Применение красителей - Мельников Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Хлопковое волокно имеет форму плоской штопорообразно закрученной ленточки. По структуре оно неоднородно и состоит из очень тонкой наружной оболочки, называемой первичной клеточной стенкой, и вторичной клеточной стенки, построенных из целлюлозы. Внутри волокна имеется канал. Макромолекулы целлюлозы в первичной клеточной стенке расположены хаотично, и небольшие их пучки ориентированы почти перпендикулярно оси волокна. Во вторичной стенке макромолекулы целлюлозы более упорядоченны: они образуют длинные нитевидные фибриллы, ориентированные под небольшим углом к оси волокна. Сопутствующие вещества сосредоточены в основном в первичной стенке и в канале хлопкового волокна. Лигнин в хлопковом волокне отсутствует, но он попадает в хлопчатобумажную ткань вместе с остатками семенных коробочек, листочков н стеблей, которые образуют в ткани загрязнения в виде мелких вкраплений, так называемых галочек.
Техническое льняное волокно в отличие от хлопка состоит нз веретенообразных элементарных волоконец, соединенных
ю
между собой в лубяные пучки с помощью срединных пластинок. Элементарные волокна в основном образованы из целлюлозы, а срединные пластинки — из пектиновых веществ и отчасти из лигнина. Макромолекулы целлюлозы в элементарных волокнах льна хорошо ориентированы и образуют надмолекулярные комплексы в виде микрофибрилл и фибрилл. Примесей в техническом льняном волокне значительно больше, чем в хлопковом. Однако для их удаления нельзя применять жесткие условия, так как при этом разрушаются срединные пластинки и техническое льняное волокно распадается на элементарные хлопкоподобные волоконца.
Очищенные хлопковое и льняное волокна гигроскопичны. Они эффективно поглощают влагу из воздуха, и в нормальных атмосферных условиях (20 °С, относительная влажность воздуха 65%) хлопковое волокно содержит 6—8% влаги, а льняное— до 12%.
В сухом состоянии хлопковое и льняное волокна практически недоступны для проникновения в них красителей. В водной среде происходит набухание волокон хлопка и льна, при этом диаметр пор достигает 3—7 нм. Увеличивается также активная поверхность волокон: с 15—20 м2/г в сухом состоянии до 100— 200 м2/г в набухших волокнах. Все это способствует диффузии красителей в волокно и взаимодействию их с целлюлозой на активной внутренней поверхности. С учетом сказанного необходимо более подробно рассмотреть особенности строения и свойства целлюлозы.
Целлюлоза, ее строение и свойства. Целлюлоза является полисахаридом. Макромолекула целлюлозы состоит из звеньев глюкопиранозы, которые соединены друг с другом |3-глюкозид-ными (ацетальными) связями, образующимися между первым и четвертым углеродными атомами соседних звеньев. Степень полимеризации (п) целлюлозы обычно колеблется в довольно широких пределах — от 300—800 для гидратцеллюлозных волокон до 10 000—15 000 для целлюлозы хлопка и льна.
Концевые звенья цепи макромолекулы целлюлозы несколько отличаются по строению от ее внутренних звеньев. Одно из них может раскрываться с образованием альдегидной группы, а другое — содержит четыре гидроксильные группы, а не три, как все внутренние остатки. Эмпирическую формулу целлюлозы можно изобразить следующим образом:
СбНц06 (С6Н10О5)п—С6Нц05
11
Однако вследствие высокого значения степени полимеризации целлюлозы наличие двух дополнительных функциональных групп на концах макромолекулы не влияет на химические свойства целлюлозы: они определяются в основном функциональными группами средней части макромолекулы. Поэтому в сокращенном виде эмпирическая формула целлюлозы имеет вид:
(СбНюОб) п-
Элементарные звенья макромолекулы целлюлозы обычно существуют в конформации кресла, поэтому структурную формулу целлюлозы можно изобразить следующим образом:
Каждый остаток глюкозы в макромолекуле целлюлозы содержит одну первичную (в положении 6) и две вторичные (в положениях 2 и 3) гидроксильные группы. По реакционной способности эти гидроксильные группы не равноценны. В реакциях взаимодействия с красителями наиболее активны гидроксильные группы у шестого углеродного атома.
Макромолекулы целлюлозы связаны между собой посредством водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Вследствие этого целлюлоза обладает высокоориентированной структурой. По данным рентгенографического анализа, степень кристалличности хлопковой целлюлозы равна 70%. В элементарных волокнах льна кристалличность целлюлозы еще выше и составляет около 80—85%, а для регенерированной целлюлозы в гид-ратцеллюлозных волокнах она равна 40—50%.
Целлюлоза активно взаимодействует с молекулами воды, что сопровождается набуханием целлюлозных волокон. При этом волокна из регенерированной целлюлозы, в частности вискозные, в мокром состоянии теряют до 40—50% прочности. Хлопок и лен при набухании в воде прочности не теряют.
Вследствие наличия в макромолекуле целлюлозы глюкозид-ных связей между элементарными звеньями при действии на нее водных растворов кислот и кислых -солей происходит гидролиз с разрывом этих связей (уравнение 1). В начальной стадии гидролиза образуются целлодекстрины, молекулы которых содержат до 80—100 глюкозных остатков. Далее получаются олигосахариды, целлобиоза и, наконец, глюкоза (уравнение 2).
