Włókna naturalne, sztuczne i syntetyczne
Lniana koszula, szata z naturalnego jedwabiu, a może polarowa bluza lub ubranie z materiału, z jakiego wykonuje się kombinezony kosmonautów? Współczesny człowiek może wybierać z bardzo szerokiej oferty materiałów, wykorzystywanych do produkcji odzieży. Jak dzięki rozwojowi technologii chemicznej zmieniły się materiały, które służą nam do wytwarzania odzieży i innych wyrobów z włókien?
budowę chemiczną białek i cukrów złożonych;
budowę oraz przykłady polimerów.
klasyfikować włókna na naturalne (białkowe i celulozowe), sztuczne i syntetyczne, a także podawać ich przykłady;
rozpoznawać rodzaj włókien oraz przygotowywać doświadczenia, które pozwoli zidentyfikować włókna białkowe i celulozowe, sztuczne i syntetyczne;
opisywać zastosowania włókien naturalnych, sztucznych i syntetycznych, uwzględniając przy tym ich wady i zalety.
1. Włókna naturalne
Wśród włókien naturalnychwłókien naturalnych wyróżnia się włókna pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.
Włókna roślinne pozyskuje się z różnych części roślin – nasion (bawełna), łodyg (len, konopie, juta, ramia), liści (sizal) lub owoców (włókna kokosowe).
Włókna pochodzenia zwierzęcego uzyskuje się np. z włosów ssaków (wełna, włosie), a także z wydzielin zwierzęcych (jedwab).
Najczęściej wykorzystywane – zwłaszcza do produkcji odzieży – włókna naturalne to bawełna, wełna, len i jedwab. Dlatego o nich warto dowiedzieć się więcej.
Zapisz, jakie związki organiczne, które wchodzą w skład komórek roślinnych i zwierzęcych, mogą tworzyć włókna.
Wszystkie włókna są zbudowane z makrocząsteczek (polimerów). Polimery są związkami wielkocząsteczkowym, zbudowanymi z powtarzających się elementów, tzw. merów, które mogą tworzyć struktury proste, rozgałęzione lub przestrzenne. Polimery występują naturalnie w przyrodzie (biopolimery) bądź mogą być otrzymywane syntetycznie. Włókna naturalne są zbudowane z biopolimerów, takich jak celulozy, białek, a włókna sztuczne z makrocząsteczek naturalnych, które zostały zmodyfikowane w wyniku procesów chemicznych.
Czy wiesz, jakie cząsteczki budują włókna tkanin, z którymi masz styczność na co dzień? Aby poznać kilka z nich, obejrzyj poniższy film, a następnie rozwiąż zamieszczone do niego zadanie.
Włókna naturalne występują w przyrodzie w stanie gotowym do przerobu. Mogą być dostarczane przez rośliny, zwierzęta oraz występować w postaci minerałów.
Te roślinne są zbudowane z celulozy. Oprócz niej, w niewielkich ilościach występują lignina (polimer, którego monomerem są alkohole), a także kleje roślinne (pektyny).
Na podstawie fragmentu wzoru celulozy wskaż, który z poniższych wzorów przedstawia cząsteczkę glukozy.
Wśród włókien naturalnych wyróżnić można włókna pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.
Włókna roślinne
Bawełna jest materiałem pozyskiwanym z krzewów bawełnianych. Białe włókna otaczają nasiona rośliny, tworząc na krzewach liczne kępki, przypominające z wyglądu watę. Dawniej dojrzałe włókno zbierano ręcznie, natomiast w dzisiejszych czasach robi się to głównie maszynowo.
Tkaniny z bawełny są miękkie i przewiewne, a jednocześnie wytrzymałe, co stwarza wiele możliwości ich zastosowania. Łatwo o nie dbać – nadają się do prania w pralce, można je wirować oraz prasować w wysokiej temperaturze.
Bawełnę wykorzystuje się do produkcji odzieży, tkanin pościelowych, obrusów, środków opatrunkowych, sieci rybackich, filtrów do kawy.
Inną rośliną dostarczającą naturalnych włókien jest len. Jego włókna pozyskuje się z łodyg tej rośliny. Jest to proces długotrwały i skomplikowany, który obejmuje wiele etapów. Len był najpopularniejszym surowcem do produkcji odzieży, dopóki nie wprowadzono mechanicznej obróbki bawełny.
