Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Звіт по практиці

Виробництво штучних білкових волокон

1. Штучні білкові волокна та їх використання

білковий хімічний штучний волокно

Штучними називаються волокна, одержувані з штучних полімерів, тобто з високомолекулярних сполук, вироблених шляхом хімічної переробки природної сировини (деревної або бавовняної целюлози). Штучні волокна поділяється на гідратцелюлозні, ефіроцелюлозні і білкові.

Штучні білкові волокна отримують з хімічно оброблених білків, що виділяються з молока (казеїн), кукурудзи та сої (зеїн). Тому розрізняють казеїнові і зеїнові штучні білкові волокна. Перспективними є білкові волокна, одержувані з мікробіологічно синтезованого на основі нафти білка.

Найвідомішим прикладом білкового волокна є шерсть, її використовували з незапам'ятних часів. Археологи стверджують, що шерсть застосовувалася 1500 років до н.е. Саме тоді люди змогли приручити кіз і овець і використовувати їх волосяний покрив для виготовлення вовняної тканини. Особливою популярністю шерсть користувалася в Стародавньому Римі.

В середині століття шерстю стали торгувати, а в 13 столітті від її виробництва стала залежати економіка такої країни як Італія. Трохи пізніше виробництвом вовняного полотна стала займатися і Англія, де прибуток від виготовлення та продажу вовни стала суттєвою частиною бюджету. Перша англійська фабрика розташовувалася в місті Вінчестер. За незаконне виробництво вовни багатьох карали відсіканням руки.

У 1966 році виготовлення вовни було скорочено через низький попит на тканину. Але вже через десять років у зв'язку з винаходом технології, яка дозволила прати вовняні вироби, інтерес до тканини повернувся.

Крім звичних для нас льону, шовку, бавовни і шерсті в світі існує ще багато різних видів натуральних волокон. Це і кропив'яне волокно, і конопляне, і бамбукове, а також казеїнове волокно. Не так давно у продажу з'явилася одяг і текстиль, зроблений з соєвого волокна.

У 1935 р було розпочато промислове виробництво штучного білкового волокна з казеїну. Казеїнове волокно за деякими властивостями (знижена теплопровідність, стійкість до зминання, еластичність) найбільш наближається до вовни. Спочатку до цього виду штучного волокна приділялося багато уваги, так як розраховували знайти в ньому повноцінний замінник шерсті, оскільки целюлозні волокна по ряду практично важливих показників не можуть її замінити. Однак, штучні білкові волокна не отримали широкого застосування внаслідок їх низької міцності, особливо в мокрому стані, і недоцільність використання для їх виробництва харчових білків.

Виробництво штучних білкових волокон почалося в результаті прагнення виготовити волокно, можливо ближче за властивостями природних білковим волокнам-вовни і шовку. Однак слід враховувати, що тонка структура волокно-утворюючих білків - кератину вовни і натурального шовку, рентгенограми яких показують наявність кристалів, відрізняється від тонкої структури харчових, майже аморфних білків. використання харчових білків в якості волокноутворюючих речовин власне суперечить їх властивостями. Отримані з таких білків волокна мають незначну міцність, особливо у вологому стані, і можуть перероблятися тільки разом з натуральними волокнами, наприклад з вовною.

У США, незалежно від Італії, в 1939 році було розпочато виробництво казеїнового волокна аралак в 1943 р продукція цього волокна досягла приблизно 5000 т волокна в рік. Однак в 1948 р випуск волокна аралак був припинений і з білка кукурудзяних зерна розпочато виробництво штучного білкового волокна вікара. Виробництво аралака з тих пір не відновлювалося.

Не так давно у продажу з'явилася одяг і текстиль, зроблений з соєвого волокна. Як завжди, новий соєвий продукт першими створили жителі східних територій. Перше в світі волокно з сої було виготовлено в Південній Кореї і сьогодні одяг з нього вкрай популярний в Китаї. Саме звідти соєве волокно семимильними кроками рухається по всьому світу. А як же інакше, адже даний тип волокна відноситься до екологічно чистим, натуральним матеріалам. Соєве волокно створено відповідно до новітніми технологіями з протеїнів соєвих бобів.

