Натуральные целлюлозные волокна: описание, свойства, характеристики

Содержание

Правила ухода за тканью

Уход за вещами из этой ткани совершенно не сложный.

Не следует держать изделия в помещениях с повышенной влажностью – может завестись плесень.
Одежда из лиоцелла стирается вручную или в щадящем режиме в стиральной машинке.
Периодически крупные вещи нужно проветривать (матрасы, подушки, одеяла), а одежду хранить в воздухопроницаемых чехлах.
Изделия из нее практически не мнутся, но если нужна глажка, то только теплым утюгом с изнанки.

Если выполнять эти простые условия, то вещи из лиоцелла будут служить долго и приносить радость своим владельцам.

Видео-обзор модных тканей: фатин, купра, поплин, лиоцелл.

Химические свойства

Целлюлоза — натуральное вещество, которое имеет большое значение в биологии. В результате фотосинтеза растения могут самостоятельно вырабатывать (C6H10O5)N. В составе этого органического вещества содержатся кислород, водород и углерод.

Под воздействием прямых солнечных лучей растения вырабатывают природный полимер, который в итоге перерабатывается клетками и даёт возможность волокнам справиться с воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Целлюлоза является важным участником процесса фотосинтеза. Если попробовать брызнуть сладкую воду на свежий срез дерева, то вся жидкость практически мгновенно впитается. В лабораторных условиях было доказано, что (C6H10O5)n обладает следующими химическими свойствами:

Гидролиз. Как и крахмал, целлюлоза под воздействием высокой температуры в результате взаимодействия с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Конечным продуктом химической реакции является глюкоза, например, (C6H10O5)n + H2O → nC6H12O6. При условии длительного нагревания с минеральными кислотами происходит специфический ступенчатый гидролиз целлюлозы. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H10O5)n → y (C6H10O5)x → (n/2)C12H22O11 → nC6H12O6. Процесс гидролиза (C6H10O5)n является очень важным в промышленности, так как из древесных опилок и стружек можно получить глюкозу, при сбраживании которой образуется этиловый (гидролизный) спирт.
Нитрование. В составе целлюлозы отсутствует альдегидная группа, из-за чего при использовании этого органического вещества нельзя получить реакцию «серебряного зеркала». Для природного полимера свойственно образование сложных эфиров. В стандартных условиях (C6H10O5)n взаимодействует только с концентрированными кислотами. При использовании HNO3 и H2SO4 образуется тринитрат целлюлозы, который является водоотнимающим элементом. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nHNO3 → (C6 H7O2 (ONO2)3)n + 3nH2O. Пироксилин является этерифицированной клетчаткой, которая относится к категории взрывчатых веществ (на основе этого элемента изготавливают бездымный порох).

Целлюлоза взаимодействует с C4H6O3. При условии использования H2SO4 и C2H4O2 можно получить триацетилцеллюлозу: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nCH3COOH → (C6H7O2 (OCOCH3)3)n + 3nH2O.

Достоинства и недостатки новой ткани

Ничто не совершенно в этом мире, но у лиоцелла недостатков практически нет, а вот достоинств много:

экологически чистое и безопасное производство;
легко окрашивается в разные цвета;
может быть любой фактуры: как гладкой, так и объемной;
красивый внешний вид ткани;
подходит аллергикам;
упругая, эластичная и прочная;
практически не мнется;
пропускает воздух и не притягивает пыль;
обладает антибактерицидными свойствами;
не скатывается при длительном ношении и стирке;
ткань очень проста в уходе.

Среди минусов можно отметить:

высокую стоимость;
повышенную гигроскопичность;
может дать небольшую усадку.

В остальном, лиоцелл – это ткань, имеющая право называться идеальной.

Виды ткани

Видов вискозы много и они отличаются по параметрам, применению:

Купра

Для изготовления в вискозу добавляют хлопок. Последний придаёт гигроскопичность и способность пропускать воздух. Имеет приятный атласный блеск и мягкость. Из неё шьют различную одежду: летом в ней будет комфортно, а зимой не холодно.