Tkaniny z lnu są chłonne i „oddychające”, dzięki czemu zapewniają szczególny komfort w upalne dni. Są ponadto trwałe i odporne na zabrudzenia. Ich wadą jest podatność na zagniecenia, które trudno rozprasować (niezbędna jest wysoka temperatura prasowania, można ułatwić ten proces poprzez prasowanie lekko wilgotnych tkanin lnianych).
Lniana odzież oraz inne wyroby z włókien lnianych są traktowane obecnie jako wyroby ekskluzywne i eleganckie.
Sizal (sisal) to włókno otrzymywane ze specjalnego gatunku agawy. Jest twarde i bardzo wytrzymałe. Stosuje się je do wyrabiania powrozów (lin, sznurów), mat i worków.
Włókna zwierzęce
Wełna to włókno naturalne pozyskiwane głównie z sierści owczej (merynos, szewiot, szetland) lub pochodzącej od innych zwierząt trawożernych – kóz (moher, kaszmir), królików (angora), lam, alpak i wielbłądów (wełna zwierząt wielbłądowatych, np. wikunia, kamel, alpaka). Najbardziej rozpowszechniona jest wełna owcza, produkowana w wielu rodzajach, jednak w ostatnim czasie coraz większą popularność zyskuje także wełna alpak.
Najlepszą gatunkowo wełnę uzyskuje się z owiec rasy merynos. Posiada ona cenione przez użytkowników cechy, takie jak wyjątkowo cienkie włókna, miękkość, puszystość.
Wyroby z wełny cechują doskonałe właściwości termoregulacyjne – wełniana odzież zapewnia ciepło oraz szybko chłonie i odprowadza wilgoć. Ponadto wełna nie jest podatna na zabrudzenie oraz nie pochłania zapachów.
Z niej produkuje się cieplejszą odzież, dywany, wykładziny, koce, poduszki oraz kołdry. Współcześnie wełna jest stosowana głównie w mieszankach z innymi włóknami i straciła bardzo na popularności na rzecz włókien syntetycznych.
Jedwab naturalny jest włóknem wytwarzanym przez gąsienice motyli jedwabników, a najbardziej popularnym gatunkiem są jedwabniki morwowe. Gąsienice przędą dwie nitki jedwabiu, tworząc z nich kokon, w którym następnie się przepoczwarzają. Te dwa włókna są ze sobą sklejone; dopiero rozdzielenie i rozplątanie kokonu oraz odpowiednia obróbka w gorącej wodzie pozwalają na uzyskanie nici o długości nawet od do . Włókna jedwabiu są najbardziej wytrzymałymi spośród włókien naturalnych.
Tkanina jedwabna ma charakterystyczną, rozpoznawalną od pierwszego dotyku strukturę. Jest lekka i przewiewna, bardzo dobrze się układa. Uznaje się ją za najszlachetniejszą z tkanin. Jedwab jest włóknem bardzo drogim ze względu na koszt produkcji oraz pożądane właściwości użytkowe.
Tkaniny jedwabne są bardzo delikatne – zaleca się prać je ręcznie w letniej wodzie (do ), a prasować je powinno się w temperaturze nie wyższej niż .
Początkowo do wytwarzania odzieży człowiek wykorzystywał tylko naturalne surowce. Już w epoce kamienia, obok prymitywnej odzieży ze skóry zaczęto także używać tkanin z włókien roślinnych. Egipcjanie nosili szaty lniane, a z kolei Hindusi bawełniane. Dzisiaj syntetyzuje się włókna o różnorodnych właściwościach i zastosowaniach. Jednak niektóre cechy włókien naturalnych są nadal bardzo trudne lub wręcz niemożliwe do uzyskania w procesach technologicznych.
Do przędzenia nici służyły najpierw bardzo proste, a z czasem coraz bardziej skomplikowane urządzenia. Z biegiem czasu ręczne warsztaty tkackie zaczęto zastępować maszynami i tak powstał współczesny przemysł włókienniczy.
