Тема 1.2 Натуральные волокна
07.10.2021
Тема урока: Хлопок: хлопок – сырец; виды хлопчатника, районы выращивания, строение, состав, свойства, применение.
Цель: ознакомиться с понятием хлопок-сырец, изучить виды хлопчатника, строение и состав, свойства и применение хлопка.
Самое распространенное и недорогое в производстве растительное волокно в мире – это хлопок. Культивировать растение начали несколько тысяч лет назад в Америке, позже хлопчатник стали выращивать в Китае и Индии. На территории бывшего СССР хлопковые поля были сосредоточены в Узбекистане.
Хлопок-сырец
Хлопок-сырец – это хлопковые волокна покрывающие семена хлопчатника. Его качество зависит от условий выращивания, хранения, а также дальнейшей переработки.
Из цветочков хлопчатника формируется плодовая коробочка, внутри которой находится хлопок-сырец. При созревании коробочка раскрывается, и волокна вместе с семенами выходят наружу. Сразу же производится сбор и необходимая обработка сырья.
После сбора, сырье, очищают от травы, и хорошо высушивают. Перед отправкой на склады его разделяют по партиям. Там сырец хранится до начала переработки. На складах хорошо следят за температурой, влажностью и вентиляцией помещения. Ни в коем случае нельзя допустить самосогревания сырья.
Хлопок-сырец служит сырьем для изготовления: разнообразных видов ткани, искусственного шелка и кожи, различных нитей, ваты, войлока, бумаги, фильтров и т.д. Из семян хлопчатника получают: масло, мыло, глицерин, олифу, смазочные материалы. Жмых используют для удобрения и корма животным. Идеальные семена отбирают и оставляют для посева на следующий год.
Районы выращивания
Хлопок – ценное волокно, которое получают из хлопчатника. Выращивают хлопчатник больше в тропических и субтропических климатических поясах. На данный момент хлопок выращивается в 75 странах мира. Самыми основными странами по выращиванию хлопка, являются: Индия, Китай, США, Бразилия, Пакистан, Турция. Волгоградская и Астраханская области, Калмыкия и Ставропольский край в России – считаются хорошими регионами для выращивания хлопчатника. Там выращиваются специальные сорта, подходящие для регионов России.
Виды хлопчатника
Хлопковые волокна могут быть длинными, короткими, мягкими, пушистыми и ворсистыми. Цвет сырья: белый, бежевый, кремовый, а также встречается зеленоватые и желтоватые оттенки. Волокна бывают различной длинны, все зависит от сорта хлопчатника.
В среднем, длина волокна от 1 мм до 53 мм. Сырье до 20 мм является не прядильным и используется в другой промышленности, изготавливают прокладки, медицинскую вату, фильтры. Те, что длиннее, делятся на три типа: коротковолокнистые, средневолокнистые, длинноволокнистые. Чем длиннее и тоньше волокна, тем лучше они прядутся. Ткань получается более плотной.
Долгое время ботаники не могли составить точную классификацию растений рода Хлопчатник, чему имелось несколько причин. Во-первых, видов хлопчатника действительно много — более 50. Во-вторых, большинство этих видов подвержены высокой изменчивости под влиянием различных условий и обстоятельств, таких как погода и состав почвы. В-третьих, хлопчатники легко поддаются перекрёстному опылению между растениями разных видов, в результате чего формируются всё новые и новые гибриды.
Основатель современной биологической систематики Карл Линней считал, что существует от 3 до 6 видов хлопчатника. Многие другие ботаники также считали, что видов культурного хлопчатника немного — около десятка. Но были и более радикальные взгляды: один уверял, что есть всего два вида хлопчатника — американский и азиатский, другие наоборот насчитывали около полусотни видов или даже больше.
В настоящее время в сельском хозяйстве планеты используются только следующие виды хлопчатника:
1. Хлопчатник травянистый. Этот однолетний вид получил наибольшее распространение в Центральной и Юго-Восточной Азии, а также в Закавказье. Является самым низкорослым, но в то же время и самым стойким видом. Из всех видов хлопчатника этот способен расти дальше всех на севере. Получаемый от него хлопок самый короткий и грубый, из-за чего его иногда называют шерстистым.
