Исследование волокна льна-долгунца, выращенного с применением экстрактов из гумифицированной льняной костры

Результаты инфракрасной спектроскопии образцов волокна по данным [3] показали наличие в спектрах полос поглощения, связанных с наличием в волокне пектина (1725 см- 1), лигнина (1600 см-1), жировосковых веществ (1460 см-1). Полосы поглощения в диапазоне 900-1200 см-1, характеризуют толщину волокон.

Табл. 1. Полосы поглощения компонентов волокна льна-долгунца

Смещение полос поглощения в нашем случае в области (900-1430 см-1) на 33-73 см-1 может свидетельствовать как о повышении степени полимеризации молекул целлюлозы, так и о переходе из одной структурной формы в другую. льняное волокно спектроскопия целлюлоза

Также наблюдается смещение пиков пектина и жировосковых веществ (7-13 см-1 и 10-16 см-1 соответственно). Положение пиков, характеризующих содержание лигнина во всех образцах одинаково.

Последующий химический анализ показал существенное снижение концентрации лиг-нина при выращивании льна-долгунца по усовершенствованным агротехнологиям. Сдвиг в диапазоне (900-1200 см-1) свидетельствует о том, что обработка ГФК способствует формиро-ванию более высококачественного, тонкого волокна. В табл. 2 представлены данные по определению содержания б-целлюлозы.

Табл. 2. Содержание б-целлюлозы в волокне

Анализируя данные табл. 2 можно сделать вывод, что значения содержания б-целлюлозы, полученные по ГОСТу имеют незначительные различия.

При анализе данных дериватограмм учитывали пики характеризующие сгорание различных форм воды, целлюлозы, лигнина, минеральных компонентов (рис. 1).

Кривая TG является зависимостью изменения массы образца от температуры и необходима для определения термостабильности и остаточной зольности. Кривая DTG (дифференциально-термогравимет-рическая кривая) позволяет определить максимумы пиков разложения веществ, температуры начала и окончания реакций горения [14, 15].

Рис. 1. Дериватограмма образца волокна (вариант ГФК+Н3РО4)

Для всех исследуемых образцов наблюдается максимум пика в низкотемпературной области (82-90 оC), свидетельствующий об удалении гигроскопической воды. Содержание гигроскопической влаги составляет 4-6%.

Сгорание органического вещества происходит при температуре более 150 оC. Темпера-турный максимум пика разложения целлюлозы находится в диапазоне 330-360 оC.

При температуре 410-450 оС происходит сгорание лигнина. По кривым ТG и DTG рассчитывали процентное содержание различных веществ в волокне (табл. 3). Содержание целлюлозы в обработанных вариантах больше, чем в контроле, что сравнимо с данными полученными по содержанию б-целлюлозы. Наибольшее содержание целлюлозы было в варианте ГФК+НNO3.

Табл. 3. Компонентный состав волокна льна-долгунца, сорта Антей, %

В табл. 4 приведены максимумы пиков термического разложения целлюлозы, лигнина и соответствующая им энергия активации.

Установлено, что обработка экстрактами из гумифицированной костры приводит к смещению пиков разложения целлюлозы и лигнина. Это означает, что качество волокна, полученного с применением экстрактов выше, чем в контроле. Также это подтверждается значениями энергии активации целлюлозы (при сравнении контроля и варианта ГФК+НNO3 смещение пика составляет 15 °С, а значение энергии активации увеличивается на 27.23 кДж/моль).

Увеличение энергии активации свидетельствуют о более высокой степени полимерии-зации целлюлозы, более высоком качестве волокна по физико-механическим характерис-тикам.

Табл. 4. Температурные максимумы пиков разложения целлюлозы и лигнина и соответствующая энергия активации

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод, что с применением дифференциального термического и термогравиметрического анализа можно не только опре-делить содержание макромолекул в волокне, а также оценить его качество.

Содержание тяжелых металлов в полностью натуральных тканях определятся концент-рацией этих элементов исходном сырье - волокне. Стандарт ЕКО-ТЕХ-100 регламентирует содержание в ткани следующих элементов, в том числе и тяжелых металлов (ppm): Рb - 0.2 (I) и 1.0 (II-IV); Сd - 0.1 (I-IV); Cr - 1.0 (I) и 2.0 (II-IV); Co - 1.0 (I) и 4.0 (II-IV); Cu - 2.0 (I) и 4.0 (II-IV); Ni - 1.0 (I) и 4.0 (II-IV); Hg - 0.02 (I-IV).

I - продукция детского ассортимента;

II - продукция взрослого ассортимента при условии прямого контакта с кожей;

III - то же при условии непрямого контакта с кожей;

IV - текстильные отделочные материалы [16].

Содержание тяжелых металлов в волокне льна представлено в табл. 5

Табл. 5. Содержание тяжелых металлов в льноволокне, ppm

Содержание в образцах Ni, Cr, Pb (при использовании волокна для тканей и изделий детского ассортимента) превышает нормы стандарта ЕКО-ТЕХ-100. При этом обработка экстрактами ГФК снижает содержание Cr (на 39-50%), Co (на 31-43%), Ni (на 22-27%), Cd (на 38-62%), Pb (на 25-42%) и увеличивает содержание Cu (на 34-43%).