Włókna mineralne
Jeszcze przed powszechnie stosowanym i cenionym naturalnym włóknem mineralnym był azbest, który występuje w kilku odmianach o różnym składzie chemicznym. Odmiana włóknista jest zbudowana z cienkich, miękkich, lśniących włókien o barwie białej lub szarej, które charakteryzują się wytrzymałością na wysoką temperaturę oraz słabym przewodnictwem ciepła i elektryczności. Przędza azbestowa (wytwarzana z dodatkiem bawełny) miała zastosowanie w produkcji tkanin ognioodpornych i odpornych na działanie kwasów, a także w procesie wytwarzania tektury i papy azbestowej, używanych do izolacji cieplnej i elektrycznej.
W wielu krajach produkty wykonane z azbestu zostały już wycofane z użytku (w Polsce w ) z uwagi na bardzo szkodliwe działanie jego włókien na zdrowie (pylica azbestowa, nowotwory). Obecnie prowadzone są na wielką skalę działania, które mają na celu wyeliminowanie azbestu i zawartych z nim wyrobów z naszego otoczenia.
2. Włókna wytwarzane w chemicznych procesach technologicznych – włókna sztuczne i syntetyczne
Włókna sztuczne
Włókna sztuczneWłókna sztuczne są wytwarzane z surowców naturalnych (naturalnych polimerów, tj. celulozy, białka, kauczuku), które poddaje się następnie obróbce chemicznej.
Wiskoza to włókno, które składa się głównie z celulozy, którą pozyskuje się przede wszystkim z drewna. Tkaniny z wiskozy, w zależności od sposobu obróbki technologicznej i wykończenia, mogą imitować bawełnę, wełnę lub jedwab. Są materiałem termoregulującym i przewiewnym, wchłaniającym wilgoć, miękkim, elastycznym i przyjaznym w dotyku. Gdy wiskoza jest mokra, produkty z niej wykonane są podatne na odkształcenia i uszkodzenia. Przed schowaniem do szafy ubrania z wiskozy upewnij się, że na pewno jest suche – ze względu na łatwe wchłanianie wilgoci przez tę tkaninę, jest ona podatna na pleśń.
Modal jest włóknem składającym się w z celulozy. Jego proces produkcyjny jest bardzo zbliżony do procesu produkcyjnego wiskozy. Cechuje go duża odporność na uszkodzenia i atłasowy połysk. Co więcej, pochłania o więcej wilgoci niż bawełna. Tkaniny wykonane z niego są przewiewne, miękkie i sprężyste. Z modalu produkuje się m.in. bieliznę, odzież sportową i pościel.
Wysoka cena jedwabiu i jego wyjątkowe właściwości użytkowe sprawiają, że dąży się do uzyskania jego tańszego odpowiednika, który może być szerzej dostępny dla konsumentów. Czy wiesz, w jaki sposób można odróżnić naturalny jedwab od jego sztucznego zamiennika? Wykonaj poniższe doświadczenie, polegające na spalaniu próbek obu materiałów. Na podstawie wykonanych czynności, sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski.
Wysoka cena jedwabiu i jego wyjątkowe właściwości użytkowe sprawiają, że dąży się do uzyskania jego tańszego odpowiednika, który może być szerzej dostępny dla konsumentów. Czy wiesz, w jaki sposób można odróżnić naturalny jedwab od jego sztucznego zamiennika? Aby pomóc Ci odpowiedzieć na to pytanie, wykonano doświadczenie, polegające na spalaniu próbek obu materiałów. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie umieszczone poniżej.
Problem badawczy:
Jak rozpoznać (zbadać), czy tkanina wykonana jest z jedwabiu naturalnego bądź sztucznego?
Hipoteza:
Jedwab naturalny jest włóknem białkowym, dlatego powinien palić się, wydzielając zapach palonego białka. Jedwab sztuczny zawiera w składzie głównie celulozę, stąd efekt jego spalania będzie inny – podobny do tego, jaki występuje podczas spalania papieru.
Co było potrzebne:
szczypce metalowe;
palnik;
dwa szkiełka zegarkowe;
próbki jedwabiu naturalnego i sztucznego.
Wykonywane czynności:
Próbkę jedwabiu naturalnego umieszczono w płomieniu palnika.
Pozostałości spalania umieszczono na szkiełku zegarkowym.
Obserwowano, jak przebiega proces spalania oraz wygląd pozostałości po spalaniu. Zwrócono uwagę także na zapach.
