ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН, ОБРАБОТАННЫХ В БУРЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

TECHNICAL SCIENCES

STUDY OF STRUCTURAL CHANGES OF TEXTILE FIBERS TREATED

IN BORAX

Sharabidze M.R. (Georgia) Email: Sharabidze576@scientifictext.ru

Sharabidze Maia Revazovna - Doctor of Technical Sciences, Professor, DEPARTMENT OF DESIGN AND TECHNOLOGY, А. TSERETELI STATE UNIVERSITY, KUTAISI, GEORGIA

Abstract: the article analyzes results of studying of structural changes of textile fibers treated in borax. It has been shown that on radiographs of modified polymers, the shape, intensity and ratios of reflexes of crystalline and amorphous regions change significantly. For natural silk and polyamide, the intensity of reflexes characteristic of crystalline areas grows, and amorphous ones decrease; frequency of reflexes is increased; new reflexes appear due to increased structuring and ordering of polymers. For keratin wool, the intensity of characteristic reflexes of crystalline regions does not change, and reflexes of the amorphous region increases, since as a result of the formation of boron complexes, its compression, compaction and increase in structuralist and degree of ordering occur. As a result, these structural changes lead to changes in the physical, mechanical and chemical properties of textile fibers modified with borax. Keywords: silk, wool, polyamide, borax, X-ray diffraction analysis.

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН, ОБРАБОТАННЫХ В БУРЕ Шарабидзе М.Р. (Грузия)

1Шарабидзе Майя Ревазовна - доктор технических наук, профессор, департамент дизайна и технологии,

Государственный университет им. А. Церетели, г. Кутаиси, Грузия

Аннотация: в статье анализируются результаты изучения рентгеноструктурного анализа модифицированных бурой текстильных волокон. Показано, что на рентгенограммах модифицированных полимеров значительно меняются форма, интенсивность и соотношения рефлексов кристаллических и аморфных участков. Для натурального шелка и полиамида интенсивность рефлексов, характерных для кристаллических участков, растет, а аморфных - снижается; степень разрешения рефлексов повышается; появляются новые рефлексы за счет повышения структурированности и упорядоченности полимеров. Для кератина шерсти интенсивность характерных рефлексов кристаллических участков не меняется, а рефлексов аморфного участка - повышается, так как в результате образования борных комплексов, происходит ее сжатие, уплотнение и повышение структурированности и степени упорядоченности. Вследствие этого указанные структурные изменения приводят к изменениям физико-механических и химических свойств текстильных волокон, модифицированных бурой. Ключевые слова: шелк, шерсть, полиамид, бура, рентгеноструктурный анализ.

Текстильные волокна характеризуются высокой анизотропией макромолекул. Анизотропия и подвижность макромолекул определяют такие параметры волокон, как прочность, упругость и эластичность, деформационная способность. На уровень анизотропии текстильных волокон значительное влияние оказывает их обработка в различных химических соединениях, при которых происходят изменения строения, структуры и химического взаимодействия в молекулах текстильных волокон. В результате имеет место изменение ряда физико-механических и химических свойств волокон, таких как прочность, упруго-деформационные, сорбционные и красящие свойства.

15

Известно, что первичным элементом кристаллического участка волокнистого полимера является макромолекула. В зависимости от химического состава, ее строение может быть зигзагообразным или спиральным. Для натурального шелка и полиамида характерна зигзагообразная, а для шерсти - спиральная конформация, которая на следующем уровне организации образует трехмерную структуру, элементарным звеном которого является параллелепипед. На следующем этапе происходит их объединение в монокристаллы и сферолиты, и как следствие, образование фибриллярной структуры волокон. Исследования показали, что обработка натурального шелка, полиамида и шерсти в растворах буры приводит к изменению физико-механических и химических свойств текстильных волокон. Считаем, что это является следствием изменения соотношений между кристаллическими и аморфными участками фибриллярных структур текстильных волокон.

Целью исследования является изучение структурных изменений текстильных волокон -натурального шелка, полиамида и шерсти, обработанных бурой.

Возможность образования борных комплексов с волокнами натурального шелка и полиамида, а также с шерстью была изучена методом дифракции рентгеновских лучей. С целью исследования структурных изменений был проведен рентгеноструктурный анализ на диффрактометре общего назначения ДРОН-1,5 с медным анодом и графитовым монохроматором.

