ВАРИАНТ 2
Задание 1
Прочитайте текст. В нем под цифрами Ι, ΙΙ, 3, 4, 5, 6, 7, 8 закодированы следующие термины:
натуральные волокна и нити животного происхождения,
натуральные волокна растительного происхождения,
хлопковое волокно,
льняное волокно,
хлопчатник,
хлопковый пух,
лен-долгунец,
котонин (хлопкоподобное льняное волокно).
Ответьте на вопрос, какие термины закодированы под цифрами Ι, ΙΙ, 3, 4, 5, 6, 7, 8?
Строение и свойства ΙΙ
Основным полимером, из которого состоят ΙΙ, является α-целлюлоза, относящаяся к классу полисахаридов. Элементарные звенья целлюлозы -С6Н7О2(ОН)3- с помощью глюкозидной связи -О- соединяются в линейные циклоцепные макромолекулы. Число звеньев в макромолекулах ΙΙ достаточно велико и достигает 5000-6000 у 3 и 20 000-30 000 у 4. Целлюлоза представляет собой сравнительно жесткоцепной полимер и благодаря действию межмолекулярных сил образует довольно высоко ориентированную структуру. Степень кристалличности целлюлозы 3 составляет 70 %, 4— 80 —85 %. Макромолекулы целлюлозы группируются в микрофибриллы бахромчатого типа, из которых, в свою очередь, строятся более крупные структурные образования — фибриллы. Характерная особенность целлюлозы — наличие в каждом элементарном звене трех гидроксильных групп; эта особенность определяет основные физико-химические свойства ΙΙ.
Из существующих видов ΙΙ наиболее распространенными для производства одежды в нашей стране являются 3 и 4.
3 покрывают поверхность семян однолетнего растения 5. Развитие 3 начинается после цветения 5 в период образования плодов (коробочек). В это время на поверхности семян отдельные клетки оболочки начинают интенсивно расти в длину, образуя тонкостенные трубочки с протоплазмой, состоящей из простых углеводных соединений. В период созревания, когда коробочки 5 раскрываются, рост волокон в длину прекращается и в результате процесса фотосинтеза из протоплазмы выделяется α -целлюлоза. В течение всего периода созревания 5 фибриллы целлюлозы отлагаются на стенках волокна, образуя суточные концентрические слои. Фибриллы в отдельных слоях располагаются спирально под определенным углом (20-40°) к оси волокна.
α -целлюлоза является основным полимером 3 (96 %); кроме нее волокна имеют в своем составе небольшое количество низкомолекулярных фракций целлюлозы (1,5 %), жиры и воски (около 1 %) и др. Сопутствующие вещества располагаются между пачками макромолекул и фибриллами.
В конце периода созревания протоплазма в канале высыхает, стенки спадают, а волокна приобретают вид скрученных сплющенных ленточек, имеющих определенной толщины стенки и канал. Наружный слой (или первичная стенка) волокна на 50 % состоит из α-целлюлозы и покрыт жирами и воском. Этот слой играет защитную роль. Вторичная стенка волокна состоит из суточных слоев фибрилл. Природная извитость 3 связана с тем, что фибриллы в слоях расположены спирально.
Толщина стенок и степень извитости зависят от зрелости волокна, оказывающей влияние на его качество. Незрелые тонкостенные волокна имеют вид плоских или свернутых ленточек, обладают малой прочностью, низкой эластичностью, плохо окрашиваются. Перезрелые волокна имеют толстые стенки, повышенную прочность, прямую (не извитую) форму и сравнительно большую жесткость. Незрелые и перезрелые волокна к текстильной переработке непригодны. Степень зрелости оценивается отношением наружного и внутреннего диаметров волокна. 3 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.