Podobnie postępowano z próbką jedwabiu sztucznego. Porównano obserwacje uzyskane w procesie spalania obu próbek.
Obserwacje:
Jedwab naturalny nie pali się, lecz topi, wydzielając zapach palonego białka. W wyniku spalania powstaje brunatna substancja.
Jedwab sztuczny spala się szybko, jasnym płomieniem, wydzielając zapach spalonego papieru. Powstający popiół ma barwę szarą.
Wnioski:
Próba spalania jest łatwym sposobem odróżnienia włókien jedwabiu naturalnego od syntetycznego.
Spalanie próbek materiału nie jest jedyną metodą pozwalającą na rozróżnienie naturalnego jedwabiu od sztucznego. Czy wiesz, jaka reakcja chemiczna pozwala na identyfikację materiału pochodzenia zwierzęcego? Wykonaj poniższe doświadczenie, a następnie sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski.
Jeżeli nie masz możliwości wykonania doświadczenia, obejrzyj film zamieszczony poniżej.
Spalanie próbek materiału nie jest jedyną metodą pozwalającą na rozróżnienie naturalnego jedwabiu od sztucznego. Czy wiesz, jaka reakcja chemiczna pozwala na identyfikację materiału pochodzenia zwierzęcego? Wykonano doświadczenie, które pomoże Ci znaleźć odpowiedź na to pytanie. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie do doświadczenia.
Poniżej doświadczenia zamieszczono film, omawiający jego przebieg.
Problem badawczy:
Jak rozpoznać (zbadać), czy tkanina wykonana jest z jedwabiu naturalnego (materiał pochodzenia zwierzęcego), czy sztucznego (materiał pochodzenia roślinnego)?
Hipoteza:
Jedwab naturalny jest włóknem białkowym, dlatego powinien dawać pozytywny wynik charakterystycznej dla białek reakcji ksantoproteinowej. Jedwab sztuczny zawiera w składzie głównie celulozę i w tym przypadku wynik powinien być negatywny.
Co było potrzebne:
dwa szkiełka zegarkowe lub dwie połówki szalki Petriego;
pipetka lub kroplomierz;
próbki jedwabiu naturalnego i sztucznego;
stężony kwas azotowy.
Wykonywane czynności:
Na szkiełkach zegarkowych położono małe kawałki tkanin wykonanych z jedwabiu naturalnego i sztucznego.
Na każdą tkaninę naniesiono dwie/trzy krople stężonego kwasu azotowego.
Obserwowano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
Próbka naturalnego jedwabiu przyjmuje żółte zabarwienie w miejscach, które mają kontakt z kwasem azotowym. W przypadku próbki jedwabiu sztucznego, nie jest obserwowana zmiana zabarwienia.
Wnioski:
Jedwab naturalny można odróżnić od sztucznego na drodze reakcji z kwasem azotowym.
Podsumowanie:
Pozytywny wynik reakcji ze stężonym kwasem azotowym (tzw. reakcji ksantoproteinowej) – żółte zabarwienie – świadczy o zawartości białek w badanej próbce. Tkanina wykonana z jedwabiu naturalnego żółknie na skutek działania kwasu azotowego, a tkanina z jedwabiu sztucznego nie.
Na rynku można spotkać produkty, do których produkcji użyto włókien bambusowych. Reklamujący je producenci i sprzedawcy wymieniają długą listę ich zalet, które mają wynikać z rodzaju zastosowanego włókna. Czy rzeczywiście włókna bambusowe mają wyjątkowe właściwości? Otóż są one wytwarzane z celulozy pozyskiwanej z pędów bambusa. W podobny sposób wytwarza się celulozę z drzew (świerku, sosny, buku), którą wykorzystuje się do produkcji przędzy wiskozowej. Oznacza to, że pod względem składu chemicznego są po prostu sztucznymi włóknami celulozowymi, do produkcji których użyto bambusa, jako surowca dostarczającego celulozę.
Obejrzyj poniższą galerię grafik za pomocą strzałek umieszczonych po prawej stronie.