Необходимо также принять во внимание совместное влияние элементов обобщенного экологического критерия R (табл. 6).

Для всех образцов значение R больше 1, однако установлено, что на последующих стадиях переработки льноволокна в пряжу и ткани происходит снижение содержания элементов, что связано, по-видимому, с вымыванием подвижных (биолабильных форм) при обработке отбеливателями и другими текстильно-вспомогательными веществами. Процессы пероксидного отбеливания с последующей промывкой горячей и холодной водой и исполь-зование технологии мокрого прядения приводят к снижению критерия R в два раза [16].

Табл. 6. Значение обобщенного экологического критерия для различных образцов волокна

Значения обобщенного экологического критерия говорят о том, что в образцах волокна, выращенных с использование экстрактов ГФК величина R меньше на 28-37% для детского ассортимента, и на 25-47% для ассортимента взрослых изделий.

Выводы

Метод ИК-спектрометрии может быть применен для оценки физико-химических и физико-механических характеристик волокна льна-долгунца по исследованию смещения полос поглощения. Метод определения б-целлюлозы по ГОСТу не выявил в исследуемых образцах различий по содержанию целлюлозы.

Термогравиметрический и дифференциально-термический анализ может быть использован для оценки качества волокна льна-долгунца по содержанию макрокомпонентов путем анализа максимумов температурных пиков разложения и энергии активации.

В волокне льна-долгунца, обработанном экстрактами гуминово-фульватного комплекса, выше содержание целлюлозы и энергия активации термического разложения целлюлозы, что свидетельствует об увеличении степени полимеризации молекул целлюлозы, мак-симумы пиков термического разложения целлюлозы сдвигаются в более высокотемпе-ратурную область.

Исследование методом масс-спектрометрии показало, что обработка экстрактами, содер-жащими гуминовые и фульвокислоты, приводит к снижению накопления тяжелых метал-лов в волокне льна-долгунца.

Литература

1. Перспективная ресурсосберегающая технология производства льна-долгунца: Метод. Рекомендации. М.: ФГНУ «Росинформагротех». 2008. 68с.

2. Белопухов С.Л., Захаренко А.В., Корсун Н.Н. Защитно-стимулирующие комплексы в льноводстве. М.: «Икар». 2008. 224с.

3. Карякин Л.Б. и Гинзбург Л.Н. Прядение льна и химических волокон: Справочник. М.: Легпромбытиздат. 1991. 544с.

4. Белопухов С.Л., Сафонов А.Ф., Дмитревская И.И., Кочаров С.А. Влияние биостимуляторов на химический состав продукции льноводства. Известия ТСХА. 2010. Вып.1. С.128-131.

5. Захаренко А.В., Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Разумеева Л.Н. Влияние защитно -стимулирующих комплексов на урожай льна и качество волокна. Достижения науки и техники АПК. 2009. №9. С.34-37.

6. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И. Исследование влияния карвитола на качество волокна при обработке льна-долгунца (Linum usitatissimum L.). Бутлеровские сообщения. 2009. Т.16. №4. С.26-30.

7. Белопухов С.Л. Гришина Е.А. Исследование химического состава и ростстимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры. Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. №1(2). С.97-103.

8. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И. Исследование влияния карвитола на качество волокна при обработке льна-долгунца (Linum usitatissimum L.). Бутлеровские сообщения. 2009. Т.16. №4. С.26-30.

9. Ефремова С. Структурные преобразования рисовой шелухи и составляющих ее компонентов в процессе пиролиза. Промышленность Казахстана. 2008. №8. С.62-65.

10. Калабашкина Е.В., Белопухов С.Л. Термохимический анализ льняного волокна. Бутлеровские сообщения. 2011. Т.28. №20. С.76-79.

11. G.J. Faughey, S.S. Sharma, R.D. McCall. Determining fiber fineness in flax using derivative thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy and airflow methods. J. Appl. Polym. Sci. 2000. Vol.75. No.4. P.508-514.

12. Термогравиметрический анализ в определении качества льноволокна. Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы повышения технологического качества льна-долгунца». Торжок. Россия. 2_3 нояб. 2004 г. С.141_147. Авт. также: Титок В.В., Шостак Л.М., Леонтьев В.Н.

13. ГОСТ 6840-78 Целлюлоза. Метод определения содержания альфа-целлюлозы, дата введения в действие 01.01.1979. 6с.

14. Белопухов С.Л., Жевнеров А.В., Калабашкина Е.В., Дмитревская И.И. Определение микроэлементного состава продукции льноводства. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.32. №10. С.72-75.

15. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Лабок В.Г., Кулемкин Ю.В., Толмачев Г.П. Исследование химического состава семян и волокна Cannabis sativa L. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.31. №7. С.124-128.

16. Ольшанская О.М., Котин В.В., Артёмов А.В. Критерии оценки экологической чистоты льняной текстильной продукции. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общества им. Д. И.Менделеева). 2002. Т.XLVI. №2. С.66-76.

Размещено на Allbest.ru