Ацетат

Изготавливается из целлюлозных отходов, она очень тонкая, устойчива к деформациям. Такой материал не впитывает воду. Используется в качестве подклада.

Модал

При изготовлении используется 100% вискозное волокно, но уже более модернизированное. Такая ткань достаточно прочная, но мягкая, выдерживает множество стирок и не садится. Материал имеет характерный блеск. При контакте с кожей не вызывает раздражений.

Сиблон

Это усовершенствованная вискоза. Она изготавливается из древесины хвойных пород. Прочная, гигроскопичная, практически не мнётся, после стирки меньше садится.

Лиоцелл

Вискоза нового поколения. Напоминает хлопчатобумажную ткань. Прочная и устойчивая к стирке, имеет приятный блеск.

Структура целлюлозы

Целлюлоза — это полимер, состоящий из повторяющихся молекул глюкозы, прикрепленных встык. Молекула целлюлозы может иметь длину от нескольких сотен до более 10 000 единиц глюкозы. По форме целлюлоза похожа на сложные углеводы, такие как крахмал и гликоген. Эти полисахариды также состоят из нескольких субъединиц глюкозы. Разница между целлюлозой и другими сложными углеводными молекулами заключается в том, как молекулы глюкозы связаны друг с другом. Кроме того, целлюлоза представляет собой полимер с прямой цепью, и каждая молекула целлюлозы длинная и стержнеобразная. Это отличается от крахмала, который представляет собой спиралевидную молекулу. Результатом этих различий в структуре является то, что, по сравнению с крахмалом и другими углеводами, целлюлоза не может расщепляться на субъединицы глюкозы никакими ферментами, производимыми животными.

Шерсть

Какие еще используются в промышленности натуральные волокна? Животные дают промышленности и шерсть. Она также подвергается обработке для получения нитей. Шерсть обладает разнообразными качествами и характеристиками. Отличия присутствуют в волокнах одного животного разных видов. К примеру, из овечьей шерсти большую ценность представляет та, которую получают с тонкорунных и полутонкорунных овец. В процессе стрижки волосяной покров снимается сплошным пластом. Руно неодинаково по своему качеству. Наиболее ценные волокна располагаются на спине, животе, лопатках. На ногах и задней части шерсть грубая. Однако самым качественным и ценным считается пух. Его волокна гибкие, упругие и тонкие. Качество шерсти во многом зависит от времени стрижки. Мягче будут волокна, полученные в весеннее время. В них присутствует большое количество пуха. Осенью его почти нет в шерсти. Поэтому такие волокна жесткие. Однако при этом осенняя шерсть чище весенней. Среди волокон различают:

Ость – толстое волокно.
Переходный волос. По своим характеристикам он занимает промежуточное место между остью и пухом.
«Мертвый» волос. Он представлен в виде жестких и малопрочных волокон.

Структура целлюлозы

Целлюлоза представляет собой полимер, состоящий из повторяющихся молекул глюкозы, соединенных встык. Молекула целлюлозы может содержать от нескольких сотен до более чем 10 000 единиц глюкозы. Целлюлоза по форме похожа на сложные углеводы, такие как крахмал и гликоген. Эти полисахариды также состоят из нескольких субъединиц глюкозы. Разница между целлюлозой и другими молекулами сложных углеводов заключается в том, как молекулы глюкозы связаны друг с другом. Кроме того, целлюлоза представляет собой полимер с прямой цепью, и каждая молекула целлюлозы имеет длинную форму стержня. Это отличается от крахмала, который представляет собой свернутую молекулу. Одним из следствий этих различий в структуре является то, что по сравнению с крахмалом и другими углеводами целлюлоза не может быть расщеплена на глюкозные субъединицы никаким ферментом, вырабатываемым животными.