В зависимости от длины волокон различают коротковолокнистое 3 длиной до 27 мм, средневолокнистое 3 длиной 27-35 мм и длинноволокнистое 3 длиной 35-50 мм и более. В группе коротковолокнистого 3 выделяют 6 (волокна длиной до 20 мм), который используется для получения в качестве сырья для производства искусственных гидратцеллюлозных и ацетилцеллюлозных волокон.
а б
Рисунок 1- волокна на поверхности семени (1 – оболочка семени; 2 – клетка волокна); б – характерный вид волокна под микроскопом
Для получения 4 выращивают специальную культуру 7, которая представляет собой однолетнее травянистое растение с прямым не ветвистым стеблем высотой 80 - 90 см диаметром 1 - 2 мм. В коре (лубяном слое) стебля полагаются клетки двух видов: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки содержат запасы питательных веществ и связывают все элементы коры. Прозенхимные клетки в процессе роста растения значительно удлиняются, они располагаются вдоль стебля и являются 4.
Основным полимером 4 является α -целлюлоза (80 %); низкомолекулярные фракции составляют 8,5 %, лигнин - 5,2%, жиры и воски - 2,7%, белковые и зольные вещества - 3,2%. Таким образом, по сравнению с 3 в 4 содержится большее количество сопутствующих веществ. Присутствие лигнина в составе волокон придает им жесткость, хрупкость и ломкость.
В продольном виде 4 представляет собой растительную клетку веретенообразной формы с узким каналом и заостренными концами. Волокно имеет первичную и вторичную стенки, в которых фибриллы расположены по спирали с углом наклона к оси волокна 8—12°. В слоях вторичной стенки по мере приближения к каналу угол наклона фибрилл уменьшается и может достигать 0°. Слоистая структура волокна образуется в результате постепенного отложения целлюлозы на его стенках.
Длина волокон составляет в среднем 10-38 мм, поперечник – 12-37 мкм, которые зависят от места расположения волокна в стебле. Наиболее толстые и короткие волокна располагаются у основания стебля, по направлению к вершине стебля их толщина снижается, а длина возрастает. Отдельные волокна соединяются между собой в пучки. Обычно в пучке содержится 15-30 элементарных волокон, а в стебле — 20-25 пучков. Пучки волокон хорошо развиты по всей длине стебля.
Первичная обработка собранных растений состоит из механических, физических и химических воздействий для выделения из стебля пучков волокон. Выделенные волокна подвергают гребнечесанию, в результате чего получают пряди длинных очищенных чесаного 4 и короткие волокна — очесы. Из чесаного 4 получают гребенную пряжу, идущую на изготовление высококачественных бытовых тканей. Очесы вместе с короткими волокнами, полученными из отходов трепания, используются для получения так называемой оческовой пряжи, а также для получения 8. Суть котонизации заключается в уменьшении длины пучков очеса и разделении их на отдельные волокна. В настоящее время применяются несколько способов котонизации: химический, механический, механохимический и биологический. 8 имеют длину 25-45 мм и поперечник 14-100 мкм, поэтому его используют в смеси с 3, вискозными и другими волокнами.
Рисунок 2 - а – поперечный срез стебля (1 – кутикула; 2 – кожица; 3 – кора; 4 - волокна; 5 – камбий; 6 – сердцевина); б – характерный продольный вид и поперечный срез волокна под микроскопом
Физико-механические и химические свойства ΙΙ определяются их химическим составом и надмолекулярной структурой. Поэтому свойства 3 и 4, которыеодинаковы по химическому составу, имеют много общего. В то же время особенности надмолекулярной структуры этих волокон обусловливают различия в свойствах.
Из ΙΙ наибольшее относительное разрывное усилие и наименьшее разрывное удлинение имеет 4. Это связано с тем, что 4 по сравнению с 3 обладает более плотной и ориентированной структурой.
Наличием в целлюлозе гидроксильных групп обусловливаются высокие гигроскопические свойства 3 и 4, что придает материалам из них хорошие гигиенические свойства. При увлажнении 3 и 4 набухают, увеличивая свои размеры, особенно поперечные; разрывное усилие увеличивается на 10-20%, разрывное удлинение тоже повышается, но незначительно.
