View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Mitja MLAKAR
FUNKCIONALIZACIJA BOMBAŽNIH VLAKEN S KARBOKSIMETILCELULOZO
Diplomsko delo
visokošolskega strokovnega študijskega programa Tekstilstvo
Maribor, junij 2009
FUNKCIONALIZACIJA BOMBAŽNIH VLAKEN S KARBOKSIMETILCELULOZO
Diplomsko delo
Študent: Mitja MLAKAR
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Tekstilstvo
Smer: Tekstilna tehnologija
Mentor: doc.dr. Lidija Fras Zemljič
Somentor: red.prof.dr. Karin Stana - Kleinschek
Maribor, junij 2009
I Z J A V A
Podpisani Mitja MLAKAR izjavljam, da:
• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom doc.dr.
Lidije Fras Zemljič in somentorstvom red.prof.dr. Karin Stana - Kleinschek;
• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 4.6.2009 Podpis: ___________________________
- III -
ZAHVALA Iskreno se zahvaljujem mentorici doc.dr. Lidiji Fras Zemljič za
strokovno pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Zahvaljujem se tudi somentorici izred. prof. dr. Karin Stana-
Kleinschek za vse koristne nasvete.
Prav tako se zahvaljujem tudi vsem iz kolektiva LOPPM za
kakršnokoli pomoč, predvsem pa Tanji Kos za pomoč pri
pripravi in obdelavi vzorcev ter Simoni Strnad za pomoč pri
obdelavi rezultatov.
Posebna zahvala velja staršem in mojim najbližjim za vso
podporo in pomoč, predvsem pa Filipu in Jakobu za
prepotrebno razigranost in veselje, s čemer sta mi olajšala in
popestrila čas, ko je to delo nastajalo…
- IV -
FUNKCIONALIZACIJA BOMBAŽNIH VLAKEN S KARBOKSIMETILCELULOZO
Ključne besede: bombažna vlakna, tenziometrija, stični kot, mehanske lastnosti,
sorpcijske lastnosti, funkcionalizacija, konduktometrična titracija, naboj bombažnih vlaken,
topokemijska modifikacija bombaža, adsorpcijska kapaciteta vlaken
UDK: 677.21.017(043.2)
POVZETEK
Bombaž je zaradi svojih lastnosti vsestransko uporaben. Neželene lastnosti, kot so krčenje,
hidrofilnost/hidrofobnost in gorljivost, se lahko z različnimi plemenitilnimi postopki
zmanjšajo. Na področju celuloznih materialov je znanih precej postopkov modifikacij z
namenom spremembe funkcionalnosti celuloze. Mnogi postopki so okolju neprijazni, ali pa
vodijo k neobstojnosti končnih materialov in k sočasnemu poslabšanju mehanskih lastnosti,
kar zmanjšuje stopnjo uporabnosti končnega produkta. Obdelava celuloze z različnimi
polisaharidi za dosego večje funkcionalnosti omogoča široko uporabnost končnega produkta.
S kontroliranim spreminjanjem površinske funkcionalnosti vlaken je mogoče razviti
učinkovitejše pogoje obdelave in s tem povečati izkoristek pomožnih sredstev in kemikalij ob
povečani ali vsaj ohranjeni kakovosti končnega izdelka. V diplomski nalogi smo skušali
dognati kako funkcionalizacija oz. modifikacija bombažnih vlaken s karboksimetilcelulozo
vpliva predvsem na uporabne lastnosti bombaža, kot sta celokupni naboj vlaken ter
hidrofilnost, hkrati pa podati ugotovitev, kako omenjena funkcionalizacija vpliva na uporabne
lastnosti bombažnih vlaken. Rezultati so vzpodbudni, saj uporabljena topokemijska
modifikacija bombažnih vlaken s karboksimetilcelulozo daje očitno zelo plodne rezultate. Je
metoda, ki sočasno z zvišanjem celokupnega naboja ter hidrofilnega značaja vlaken, ohranja
tudi nekatere mehanske lastnost vlaken. Glede na to, da so našteti parametri gonilna sila
adsorptivnosti vlaken, je moč pričakovati izboljšano adsorpcijsko kapaciteto le-teh za številne
specifične substrate, predvsem tiste kationskega značaja. Vsi našteti parametri so rezultat
funkcionalizacije in omogočajo razvoj naprednih materialov z visoko dodano vrednostjo.
- V -
FUNCTIONALIZATION OF COTTON FIBERS WITH CARBOXYMETHYLCELLULOSE
Key words: Cotton fibres, Tensiometry, Contact Angle, mechanical properties, sorption
properties, functionalization, conductometric titration, cotton fibre charge, topochemical
modification of cotton, adsorption capacity of cotton
UDK: 677.21.017(043.2)
ABSTRACT
Because of its properties cotton is very useful. Unwanted properties like shrinkage,
hydrophility/hydrophobity and burning behaviour can be reduced by use of various finishing
processes. In the field of cellulose materials there are many modification methods of changing
the functionality of cotton. Many of these processes are environment unfriendly or lead to bad
material fastness or to poor mechanical properties, which means a low applicability of the
final product. Cellulose treatment with different polysaccharides gives good results in
functionality and applicability. Controlled modification of surface functionality of fibres
results in a more efficient treatment conditions, which means a better efficiency in use of
chemicals with equal or even higher quality of final product. In the diploma work we
discovered the influence of functionalization (modification) with carboxymethylcellulose on
the properties of cotton, especially total charge and hydrophility of fibres and, on the other
hand, the effect of mentioned modification on the applicable properties of the cotton fibres.
The results are quite promising, as the topochemical modification with
carboxymethylcellulose gives excellent results. It is the method that simultaneously gives
higher total charge and hydrophility, preserving the mechanical properties of the cotton
fibres. It is obvious that these parameters result in a better fibre adsorption capacity for the
wide range of specific substrates, especially those with cationic character. All the enumerated
parameters are a result of a successful functionalization and, moreover, they enable a high-
tech material development with much higher added value than the conventional ones.
