Министерство образования Республики Беларусь
УО "Белорусский государственный экономический университет"
Кафедра
товароведения непродовольственных товаров
Реферат
Натуральный
шелк: производство, свойства, применение, перспективы
Выполнил
Сонгин М.А.
студент ФЭУТ
ДГТ 3-й курс
Проверил
Несмелов Н.М., доц., к.т.н.
Минск
2015
Содержание
Введение
. Производство шелка
. Свойства шелка
. Применение шелка
. Перспективы
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Введение
В процессе своего развития человечеством было создано либо приспособлено множество материалов для защиты от окружающей среды, для многочисленных хозяйственных нужд, а также просто для украшения самих себя. И один из этих материалов заслуживает особого внимания.
Родиной шелка считают Гималаи, откуда он впоследствии был завезен в Китай. Появление неразрывно связано с красивой легендой о китайской принцессе Си-Лин-Чи, в чашку которой упал кокон, который размотался от горячей жидкости, превратившись при этом в нить. Секрет получения загадочной нити китайцы хранили в течение многих столетий. Тайна охранялась настолько тщательно, что попытки вывоза коконов могли наказываться смертной казнью вора. Позднее о чудесной ткани узнали в Японии, а затем в Индии. В Европе первые упоминания относятся к I в. до н. э. В скором времени тайна шелка стала все более и более доступна людям, но качество некоторых изделий так и не удается превзойти. [4, с. 25]
Шелк - это натуральная элементарная нить
животного происхождения - продукт выделения шелкоотделительных желез гусениц
шелкопряда. Такое волокно или нить еще называют натуральным шелком, тем самым
отличая его от химических волокон или нитей, иногда тоже называемых шелком.
Целью данного реферата является изучение всей доступной информации о
натуральном шелке. Объектом исследования является натуральный шелк, предметом
же является производство, свойства и области применения материалов из
натурального шелка, а также перспективы использования шелковых тканей.
1. Производство шелка
Процесс производства натурального шелка начинается с развития тутового шелкопряда. Развитие тутового шелкопряда включает в себя четыре стадии: стадию яичек (грены), гусеницы, куколки и бабочки. Из специально подготовленной грены выводят гусениц и кормят их сначала нарезанными листьями шелковицы, затем - целыми листьями и в заключение - побегами и ветками с листьями. В стадии гусеницы насекомое пребывает в среднем 4-6 недель. Размеры и масса тела гусеницы тутового шелкопряда в процессе ее роста быстро увеличиваются. Если в начале длина тела составляет 2-3 миллиметра, а масса 0,4-0,5 миллиграмм, то в конце - соответственно 70-90 миллиметров и 4-5 грамм.
Потемнение головы гусеницы сигнализирует о начале линьки. По истечении четырёх стадий линьки гусеница переходит в стадию куколки и начинает завивку кокона, образуя коконную нить из двух шелковин. Средняя скорость выпуска нити составляет 5-7 миллиметров в секунду, а длина нити в коконе 600-2000 метров и более. Для облегчения завивки коконов в помещениях, где выкармливают гусениц, ставят коконники - веники из ветвящихся жестких трав, различные решетки и тому подобное. Завивка кокона продолжается 8-9 дней, после чего коконы снимают с коконников, очищают от наружных слоев нити и в жесткой таре отправляют на заготовительные пункты, откуда они поступают на первичную обработку. До 2/3 массы снятых коконов составляет вода, поэтому они называются сырыми. Внутри находится живая куколка. В стадии куколки насекомое пребывает около 2 недель, а затем переходит в стадию бабочки. При выходе из кокона бабочка разрушает его оболочку, тем самым нарушая целостность нити и перепутывая составляющие ее шелковины. Чтобы избежать этого, на заготовительных пунктах коконы обрабатывают различными способами с целью умерщвления (замаривания) куколок. Для замаривания и сушки коконов применяют разнообразные сушилки. Одна из них представляет собой печь, в которой коконы обрабатываются горячим паром 2-2,5 часа при температуре не выше 110 градусов по Цельсию. Этот, несомненно, не самый гуманный способ необходим для сохранения качества будущих изделий. Таким способом умерщвляются все куколки. Тем не менее, важно не перестараться, так как слишком долгое замаривание сделает будущие нити хрупкими и ломкими, а недостаточное оставит их влажными, что приведет к загниванию. Качественные коконы имеют определенный вес, форму, размер, зернистость поверхности и плотность - вся эта совокупность свойств будет указывать на то, что намотка была произведена правильно. Перед размоткой все коконы сортируются. При этом некачественные коконы удаляются. [1, с. 55-57]
Не на каждом производстве этот процесс налажен хорошо, но там, где следят за качеством своей продукции, некачественное сырье может попасть в производство лишь случайно. Также при сортировке обращают внимание на качество самой нити, на легкость, с которой она сходит с кокона. Все полученное сырье должно храниться в прохладных, сухих и хорошо проветриваемых помещениях на сетчатых решетках или рамах, которые защищены от солнечного света. Интересным фактом можно считать то, что рабочие многих предприятий в Китае и Тайване считают куколок, очищенных от шелка, очень изысканным деликатесом, поэтому количество отходов такого производства снижается в сравнении с другими странами, которые производят шелк.
