Применение красителей - Мельников Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
И
третий, сердцевидный, слой, представляющий собой внутренний канал, заполненный высохшими клетками и воздухом.
По способности поглощать влагу из атмосферы шерсть превосходит все известные волокнистые материалы; ее кондиционная влажность (при 20 °С и относительной влажности воздуха 65%) составляет 15—17%).
Главной составной частью шерстяного волокна является белок, называемый кератином. Характерной его особенностью является наличие в макромолекуле серы (3,1%). Молекулярная масса кератина 60 ООО—80 ООО, по некоторым данным — даже 1 ООО ООО.
Макромолекулы кератина построены из остатков девятнадцати различных аминокислот, связанных между собой пептидными связями —CONH—. На концах цепей с одной стороны имеется аминогруппа, с другой — карбоксильная группа. Чередование и последовательность расположения отдельных аминокислотных остатков в макромолекуле кератина полностью не известны. Однако имеются вполне достоверные сведения о строении отдельных фрагментов таких цепей. Так, установлено строение участка полипептидной цепи, построенной из остатков аргинина, треонина, фенилаланина и серина.
NH NH2 ОН NH,
II I II
H2N—С—NH(CH2)3CHCOOH сн3сн—сн—соон
аргинин (Arg) треонин (Thr)
NH2 nh2
<^~^)-СН2СНСООН носн2снсоон
фенилаланин (Phe) серин (Ser)
H2N-C=NH H2N—C=NH
I I
NH CH3 Ph NH CH3 OH
I I I I I I
(CPU, CHOH CH2 (CH2)3 CHOH CH2
I I I I I I
—NHCHCO—NHCHCO—NHCHCO—NHCHCO—NHCHCO—NHCHCO—
Arg Thr Phe Arg Thr Ser
Из приведенной выше формулы небольшого участка цепи кератина можно видеть, что в основной цепи имеются боковые ответвления, на долю которых приходится до 45% относительной молекулярной массы. Боковые ответвления заканчиваются неполярными [СН3, СН(СН3)2, СН2СбН5] или полярными (NH2, СООН, ОН, SH и др.) группировками. Активные полярные функциональные группы боковых цепей взаимодействуют друг с другом в пределах одной и той же полипептидной цепи, а также и с соответствующими группами другой макромолекулы. Межмолекулярные взаимодействия осуществляются посредством
водородных (а), ионных (б) и ковалентных дисульфидных (в) связей:
N—Н- • -0=С NH NH
rch chr1 (!:н—сн2-соо- h3n(Ch,)4(!:h
III J,
С=0-• -Н—N СО СО
III I
а б
NH СО
?с
ch-ch,-s-s-ch2—?н
I I
СО NH
I I
в
Полипептидные цепи образуют в волокне микрофибриллы и фибриллы. Эти структурные образования неоднородны, что предопределяет наличие кристаллических, аморфных и псевдо-кристаллических областей.
Вследствие неплотности упаковки различных структурных элементов шерстяное волокно пронизано системой субмикроско-пических пор. В сухом волокне размер их составляет 0,3—0,6 нм, в набухшем волокне — до 4—6 нм. Соответственно этому возрастает и активная внутренняя поверхность шерстяного волокна: от 1 м2/г в сухом состоянии до 200 м2/г при набухании в водной среде.
В зависимости от внешних воздействий полипептидные цепи кератина могут принимать различные конформации. Различают две основные взаимообратимые модификации: а (исходное волокно) и р (вытянутое волокно). Кроме того, возможно существование временно фиксированной, постоянно фиксированной и сверхсокращенной форм. Переход из исходной a-структуры в другие модификации происходит при воздействии на растянутое волокно горячей воды или пара. В практическом отношении наиболее интересна конформация, отвечающая структуре фиксированной формы кератина. Она возникает при длительной (30—60 мин) обработке растянутого волокна паром; при 110— 115 °С длительность обработки резко уменьшается.
Наличие амино- и карбоксигрупп на концах макромолекулы кератина и в боковых ответвлениях обусловливает амфотерные свойства этого волокна. Обычно его полипептидные цепочки упрощенно представляют в форме биполярного иона (К — остаток кератина), который может реагировать как с кислотами (уравнение 5), так и с основаниями (уравнение 6).
H3N-K-COO- + Н+ H3N—К—СООН (5)
H3N—К—COO" + 'ОН H2N—К—COO" + Н20 (6)
16
В кислой среде кератин приобретает избыточный положительный заряд, а в щелочной — избыточный отрицательный заряд. При определенном значении pH среды эти заряды уравниваются. Такое значение pH носит название изоэлектрической точки. Для кератина шерсти оно составляет 4,2—4,8. Полная обменная емкость (по кислоте) шерстяного волокна при подавлении кислотной диссоциации всех карбоксильных групп кератина составляет 0,8—0,9 моль/кг. Полная обменная емкость (по щелочи) равна 0,9 моль/кг.
Химические свойства шерстяного волокна и чувствительность его к действию различных реагентов определяется наличием амидных групп, дисульфидных связей, а также амино- и карб-оксигрупп.
Шерсть, как и целлюлозные волокна, активно взаимодействует с молекулами воды. Поглощение волокном влаги сопровождается его набуханием, причем в момент насыщения диаметр волокна увеличивается на 18—20%, а длина — на 1,5— 2%. Изменяются и физико-механические свойства волокна: оно сильнее растягивается и становится менее прочным. Влага действует как внутримолекулярная смазка, уменьшая силы сцепления между полипептидными цепями вследствие диссоциации ионных связей и ослабления взаимного притяжения амино- и карбоксигрупп в боковых цепях.