- VI -
KAZALO
1 UVOD ....................................................................................................1
1.1 UVOD.............................................................................................................................. 1
1.2 PREGLED STANJA........................................................................................................ 1
2 TEORETIČNE OSNOVE .......................................................................4
2.1 CELULOZNA VLAKNA................................................................................................ 4
2.1.1 Bombaž .................................................................................................................... 4
2.1.2 Celuloza ................................................................................................................... 4
2.1.3 Nadmolekulska struktura in morfologija celuloznih vlaken .................................... 6
2.2 FUNKCIONALIZACIJA CELULOZE........................................................................... 8
2.3 KONDUKTOMETRIČNE TITRACIJE.......................................................................... 9
2.4 TENZIOMETRIJA ........................................................................................................ 13
2.5 MEHANSKE LASTNOSTI .......................................................................................... 16
3 EKSPERIMENTALNI DEL ..................................................................19
3.1 MATERIALI ................................................................................................................. 20
3.1.1 Bombažna vlakna................................................................................................... 20
3.1.2 Karboksimetilceluloza ........................................................................................... 20
3.1.3 Kemikalije .............................................................................................................. 21
- VII -
3.2 MODIFIKACIJA BOMBAŽNIH VLAKEN S CMC ................................................... 21
3.2.1 Predobdelava bombažnih vlaken ........................................................................... 21
3.2.2 Modifikacija bombažnih vlaken s CMC ................................................................ 23
3.3 ANALITSKE METODE ............................................................................................... 25
3.3.1 Določanje naboja vlaken s konduktometrično titracijo.......................................... 25
3.3.2 Določanje hidrofilnosti z ugotavljanjem stičnega kota.......................................... 26
3.3.3 Določanje mehanskih lastnosti vlaken................................................................... 27
4 REZULTATI IN DISKUSIJA ................................................................28
4.1 REZULTATI IN DISKUSIJA DOLOČANJA NABOJA ............................................. 28
4.2 REZULTATI IN DISKUSIJA DOLOČANJA STIČNIH KOTOV .............................. 31
4.3 REZULTATI IN DISKUSIJA DOLOČANJA MEHANSKIH LASTNOSTI .............. 33
5 SKLEP.................................................................................................35
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................37
- VIII -
UPORABLJENI SIMBOLI
U - napetost [V]
G - prevodnost [S]
σ - specifična prevodnost [S/cm]
ρ - specifična upornost [Ωcm]
l - dolžina merilne celice oz. geometrijskega telesa [cm]
R - upornost [Ω]
A - površina prereza geometrijskega telesa [cm2]
t - čas [s]
m - masa [g]
σ - površinska napetost kapljevine [mN/m]
ϕ - stični kot med trdo fazo in kapljevino [°]
c - konstanta materiala ali c faktor [10-2 cm5]
r - premer kapilare [mm]
F - pretržna sila [N]
ε - pretržni raztezek [%]
σsp - specifična pretržna napetost [cN/tex]
Tt - dolžinska masa vlaken [tex]
Fmax - maksimalna sila [N]
- IX -
UPORABLJENE KRATICE
ISO - International Standard Organisation
SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo
CMC - karboksimetilceluloza
CMC50 - Niklacell T50
CMC100 - Niklacell T100
KR - kopelno razmerje
CO - bombaž
CV - variacijski koeficient
- X -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1 UVOD
1.1 Uvod
Zaradi disociacije kislih skupin v nevtralnem ali alkalnem mediju se bombažna vlakna
značilno nabijejo. Kisle skupine so sestavni del bombažnih vlaken, delež teh skupin pa se v
odvisnosti od različnih predobdelovalnih postopkov spreminja. Nekateri postopki
predobdelav zmanjšajo delež kislih funkcionalnih skupin, medtem ko nekateri drugi postopki
predobdelav delež teh skupin povečajo. Naboj bombažnih vlaken vpliva na fizikalno-kemijske
lastnosti vlaken, pomemben pa je tudi z vidika končnih lastnosti vlaken, kot so pretržna sila,
omočenje, adsorpcijska sposobnost vlaken, itd. Pomen kislih skupin za sposobnost nabrekanja
celuloznih vlaken je že znan iz raziskav na področju papirne industrije, saj papirne plošče
izdelane iz celuloznih vlaken z večjim deležem kislih skupin odlikuje boljša trdnost materiala.
Obseg in stopnja disociacije ionizacijskih površinskih skupin vlaken vpliva na primarni
mehanizem vezave številnih drugih komponent iz vodnih raztopin (polimeri, barvila, tenzidi,
beljakovine, itd.). Le-ta je odvisna od narave adsorpcije, ki je lahko kemična ali fizikalna.
Adsorpcija komponent na celulozna vlakna narašča z naraščajočo vsebnostjo kislih skupin,
kljub vsemu pa ta pojav še ni metodično proučen na primeru bombažnih vlaken.
1.2 Pregled stanja
Celulozo lahko kemično ali strukturno modificiramo z različnimi postopki. Pri oksidaciji
celuloze se formirajo karbonilne in karboksilne skupine, možno pa je tudi cepljenje verig.
Produkti oksidacije so kompleksni in jih nič moč v potankosti definirati.
V številnih publikacijah je obravnavana oksidacija celuloznih vlaken z različnimi
oksidacijskimi sredstvi, kot so dušikov dioksid, ozon, vodikov peroksid in kisik;
pomembnejše publikacije so omenjene v nadaljevanju.
Članek G. F. Davidson-a in T. P. Nevell-a, objavljen v Shirley Inst. Mem., 21, 1947,
obravnava obdelavo celuloze s klorovo(III) kislino kot oksidacijskim sredstvom za oksidacijo
aldehidnih skupin na specifičnih mestih glukozne enote celuloze (na drugem in tretjem C
- 1 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
atomu) v karboksilne skupine. Poudarjen je tudi pomen pH, temperature in koncentracije
klorita(III) na reakcijsko razmerje in učinkovitost formiranja karboksilnih skupin [31].