Плотность (удельный вес)

Удельный вес лигнифицированного целлюлозного волокна (древесная мука, древесные опилки и рисовая шелуха) в ДПК обычно от 1,3 до 1,5 г/см3. Лигноцеллюлозная матрица рисовой шелухи в материалах ДПК имеет примерно ту же плотность, что и древесная мука, и равна около 1,35 г/см3 и 1,30–1,35 г/см3 соответственно. Однако, поскольку рисовая шелуха содержит 19% силикатов (удельный вес около 2,8 г/см3), конечный удельный вес рисовой шелухи как наполнителя около 1,50 г/см3.

Длинные целлюлозные волокна типа льна, пакли, джута, рами, кокосового волокна, сизали и хлопка, в материалах ДПК также имеют плотность в интервале 1,3–1,5 г/см3.

Плотность (удельный вес) ДПК не зависит от размера частиц древесной муки.

Вероятно, что при компаундировании и экструзии целлюлозное волокно сжимается до максимальной плотности 1,3–1,5 г/см3.

Простая формула для расчета удельного веса композиционного материала следующая. Если мы возьмем 100 г композиционного материала, содержащего, скажем, 50 %масс. ПЭВП (d

= 0,96 г/см3), 30% древесной муки (d = 1,30 г/см3) и 20% талька (d = 2,8 г/см3), каждый из этих компонентов займет следующий объем:

ПЭВП 50 г/0,96 г/см3 = 52,083 см3;

древесная мука 30 г/1,30 г/см3 = 23,077 см3;

тальк 20 г/2,8 г/см3 = 7,143 см3.

Следовательно, общий объем 100 г композиции будет 82,303 см3. Поэтому плотность композиции составит 100 г/82,303 см3 = 1,215 г/см3.

Для наполненного на 85% древесной мукой полипропилена расчеты плотности (удельного веса) были бы следующими:

ПП 15 г/0,91 г/см3 = 16,484 см3;

древесная мука 85 г/1,30 г/см3 = 65,385 см3.

Общий объем композиции будет 81,869 см3. Следовательно, плотность композиции — 100 г/81,869 см3 = 1,22 г/см3.

Если плотность древесной муки 1,35 г/см3, два приведенных выше значения становятся равными 1,23 г/см3 (композит на основе ПЭВП) и 1,26 г/см3 (композит на основе ПП). Опубликованное значение для плотности наполненного 85% древесной муки полипропилена — 1,26 г/см3, то есть равно последнему значению.

Площадь поверхности частиц

Удельная поверхность целлюлозного волокна небольшая по сравнению с удельной поверхностью тонкодисперсных минеральных наполнителей. Хотя величина удельной поверхности последних часто исчисляется многими квадратными метрами на грамм, для целлюлозного волокна она составляет около 1 м2/г. Например, твердая древесина имеет частицы с площадью поверхности 1,01 м2/г, мягкая древесина — 1,34 м2/г. Льняное волокно имеет удельную поверхность между 0,31 и 0,88 м2/г в зависимости от способа ее обработки. Кроме того, удельная поверхность зависит главным образом от того, какое средство использовалось для ее измерения — газ, вода, ртуть или большие органические молекулы. Чем больше молекула, использованная для измерения, тем ниже удельная поверхность. Например, удельная поверхность целлюлозного волокна, доступная для воды в смоченном состоянии, 100–200 м2.

Приложения

Композитные материалы

Матрица	Волокно
Эпоксидная смола	Абака, бамбук, джут
Натуральная резина	Койр, сизаль
Нитриловый каучук	Джут
Фенолформальдегид	Джут
Полиэтилен	Кенаф, ананас, сизаль, древесное волокно
Полипропилен	Лен, джут, кенаф, конопля, пшеничная солома, древесное волокно
Полистирол	Дерево
Полиуретан	Дерево
Поливинил хлорид	Дерево
Полиэстер	Банан, джут, ананас, конопля
Стирол-бутадиен	Джут
Резинка	Пальмовое масло

Композитные материалы представляют собой класс материалов, которые чаще всего изготавливаются из комбинации волокна с связующий материал (матрица). Эта комбинация смешивает свойства волокна с матрицей, чтобы создать новый материал, который может быть прочнее, чем само волокно. В сочетании с полимеры, волокна целлюлозы используются для создания некоторых армированных волокном материалов, таких как биокомпозиты и пластик, армированный волокном. В таблице представлены различные полимерные матрицы и целлюлозные волокна, с которыми они часто смешиваются.

