CC BY
92
УДК 677.021.151.232
СВОЙСТВА ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА СЕЛЕКЦИОННОГО СОРТА ЛЬНА-ДОЛГУНЦА «А-93» С ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ В ТВЕРСКОЙ И КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТЯХ
© С.А. Кокшаров1, С.В. Алеева1, Т.А. Кудряшова2, А.Ю. Кудряшов2
1 Институт химии растворов РАН, ул. Академическая, 1, Иваново, 153045 (Россия) E-mail: sva@jsc-ras.ru
2Всероссийский научно-исследовательский институт льна, ул. Луначарского,
35, Торжок Тверской обл., 172002 (Россия) E-mail: vniil@torzhok.tver.ru
Путем последовательной экстракции полиуглеводов определено содержание пектиновых веществ, нейтральных углеводов, целлюлозы и кислотонерастворимого лигнина в соединительных тканях стланцевого и моченцового трепаных волокон, полученных из одного селекционного сорта льна, выращенного в разных регионах. Прослежено влияние почвенного фактора на биосинтез полимеров лубяной части стебля, их расщепление при биологических методах обработки льносоломы и физико-механические свойства чесаного волокна.
Ключевые слова: лен-долгунец, селекционный сорт, регион выращивания, трепаное волокно, полимерный состав, физико-механические свойства.
Исследования выполнены в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» (гос. контракт № 02.513.11.3229) и при финансовой поддержке гранта Президента РФ молодым ученым кандидатам наук (проект № МК-8178.2006.3).
Введение
Разработка льноводами новых отечественных высокопроизводительных сортов растения должна учитывать множество факторов, влияющих на качество получаемого лубоволокнистого сырья. В данной работе прослежено влияние почвенного фактора при выращивании и переработке селекционного сорта льна-долгунца «А-93» (разработка ВНИИЛ) урожая 2005 г.
Экспериментальная часть
Выращивание проведено в Тверской области на опытном поле ВНИИЛ и в Костромской области на опытном поле Костромского НИИСХ. Теребление осуществлено в раннюю желтую спелость. Расстил стеблей соломы на льнище произведен непосредственно после теребления и обмолота в один и тот же срок, а подъем льнотресты осуществлялся по мере ее вылежки (отделяемость в пределах 4,5-6,0 ед.). В обоих регионах работа проводилась в соответствии с методическими указаниями [1]. Для сопоставления экспериментальные партии льносоломы подвергнуты тепловой мочке в соответствии с методическими указаниями [2] при 35... 37 °С в течение 4 сут. без смены мочильной жидкости с контролируемым подкислением раствора от исходного уровня 7,07 ед. рН и поддержанием минимального значения не ниже 4,5.. .5,5.
Содержание полиуглеводов определяли путем их последовательной экстракции из волокнистого материала в соответствии с методиками [3]. Пектиновые вещества извлекали 1%-ным раствором лимоннокислого аммония [4]. Спектрофотометрическое измерение содержания пектина проводили при длине волны 360 нм по окрашенному комплексу пектина с о-толуидином [5].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Далее проводили экстракцию легкогидролизуемых нейтральных полисахаридов соединительных тканей льняного волокна кипячением в 2%-ном растворе НС1. После нейтрализации раствором №2С03 определяли углеводы по методу Вильштеттера и Шуделя [4] с гидролитическим их расщеплением на моносахариды в растворе щелочи и титрометрическим определением количества химически связываемого йода в пересчете на глюкозу. Аналогичным методом определяется количество целлюлозы после растворения остатка волокна в 72%-ной Н2804 и отделения коагулированного лигнина на фильтре с белой лентой с последующим весовым определением содержания последнего [4].
Оценка физико-механических свойств чесаного льноволокна осуществлена в соответствии с методическими указаниями [2]. Гибкость Г определена на гибкомере Г-2 как среднее арифметическое для 30 прядок каждого вида волокна, вырезанных по шаблону длиной 29 см и доведенных на квадранте ПО-2 до массы 425 мг, по высоте провиса свободных концов анализируемых отрезков. Разрывное усилие волокна Р получено как среднее арифметическое результатов испытания тех же 30 проб на динамометре ДКВ-60 с точностью до 0,1 дН. Линейная плотность Т определена для комлевой части горстей чесаного волокна путем вырезки из прядей отрезков длиной 10 мм, взвешивания 5 проб массой по 10 мг с точностью до 0,001 г и последующего подсчета под увеличительным стеклом количества волоконец в каждой пробе. При этом комплексы, расщепленные на половину длины и более, считают числом волокон в расщепленном конце; количество волокон длиной менее 10 мм, но более 5 мм делят на 2, а волокна короче 5 мм в расчет не принимают. Суммируя число волокон по пяти пробам, определяют среднее значение показателя для расчета линейной плотности из соотношения:
Т = т
Ь • п’
где т - масса пробы, мг; Ь - длина волокон, м; п - среднее число волокон в пробе, шт.