Skladno s člankom T. P. Nevell-a, objavljenega v Journal Textile Institute, 42, 1951, je bila
proučena oksidacija bombaža z dušikovim dioksidom. Potrdili so nastanek uronskih kislih
skupin kot najpomembnejši del reakcije. V celulozi, oksidirani z dušikovim dioksidom in
nadalje obdelani z razredčeno raztopino natrijevega hidroksida, je opaziti tvorbo dodatnih
karboksilnih skupin [32].
V knjigi Methods of Wood Chemistry, B. L. Browning-a, objavljene v New York-u,
Interscience Publisher, 1967, je opisana uporaba kromove kisline za oksidacijo primarnih
alkoholnih skupin. Oksidacija teh skupin poteka neselektivno preko tvorbe aldehida do
karboksilnih skupin [33].
V doktorski tezi »The effect of fibre charge on web consolidation in papermaking«, C. Fors iz
inštituta Royal Institute of Technology, Stocholm, 2000, je omenjena »demetilacija« kot izvor
nastanka večine kislih skupin v postopku alkalne obdelave in peroksidnega beljenja celulozne
pulpe [34]. Skladno s člankom »Physicochemical characterization of papermaking fibres«, L.
Wägberg-a in G. Annergren-a, objavljenega v reviji Transactions on 11th Fundamental
Research Symposium »The Fundamentals of Papermaking Materials«, Cambridge, UK, 1997,
so na primeru lesne celuloze opisani tudi nekateri drugi kemijski postopki za uvedbo
karboksilnih skupin na/v vlakna. Med drugim je v viru zajet opis adicije sulfonatnih skupin na
lignin, ki ji sledi hidroliza, graftiranje karboksilnih kislin na celulozo in nastanek prostih
radikalov [35]. A. M. Schallan je v reviji Tappi Journal, 66, No. 11, l. 1983 objavil pomen
graft polimerizacije akrilonitrila na kemijsko obdelano celulozno pulpo, kot eno izmed
možnih načinov za proizvodnjo visoko adsorptivnih produktov, zaradi nastanka novih kislih
skupin [36].
G. G. Allan in W. M. Reif sta v CPPA Transactions of Technical Sections 1(4), 1975, opisala
uporabo substantivnih barvil, kot način za uvajanje karboksilnih skupin na celulozna vlakna
[37].
Ista avtorja sta v Svensk-u, Papperstidning, 18, 1971, predstavila še postopek kovalentne
vezave anionskih skupin na površino α-celulozne pulpe z obdelavo z dikloro-s-triazinskim
barvilom z dvema kislima sulfonskima skupinama [38].
- 2 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Karboksimetilacija in topokemijsko vezanje karboksimetilceluloze (CMC) na vlakna sta dve
različni metodi za uvedbo kislih skupin različne površinske selektivnosti. Barzyk in sodelavci
so uvedli v celulozo kisle skupine s postopkom karboksimetilacije z monoklorocetno kislino
in izopropanol-om.
US patent 3,058,873 obravnava uporabo CMC s specifično »wet-strenght« smolo. Ta
dokument podrobno razlaga sinergistični učinek med CMC in specifično »wet-strenght
»smolo ter kationskimi aditivi pri proizvodnji papirja [39].
WO 99/57370 opisuje metodo za modifikacijo celuloznih vlaken z derivati celuloze, kot je
CMC. Metoda se izvaja pri pH 6-13 in temperaturi nad 100°C. Ta metoda ne vključuje
uporabo elektrolita [40].
WO 01/21890 razlaga modifikacijo lesne celuloze s CMC. Metoda temelji na ireverzibilni
reakciji karboksimetilceluloze, ki se pod specifičnimi pogoji veže na celulozna vlakna. Pred
obdelavo mora biti celulozna pulpa prevedena v Na-obliko. Zahtevani reakcijski parametri
adsorpcije so: ionska moč raztopine, visoka temperatura in zadosten kontaktni čas [41].
J. Lane in T. Lindstrom sta v Nordic Pulp and Paper Res. J, 15(5), 2000, objavila pomen
CMC kot sredstva, ki se adsorbira na površino lesne celuloze in lahko vpliva na porast gostote
naboja vlaken. CMC se ireverzibilno veže na površino lesne celuloze, preko tvorbe vodikovih
vezi, ki se tvorijo med prostimi segmenti CMC molekul (verig) in celuloznimi vlakni s t. i.
reakcijo premostitve (mostičkanje) [6].
Članka J. W. Hensley-a in C. G. Inks-a, Textile Res. J., June, 1959 ter P. G. Evans-a in W. P.
Evans-a, J. Appl. Hem., 17, 1967, opisujeta pomen CMC z vidika zaščite pred posedanjem
umazanije na bombažne tkanine. Poudarek je usmerjen v rabo natrijeve karboksimetilceluloze
(Na-CMC) kot sestavnega dela detergentov, uporabljenih v postopku pranja [7,8].
Iz pregleda virov je moč razbrati, da funkcionalizacija bombaža s CMC ni bila predmet
številnih raziskav in prav tako še ni natančno in popolno raziskan vpliv modifikacije
celuloznih vlaken s karboksimetilcelulozo na mehanske lastnosti končnega materiala.
- 3 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2 TEORETIČNE OSNOVE
2.1 Celulozna vlakna
2.1.1 Bombaž
Bombaž je ena izmed najpomembnejših agrarnih surovin. Bombaž so enocelična celulozna
semenska vlakna bombaževca. Ko cvetovi zrastejo in odcveto, na mestu cveta ostane majhna
kroglica, ki se razvije v tri - do štiridelen plod. V vsakem predelu je 3 do 10 semen [9]. Iz
epidermalnih celic semenske pokožice se pričnejo v plodu razvijati bombažna vlakna. Najprej
celica raste v dolžino, dokler ne doseže svoje največje dolžine. V dobi rasti ima vlakno
okrogel prerez in tanko celično steno - pokožico (povrhnjica). Cevka v sredini je lumen
napolnjen s protoplazmo, ki vlaknu dovaja hrano. Pri zorenju se na notranjo stran povrhnjice
v plasteh odlaga celuloza. Bombažno vlakno ima obliko zavitega traku; oblika prereza je
ledvičasta oziroma fižolasta. Za nezrela vlakna je značilno, da nimajo zavojev niti značilnega
prereza in so zato precej nižje kvalitete [3].