Одяг з сої дуже зручний і навіть комфортабельна в носінні. Такий матеріал по м'якості і легкості порівнянний з шовком і кашеміром. При пранні полотна з сої не потребують гарячої води, не линяють, не сідають, дуже швидко сохнуть. Прихильниками одягу з цього волокна вже давно стали знамениті люди. Наприклад, Генрі Форд із задоволенням носив в повсякденному житті такі костюми.

На сьогоднішній день соя поступово завойовує лідируючі позиції на ринку натуральних волокон. З неї роблять не тільки одяг, але і домашній текстиль. Пов'язана така популярність з тим, що соя дуже проста у вирощуванні і може проводитися в промислових масштабах.

На сьогоднішній день в світі налічують кілька головних виробників вовни, до них відносяться:

· Південна Африка;

· Аргентина;

· Австралія;

· Китай.

2. Сировина

Текстильні волокна можуть бути створені з багатьох природних джерел (волосся тварин або хутра, лялечок комах як з шовкового кокону шовкопряда), а також напівсинтетичні методи, які використовують природні полімери і синтетичні методи, і навіть мінералами як наприклад метали,  щоб зробити фольгу і дріт. Текстильна промисловості вимагає, щоб вміст волокна був написаний на етикетках виробу. Ці мітки використовуються для тестування текстилю в різних умовах відповідно до стандартів безпеки (наприклад, для вогнестійкості), і визначити, чи можна цю тканину прати в машині або вона потребує сухої очистки. Загальні текстильні волокна, що використовуються глобальною модою сьогодні, включають:

Волокна на тваринній основі(білкові)

З великого числа білкових речовин, одержуваних з різних рослинних і тваринних матеріалів, практичне застосування для виробництва штучних волокон отримали: казеїн, зеїн, білки, що виділяються з земляного горіха і з соєвих бобів. Запропоновано і розроблено в дослідному масштабі методи отримання штучного волокна з відходів вовни і з пір'я. Принципово можливе отримання білкових волокон і з інших відходів, наприклад з рибного борошна. Отже, сировинні ресурси для виробництва штучних білкових волокон дуже великі й різноманітні.

Отже, для виробництва білкових тканин використовують величезну різноманітність видів шерсті, а також соєвий і молочний білки.

3. Процес та технології виробництва

У виробництві тканин, відомо, щоб сформувати тканину з суміші волокон потрібно видалити одним із складових волокон, наприклад шляхом розчинення волокна; з метою отримання тканини, яка має особливі характеристики. Яскравим прикладом є виробництво соєвого волокна, яке має багато корисних властивостей.

Соєві білки складаються з декількох окремих білків та їх агрегатів з широким діапазоном розмірів молекул. Проте, найбільш важливі білки в сої є глобуліни. Глобуліни можуть розпастися вище або нижче їх ізоелектричного пункту (pi) і нерозчинні біля їх pis. Білки сої демонструють максимальну розчинність в pH 1.5-2.5 і вище за pH 6.3, тоді як мінімальна розчинність проходить між pH 3.75 і 5.25. Соєві білки, в основному, складаються з двох складових білкового Гліцинін і бета-конгліцінін, що ізоелектричної точкою знаходиться між рН 4 і 5 відповідальні за нерозчинності соєвих білків в цьому діапазоні рН. Глицинин великий олігомерного білок з молекулярною масою приблизно 350000 Дальтон. Електронна мікроскопія і рентгенівський методи розсіювання показали, що четвертинна структура Глицинин є пару ідентичних гексамерів.