Поскольку макроскопические характеристики волокон влияют на поведение получаемого композита, особый интерес представляют следующие физико-механические свойства:

Размеры: соотношение между длиной и диаметром волокон является определяющим фактором в передаче усилий на матрицу. Кроме того, неправильное поперечное сечение и фибриллированный вид растительных волокон помогает закрепить их в хрупкой матрице.
Объем пустот и водопоглощение: Волокна довольно пористые с большим объемом внутренних пустот. В результате, когда волокна погружаются в связующий материал, они впитывают большое количество матрицы. Высокое поглощение может вызвать усадку волокна и набухание матрицы. Однако большой объем пустот способствует уменьшению веса, увеличению звукопоглощения и низкой теплопроводности конечного композитного материала.
Предел прочности: В среднем похож на полипропиленовые волокна.[требуется разъяснение]
Модуль упругости: Целлюлозные волокна имеют низкий модуль упругости. Это определяет его использование в строительных компонентах, работающих в стадии пост-трещин, с высоким поглощением энергии и устойчивостью к динамическим силам.[требуется разъяснение]

Текстиль

В текстильной промышленности регенерированная целлюлоза используется как волокна Такие как район, (в том числе модальный, а недавно разработанные Лиоцелл). Волокна целлюлозы производятся из растворяющаяся пульпа. Волокна на основе целлюлозы бывают двух типов: регенерированная или чистая целлюлоза, полученная в процессе купро-аммония, и модифицированная целлюлоза, такая как ацетаты целлюлозы.

Первое искусственное волокно, известное как искусственный шелк, стал известен как вискоза около 1894 г., и, наконец, район в 1924 году. Аналогичный продукт, известный как ацетат целлюлозы была открыта в 1865 году. Вискоза и ацетат — это искусственные волокна, но не синтетические, они производятся из дерево. Хотя эти искусственные волокна были открыты в середине девятнадцатого века, успешное современное производство началось намного позже.

Фильтрация

Пропитка целлюлозных волокон / вспомогательные фильтрующие средства могут обеспечить защитный слой фильтрующим элементам в виде порошковой целлюлозы, помимо повышения пропускной способности и прозрачности.[нужна цитата] Беззольная и неабразивная фильтрация делает очистку легкой после процесса фильтрации без повреждения насосов или клапанов. Они эффективно фильтруют металлические примеси и поглощают до 100% эмульгированного масла и котельного конденсата. В общем, целлюлозные волокна в системах фильтрации могут значительно улучшить фильтрующие характеристики при использовании в качестве основного или восстановительного предварительного покрытия следующими способами:

Устранение зазоров в перегородке фильтра и небольших механических утечек в прокладках и седлах створок
Повышение стабильности фильтрационной корки, чтобы сделать ее более устойчивой к ударам давления и прерываниям
Создание более однородного предварительного покрытия без трещин для более эффективной фильтрации поверхности.
Улучшение отделения кека и снижение требований к очистке
Предотвращение просачивания мелких частиц
Легкое и быстрое предварительное нанесение покрытия и уменьшение растворимого загрязнения

Простые способы отличия натурального шелка от искусственного

На сегодняшний день существует несколько способов, позволяющих отличить данные ткани друг от друга. Один из самых простых — на ощупь, так, натуральные шелковые нити более мягкие и нежные, чем искусственные, изготовленные из целлюлозных волокон. В тоже время, хорошим индикатором является солнечный свет, натуральный шелк при попадания лучей солнца изящно переливается и на протяжении достаточно длительного времени сохраняет тепло, искусственный шелк довольно быстро остывает.