Bombaž je orientiran vlaknotvorni polimer, ki sodi v skupino polisaharidov celuloza.
2.1.2 Celuloza
Pred 160 leti je Anselme Payen iz zelenih rastlin izoliral substanco, ki so jo poimenovali
celuloza. Danes je znano, da je celuloza ogljikov hidrat in spada v skupino polisaharidov.
Nastaja iz β-D-glukoze z biosintezo s pomočjo encimskega delovanja mikroorganizmov [10].
Sladkorna glukoza je najpomembnejši ogljikov hidrat. Glukoza je preprost sladkor
monosaharid. Kemična struktura monosaharidov je – polihidroksi aldehidi (aldoze) in
polihidroksi ketoni (ketoze), lahko so v aciklični ali pa ciklični obliki ( če je veriga dovolj
dolga ′5 C-atomov ). Ciklično obliko glukoze imenujemo tudi glukopiranoza –
glukopiranozni obroč. Kadar vsebuje šest ogljikovih atomov se imenuje heksoza. Glukoza je
sestavni del laktoze (mlečnega sladkorja) in polisaharidov (celuloze, škroba in glikogena).
Empirična formula glukoze je C H6 10O . In ima relativno konfiguracijo D, če je OH skupina na 6
- 4 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
najbolj oddaljenem C* (kiralni C atom) na desni strani. V ciklični obliki glukoze je prvi C-
atom asimetričen; OH skupina ( hidroksilna skupina ) in H atom se lahko nahajata v dveh
konfiguracijah kot α in β obliki [1].
Med C1 atomom prvega obroča in četrtim C4 atomom drugega obroča nastane most, ki ga
imenujemo kisikov most ali 1,4-β- glukozidna vez (sliki 2.3. in 2.4.). Torej se dve molekuli
glukoze preko 1,4-β- glukozidne vezi povezujeta v disaharid celobiozo, ki je osnovni gradbeni
element celuloze (slika 2.1.).
Slika 2.1. Nastanek celobioze z 1,4 - β-vezjo z odcepom vode
Iz slike 2.1. je razvidno, da vsebuje celuloza na vsaki glukozidni enoti po tri proste
hidroksilne skupine, eno primarno na C atomu in dve sekundarni na C in C6 2 3 atomu.
Sekundarne hidroksilne skupine imajo kisel značaj in znatno disociirajo; predvsem to velja za
hidroksilne skupine na C2 atomu [1]. Reaktivnosti hidroksilnih skupin niso enake: hidroksilni
skupini na C3 in na C6 atomu sta manj reaktivni kot hidroksilna skupina C atoma [1]. 2
Glukopiranozni enoti na koncih celulozne verige se razlikujeta od ostalih. Na enem koncu
molekule celuloze je na C1 atomu aldehidna skupina (reducent) z zmanjšano aktivnostjo, na
drugem koncu verige na C4 atomu pa hidroksilna skupina. Tako ima ta glukozna enota štiri
hidroksilne skupine [1].
Hidroksilne skupine so hidrofilne, kar je vzrok nabrekljivosti celuloze. Vse tri OH skupine v
vsaki glukozni enoti v celulozni verigi so proste za interakcijo z drugimi OH skupinami tako,
da med seboj tvorijo H vezi. Moč H-vezi je 5 krat močnejša od Van der Waalsovih (8kJ/mol),
vendar šibkejša od kovalentnih vezi (100kJ/mol), ki povezujejo posamezne atome v celulozni
makromolekuli. Obstajata dve možnosti za vzpostavitev vodikovih vezi v celulozi, in sicer
- 5 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
intramolekularna vez, ki nastaja znotraj ene makromolekule celuloze ter intermolekularna, ki
se vzpostavi med dvema sosednjima makromolekulama.
Slika 2.2. Veriga celuloze s kisikovimi mostički
2.1.3 Nadmolekulska struktura in morfologija celuloznih vlaken
Z izrazom nadmolekulska struktura opisujemo medsebojno ureditev makromolekul in
strukturo najmanjših strukturnih elementov: kristalitov, mikro in makro fibrilov, fibrilarnih
snopov ter sestavo kristalinih in amorfnih področij [1].
Identificiranih je bilo že veliko oblik celuloze, vendar sta samo celuloza I in celuloza II
pomembni za tekstilno področje. Oblika celuloze I je najdena v naravi, celuloza II pa je
termodinamično stabilna oblika pridobljena iz regenerirane celuloze [7]. Celuloza I je
najmanjša pravilno zgrajena enota kristala - enotna celica. Monoklinsko mrežo celuloze I
sestavljajo štirje vzporedni ostanki celobioze, ki potekajo skozi štiri robove celice in sočasno
pripadajo štirim sosednjim enotnim celicam. Skozi presečišče diagonal potega še en ostanek
celobioze, ki je vzporeden ostalim vendar premaknjen za polovično dolžino glukoznega
ostanka (slika 2.3) [3].
Slika 2.3: Monoklinska mreža celuloze I [1]
- 6 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Celulozne molekule v vlaknu se med seboj povezujejo z intermolekularnimi vodikovimi
vezmi tako, da tvorijo področja različnih stopenj urejenosti. Področja z najvišjo stopnjo
urejenosti makromolekul v vlaknu se imenujejo »kristalina«, področja z nizko stopnjo
urejenosti pa »amorfna« (slika 2.4). Razmerje med obema področjema je podano s stopnjo
kristalinosti [8]. Višja vsebnost visoko urejenega kristalinega dela v vlaknih pomeni višjo
gostoto, višjo trdnost, nižjo razteznost, nižjo absorptivnost in nižjo afiniteto do barvil. Manj
urejena struktura amorfnih področij pa je lahko dostopna za vodo, kemikalije in barvila [8]. Z
rentgensko strukturno analizo so ugotovili, da je delež kristalinosti bombažne celuloze okrog
73 % in v lesni celulozi okrog 60 % [1].
