CC BY
16
УДК 543.421/.424
А. А. Чижевский, И. Ш. Абдуллин, А. А. Азанова ОСОБЕННОСТИ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ ОБРАБОТАННОГО В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ
ЛЬНЯНОГО МАТЕРИАЛА
Ключевые слова: спектроскопия, Фурье спектр.
Применение инструментальных методов исследования высокого качества позволяют разобрать структуру сложных биологических объектов типа волокон.
Keywords: spectroscopy, Fourier spectrum.
Application of instrumental methods of high quality allow to disassemble the structure of complex biological objects such as fibers.
Введение
Для улучшения технологических
характеристик природные материалы типа льна и хлопка подвергают химической обработке. Альтернативой традиционным химическим методам воздействия на текстильные материалы является «сухая» обработка газовыми разрядами, например, высокой частоты. При воздействии разрядов на волокно происходят изменения в тонких приповерхностных слоях пор и капилляров, которые можно зафиксировать, применяя лишь современные методики, такие как, например, инфракрасная (ИК) спектроскопия высокого разрешения или Фурье. Целью работы являлось исследование спектроскопических закономерностей
газоразрядного воздействия на природные материалы, такие как лён.
Материалы и методы
Исследованы два образца обработанного и необработанного в разряде ленсодержащего текстильного материала, а именно полульняной парусины двух артикулов 1292 и 1293, до и после обработки в потоке высокочастотного емкостного разряда при пониженном давлении в среде воздуха. ИК спектры снимали на Фурье спектрометре 1ЯГИпку-1 фирмы 8Ыша^и.
Результаты и обсуждение
При наложении образцов до обработки и после обработки, группировкой сигналов получаем отнесение структуры отдельных фрагментов и структурные изменения. ИК-спектры образцов представлены на рис.1-4. Структура целлюлозы льна характеризуется высокой молекулярной массой макромолекул (порядка 8000). Эта величина незначительно
на
полосах полимера.
цепочки из D -
сказывается поглощения Элементарные полимера состоят глюкопиранозы соединённой (3 - 1,4 гликозидной связью. Такая связь является эфирной и перекрывается сигналами фуранового кольца. По литературным данным следует ожидать наличие
полос поглощения в ассиметричные и 815
области 1100 см-см-1 симметричные
сигналы[1], неплоских деформационных колебаний групп ОН при 700 см-1. Так же плоские деформационные колебания ОН групп про 1333 см-1 широкой полосой. Валентные колебания групп СН находятся в области 2857 см-1. Широкая полоса валентных колебаний ОН в области 3300 см-1 [2].
Рис. 1 - Лён артикула 1292 после обработки
Рис. 2 - Лён артикула 1292 до обработки
Представленный материал арт.1292 до и после обработки в разряде рис. 1 и 2, табл. 1 согласно спектроскопическому исследованию имеет спектры, имеющие идентичные и отличающиеся сигналы. Спектры согласуются в области до 964 см-1. Это обусловлено «мягкой» разрядной обработкой, при которой не затрагивается углеродный скелет. В
3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 Лен О 1292 1/cm
3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 Лен N 1292 1/cm
обработанном образце преобладает полоса С—О колебаний 1010 см-1. Это указывает на то, что при обработке увеличилось число окисленных групп. Наблюдается смещение в области 3200-3000 см-1 сигнала в сторону длинных волн, показывающее на образование водородных связей по этим группам. Выделяются колебания свободных колец глюкопиранозы 1165 см-1, свидетельствующие об очистке материала от загрязнений. На обработанном образце отсутствует полоса 1258 см-1, присутствующая в исходном. Данное отличие указывает на изменение конформации углеродного скелета и образование водородных связей. Смещение полос в диапазоне 1300-1460 см-1 дополнительно указывает на изомеризацию скелета молекулы и перестройки водородных связей [4-6]. Обработанный образец содержит больше С=О групп по сравнению с исходным, при этом эти группы вовлечены в связывание водородными связями. Собственно сигнал 1612см-1 можно отнести в соответствующей группе, а водородные связи отражаются сигналом 1890см-1.
Таблица 1 - Сигналы целлюлозной структуры
волокон
864 N Неплоские ОН
941 О Ассиметричные валентные
964 N
1010 О С О валентные
1049 N
1165 О Ассиметричные валентные кольца
1258 N Плоские ОН
1304 О СН2
1365 N Плоские ОН
1396 О
1458 N
1612 О Валентные С==О
1720 N
1759 О
1797 N СО---Н
1890 О СО---Н
2839 О СН2
2854 N
2893 О
2963 ^О С-Н
3124 ^О
3256 ^О
Следующий диапазон дополнительно указывает на конформациооные изменения 28502962 см-1, 3124 см-1, 3255 см-1. Поскольку данный диапазон принадлежит к валентным колебаниям, то можно утверждать, что ввиду изменения интенсивности наложенных пиков увеличивается системы водородных связей.