Wełna mineralna (wełna kamienna, wełna skalna) jest materiałem izolacyjnym pochodzenia mineralnego. Znalazła zastosowanie w budownictwie – do izolacji termicznych i akustycznych ścian, stropów i podłóg i dachów – oraz jako surowiec do produkcji materiałów konstrukcyjnych. Do wytwarzania wełny mineralnej używa się między innymi kamienia bazaltowego i kruszywa wapiennego. Stosowane są również materiały pochodzące z recyklingu.
Włókna syntetyczne
Różnica pomiędzy włóknami sztucznymi a syntetycznymi polega na innej technologii ich produkcji. Włókna sztuczne powstają na drodze obróbki chemicznej włókien naturalnych, z kolei włókna syntetycznewłókna syntetyczne są wytwarzane od początku do końca przez człowieka – powstają one z polimerów syntetycznych, które otrzymuje się w procesie polimeryzacji niewielkich, nienasyconych związków chemicznych (pochodzących głównie z ropy naftowej).
Poliamid (nylon) jest historycznie pierwszym włóknem syntetycznym, jakie otrzymano. Ze względu na swoje właściwości, zyskał ogromną popularność wśród producentów odzieży. Jest lekki, odporny na gniecenie, bardzo wytrzymały, łatwo się pierze i szybko wysycha. Stosuje się go także jako dodatek w postaci mikrowłókien (mikrofibra), np. w bieliźnie.
Wytwarza się wiele rodzajów nylonu. Najbardziej znany jest opisywany tutaj nylon 66. Powstaje w wyniku reakcji kondensacji kwasu adypinowego z heksano-,-diaminą. Reakcja ta polega na łączeniu na przemian cząsteczek kwasu dikarboksylowego z cząsteczkami diaminy i tworzeniu cząsteczek polimeru.
Poliestry (elana, torlen) to włókna syntetyczne wytwarzane w wyniku reakcji kwasów dikarboksylowych z alkoholami polihydroksylowymi.
Wyróżniają się dużą wytrzymałością na zginanie, rozrywanie i ścieranie, dobrą odpornością na działanie światła, czynników chemicznych (słabe kwasy i zasady), są odporne biologicznie, bardzo słabo chłoną wodę. Włókna poliestrowe – same lub jako mieszanka z wełną, bawełną (elanobawełna) lub włóknami wiskozowymi – służą do wyrobu tkanin na ubrania wierzchnie, tkanin dekoracyjnych, firanek.
Elastan (spandex, lycra) to włókno poliuretanowe, które zostało wynalezione w i od razu zrewolucjonizowało rynek odzieżowy. Zastosowanie elastanu jako dodatku do materiałów zmniejszało znacznie ich masę, zwiększając jednocześnie trwałość oraz komfort i łatwość użytkowania. Elastan nie występuje w materiale samodzielnie, lecz jako dodatek – w mieszankach z innymi włóknami (np. z bawełną, jedwabiem). Cechuje je bardzo duża rozciągliwość (do ) i sprężystość.
Polar jest rodzajem dzianiny wykonanej z PET i innych tworzyw sztucznych. Charakteryzuje się hydrofobowością oraz znacznie lepszymi od wełny właściwościami termoizolacyjnymi. Nie traci tych właściwości nawet w przypadku zamoczenia. Wykorzystuje się go między innymi do wytwarzania odzieży sportowej.
Obecnie produkuje się różne rodzaje tkanin polarowych. W zależności od zastosowania, różnią się gramaturą (np. polar 100 oznacza, iż metr kwadratowy materiału waży gramów) oraz właściwościami termicznymi, miękkością i sprężystością.
jest polimerem grupy poliamidów. Służy do produkcji włókien wytrzymałych, lekkich i odpornych na wysoką temperaturę. Dodatkowo jest około raza lżejszy od stali. Używa się go między innymi do produkcji kamizelek kuloodpornych, hełmów, sprzętu do uprawiania sportów ekstremalnych. jest nazwą handlową firmy DuPont.
Czy wiesz, w jaki sposób możesz spróbować zidentyfikować interesujący Cię materiał? Pomocne w tym celu może być wykonanie próby płomieniowej. Aby dowiedzieć się, w jaki sposób spalają się poszczególne włókna, wykonaj poniższe doświadczenie. Sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski.
Jeżeli nie masz możliwości wykonania doświadczenia, obejrzyj film zamieszczony poniżej.