Stopnja kristalinosti ima pomembno vlogo pri plemenitenju oz. modifikaciji bombažne
celuloze, saj je od tega odvisna uspešnost absorbiranja in vezave kemijskih reagentov.
Kristalino področje
Amorfno področje
Slika 2.4: Kristalina in amorfna področja v bombažnem vlaknu [1]
Najmanjša enota celuloznega vlakna je elementarni fibril, ima premer okoli 3,5 nm in je
sestavljen iz skupka 36 vzporednih molekul celuloze, povezanih z vodikovimi vezmi. Vzdolž
osi mikrofibrila si izmenično sledijo kristalina in amorfna področja [1]. Mikrofibrili v
bombažu merijo v prerezu 10 - 50 nm. Makromolekule v kristalitih so organizirane bolj ali
manj vzporedno z osjo mikrofibrila, njegova orientacija pa je pretežno vzporedna glede na os
vlaken. 100 - 200 mikrofibrilov tvori makrofibrile, ki so spiralno zaviti. 10 - 20 makrofibrilov
pa je združenih v snope [3, 5].
Z izrazom morfološka struktura opisujemo strukturno organiziranost z medsebojno ureditvijo
makromolekul in sestavo celične stene vlaken. Pri bombažnih vlaknih je struktura površine
vlaken in oblika prečnega prereza odvisna od vrste in pogojev rasti vlaken. Celuloza je
- 7 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
sestavni del celičnih sten, ki so sestavljene iz primarnega, sekundarnega sloja in iz lumna.
Sekundarna celična stena je osnovni izvor celuloze (95 %). Sekundarno celično steno pokriva
primarna celična stena, ki jo tvori celulozna mreža. Zunanjo plast tvori kutikula, ki je pretežno
sestavljena iz voskov, maščob in pektinskih substanc. Skrajna notranja plast sekundarne
celične stene, prehaja v terciarno celično steno. V tem sloju se nahajajo pektinske substance,
hemiceluloze, naravno barvilo. V lumnu vlakna se nahajajo ostanki protoplazme s katero se je
vlakno prehranjevalo med rastjo [1,5].
Slika 2.5 shematsko prikazuje plasti iz katerih je sestavljeno bombažno vlakno.
Slika 2.5: Morfološka struktura bombažnega vlakna po R. A. Young [1]
2.2 Funkcionalizacija celuloze
Na področju celuloznih materialov je znanih precej postopkov modifikacij z namenom
spremembe funkcionalnosti celuloze. Mnogi postopki so okolju neprijazni ali pa vodijo k
neobstojnosti končnih materialov in k sočasnemu poslabšanju mehanskih lastnosti, kar
zmanjšuje stopnjo uporabnosti končnega produkta.
Iz literaturnih virov je moč zaslediti [21, 22, 24], da se povečuje zanimanje za postopke, pri
katerih se uporabljajo okolju prijazni in biorazgradljivi reagenti, recimo do sedaj manj
- 8 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
uporabljeni polisaharidi in njihovi derivati, kot so hitozan, derivati celuloze: aminoceluloza,
karboksimetilceluloza; manani, dekstrani itd. Cilj tovrstnih modifikacij je v glavnem kreiranje
hidrofilnega/hidrofobnega značaja in posledično zviševanje oz. zniževanje reaktivnosti, ter
spreminjanje specifične funkcionalnosti, s čimer je mogoče razviti učinkovitejše pogoje
obdelav in s tem povečati izkoristek pomožnih sredstev in kemikalij ob povečani kakovosti
končnega izdelka [22, 24]
V zadnjih desetletjih so modificirani orientirani polimeri (med drugim tudi celuloza) postali
izredno pomembni na področju medicine in zdravstva. Zaradi porasta bakterijsko nalezljivih
bolezni in bolnišničnih okužb, kakor tudi zvišanja zdravstvene zavesti ter standarda, potekajo
v zadnjem desetletju intenzivne raziskave v smislu iskanja novih materialov in obdelav, ki bi
zagotavljale trajne biološke učinke ob popolni varnosti za človeka kot potrošnika.
Amino polisaharidi so zelo atraktivni za protimikrobno funkcionalizacijo celuloze za razvoj
medicinskih tekstilij, medtem ko so CMC in ostali anionski polisaharidi predvsem atraktivni
za zvišanje hidrofilnosti-vpojnosti površin materialov. Tekstiliji lahko le –ti po nanosu
predstavijo hidrokoloidni značaj.
Prednost obdelav celuloznih materialov s polisaharidi je tudi ohranjanja in/ali izboljšanja
mehanskih lastnosti končnih materialov, kar je bistvenega pomena za kreiranje naprednih
tekstilij z visoko dodano vrednostjo.
2.3 Konduktometrične titracije
Titracijske metode so uporabne za ugotavljanje kakovosti vlaken, opis površinskih lastnosti,
kakor tudi kislinsko-baznega značaja vlaken [11].
Večina do sedaj uporabljenih titracijskih metod temelji na zasledovanju ionsko-izmenjalne
kapacitete vlaken. Po uvodnih prispevkih Lüdtkeja in drugih avtorjev [26, 27, 28] je postalo
jasno, da so v celulozi prisotne kisle skupine, ki so sposobne izmenjave kationov, čeprav je
še dolgo obstajal dvom, ali gre res za skupine, ki so integralni del celuloze ali zgolj za
nizkomolekularne spojine.
+ 2+Prve eksperimente ionske izmenjave na celulozi je izpeljal Lüdtke z NH in Ca4 ioni [26].
Izmenjava kationov na izmenjalcu, kot je oksidirana celuloza je ravnotežna reakcija, močno
odvisna od pH. Princip večine določitev ionsko-izmenjalne kapacitete vlaken je najprej
- 9 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
zamenjava prisotnih kationov z vodikovimi, nato dodatek presežka nevtralne soli in titracija
sproščene kisline z močno bazo, ali pa titracijska določitev neizmenjanega presežka kationov
soli. Presežek nevtralne soli je potreben zato, da se izognemo posledicam, ki bi jih imela
vzpostavitev Donnanovega ravnotežja na tako titracijo. Z majhnim presežkom alkalije
dosežemo tudi reakcijo laktoniziranih skupin, prevelik presežek pa že lahko povzroči stranske
reakcije. pH reakcijske raztopine je zelo pomemben faktor pri metodah ionske izmenjave, še
posebej pri tistih metodah, ki kot katione uporabljajo ione z manjšo afiniteto do karboksilnih
skupin.
