, не так легко

19

Для шлихтования пряжи из вискозного волокна часто приме­ няют желатин или клей животного происхождения; эти вещества набухают в воде при нагревании до 60—70° С, а сульфированные масла и другие продукты используют в качестве добавок.

350

Рис. 2. Влияние длительности кипячения на вязкость различных {«модифицированных крахмалов:

/ — фарнна; 2 — т а п и о к а ; 3 — м а и с о в ы й ; 4— саго

Ниже приведены типичные шлихтующие препараты, применяе­ мые для различных волокон.

20