Спектроскопическое исследование материала арт.1293 представлено рисунками 3 и 4. Имеются некоторые сдвиги сигналов или (и) интенсивностей. Эти результаты описываются как и в случае с материалом арт. 1292 «мягкой» разрядной обработкой по углеродному скелету. Уширения общих диапазонов (то есть пики в следствии сильного поглощения сигналы плохо разрешились)
указывают на большую плотность материала, в результате чего материал стал более интенсивно поглощать в ИК области.
_____/ПХ._____и,
— 1651 ,07 Л 1
>1
-2900,94 -г- ¥
240 ,4 1 3209,55 ¡178,69 24,68 Л
Ди МЛ А1\ Л / \ 1 г
К N ь ТТГ |
3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 Лен_Ы_1293 1/ст
Рис. 3 - Лён артикула 1293 до обработки
1 ,А
Л
■
Т 1 /
2 А 1
С ЛЛ / у
/ К -—•Л, 1 \ / 1
3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000
Лен_О_1293 1/ст
Рис. 4 - Лён артикула 1293 после обработки
В спектре обработанного образца присутствует широкий пик в диапазоне 900 - 1056 см-1 , относящийся к неплоским колебания ОН и С— О связей. Можно предположить, что в результате обработки количество таких связей стало меньше, или были отщеплены некоторые ОН группы, на что и показывает такое уширение пика.
Сигналы колебания кольца и кислородных мостиков синхронно изменили интенсивности пиков 1100 см-1, 1150 см-1 на противоположные. Так, в результате обработки участков цепи с кислородными мостиками в результате комформационной изомеризации наблюдается распрямлённость цепи, аналогична распрямлению углеродной цепи жироно-кислотной частей масел в результате термической обработки более 50 оС.
Это подтверждается тем, что в исходном образце заметны веерные колебания СН2 и плоские колебания ОН, а в обработаном наблюдются деформационные колебания СН и СН2 , свойственные транс- изомерным структурам.
Смещение полосы С==О связи 1651 см-1 в 1627 см-1 в длинноволновую область свидетельствует об образовании дополнительных водородных связей [5, 6].
Диапазон валентных колебаний СН и СН2 при 2900 см-1 сместился на 7 см-1, что указывает на образование водородных связей.
В следующем диапазоне у обработанного образца выделяются сигналы после 3263 см-1, что указывает увеличение плоскостных водородных связей.
Выводы
Согласно ИК-спектроскопического
исследования можно заключить, что в процессе газоразрядной обработки произошло частичное окисление материала, за счёт чего произошла перестройка льняных волокон. Данные изменения могут приводить, с одной стороны, к увеличению жесткости, материала, а с другой - к его упрочнению. Вместе с тем, возможно увеличение гидрофильности и газо-паропрницаемости за счёт увеличения пространства между слоями. Это вызвано распрямлением скелета цепи элементов волокон.
Таким образом, выполненные ИК-спектрометрические исследования позволяют заключить, что газоразрядная обработка, вызывает конформационные изменения и перестройку водородных связей поверхностных слоев льняного волокна.
Работа выполнена при финансовой
поддержке по проекту № 2196 от 01.02.2014 г. и
субсидии № 14.577.21.0019 от 05.06.2014
Литература
1. Смит А., Прикладная ИК спектроскопия, «Мир», М., 1982.
2. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения, сб. статей, ред. Г.Н.Жижина, «Мир», М., 1972.
3. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во Казан.ун- та, 2000.-348с.
4. Абдуллин И.Ш., Панкова Е.А., Сысоев В.А., Салимова А.И., Исследование взаимодействия мономерных циклических карбонатов с аминными группами белка / И.Ш. Абдуллин, В.А. Сысоев, Е.А. Панкова, А.И. Салимова // Вестник Казан. технол. ун-та. 2003. №1, С.110-112.
5. Абдуллин И.Ш., Ахвердиев Р.Ф., Шаехов М.Ф., Неравновесная низкотемпературная плазма пониженного давления в процессах обработки натуральных полимеров // Вестник Казан. технол. ун-та. 2003- №2. - С. 348 - 353. / .
6. Некоторые полезные сайты: http://www.ftirsearch.com http: // www.spectroscopymag.com http:// www.spectroscopynow.comhttp://riodb01.ibase.aist.go.jp
© А. А. Чижевский - к.х.н., с. н. с. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д.т.н., проф. зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; А. А. Азанова - к.т.н., доцент каф. моды и технологии КНИТУ, [email protected].
© A. A. Chizhevsky, Ph. D. the Department Рlasma chemical materials and high-molecular nanotechnology, KNRTU, [email protected]; I. Sh. Abdullin, d. T. N., Professor, Head of the Department Рlasma chemical materials and high-molecular nanotechnology, KNRTU, [email protected]; A. A. Azanova, Ph. D, Associate Professor, Dept.. Fashion and Technology, KNRTU, [email protected].