Czy wiesz, w jaki sposób możesz spróbować zidentyfikować interesujący Cię materiał? Pomocne w tym celu może być wykonanie próby płomieniowej. Aby dowiedzieć się, w jaki sposób spalają się poszczególne włókna, wykonano poniższe doświadczenie. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie.
Poniżej doświadczenia zamieszczono film omawiający jego przebieg.
Problem badawczy:
Czy jest możliwa identyfikacja różnych rodzajów włókien za pomocą jednej próby?
Hipoteza:
Poszczególne włókna spalają się w różny sposób, a towarzyszące temu procesowi obserwacje umożliwiają identyfikację badanego materiału.
Co było potrzebne:
palnik;
metalowe szczypce;
szkiełka zegarkowe;
kilka próbek różnych materiałów, np. bawełna, wełna, jedwab, polar i spandex (elastan).
Wykonywane czynności:
Próbkę badanego materiału umieszczono w płomieniu palnika i obserwowano, w jaki sposób się on spala.
Pozostałości po spaleniu umieszczono na szkiełku zegarkowym.
Czynności powtórzono dla pozostałych próbek materiałów.
Obserwacje:
Bawełna spala się szybko żółtym płomieniem, czemu towarzyszy zapach palonego papieru. W wyniku spalenia powstaje szary popiół. Wełna pali się powoli, żółtym płomieniem, a wydzielający się zapach przypomina zapach palonych włosów. Po spaleniu obserwuje się czarne, zbrylone pozostałości. Jedwab również pali się żółtym płomieniem, czemu towarzyszy zapach palonych włosów, a pozostałości mają postać czarnych, błyszczących okruchów. Polar spala się żółtym, kopcącym płomieniem, a pozostałości po spaleniu mają postać nadtopionej czarnej grudki. Spandex (elastan) spala się żółtym, lekko kopcącym płomieniem, a pozostałości mają postać czarnych grudek.
Wnioski:
Różnice w sposobie spalania, towarzyszącemu mu zapachowi oraz w wyglądzie pozostałości po spaleniu, mogą służyć do identyfikacji materiałów.
Podsumowanie:
Włóknom celulozowym będzie towarzyszyć zapach palonego papieru, z kolei włóknom białkowym - zapach palonych włosów. W ten sposób można łatwo odróżnić materiały pochodzenia naturalnego od materiałów syntetycznych.
Jak myślisz, czy włókna pochodzenia naturalnego i włókna syntetyczne są tak samo odporne na działanie czynników chemicznych? Aby się tego dowiedzieć, wykonaj poniższe doświadczenie. Sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski.
Jeżeli nie masz możliwości wykonania doświadczenia, obejrzyj film zamieszczony poniżej.
Jak myślisz, czy włókna pochodzenia naturalnego i włókna syntetyczne są tak samo odporne na działanie czynników chemicznych? Przeprowadzono doświadczenie, w którym poddano różne włókna działaniu stężonego roztworu wodorotlenku sodu. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie do doświadczenia.
Poniżej doświadczenia zamieszczono film omawiający jego przebieg.
Problem badawczy:
Czy w wyniku działania wodnych roztworów wodorotlenków na materiał, można zidentyfikować włókna pochodzenia zwierzęcego?
Hipoteza:
Włókna pochodzenia zwierzęcego zostaną roztworzone w wodnym roztworze wodorotlenku sodu, natomiast włókna pochodzenia roślinnego i syntetycznego - nie.
Co było potrzebne:
cztery probówki;
cztery próbki materiałów (wełna, jedwab, bawełna i polar);
wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu ;
łaźnia wodna.
Wykonywane czynności:
W każdej probówce umieszczono jedną próbkę badanego materiału.
Do każdej probówki wlano około roztworu wodorotlenku sodu, co umożliwiło całkowite zanurzenie badanego materiału.
Probówki wstawiono do rozgrzanej łaźni wodnej.
Obserwowano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
Struktura wełny i jedwabiu została uszkodzona w wodnym roztworze wodorotlenku sodu. Natomiast nie zaobserwowano zmian w wyglądzie bawełny i polaru.
Wnioski:
Włókna pochodzenia zwierzęcego nie są odporne na działanie zasad, więc można je w ten sposób odróżnić od włókien pochodzenia roślinnego i włókien syntetycznych.