Кроме того, можно использовать метод сжигания волокон: несколько кусочков ткани вытягивают и поджигают, если же ткань просто плавится и источает запах жженой бумаги, а не горит, то это указывает на искусственный шелк. Натуральные волокна в процессе горения постепенно превращаются в пепел, при этом издают аромат жженых волос. Также можно воспользоваться так называемым тестом на разрыв: для этого необходимо сильно натянуть ткань, натуральный шелк будет рваться ровными полосками, искусственный же не рассыпается. Текстура ткани может о многом сказать, если она очень ровная, гладкая, следовательно такие волокна имеют искусственное происхождение.

Еще одним интересным способом является химический тест: для этого необходимо в 150 гр. воды добавить 10 г. глицерина, а 16 г. сульфата меди и щепотку каустической соды, все перемешать. В получившеюся консистенцию необходимо поместить кусочек ткани, если волокна полностью растворятся без остатка — это натуральный шелк. Существует ценовая разница между материалами, так, искусственный шелк, как правило, стоит в 2-4 раза дешевле натурального.

Приложения

Композитные материалы

Матрица	Волокно
Эпоксидная смола	Абака, бамбук, джут
Натуральная резина	Койр, сизаль
Нитриловый каучук	Джут
Фенолформальдегид	Джут
Полиэтилен	Кенаф, ананас, сизаль, древесное волокно
Полипропилен	Лен, джут, кенаф, конопля, пшеничная солома, древесное волокно
Полистирол	Дерево
Полиуретан	Дерево
Поливинил хлорид	Дерево
Полиэстер	Банан, джут, ананас, конопля
Стирол-бутадиен	Джут
Резинка	Пальмовое масло

Размеры: соотношение между длиной и диаметром волокон является определяющим фактором в передаче усилий на матрицу. Кроме того, неправильное поперечное сечение и фибриллированный вид растительных волокон помогает закрепить их в хрупкой матрице.
Объем пустот и водопоглощение: Волокна довольно пористые с большим объемом внутренних пустот. В результате, когда волокна погружаются в связующий материал, они впитывают большое количество матрицы. Высокое поглощение может вызвать усадку волокна и набухание матрицы. Однако большой объем пустот способствует уменьшению веса, увеличению звукопоглощения и низкой теплопроводности конечного композитного материала.
Предел прочности: В среднем похож на полипропиленовые волокна.[требуется разъяснение]
Модуль упругости: Целлюлозные волокна имеют низкий модуль упругости. Это определяет его использование в строительных компонентах, работающих в стадии пост-трещин, с высоким поглощением энергии и устойчивостью к динамическим силам.[требуется разъяснение]

Текстиль

Фильтрация

Устранение зазоров в перегородке фильтра и небольших механических утечек в прокладках и седлах створок
Повышение стабильности фильтрационной корки, чтобы сделать ее более устойчивой к ударам давления и прерываниям
Создание более однородного предварительного покрытия без трещин для более эффективной фильтрации поверхности.
Улучшение отделения кека и снижение требований к очистке
Предотвращение просачивания мелких частиц
Легкое и быстрое предварительное нанесение покрытия и уменьшение растворимого загрязнения

История

Целлюлоза была открыта в 1838 году французским химиком. Ансельм Пайен, который изолировал его от растительного вещества и определил его химическую формулу. Целлюлоза была использована для производства первого успешного термопластичного полимера, целлулоида, компанией Hyatt Manufacturing Company в 1870 году. Производство вискозы («искусственного шелка») из целлюлозы началось в 1890-х годах, а целлофан был изобретен в 1912 году. В 1893 году Артур Д. Литтл из Бостона, изобрел еще один целлюлозный продукт, ацетат, и разработал его в виде пленки. Первые коммерческие текстильные применения ацетата в форме волокон были разработаны Celanese Компания в 1924 году. Герман Штаудингер определил полимерную структуру целлюлозы в 1920 году. Это соединение было впервые химически синтезировано (без использования каких-либо биологических ферментов) в 1992 году Кобаяши и Шода.