Далее коконы поступают на кокономотальные фабрики для размотки, где на специальных автоматах в кокономотальных тазах при температуре 40-55 градусов по Цельсию. Для облегчения размотки коконы могут запариваться в горячей воде, в результате чего размягчается один из составных компонентов (серицин).
Так как одна нить тонкая и недостаточно прочная для человека, то, при размотке, нити нескольких коконов объединяют в одну. Таким образом, получается шелк-сырец, из которого сложением и скручиванием получается крученый шелк, а из отходов, которые остаются при размотке коконов, получается шелковая пряжа. Весь вышеизложенный процесс представлен в Приложении А.
Шелковая пряжа поступает на ткацкие фабрики, где из нее с помощью различных методов ткачества получают шелковые ткани. Суть самого процесса ткачества здесь рассматриваться не будет, так как не является темой данного реферата и имеет стандартный вид. Тем не менее, необходимо рассмотреть методы обработки полученных шелковых тканей, так как эти методы не применяются к остальным тканям. [1, с. 57]
В процессе производства используется суплирование шелка, которое способствует закреплению серицина на шелковой ткани.
Натуральный шелк является биополимером. Коконная нить представляет собой армированную белковую композицию из двух фиброиновых шелковин, соединенных серицином.
Серицин - это ценное белковое вещество, содержание его в шелке-сырце 25-27%. В настоящее время серицин совершенно не используется, так как он является водорастворимым и вместе с отварочными растворами сбрасывается в сточные воды.
Между тем доказано, что при оптимальном содержании серицина на шелковых нитях они имеют хорошие физико-механические показатели и гладкую поверхность. При содержании 4-5% серицина наблюдаются минимальная обрывность при разматывании, наибольшая устойчивость к многократным деформациям, истиранию и минимальный коэффициент трения. При меньшем содержании серицина шелковая нить имеет повышенную мшистость.
Для получения натурального шелка со стабильным содержанием остаточного серицина разработан режим отварки в присутствии неионогенных ПАВ. Эффективность процесса отварки определяют следующие факторы: концентрация ПАВ, начальное значение рН, продолжительность отварки.
Отварку проводят в течение 20 минут при температуре 96±1°С и модуле ванны 33, содержащей неионогенный препарат (2 г/л) и кальцинированную соду (1 г/л). При отварке на поверхности нити возникает слой неионогенных ПАВ, придающих фрикционные свойства, жесткость и увеличивающих выносливость к многократному изгибу. Это один из способов решения проблемы рационального использования серицина.
Другим способом, обеспечивающим оптимальное соотношение белковых составляющих в изделиях из натурального шелка, является получение и выработка суплированных тканей.
Сущность суплирования заключается в создании системы фиброин-серицин за счет закрепления серицина на фиброине и сохраняется белковая природа волокна.
Проблема суплирования заключается в том, что при закреплении серицина на шелковой ткани она теряет свою мягкость и эластичность. Поэтому в процессе суплирования. на ткани обычно закрепляется не более 10% серицина, при этом не снижаются присущие шелковым тканям свойства.
Описанные в литературе способы умягчения шелковых тканей с закрепленным на них серицином (более 10%) или трудно выполнимы в производственных условиях, или лишь частично позволяют вернуть тканям утраченные свойства.
В процессе производства натурального шелка возможно снижение плотности суровых тканей при их выработке по основе и утку, так как в процессе суплирования происходит восполнение массы готовой ткани за счет закрепления соответствующей части серицина на фиброине.
Экономия шелкового сырья и улучшение качества тканей из натурального шелка чаще всего достигаются путем их утяжеления. Процесс утяжеления заключается в обработке натурального шелка, полностью освобожденного от серицина, веществами, обеспечивающими увеличение его массы. При этом в зависимости от используемого реагента возможно не только восполнить потерю массы после удаления серициновой составляющей (20-25%), но и получить значительно больший привес (иногда 100%).