Podsumowanie:
Wełna i jedwab są włóknami białkowymi, które pod wpływem wodnego roztworu wodorotlenku sodu ulegają roztworzeniu.
Zapoznaj się z tabelą zestawiającą właściwości wybranych włókien, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone poniżej.
Włókno | Gęstość | Wytrzymałość na zerwanie | Odzysk wilgoci* | Uwagi |
---|---|---|---|---|
bawełna | do celulozy | |||
jedwab naturalny | białka | |||
nylon | poliamid | |||
– | poliuretan | |||
– | do | poliamid aromatyczny | ||
*Odzysk wilgoci (ang. moisture regain, stąd skrót MR) to wyrażony w procentach stosunek masy wody w materiale do suchej masy materiału . Wartość ta określa ilość wilgoci, jaką materiał jest w stanie ponownie wchłonąć po wyschnięciu. Indeks dolny Źródło: matweb.com, wikipedia.org, textileschool.com, CC‑BY‑SA Indeks dolny koniecŹródło: matweb.com, wikipedia.org, textileschool.com, CC‑BY‑SA |
Włókna nieorganiczne
Wśród włókien nieorganicznych wyróżnia się włókna chemiczne (sztuczne), do których należą m.in. włókna węglowe, szklane i metalowe.
Włókna węglowe – powstają w procesie kontrolowanej pirolizypirolizy polimerów organicznych o bardzo długich łańcuchach węglowych. Jego istotną cechą jest niska masa, dzięki czemu materiał ten jest wykorzystywany w kosmonautyce i w Formule . Obecnie, dzięki znacznemu obniżeniu kosztów produkcji, używa się go także do wytwarzania wielu powszechnie używanych produktów.
Włókna węglowe, ze względu na wiele pożądanych przez konsumentów cech, są komponentem stosowanym w produkcji sprzętu sportowego – rakiet do tenisa stołowego, wędek, łodzi, obuwia, ubrań – a także obudowy laptopów i sprzętu audio, elementów konstrukcji samolotów, samochodów i motocykli.
Zapoznaj się z poniższą galerią zdjęć.
Włókna szklane są wyrabiane ze szkła w postaci waty szklanej, która służy jako materiał do izolacji cieplnej w budownictwie oraz w postaci włókien do wyrobu przędzy na tkaniny ubraniowe dla pracowników hut, tkaniny filtracyjne czy kurtyny teatralne. Włókna szklane charakteryzuje wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na działanie kwasów i ługów, wytrzymałość na temperaturę do .
Włókna metalowe są otrzymywane z miedzi, srebra, złota, stali lub stopów tych metali. Nici metalowe, tzw. szych, otrzymuje się przez okręcanie przędzy bawełnianej lub jedwabnej drucikami metalu. Używa się ich do haftu, wyrobu tkanin ozdobnych. Wyroby z włókien metalowych na skutek utleniania ciemnieją na powietrzu – należy je chronić przed światłem i wilgocią.
Podsumowanie
Włókna naturalne mogą być włóknami celulozowymi (włókna roślinne) lub białkowymi (włókna zwierzęce). Znane są też włókna naturalne mineralne (azbest).
Włókna produkowane przez człowieka na drodze chemicznej to włókna sztuczne – wytwarzane z surowców pochodzenia naturalnego, np. wiskoza z celulozy – oraz włókna syntetyczne – wytwarzane z substancji otrzymywanych na drodze syntezy chemicznej.
Współcześnie produkowanych jest wiele rodzajów włókien, które służą do wytwarzania produktów, spełniających czasem bardzo specjalistyczne wymagania i odpowiadających bezpieczeństwu oraz komfortowi użytkowników.
Obserwacja spalania włókien pozwala w przybliżeniu określić rodzaj włókna. Dodatkowo, włókna białkowe ulegają reakcjom charakterystycznym dla białek, np. reakcji ksantoproteinowej.
Zaprojektuj doświadczenie pozwalające odróżnić wełnę od elany (poliestru).
Wyszukaj w swojej szafie ubrania, które są wykonane z różnego rodzaju włókien (cztery/pięć rodzajów). Spróbuj je określić. Przygotuj tabelę i zanotuj swoje przypuszczenia oraz sprawdź, czy były poprawne, wyszukując informacje na metkach. Przedyskutuj uzyskane wyniki.