Процес виробництва соєвого волокна

Соєвий білок є глобулярним білком і в цій стадії і не підходить для прядіння. Тому вона повинна пройти денатурацію і деградацію, з тим, щоб перетворити білкового розчину в прядіння нитки.

Денатурація:

Денатурація може бути здійснена 3 основними способами:

Лугом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температурою

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ферментами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1) Лужна денатурація

Бойєр в 1945р. отримав патент на виготовлення соєвого волокна. В цьому патенті, було запропоновано використання ксантогенату для прядіння соєвого волокна. Відповідно до запропонованої формули етиловий спирту реагує з гідроксидом натрію, Метилат натрію в надлишку гідроксиду натрію. Крім того, сірковуглець був включений до натрй Метилату призводить до утворення натрійетілксанта з'єднання з жовто-оранжевого кольору, який відстоюється від десяти до тридцяти днів. Формувальний розчин, що складається з соєвого білка, етиловий ксантогенату натрію, гідроксид натрію і водою з концентрацією білка приблизно 18% розчину.

2)теплова денатурація

Відомо, що при нагріванні денатурує білки сої і виготовляє гелі Коли соєвий білок нагрівається відбуваються два незворотні процеси:

· Розв'язка і деградація дисульфідних зв'язків та сульфгідрильних груп може призвести до необоротного зшивання;

· нагрівання може призвести до поділу поліпептиду білка.

Утворення гелю є не вигідним в прядіння з рядом досліджень, описаних в літературі по тепловій денатурації соєвих бобів. Крім того, температура денатурації бета-конгліцініна і Глицинин було визначено в діапазоні 72-80oC і 85-95oC, відповідно.

Коагуляція

Розчин, що складається з сої і PVA фільтрують і пропускають через фільєри, де відбувається орієнтація молекулярних ланцюгів. Молекули ланцюгові потім розташовують в структурі, що складається з кристалічних областей і аморфних областей. У кристалічних областей молекули щільно упаковані і відповідає за міцність і жорсткість матеріалу, тоді як в аморфних областях менш щільно упаковані і менш впорядкованої, створюючи гнучкість і доступність.

Орієнтації підтримується в двох послідовних коагуляційних ваннах з сульфатом натрію і сульфатом амонію у воді за допомогою 1 М сірчаної кислоти.Температури початкової та останньої коагуляційних ванн підтримують при 50 і 70° С відповідно, в залежності від умов формування нитки. Наступним кроком обробки з подальшим є зшивання з метою підвищення механічних властивостей.

Зшивання

У виробництві соєвих волокон, після намотування коагульоване волокно продовжує в зшивається ванні що містить формальдегід. Формальдегід був одним з перших, що зшивають агентів, які використовуються з білками. Відомо, що формальдегід може вступати в реакцію з аміно, амідо гуанідину, гідроксилу, фенольних і індольних груп і зменшити дисульфідних зв'язків.

Крім того, було визначено, що формальдегід, при кімнатній температурі, утворює метиленові містки між аміногрупами або первинний амід / гуанідину груп в широкому діапазоні рН. Хоча формальдегід є економічно ефективним і може зшивати білкові волокна, але є подразником, мутацій в деяких бактерій і тварин, і був класифікований, як канцероген для людини.

Отже, через можливий ризик для здоров'я, зшивання соєвого волокна наступного прядіння, була проведена з реагентами, які не містять формальдегіду. Ацетилювання використовується, щоб поліпшити властивості регенерованих волокон білка. Було доведено що опір води казеїнового волокна було підвищено ацетилюванням. Вплив ацетилювання за різними властивостями зеїнових волокон і запропонував хорошу стійкість до киплячої в лужних розчинах наступних модифікацій. Ацилюванням соєвих білків вдалося змінити конформацію Гліциніну і збільшити гідрофобність поверхні. Покращення у властивостях мокрого прядіння соєвих волокон що розтягуються,обробляють оцтовим ангідридом проводячи реакцію е-аміногруп білка з оцтовим ангідридом.