2. Хлопчатник индокитайский. Самый высокорослый вид культурного хлопчатника, способен вырастать до 6 м. Древовидный многолетник. Цветок хлопчатника этого вида имеет красные, а не желтые лепестки, из которого потом вызревает высококачественный жёлтый хлопок. Культивируется в тропических регионах.
3. Хлопчатник перуанский - вид с самым длинным и самым качественным волокном. Изначально был многолетником, но стараниями американских селекционеров около столетия назад стал однолетником. Большого распространения не получил, его выращивают в небольших объемах вдоль юго-восточного побережья США, а также в Египте.
4. Хлопчатник обыкновенный. Самый распространенный вид. Его выращивают повсеместное в регионах с подходящим климатом. Однолетник с белыми цветками. Волокно среднего качества.
Строение и состав
Итак:
Хлопком называют волокна, покрывающие поверхность семян однолетнего растения хлопчатника (Рис.1), относящегося к семейству мальвовых
рис.1
Развитие волокон хлопка начитается после цветения хлопчатника в период образования плодов (коробочек). В это время на поверхности семян отдельные клетки оболочки начинают интенсивно расти в длину, образуя тонкостенные трубочки с протоплазмой, состоящие из простых углеводных соединений. Созревание коробочек происходит последовательно, начиная с нижних веток куста. Поэтому сбор хлопка осуществляют в несколько приёмов: сначала собирают нижние коробочки, а затем – растущие выше.
Сбор хлопка-сырца (т.е. волокна вместе с семенами) начинают с первым массовым раскрытием коробочек, начиная с сентября. Сбор выполняют вручную или хлопкоуборочными машинами. После сбора хлопок-сырец просушивают, затем пропускают через полевой ворохоочиститель, что снижает засоренность на 1,5-2 %. Затем хлопок-сырец упаковывают в тюки и направляют на хлопкоочистительные заводы для первичной обработки.
Основной задачей первичной обработки хлопка является отделение волокон хлопка от семян и очистка волокон от различных примесей. Этот процесс происходит в несколько этапов:
1. Предварительная очистка.
2. Отделение длинных волокон (20 - 52 мм) от семян.
3. Отделение коротких волокон (пуха) длиной 6 - 20 мм.
4. Отделение еще более коротких волокон (подпушка) длиной менее 6 мм.
5. Прессование в кипы и упаковка.
рис.2
В период созревания, когда коробочки хлопчатника раскрываются, рост волокон в длину прекращается. В результате фотосинтеза из протоплазмы выделяется целлюлоза. В течение всего периода созревания хлопчатника фибриллы (крупные элементы строения) целлюлозы отлагаются на стенках волокна, образуя суточные концентрические слои (Рис.2, где 1 – оболочка семени, 2 – клетки волокна). В отдельных слоях они могут располагаться спирально под углом 20-40˚ к оси волокна. Основным полимером хлопка является целлюлоза (96%), кроме неё волокна имеют в своём составе небольшое количество низкомолекулярных фракций целлюлозы (1,5%), жиров и восков (1%) и др. Сопутствующие вещества располагаются между скоплениями фибрилл и макромолекул хлопка.
В конце периода созревания протоплазма в каналах высыхает, стенки спадают, а волокна приобретают вид скрученных сплющенных ленточек, имеющих определённой толщины стенки и центральный канал (Рис.3).
рис.3
Отдельное хлопковое волокно при рассмотрении невооружённым взглядом выглядит тончайшим волоском (15-25мкм) длиной от 6 до 52 мм. При рассмотрении его под микроскопом видна перекрученная, извитая, сплюснутая трубочка.
Наружный слой (или первичная стенка) волокна на 50% состоит из целлюлозы и покрыт жировосковыми веществами. Этот слой играет защитную роль. Вторичная стенка волокна состоит из суточных слоёв фибрилл. Природная извитость хлопка связана со спиральным расположением фибрилл в слоях.
СВОЙСТВА И ХАРАКТЕР ГОРЕНИЯ ХЛОПКА
Извитость волокон обеспечивает их хорошее сцепление друг с другом, что даёт возможность получения прочной пряжи. Наличие в хлопке канала, заполненного воздухом, обеспечивает его пониженную теплопроводность, что позволяет вырабатывать из него изделия с хорошими теплозащитными свойствами.