При обработке волокон в растворах буры малых концентрации (0,12 г/л) резких изменений в структурах волокон не происходит. Однако, некоторое повышение кристалличности, структурированности и упорядоченности все же наблюдается. На рентгенограммах это выявляется в уменьшении интенсивности импульса, характерного аморфным участкам, появлении новых рефлексов, а также в повышении интенсивности и их степени разрешения характерных рефлексов. На рис. 2-а показаны рентгенограммы натурального шелка, обработанного и необработанного в буре. Как видно из рис. 4-а, выделяются три рефлекса: характеризующие кристаллическую область -

3,67 А, 4,34 А и аморфную область - 9,5 А. После обработки в буре появляется новый рефлекс малой интенсивности - 4,67 А. Должно быть его появление свидетельствует об увеличении степени упорядоченности в структуре волокна натурального шелка; тем более, что его появление сопровождается уменьшением интенсивности рефлекса аморфной области.

5 10 15 20 25 30 20°

Рис. 1. Рентгенограммы натурального шелка, обработанного (---) и необработанного (__) в буре

На рис. 2-б показаны рентгенограммы капрона, обработанного и необработанного в буре. Выделяются два основных рефлекса 3, 76 А и 4,38 А. После обработки в буре их интенсивность

растет. Кроме этого, выделяются два новых рефлекса 3,5 А и 9,1 А. Можно предположить, что это следствие структурированности макромолекулы волокна. Рештеносгрукгурный анализ показал, что в результате комплексообразования структура волокон натурального шелка и полиамида (капрона), обработанных в буре, становится более упорядоченной и структурированной, чем у необработанных. Что же касается шерсти, то из рис. 2-г видно, что шерсть сама по себе является менее структурированной чем натуральный шелк и капрон, однако после обработки в буре, и в ее структуре происходят изменения. В частности, происходит упорядочение и структурирование системы, о чем свидетельствует некоторое повышение интенсивности импульсов, характерных кристаллическому участку волокна.

3.74 А°

1-1-1 -г

5 10 15 20 25 30 2&°

Рис. 2. Рентгенограммы полиамида, обработанного (-)и необработанного (__) в буре

Анализ рентгенограмм кератина шерсти показал, что как для обработанных, так и необработанных в буре полимеров, интенсивность и степень разрешения характерных рефлексов кристаллических участков не меняется (рис. 3). Это подтверждает предположение, что изменения физико-механических и химических свойств волокон связаны с преображениями в аморфных участках. В частности, на рентгенограмме видно, что характерный рефлекс аморфной области от 9,5 А смещается к 9,3 А и при этом, интенсивность рефлекса повышается в «1,4 раза. Это означает, что аморфная область кератина шерсти становится более упорядоченной и кристаллизованной. Свидетельством этого предположения является уменьшение аморфной области от 0,16 нм до 0,09 нм. Это значит, что после обработки в буре, аморфная область становится более ориентированной, упорядоченной и сжатой.

5 10 15 20 2J 30 35 26-

r)

Рис. 3. Рентгенограммы кератина шерсти, обработанного (---)и необработанного (__) в буре

Таким образом, рентгеноструктурный анализ модифицированных бурой текстильных волокон показал, что на рентгенограммах модифицированных полимеров значительно меняются форма, интенсивность и соотношения рефлексов кристаллических и аморфных участков. Для натурального шелка и полиамида интенсивность рефлексов, характерных для кристаллических участков растет, а аморфных - снижается; степень разрешения рефлексов повышается; появляются новые рефлексы за счет повышения структурированности и упорядоченности полимеров. Для кератина шерсти интенсивность характерных рефлексов кристаллических участков не меняется, а рефлексов аморфного участка - повышается, так как в результате образования борных комплексов, происходит ее сжатие, уплотнение и повышение структурированности и степени упорядоченности. В следствие, указанные структурные изменения приводят к изменениям физико-механических и химических свойств текстильных волокон, модифицированных бурой.

Список литературы /References

1. Шарабидзе М.Р., Гогинови К.М. Исследование структурных изменений кератина модифицированной шерсти // Наука, техника и образование, 2017. № 11 (41). С. 8-11.

2. Шарабидзе М., Гогинови К, Хвадагиани Л.Исследование свойлачивания модифицированной шерсти. IX International scientific conference INTERNATIONAL INNOVATION RESEARCH. International center for scientific cooperation "Science and education", 12 June, 2017. С. 26-29.

3. Шарабидзе М.Р., Хвадагиани Л.С. Исследование влияния деформационных свойств модифицированной шерсти на процесс свойлачивания // Молодой ученый, 2017. № 23 (157). С. 180-183.