Покращені властивості волокна, в термінах міцності на розрив, були зроблені з глутаральдегідом що був використаний в якості агента, що зшиває наступної прядіння. Діфункціональні альдегіди можуть бути використані в якості сшивающих агентів для білкових молекул і модифікувати аміногрупу білка, формування стабільного основу Шиффа.

В результаті хімічної реакції білків і біфункціональних альдегідів, таких як глутаральдегід:

Мийка сушка і фарбування

На заключних етапах виробництва волокна промивають, сушать.

Далі проходить процес фарбування, а потім звертається з метою підвищення механічних властивостей при розтягуванні.

Зусилля по зміненню міцнісних властивостей соєвих волокон

Істотний недолік соєвих волокон є мала міцність на розтягнення, особливо у вологому стані. Соєве волокно складається з великої кількості глутамату і аспарагінової кислотою. Обидві амінокислоти є високо полярні амінокислоти, які можуть залучити воду.

Водневі зв'язки між водою і білка конкурує з водневої зв'язку між молекулами. У спробі пояснити низькі механічні властивості під час розтягнення соєвих волокон, було запропоновано, що коли соєве волокно у водному середовищі, водневого зв'язку між молекулами замінюється на водневі зв'язки між білками і водою. Рентгенограми дослідження показали мало або взагалі не паралельну орієнтацю волокон сої.

Ряд досліджень був проведений для поліпшення властивостей при розтягуванні сої волокон. Включеня лецитину в прядильний розчин, щоб збільшити міцність волокна. Цукор і винна кислота також використовувалися, щоб зменшити крихкість волокон. Введення нафтових волокон під час 40-х і 50-х років змінили комерційний аспект соєвих волокон.

Проте, останнім часом, у зв'язку з економічними та екологічними проблемами, соєві волокна вважатимуться конкурентним матеріалом в текстильній промисловості. Використовували полівініловий спирт (ПВС), з тим поліпшити поліпшити здатність до витяжки соєвих волокон. ПВС представляє собою синтетичний полімер з високою міцністю на розтягнення і була використана в якості каркасу для кератинових волокон.

Досліджували обробку змішаного PVA / соєві волокна і продемонстрували, що введення ПВС в процесі прядіння поліпшені механічні властивості:

Отже, можна зробити висновок що соєве волокно дуже швидко отримало велику популярність у світі. Волокно з сої було виготовлено в Південній Кореї і сьогодні одяг з нього вкрай популярний в Китаї. Тому адреси основних виробничих потужностей знаходиться саме на сході. Серед таких є:

· Goldenpalm Apparel Inc.

· Mianyang Guangxin Import & Export Co., Ltd.

· Guangzhou Maojie Trade Co., Ltd.

· Jinan Tainuo Machinery Co., Ltd.

· Hangzhou Huihe Machine Facture Co., Ltd.

Даний тип волокна відноситься до екологічно чистим, натуральним матеріалам. Матеріал по м'якості і легкості порівнянний з шовком і кашеміром. При пранні полотна з сої не потребують гарячої води, не линяють, не сідають, дуже швидко сохнуть.

Використана література

1. Soybean - Biochemistry, Chemistry and Physiology Edited by Prof. Tzi-Bun Ng(2011)

2. http://cdn.intechopen.com/pdfs/15723/InTech-Soybean_fibre_a_novel_fibre_in_the_textile_industry.pdf

3. http://www.made-in-china.com/manufacturers/soybean-fiber.html

4. http://www.ngpedia.ru/id334873p1.html

5. http://chem21.info/info/1793870/

6. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_textile_fibres

7. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19229199

8. D. (2010) Flame retardant properties of soybean fabric modified with N-methylol diakyl phosphonopropionamide, Journal of Applied Polymer Science 117(2) p.875-881.

9. https://www.google.com/patents/US2541804

10. http://vidy-tkanej.ru/material/7-sherst.html

Размещено на Allbest.ru