Czy wśród badanych ubrań znalazły się takie, które charakteryzował bardzo podobny wygląd, miękkość, a okazało się, że wykonane są z włókien różnego rodzaju?
Słownik
inaczej tzw. sucha destylacja; proces rozkładu związku chemicznego, zachodzący pod wpływem działania wysokiej temperatury
występujące naturalnie w przyrodzie włókna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które po odpowiedniej obróbce mogą być wykorzystane do produkcji tkanin; jedynym naturalnym włóknem mineralnym jest azbest
włókna wytwarzane w procesach polimeryzacji i polikondensacji związków organicznych (głównie węglowodorów i ich pochodnych), np. poliamid czy poliester
włókna wytwarzane ze związków chemicznych znajdujących się już w przyrodzie, przez formowanie polimerów naturalnych, np. wiskoza powstająca z celulozy, czyli z masy drzewnej
Ćwiczenia
Przyporządkuj wymienione włókna do odpowiednich kategorii.
bawełna, wiskoza, jedwab naturalny, lycra, len, nylon, włókna poliestrowe, spandex, włókna bambusowe, sizal, elastan, wełna, konopie, juta, modal
Włókna naturalne | |
---|---|
Włókna sztuczne | |
Włókna syntetyczne |
Uczeń wykonał przedstawiony na schemacie eksperyment. Jakie były wnioski ucznia? Wskaż poprawną odpowiedź.
Uczeń przygotował dwie probówki zawierające stężony roztwór wodorotlenku sodu. W jednej probówce zanurzył nitkę bawełnianą, a do drugiej probówki wprowadził nitkę wełnianą. Jakie były wnioski ucznia po wykonaniu opisanego eksperymentu? Wskaż poprawną odpowiedź.
W celu odróżnienia jedwabiu naturalnego od jedwabiu sztucznego Joanna przygotowała dwie próbki tkaniny. Każdą z nich umieściła na szkiełku zegarkowym, a następnie podziałała na nie kilkoma kroplami kwasu azotowego(V).
Po wykonaniu doświadczenia Joanna sporządziła notatkę. Niestety, popełniła kilka błędów. Wskaż zdania prawdziwe i fałszywe w notatce Joanny.
Prawda | Fałsz | |
Do identyfikacji próbek jedwabiu naturalnego i sztucznego użyłam stężonego roztworu kwasu azotowego(III). | □ | □ |
Pod wpływem kwasu jedna z próbek zabarwiła się na kolor żółty. | □ | □ |
Efekt ten świadczy o obecności białka w próbce i pozwala zidentyfikować jedwab naturalny. | □ | □ |
Próba ta, charakterystyczna dla białek, nosi nazwę reakcji biuretowej. | □ | □ |
Próbka tkaniny wykonanej z jedwabiu sztucznego nie zachowuje się podobnie jak z jedwabiu naturalnego, wykonana ponieważ jest z włókien celulozowych. | □ | □ |
Celuloza jest polimerem otrzymywanym na drodze przemysłowej syntezy chemicznej. | □ | □ |
Przeczytaj krótki tekst zamieszczony poniżej, a następnie spośród wymienionych zdań wybierz to, które jest prawdziwe.
Spandex is a synthetic polymer. Chemically, it is made up of a long‑chain polyglycol combined with a short diisocyanate, and contains at least polyurethane. It is an elastomer, which means it can be stretched to a certain degree and it recoils when released. These fibers are superior to rubber because they are stronger, lighter, and more versatile. In fact, spandex fibers can be stretched to almost of their length.
Indeks dolny Źródło: Spandex, madehow.com, CC‑BY‑SA [dostęp 09.08.2021]. Indeks dolny koniecŹródło: Spandex, madehow.com, CC‑BY‑SA [dostęp 09.08.2021].
Bibliografia
Fibers - Chemistry Encyklopedia, http://www.chemistryexplained.com/Fe-Ge/Fibers.html, dostęp: 13.09.2021.
Rodzaje tkanin: włókna naturalne, sztuczne i syntetyczne, online: https://www.braunhousehold.com/pl-pl/jak-dbac-o-ubrania/rodzaje-tkanin-wlokna-naturalne-sztuczne-i-syntetyczne, dostęp: 09.13.2021.