Цепи целлюлозы, связанные водородными связями

Смешанное сырье

Химические и натуральные волокна, о которых сказано выше, представляют собой однородные материалы. Между тем, сегодня все большую популярность приобретает смешение сырья. Внедрение новых технологий в текстильное производство дает широкие возможности для получения огромного ассортимента пряжи. Смешиваться могут натуральные волокна как друг с другом, так и с искусственными и синтетическими материалами. Например, соединяют капрон и лен, нейлон и шерсть. Для получения полушелковых и полушерстяных тканей используется не только смешение волокон. Активно применяются новые технологии ткачества. В частности, при создании полотна нитями основы является пряжа одних волокон, а утка – других.

Влияние на обесцвечивание и долговечность полимеров и композитов

Чем выше количество целлюлозного волокна в композиции, тем выше обесцвечивание при прочих равных условиях, однако и рисовая шелуха, и древесная мука увеличивают стойкость композитных материалов к окислительной деструкции.

Можно видеть, что увеличение содержания целлюлозного наполнителя, с одной стороны, повышает обесцвечивание, с другой стороны, увеличивает стойкость материала к окислению. Очевидно, повышение общей стабильности материала может сопровождаться повышением его обесцвечивания.

Древесная мука обеспечивает лучшие антиокислительные свойства по сравнению с рисовой шелухой.

Шелк

Для его производства используются волокна, которые получают из коконов шелкопряда. Они образуются на определенной стадии развития гусениц. Они сплетают кокон, представляющий собой продолговатую оболочку яйцеобразной формы. Он состоит из тончайшего волокна, которое переплетено в 40-50 слоев. Нить образуется следующим образом. На головке чуть ниже рта гусеницы располагается два отверстия. Из них выделяется густая жидкость, которая в воздухе застывает. Ее образование осуществляется постоянно. В результате образуется 2 нити, которые склеиваются серицином. Это специальное вещество, которое также выделяется гусеницей. В итоге создается одна нить, которая и идет на плетение кокона.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное). УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное)

Вискозное волокно	VI
Высокомодульное вискозное волокно	MD
Медно-аммиачное волокно	CU
Ацетатное волокно	АС
Триацетатное волокно	TC
Альгинатное волокно	AL
Полиэфирное волокно	РЕ
Полиамидное волокно	РА
Полиарамидное волокно	PAD
Полиоксадиазольное волокно	POD
Полиакрилонитрильное волокно	PAN
Модакриловое волокно	MPAN
Поливинилхлоридное волокно	PVC
Поливинилиденхлоридное волокно	PVD
Поливинилспиртовое волокно	PVA
Полифторэтиленовое волокно	PF
Полиэтиленовое волокно	РТ
Полипропиленовое волокно	РР
Полиуретановое волокно	PU
Эластодиеновое волокно	GU
Углеродное волокно	С
Керамическое волокно	CR
Стеклянное волокно	GL
Металлическое волокно	МТ
Шлаковое волокно	SL

Основа лиоцелла

Эвкалипт — основа для лиоцелла

Получение искусственного волокна, максимально приближенного по своим качествам к натуральному – это давняя мечта ученых. Осуществилась она британскими специалистами в 1988 году. В ходе экспериментов они создали разновидность вискозы на основе древесины эвкалипта. Впервые ткань была представлена в 1991 г., с 1997 г. ее начали производить в промышленных масштабах.

Сегодня ее выпускают в США под названием тенсель, а в России, где ее разработками занимался научный институт полимерных волокон в Мытищах, она известна как орцел.

В основе новых волокон лежит целлюлоза, добываемая из древесины эвкалипта. Хотя волокна искусственного происхождения, уникальные свойства этого дерева им передались.

По тактильным и внешним характеристикам новая ткань не уступает шелку, хлопку и шерсти. В чистом виде встречается редко, так как очень дорого стоит, но в сочетании с другими волокнами на этикетках одежды и белья могут быть указаны:

лиоцелл и эластан;
лиоцелл + эластан + модал.

Процент лиоцелла в смешанном материале может быть разный, но лучше, если он составляет от 50 % и выше. В наше время из подобной ткани шьют одежду, постельное и нижнее белье, ее используют в медицине.