V preteklosti so raziskovalci razvili številne titracijske metode, ki temeljijo na ionsko-
izmenjalnih reakcijah celuloznih vlaken [29]:
a) direktna titracija kislih skupin celuloze z močnimi bazami (npr. NaOH),
b) metoda Lüdtke: reakcija karboksilnih skupin s kalcijevim acetatom in titracija nastale
ocetne kisline,
c) metoda Willson: reakcija karboksilnih skupin z mešanico natrijevega klorida in
natrijevega hidrogenkarbonata in titracija sproščene klorovodikove kisline,
d) metoda Anti-Wuorinenu: reakcija karboksilnih skupin z natrijevim kloridom in
direktna titracija sproščene klorovodikove kisline,
e) metoda Sobue-Okubo: reakcija karboksilnih skupin s kalcijevim acetatom in titracija
kalcija v raztopini (določitev zmanjšanja koncentracije kalcijevih ionov v raztopini
filtrata). Kasneje so metodo nekoliko predelali in jo objavili pod imenom 'dinamična
ionsko izmenjalna' metoda [29].
f) metoda Döring: reakcija karboksilnih skupin s cinkovim acetatom in titracija cinka v
raztopini (določitev zmanjšanja koncentracije cinkovih ionov v raztopini filtrata).
Postopki se med seboj razlikujejo tudi v tem, kako predhodno očistimo vzorec. Od tega in pa
od pH raztopine soli, ki jo uporabimo pri reakciji ionske izmenjave je odvisno, ali v postopek
vključimo zgolj proste karboksilne skupine, morda tudi laktone ali pa zaradi previsokega pH
povzročimo nastanek novih karboksilnih skupin v vzorcu [29].
Vse naštete metode torej temeljijo na principu ionske izmenjave, pri čemer sledi
potenciometrična, konduktometrična ali kompleksometrična titracija za kvantitativno
določitev želene substance, ali celo spektrofotometrična in kromatografska določitev.
- 10 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Vse naštete tehnike pa se lahko uporabljajo tudi kot direktne tehnike za
kvantitativno/kvalitativno določitev disociiranih funkcionalnih skupin. Na področju celulozne
kemije je izmed vseh titracijskih tehnik najbolj zaželena uporaba konduktometrične titracije.
Konduktometrične titracije so ene izmed najnatančnejših metod za analize
multifunkcionalnih polisaharidov in se uporabljajo za kvantitativno določevanje množine
karboksilnih in sulfonskih skupin v celuloznih pulpah, za določevanje šibkih in močnih kislin
vezanih na latekse, za karakterizacijo heparina in mnoge druge namene. Popularizirala sta jo
predvsem Kolthoff in Laitinen v svojem delu »pH and electro titrations (1947)« [20].
Konduktometrična titracija vodnih raztopin se od potenciometrične razlikuje v načinu
določitve ekvivalentne točke. Medtem ko pri potenciometrični titraciji merimo potencial kot
pH, merimo pri konduktometrični titraciji prevodnost vodne raztopine. Voda je sama po sebi
relativno šibak prevodnik, kar pa se lahko bistveno spremeni ob prisotnosti drugih ionov v
vodni raztopini. Prevodnost takšnih elektrolitskih raztopin je odvisna od koncentracije ionov
in od njihove narave (vrsta naboja in mobilnost). Elektrolitske raztopine se ravnajo po
Ohmovem zakonu, prav tako kot kovinski prevodniki. Tok i, ki teče skozi raztopine je pri tem
proporcionalen napetosti pri določeni upornosti ionov v raztopini, kar lahko izrazimo kot
[23]:
RUi =
(2.1)
kjer je R upornost v Ohmih [Ω] in U napetost v voltih [V]. Prevodnost je recipročna vrednost
upornosti izražena v Siemensih [S] kot:
R1G =
(2.2)
Za meritev prevodnosti elektrolitskih raztopin z konduktometrično merilno celico je potrebno
upoštevati tudi znano dolžino celice in površino njenega prečnega prereza. Tako lahko
uvedemo veličino, ki ji pravimo specifična prevodnost. Specifična prevodnost je recipročna
vrednost specifične upornosti, izražena v S/cm. Če je prevodnost geometrijskega telesa kocke
s stranico dolžine 1 cm natanko 1 S, potem je specifična prevodnost takšnega prevodnega
telesa natanko 1 S/cm.
Iz enačbe za specifično upornost lahko izrazimo specifično prevodnost različnih
geometrijskih teles kot [30]:
- 11 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
ARl
ρ1σ
×==
(2.3)
kjer so:
σ - specifična prevodnost [S/cm],
ρ - specifična upornost [Ωcm],
l - dolžina merilne celice oz. geometrijskega telesa [cm],
R - upornost [Ω] in
A - površina prereza geometrijskega telesa [cm2].
V diplomski nalogi smo titrirali suspenzijo vlaken po principu:
- +VLAKNO-COOH + NaOH VLAKNO-COO Na + H O (2.4) 2
Za lažjo in bolj natančno določitev ekvivalentne točke smo v suspenzijo vlaken na začetku
titracije dodali močno kislino (HCl):
Prev
odno
st (μ
S/cm
)
Volumen dodanega 0,1 M NaOH (mL)
faza 1
faza 2
faza 3
A B
Slika 2.6: Konduktometrična titracija suspenzije bombažnih vlaken
ob prisotnosti 0,5 mL 0,1M HCl [2]
- 12 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Kot je razvidno iz slike 2.6, titracijsko krivuljo suspenzije bombažnih vlaken sestavljajo tri
faze. Njihovi preseki dajo t.i. ekvivalentne točke:
- Faza 1: Nevtralizacija presežka močne kisline (HCl) v suspenziji vlaken z dodatkom močne
baze (NaOH). Sunkovit padec prevodnosti.
