Строение и состав хлопкового волокна

Строение и состав хлопкового волокна. Хлопчатобумажные ткани вырабатываются из природного целлюлозного волокна - хлопка.

Хлопковое волокно на 95 - 96 состоит из природного полимера - целлюлозы, химическое строение и свойства которой определяют свойства хлопчатобумажных тканей в целом и технологию их обработки в отделочном производстве.

Кроме того, в хлопковом волокне имеются сопутствующие целлюлозе вещества примеси, которые необходимо удалить из нее в процессе подготовки тканей к крашению и печатанию.

Основными примесями являются воскообразные, азотсодержащие белковые, пектиновые вещества, минеральные соли и естественные красители следы. Последние придают тканям нежелательный желтоватый оттенок. Целлюлоза представляет собой высокомолекулярное соединение, образованное остатками в-Д-глюкопиранозы, которые соединены друг с другом 1-4 глюкозидными связями. Отдельные макромолекулы целлюлозы в волокне связаны между собой межмолекулярными водородными связями. Общую формулу целлюлозы можно представить в виде C6H7O2 OH 3 n, где n - степень полимеризации.

Для целлюлозы хлопка n 10000-15000. Наличие в макромолекуле целлюлозы большого числа гидроксильных групп, прочность глюкозидной связи и суммарная энергия межмолекулярных водородных связей определяют специфические свойства хлопкового волокна. Оно устойчиво к действию органических растворителей, набухает в водных растворах, особенно при нагревании, выдерживает кратковременное воздействие температуры 200оС. При длительном нагревании при температуре 100оС происходят необратимые структурные изменения.

Разбавленные растворы минеральных кислот до 5 г л при температуре 20-30оС в течение 15-60 мин не оказывают деструктирующего воздействия на целлюлозу. При повышении температуры и длительности обработки происходит разрушение волокна по причине гидролиза целлюлозы до низкомолекулярных продуктов, смесь которых называют - гидроцеллюлоза. Водные растворы органических кислот на целлюлозу не действуют.

К водным растворам едкого натра до 1 целлюлоза хлопка устойчива при температуре 20-30оС. При повышении температуры и концентрации щелочи целлюлоза окисляется кислородом воздуха с образованием смеси продуктов различной степени деструкции оксицеллюлозы. В концентрированных растворах щелочей 25-30 происходит набухание хлопкового волокна. При этом щелочь вступает в химическое взаимодействие с целлюлозой. Образующаяся при этом щелочная целлюлоза легко гидролизуется до гидратцеллюлозы.

Аналогичные превращения происходят с целлюлозой в жидком аммиаке при температуре -33,4оС. В медно-аммиачных растворах целлюлоза растворяется. Окислители гипохлориты, хлориты, перекись водорода деструктируют целлюлозу с образованием оксицеллюлозы, что сопровождается понижением степени ее полимеризации. Интенсивность деструкции зависит от природы окислителя, рН среды и температуры. Целлюлоза окисляется также под действием света в присутствии кислорода воздуха. Окисление усиливается при повышении температуры, влажности окружающей среды и в присутствии красителей. Водные растворы восстановителей бисульфита, ронгалита, борогидрида натрия, сульфита и гидросульфита натрия на целлюлозу не действуют.

Эксплуатация и хранение хлопчатобумажных текстильных изделий в условиях повышенной влажности способствуют развитию микроорганизмов - плесневых грибов и бактерий, разрушающих волокно. При этом наблюдается глубокая деструкция целлюлозы с выделением различных газообразных продуктов.

Линейные макромолекулы, образующие целлюлозные волокна, хлопок, лен, гидратцеллюлоза неодинаково ориентированы в различных областях волокна. В некоторых зонах макромолекулы располагаются близко друг к другу вдоль оси волокна, т.е. упорядоченно и образуют микрокристаллические зоны в других - макромолекулы переплетаются, создавая неориентированные, неупорядоченные аморфные зоны. Наличие таких участков с различной степенью ориентации и уплотнением макромолекул является очень важным фактором, определяющим свойства волокон.

Аморфные области волокна являются менее плотными и более реакционноспособными. Они более гигроскопичны, легче набухают в водных растворах, более доступны для проникновения красителей в глубь волокна. В кристаллические участки волокна доступ химических реактивов и даже молекул воды затруднен. Степень кристалличности хлопкового волокна составляет 60-70 , набухание в воде порядка 45 . 2.