На основании совокупности указанных свойств возможен прогноз прядильной способности волокна на основе расчета показателя добротности пряжи Др (км или сН/текс), для определения которого рекомендовано [2] выражение:
Др = 2,1 + 0,1 • Г + 0,2 • Р + 0,013 • Т.
Обсуждение результатов
Различия между анализируемыми партиями волокнистого материала видны даже при внешнем осмотре образцов. Результаты органолептической оценки полученного трепаного льноволокна представлены в таблице 1. Как видно, сопоставляемые образцы волокнистого материала существенно различаются своей окраской, жесткостью и закостренностью. Более привлекательные внешние характеристики и меньшее количество сорных примесей костры имеет волокно с опытного поля ВНИИЛ. Наиболее интенсивная окраска, свойственная сильно лигнифицированным волокнистым материалам, и значительная засоренность наблюдается в образцах моченцового волокна с опытного поля Костромского НИИСХ.
Визуальное сопоставление образцов подкреплено инструментальной оценкой особенностей формирования полимеров лубяного пучка и деструкции растительных тканей стебля при разных способах получения льнотресты, а также проведением физико-механических испытаний чесаного волокна. Результаты анализа полимерного состава сравниваемых образцов трепаного льняного волокна приведены в таблице 2 с дифференциацией для комлевой, вершинной и срединной зон льняного стебля.
Таблица 1. Сопоставление внешнего вида лубоволокнистого сырья
Регион Вид льнотресты Характеристика трепаного волокна
Тверская обл. стланец моченец цвет от серого до бурого; неравномерная толщина по длине; более светлые участки обладают большей мягкостью, чем темные; практически не содержит примесей костры цвет волокна неравномерный: от светло-бежевого (телесного) до темно-бежевого с преобладанием последних; волокна со светлой окраской более мягкие, темные - достаточно жесткие; практически не содержит примесей костры
Костромская обл. стланец моченец цвет светло-серый неравномерный, плавно переходящий в бурый; толщина волокна по длине неравномерная; средняя жесткость; содержит незначительное количество примесей костры размером 2.. .5 мм цвет бурый с зеленым оттенком; толщина волокна по длине неравномерная; средняя жесткость; содержит значительное количество костры с размером 2.13 мм
Данные химического состава моченцового волокна позволяют сопоставить влияние условий выращивания льна на двух опытных участках в примерно одинаковых климатических условиях и при одинаковом режиме первичной переработки льносоломы. Результаты анализа подтверждают, что волокно, полученное из сырья, выращенного на поле Тверского ВНИИЛ, менее лигнифицировано. В определенной степени это связано с повышенной закостренностью моченцового волокна с костромского участка. Однако двухкратное превышение количества лигниновых примесей в сравнении с образцами тверского моченца обусловлено, по-видимому, более значительным одревеснением лубяной части стебля в растительном сырье из Костромской области.
Дополнительную специфику в изменение химического состава волокна после лугового расстила льносоломы вносит различие почвенной микрофлоры, обеспечивающей протекание мацерационных процессов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при расстиле на поле Костромского НИИСХ в расщеплении стеблей активно участвуют лигниндеструктирующие грибы «белой плесени». Это обеспечивает снижение содержания лигнина в стланцевом волокне по сравнению с моченцом в 1,5 раза. Микрофлора льнища на тверском опытном участке либо не содержит таких микроорганизмов, либо примеси лигнина, присутствующие в лубяных пучках в относительно малых количествах, не испытывают действия вырабатываемых ими ферментов.
Принципиальные отличия наблюдаются в характере расщепления пектиновых примесей. Как видно, в сырье с костромского опытного участка пектиновые вещества расщепляются ферментами аэробных микроорганизмов при луговом расстиле в 1,5 раза хуже, чем под действием анаэробных бактерий рода Clostridium, развивающихся в условиях тепловой мочки соломы. Вероятной причиной наблюдаемых различий являются особенности химического строения полиуронидных соединений, постоянно трансформирующихся в процессе роста растения. Специфика строения полимера предопределяет возможность его деструкции разными группами ферментов гидролитического или элиминирующего действия, продуцируемых разными видами микроорганизмов. Выращивание того же сорта льна-долгунца на тверском опытном участке, по-видимому, создает иные условия биосинтеза полиуронидов, что обеспечивает несколько лучшие результаты их расщепления при луговом расстиле. При этом в условиях тепловой мочки пектиновые примеси практически не деструктируют.
Сопоставляя содержание примесей по зонам льняного стебля, можно предполагать, что сырье, выращенное на тверском участке, даст более равномерные смески в текстильных материалах. Костромское сырье в связи с повышенным содержанием примесей в комлевой части стебля будет сложнее перерабатываться в текстильном производстве для предупреждения «шишковатости» пряжи.