Толщина стенок и степень извитости зависят от зрелости волокна, оказывающей влияние на его качество. Незрелые тонкостенные волокна имеют вид плоских или свёрнутых ленточек, обладают малой прочностью, низкой эластичностью, плохо окрашиваются. Сильно перезрелые волокна имеют цилиндрическую форму, толстые стенки и узкий канал, повышенную прочность, прямую (неизвитую) форму и обладают сравнительно большой жёсткостью. Ни те, ни другие волокна к текстильной переработке непригодны.
Таким образом, по степени зрелости, которая оценивается исходя из соотношения наружного и внутреннего диаметров волокна, хлопоковые волокна подразделяются на 11 групп: от 0 (незрелое волокно) до 5 (предельно зрелое волокно) с интервалом 0,5. Наиболее пригодны для изготовления текстильных материалов волокна со степенью зрелости 2,5 – 3,5. На рис.4 показаны хлопковые волокна разной степени зрелости:
а) Совершенно незрелое (мёртвое)
б) Недозрелое
в) Зрелое
г) Перезрелое
рис.4
Совершенно незрелые волокна почти не имеют целлюлозных стенок, извитость у них отсутствует. К использованию такие волокна совершенно непригодны.
Незрелые волокнаимеют очень тонкие стенки, широкий канал и малую извитость, качество их очень низкое.
Недозрелые волокна имеют боолее толстые стенки, более широкий канал и большую извитость. Качество их несколько выше.
Зрелые волокна характеризуются развитыми стенками, толщина которых равна половине ширин канала, число извитков составляет 7-10 на 1мм длины. Такое волокно оболадает хорошей прочностью, гибкостью, хорошими теплозащитными свойствами, блеском не обладает. Имеет хорошее качество.
Перезрелые волокна отличаются сильно развитыми стенками, ширина канала незначительна, извитости нет. Такие волокна обладают хорошей прочностью и блеском, но меньшей гибкостью и цепкостью, большей жесткостью.
В зависимости от длины волокон различают коротковолнистый хлопок длиной до 27мм, средневолокнистый длиной 27-35мм и длинноволокнистый длиной 35-50мм. В группе коротковолнистого хлопка выделяют подпушек (волокна длиной до 20мм), который используется для получения холстов нетканых полотен и в качестве сырья для производства искусственных волокон. Промышленное значение имеют, главным образом, средневолокнистый и тонковолокнистый виды.
Химический состав хлопка также зависит от его зрелости. Наиболее зрелые волокна содержат 95-96% целлюлозы и 4-5% различных примесей (жиров, восков, азотистых, минеральных веществ и др.). Целлюлоза хлопка представляет собой высокомолекулярное соединение, состоящее из остатков глюкозы, степень полимеризации которых достигает 3000-5000.Целлюлоза - это линейный полимер, который может быть представлен в виде простейшей схемы: - С₆Н₁₀О₄-О-С₆Н₁₀О₄-О-С₆Н₁₀О₄-О-, или (-С₆Н₁₀О₅-)n.
Свойства хлопка характеризуются высокими прочностью, теплостойкостью, светостойкостью, средними гигроскопичностью и удлинением, малой упругой деформацией, вслеждствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Хлопок обладает хорошей устойчивостью к действию щелочей (мерсеризации). Под влиянием мерсеризации структура хлопка изменяется, свойства его улучшаются. При действии кислот волокно повреждается, под действием воды набухает и увеличивает свою прочность. Стойкость к истираню у хлопка сравнительно небольшая, вследствие чего изделия из этого волокна характеризуются невысокой носкостью.
Природная окраска хлопка белая или кремовая, в некоторых случаях она модет быть бежевой, зеленоватой и лругих цветов. После мерсеризации волокна хлопка приобретают значительный блеск, становятся шелковистыми. На ощупь волонка мягкие, тепловатые. При значительном повышении температуры сухие волокна теряют прочность, на них появлется лёгкая желтизна с последующим потемнением, а при температуре 250˚С волокна обугливаются. Волокна хлопка горят жёлтым пламенем, при этом образуется серый пепел и ощущается запах жж ёной бумаги. Если пламя погасить, волокно интенсивно тлеет, выделяя дымок.