- Ekvivalentna točka 1
- Faza 2: Nevtralizacija šibke kisline (-COOH skupine vlaken) z dodatkom močne baze
(NaOH). Karboksilne kisline disociirajo, prosti vodikovi kationi se nevtralizirajo s prostimi
hidroksilnimi anioni. Prosti natrijevi kationi se kot proti-ioni vežejo na negativno nabite
karboksilne skupine (COO- +Na ). Sprememba prevodnosti je zanemarljiva.
- Ekvivalentna točka 2
- Faza 3: Presežek močne baze (NaOH) v suspenziji. Sunkovito naraščanje prevodnosti.
Množino karboksilnih skupin na vlaknih izračunamo iz razlike med obema ekvivalentnima
točkama, ki ju določimo z ekstrapolacijo eksperimentalnih točk titracijske krivulje v vseh treh
fazah. Ekvivalentna točka je v tem primeru enaka presečišču ekstrapoliranih premic (točka A
in B na sliki 2.6).
2.4 Tenziometrija
Površinske lastnosti polimernih materialov, kot so kemijska sestava, hidrofilnost, hrapavost,
kristaliničnost, prevodnost in gostota zamreževanja, so izrednega pomena pri nadaljnjih fazah
obdelave le-teh. Za ugotavljanje površinskih lastnosti so bile razvite številne metode, med
katere poleg AFM, XPS, SEM, itd., spada tudi tenziometrija. Tenziometrija je merilna tehnika
indirektnega določevanja stičnega kota in direktna metoda določevanja površinske napetosti
kapljevin.
V diplomskem delu smo stične kote določali s pomočjo t.i. metode naraščajočega dviga:
- 13 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Metoda naraščajoče višine dviga
Ta metoda je primerna za določanje stičnega kota za praškaste trdne snovi oz. vlakna.
Kapilaro je potrebno napolniti s praškastim vzorcem oz. vlakni (natančno definirana količina
in gostota polnjenja). Omakanje s kapljevino se meri z določanjem mase v časovnih
presledkih [13].
Stični kot med trdno fazo in kapljevino izračunamo s pomočjo modificirane Washburn-ove
enačbe na osnovi izmerjene kapilarne hitrosti (m2/t) po naslednji enačbi [15, 16, 17]:
ctmcos 2
2
⋅σ⋅ρη
⋅=ϕ (2.6)
Kjer je:
t - čas/s
m - masa adsorbirane kapljevine/g
η - viskoznost kapljevine/(mPa s)
ρ - gostota kapljevine/(g/m3)
σ - površinska napetost kapljevine/(mN/m)
ϕ - stični kot med trdo fazo in kapljevino/°
2k
52 nr21c ⋅⋅π⋅=c - konstanta materiala ali c faktor/(10-2 cm5) ( )
r - premer kapilare(mm
n - število kapilar k
Faktor c je odvisen od vrste merilnega valja in lastnosti vzorca. Določimo ga z merjenjem
višine dviga tekoče faze, ki popolnoma omaka trdno fazo. V tem primeru je stični kot (ϕ)
enak nič, kar posledično pomeni, da je cos ϕ enak ena in faktor c izračunamo po naslednji
enačbi [18]:
- 14 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
ϕ⋅σ⋅ρη
⋅=cost
mc 2
2
(2.7)
Kapilarno hitrost (m2/t), ki je merilo adsorpcije kapljevine dobimo s kvadriranjem izmerjene
mase vzorca po stiku s topilom (m2) v odvisnosti od merjenega časa (t). Za določitev razmerja
(m2/t) je merodajen začetni linearni del krivulje m2 = f(t) (slika 2.7). Stični kot (ϕ) torej
izračunamo na osnovi naklona tangente na začetni del krivulje[18, 15, 17]:
m2 = f(t) (2.8)
Δ masa2
Δ t
t
mas
a2
Slika 2.7: Shematski prikaz krivulje masa2(t) [17]
Adsorpcijske lastnosti trdnih snovi, določene po tenziometrični metodi, se uporabljajo v
različnih panogah (papirni, tekstilni, medicinski, farmacevtski itd.). Tenziometrična metoda se
uporablja: v papirni panogi pri procesih tiskanja, v tekstilni panogi pri različnih postopkih
obdelave in plemenitenja, saj z njeno uporabo lahko določimo kislo-bazičen značaj ogljikovih
vlaken, itd..
Z ugotavljanjem sposobnosti omakanja trdne snovi s kapljevino, lahko glede na končno
uporabo določimo ali so te trdne snovi hidrofilne, hidrofobne, oleofobne ali oleofilne.
- 15 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2.5 Mehanske lastnosti
Med obdelavo, uporabo in vzdrževanjem so tekstilni materiali izpostavljeni različnim
mehanskim vplivom oziroma obremenitvam. Največkrat je material izpostavljen istočasno
več vrstam obremenitev, ki so lahko statične, dinamične, kratkotrajne ali dolgotrajne [25].
Mehanske lastnosti podajajo deformacije, ki nastanejo zaradi delovanja zunanjih sil na snov.
V realnih polimernih sistemih se pojavljajo elastične lastnosti trdnih snovi in lastnosti
viskoznih tekočin istočasno. Če opišemo elastičnost s Hookovim zakonom in viskoznost z
Newtonovim zakonom, govorimo o linearni visokoelastičnosti, saj je napetost oziroma strižna
napetost v obeh slučajih sorazmerna deformaciji oziroma hitrosti deformacije [25]:
(2.9) ε⋅=σ E
(2.10) γ⋅η=τ
kjer je:
σ - natezna napetost
τ - strižna napetost
ε - raztezek
γ - strižna deformacija
η - koeficient viskoznosti
E – modul elastičnosti.