Далее будут более детально рассмотрены методы утяжеления тканей классическими способами. В основе самого известного способа утяжеления шелка использована его способность поглощать соединения олова, в частности четыреххлористое олово. Причем каждый цикл (а их может быть несколько) обработки концентрированным раствором SnCl4 обеспечивает привес приблизительно 10% [11]. Этот способ позволяет получить привес 100% и более, ограничения возникают из-за ухудшения грифа утяжеленной ткани. Этот способ усовершенствуется. Поскольку соли олова придают натуральному шелку жесткость, и он теряет блеск, предлагается утяжеленный шелк подвергать дополнительной обработке гидрофосфатом натрия Na2HPO4. Еще один способ --утяжеление с помощью эпоксидных смол. Эпоксидные соединения впервые были использованы с целью улучшения качества шелка. Ткань с улучшенными показателями несминаемости и изменения линейных размеров (усадки) была получена в результате обработки раствором, содержащим эпоксидный полимер - продукт поликонденсации глицерина и эпихлоргидрина со средней степенью полимеризации 300, соль или гидроксид щелочного металла, способствующие набуханию эпоксидного соединения и шелка, а также обладающие каталитическим действием в реакции присоединения эпоксидных групп к фиброину с последующей сушкой, термообработкой и промывкой. Реакция взаимодействия с фиброином протекает с использованием органического растворителя (гексан, этиловый спирт, четыреххлористый углерод) при каталитическом действии солей (NaCl, Na2S2O3 и др.). Использование для утяжеления шелка многофункциональных эпоксидных соединений позволяет улучшить свойства волокон больше, чем при применении моноэпоксидов. Еще одним методом, который заслуживает внимания, является утяжеление с помощью синтетических смол. Для утяжеления натурального шелка применяют синтетические смолы, которые при кратковременной термообработке способны образовывать эластичную нерастворимую в воде пленку, что позволяет не только получить привес, но и улучшить такие показатели, как разрывная нагрузка ткани, устойчивость ее к окислению и т.д. Утяжеленная ткань приобретает улучшенный внешний вид, наполненность и драпируемость. Утяжеление синтетическими смолами может иметь характер механического утяжеления, в этом случае смола в виде пленки осаждается на нитях, и химического, при котором наступает химическое взаимодействие между волокном и смолой с образованием поперечных связей.
Необходимо рассмотреть и утяжеление с помощью привитой сополимеризации. В настоящее время для химической модификации природных полимеров широко применяется метод сополимеризации с различными мономерами. Прививка новых ветвей полимера иного строения позволяет существенно изменить свойства исходного полимера. Метод привитой сополимеризации позволяет не только получить утяжеленный натуральный шелк, но и придать ему новые ценные свойства, такие, как повышенная стойкость к действию света, истиранию, плесени, кислотам, щелочам и др.
В составе молекул фиброина и серицина натурального шелка имеются значительное количество аминогрупп, которые в присутствии инициаторов легко вступают в реакцию привитой сополимеризации. Прививку можно осуществлять как на шелке-сырце, даже в процессе разматывания коконов, так и на отваренном шелке. Сравнение физико-механических показателей исходной и утяжеленной ткани приведено в Приложении Б. [3, с 5 - 16]
Таким образом, можно заключить, что производство
шелковых тканей является сложным процессом, отлаженным и хорошо работающим, но
все же требующим некоторых изменений.
. Свойства шелка
Изучая свойства шелка, необходимо начинать рассмотрение со свойств кокона тутового шелкопряда.
Кокон образуется из непрерывной нити, длина которой составляет от 600 до 1500 метров. Нить на 70-80% состоит из вещества, которое называется белок фиброина. Остальное составляет белок серицина. Фиброин включает в себя два десятка аминокислот, из которых большую часть составляют аланин и глицин. Нужно сказать, что макромолекулы фиброина соединены полипептидными связями.
Надмолекулярную структуру макромолекул фиброина образуют фибриллы. Фибриллярное строение коконной нити обусловливает ее "моховатость", т.е. появление в процессе носки изделий из натурального шелка мелких волоконец на поверхности.
Серицин в сравнении с фиброином содержит больше кислорода. Его отличает меньшая устойчивость к воздействию физико-химических реагентов.
Наряду с отмеченными белками коконная нить содержит также незначительные количества минеральных (1-1,7%), жировосковых веществ (0,5-3,2%) и следы пигментов.
Натуральный шелк отличается мягкостью, тониной, легко краситься и обладает приятным умеренным блеском, высокой износостойкостью, не пилингуется, хорошо переносит ручную стирку, обладает хорошей теплоизоляцией.
Волокно натурального шелка имеет довольно высокую разрывную прочность, что объясняется высокой степенью ориентации макромолекул фиброина вдоль оси волокна. Разрывная прочность коконной нити составляет в среднем 8-10 сН/волокно, элементарной нити - 3-4 сН/волокно. Относительная прочность коконной нити составляет 26-28 сН/текс. Важным отличием и преимуществом натурального шелка от его синтетических заменителей является то, что шёлк не электризуется. Крепость шелковой нити равна крепости стальной проволоки того же диаметра. Шелк прочен при растяжении. Разрывное удлинение шелковых волокон составляет 20-22 %, причем характерны высокое упругое и низкое пластическое удлинение. Благодаря этому шелковые волокна, ткани и изделия из них не сминаются в процессе эксплуатации. Вместе с тем упругость волокна натурального шелка несколько меньше, чем шерсти.
По гигроскопичности натуральный шелк занимает промежуточное положение между хлопком и шерстью. В нормальных условиях гигроскопичность его составляет около 11%, а в условиях повышенной влажности заметно возрастает, что характерно для большинства волокон.
Термоустойчивость натурального шелка в отличие от других природных волокон пониженная. При нагревании шелк становится жестким и ломким, подвергать его температурам свыше 100°С не рекомендуется.