При нагревании до температуры 150°С ΙΙ практически не изменяют своих свойств; при температуре 170°С начинается процесс медленного, а затем быстрого разрушения волокон, который сопровождается обугливанием. 3 и 4 относятся к горючим волокнам, они легко загораются в пламени и продолжают быстро гореть после вынесения из него с образованием легко рассыпающегося пепла.
При действии светопогоды активизируется процесс окисления целлюлозы кислородом воздуха, что приводит к снижению прочности и удлинения, повышению жесткости и хрупкости волокон.
В отличие от Ι, ΙΙ под действием кислот, особенно минеральных, разрушаются, так как происходят разрушение глюкозидных связей -О- в макромолекулах целлюлозы. Более устойчивы ΙΙ к действию щелочей. При обработке 18-20 %-ным раствором щелочи 3 и 4 набухают, распрямляются, сопутствующие низкомолекулярные соединения частично разрушаются, в результате чего повышается прочность волокон, увеличивается их блеск, улучшается способность к окрашиванию. Подобная обработка называется мерсеризацией.
Присутствие в составе целлюлозы реакционноспособных гидроксильных групп -ОН позволяет ей вступать в соединения с различными веществами. Это дает возможность проводить химическую модификацию 3 и 4, например, в процессе придания специальной отделки текстильным материалам из них.
Задание 2
Изучите таблицу 1, в ней представлены показатели характеристик строения и свойств натуральных волокон и элементарных нитей. Укажите, какие волокна и элементарные нити зашифрованы под английскими буквами F, I, G, K
Таблица 1 – Показатели характеристик строения и свойств волокон и элементарных нитей
| Волокно | Степень полимеризации | Плотность, г/м2 | Линейная плотность, текс | Удельная разрывная нагрузка волокна | Удлинение волокна, % | Кондици онная влажность, % | Устой-чивость к истиранию, циклы | Устой-чивость к изгибу, циклы | Теплостойкость, термостойкость, °С | |||
| сухого, сН/текс | мокрого, % нагрузки для сухого | сухого | мокрого | Температура эксплуатации | Температура разрушения | |||||||
| F | 5000-6000 | 1,52-1,56 | 0,12-0,2 | 19-36 | 110-120 | 7-9 | 8-10 | 140-150 | 170-180 | |||
| I | 20000-30000 | 1,5 | 0,17-0,3 | 54-72 | 110-120 | 2-2,5 | 2,5-3 | 11-12 | - | - | 140-150 | 170-180 |
| G | 600-700 | 1,3-1,32 | 0,3-1 | 10,8-13,5 | 65-75 | 25-35 | 30-50 | 15-17 | 300 000 | 140-160 | 170-180 | |
| K | 1,37 | 0,11-0,13 | 27-31,5 | 80-90 | 18-24 | 20-28 | 10-11 | - | - | 170-180 |
Задание 3
Проведите идентификацию натуральных волокон и элементарных нитей с помощью световой микроскопии. Укажите, в микроскопе с каким номером установлены препараты следующих волокон и нитей:
хлопковое волокно№
Льняное волокно №
Шерстяное волокно №
нити натурального шелк №
Микроскоп №1 
Тонкие гладкие нити неравномерные по толщине, с частицами клея (серицина) на поверхности
Микроскоп №2 
Полупрозрачные сплющенные образования, в большей или меньшей степени, скрученные вокруг продольной оси («штопорообразная» извитость)
Микроскоп №3 
Веретенообразные образования разной толщины с перечными штрихами, изломами и изгибами, с остатками соединительных тканей на поверхности
Микроскоп №4 
Волокна с чешуйчатой поверхностью разной толщины, отдельные виды с прерывистой или сплошной сердцевиной