Представленные в таблице 3 результаты испытания физико-механических свойств чесаного льноволокна подтверждают, что район выращивания льна оказывает существенное влияние на технологические характеристики получаемого текстильного сырья. При этом следует отметить неоднозначность наблюдаемых отклонений. По показателю гибкости оба вида волокна с костромского опытного участка превосходят тверские аналоги.
Таблица 2. Влияние условий выращивания и переработки льна на полимерный состав соединительных тканей элементарных волокон в лубяном пучке
Регион Вид льнотресты Зона стебля Содержание полимеров, масс. %
лигнин пектин полисахариды соединительных тканей целлюлоза
Костромская обл. моченец стланец вершина середина комель среднее значение вершина середина комель среднее значение 10.3 11.4 11,7 11,1 7,1 7.8 7.9 7,5 3.5 3,9 3.1 3.5 5.2 5.2 5.5 5.3 16,8 17.0 16.5 16,8 16.0 17,0 16.5 16.5 64.7 64.6 65,2 64.8 63.6 63.5 63.5 63.5
вершина 5,8 6,5 16,0 63,4
середина 5,6 6,0 14,5 63,3
б о моченец комель 6,0 6,6 13,5 63,4
ая среднее значение 5,8 6,4 14,7 63,4
к с р вершина 5,5 3,8 13,5 64,7
О И Н стланец середина 5,6 4,2 13,9 64,5
комель 5,9 4,5 12,6 64,2
среднее значение 5,7 4,2 13,3 64,5
Таблица 3. Влияние условий выращивания и переработки льна на физико-механические свойства чесаного волокна
Вид льнотресты Свойства чесаного волокна Добротность пряжи Др, км
Регион Зона стебля гибкость, Г, мм разрывное усилие Р, дН линейная плотность Т, текс
Костромская обл. вершина 49,9 5,6 4,1 8,3
моченец середина 51,3 7,5 3,9 8,8
комель 52,6 5,7 4,0 8,6
вершина 55,8 8,8 6,3 9,5
стланец середина 53,7 8,5 5,8 9,2
комель 56,2 7,4 5,3 9,3
Тверская обл. вершина 25,7 11,6 6,2 7,1
моченец середина 24,9 14,4 6,0 7,5
комель 30,7 15,7 7,1 8,4
вершина 37,5 14,5 4,4 8,8
стланец середина 29,9 16,7 4,4 8,5
комель 32,2 21,0 4,3 9,6
Раздробленность волокна коррелирует с содержанием нерасщепленных полиуронидных соединений, являющихся клеящей основой связующих веществ в структуре лубяного пучка. Наибольшую линейную плотность имеет тверское моченцовое волокно, в котором поперечно сшитые структуры нерасщепленного углеводно-белкового комплекса примесей между элементарными волокнами и в инкрустирующем слое остатков паренхимных тканей резко повышают сопротивляемость разрывным нагрузкам. Однако увеличение величины разрывного усилия технического волокна и его вклада в расчетный показатель добротности пряжи не может рассматриваться в качестве позитивной тенденции и требует проведения более интенсивных методов удаления примесей целлюлозы при переработке сырья на текстильных предприятиях. Отмеченный факт ставит под сомнение корректность прогностической оценки качества волокна по приведенному показателю добротности пряжи.
Выводы
1. Установлено, что выращивание и переработка одного сорта льна-долгунца в разных регионах существенно влияет на синтез полимерных компонентов лубяных пучков и на разрушение растительных тканей стебля в условиях лугового расстила и тепловой мочки. Изменение содержания спутников целлюлозы коррелирует с физико-механическими свойствами волокна.
2. Наилучшая совокупность свойств волокна из селекционного сорта «А-93» получена при выращивании и луговом расстиле льна в Костромской области.
Список литературы
1. Пашин Е.А., Кудряшов А.Ю., Серова Е.Н. и др. Методические указания по проведению технологической оценки качества льна-долгунца в системе государственного сортоиспытания. Кострома: ВНИИЛК, 2006. 38 с.
2. Лебедев Я.Л., Егоров М.Е., Ковалев В.Б. и др. Методические указания по проведению технологической оценки льносоломы и опытов по первичной обработке льна. Торжок: ВНИИЛ, 1972. 54 с.
3. Иванов А.Н. Физико-химические основы технологии приготовления льнотресты: дис. ... д-ра техн. наук. Кострома, 1989. 535 с.
4. Лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов / под ред. Ф.И. Садова, М., 1963. 428 с.
5. Усов А.И., Яроцкий С.В. Раздельное определение гексоз и пентоз при помощи о-толуидинового реагента // Известия Академии наук СССР. Серия химическая. 1974. №4. С. 877-880.
Поступило в редакцию 27 сентября 2007 г.
После переработки 5 февраля 2008 г.