Najpomembnejši in najlažje izvedljiv je natezni preizkus, kjer material raztezamo s
konstantno hitrostjo do pretrga. Pri avtomatskem beleženju preizkusa dobimo krivuljo
odvisnosti podaljška Δl od naraščajoče sile F. Sila, ki deluje na vlakno, razvije v vlaknu
ravnotežno proti-silo oziroma napetost ( )2m/N/AF=σ in deformacijo 0llΔ=ε .
Konstruiramo lahko krivuljo napetost-deformacija ( )ε=σ f . Iz nje lahko poleg pretržnih
lastnosti določimo tudi druge pomembne viskoelastične pokazatelje.
- 16 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
( )ε=σ fOblika krivulje je značilna za posamezno vrsto vlaken in je odvisna od kemične
sestave, molekulske in nadmolekulske strukture. Na potek krivulje vplivajo še vlažnost in
temperatura okolja ter čas delovanja sile. σ/ε krivulje so pokazatelj določene strukturne
ureditve, še bolj pa pokazatelj sprememb strukture po določenih obdelavah npr. suho-mokro.
Potek krivulje ( )ε=σ f je opisan s tremi področji različnih naklonov I, II in III na sliki 2.8.
( )ε=σ fSlika 2.8: Krivulja odvisnosti napetosti od deformacije za vlakna
Sila, ki deluje na vlakno, ustvarja v njem napetost. Maksimalna sila, ki jo vlakno še prenese
do pretrga, ustreza mejni napetosti oziroma pretržni napetosti [25, 19].
Zaradi nepravilne oblike prečnih prerezov vlaken podajamo pretržno napetost pri maksimalni
sili kot kvocient sile in dolžinske mase, kar imenujemo specifična pretržna napetost σ : sp
t
maxsp T
F=σ (2.11)
kjer je:
- 17 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
σsp – specifična pretržna napetost /(cN/tex)
– dolžinska masa vlaken /tex Tt
– maksimalna sila /N. Fmax
- 18 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3 EKSPERIMENTALNI DEL
Eksperimentalno delo diplomske naloge je zajemalo naslednje faze dela:
1. Modifikacijo bombažnih vlaken s karboksimetilcelulozo:
• predobdelava bombažnih vlaken (alkalno izkuhavanje, beljenje, pranje,
demineralizacija) ter
• obdelava bombažnih vlaken s CMC
2. Spremljanje celokupnega naboja vzorcev neobdelanih vlaken in vlaken obdelanih s CMC s
konduktometrično titracijo.
3. Določitev stičnega kota neobdelanih vlaken in vlaken obdelanih s CMC, s ciljem
karakterizacije hidrofilnosti površin vlaken.
4. Spremljanje mehanskih lastnosti neobdelanih vlaken in vlaken obdelanih s CMC.
5. Obdelava ter primerjava rezultatov določanja naboja, stičnih kotov in mehanskih lastnosti
neobdelanih vlaken in vlaken, obdelanih z dvema različnima karboksimetil-celuloznima
produktoma (Niklacell T50 in Niklacell T100).
- 19 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.1 Materiali
3.1.1 Bombažna vlakna
Za izvedbo vseh meritev smo uporabili ruska bombažna vlakna tipa Ronda, s povprečno
dolžino 31 mm, mikronerske vrednosti 4,4.
3.1.2 Karboksimetilceluloza
Za obdelavo bombažnih vlaken s karboksimetilcelulozo smo uporabili komercialni produkt
Niklacell, avstrijskega proizvajalca Mare. Uporabili smo dva različna tipa, ki se razlikujeta po
molski masi, gostoti naboja in čistosti in sicer Niklacell T50 in Niklacell T100. Karakteristike
obeh so bile raziskane že v preteklih raziskavah [2] in so podane v preglednici 3.1:
Preglednica 3.1: Karakteristike uporabljenih CMC produktov
CMC
Izdelek oznaka
čistost
(%)
molska
masa
M w
gostota količina
naboja naboja
Q (mmol/g)
(C/g-1)
Niklacell T50 CMC50 10 281 000 678 7.0
Niklacell T100 CMC100 15 452 000 741 7.7
- 20 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.1.3 Kemikalije
Pri izvedbi eksperimentalnega dela smo uporabljali sledeče kemikalije:
natrijev hidroksid NaOH,
Tanawet BC (omakalno anionsko sredstvo, ki ima nevtralni pH in dobro emulgira
bombažne nečistoče),
Tanasperse OH (neionsko sekvestirno sredstvo združljivo z anionskimi in neionskimi
produkti, uporabno v procesih alkalne predobdelave bombaža in njegovih mešanic za
odstranitev inkrustov),
vodikov peroksid (w = 30 %) , H2O2
Tanatex GEO (mineralni stabilizator vodikovega peroksida, ki se uporablja pri
diskontinuirnih procesih beljenja bombažnih vlaken in tkanin),
klorovodikovo kislina HCl,
natrijev hidrogen karbonat NaHCO 3,
kalcijev klorid CaCl2.
3.2 Modifikacija bombažnih vlaken s CMC
3.2.1 Predobdelava bombažnih vlaken
Surova bombažna vlakna vsebujejo inkruste oziroma necelulozne primesi, ki jih je potrebno
odstraniti, saj motijo nadaljnje tekstilno-kemijske procese. Bombažna vlakna smo tako
predobdelali in sicer z alkalno obdelavo, beljenjem in demineralizacijo.
Alkalno izkuhavanje
Z alkalnim izkuhavanjem smo iz bombažnih vlaken odstranili necelulozne snovi in ostale
nečistoče in primesi naravnih celuloznih vlaken. Med alkalno obdelavo se bombažne maščobe
in voski umilijo, odstranijo se pektinske substance, proteini, deloma naravna barvila, ostanki
- 21 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
semen in druge nečistoče. Na ta način povečamo hidrofilnost, kar je bistvenega pomena za
boljše navzemanje CMC, v nadaljevanju postopka modifikacije bombažnih vlaken.
Bombažna vlakna smo izkuhavali po postopku izčrpavanja v aparatu Ahiba Turbomat
(Datacolor) v alkalni kopeli, pripravljeni po sledeči recepturi:
• KR (kopelno razmerje) = 1 : 30,
• 20 g/L NaOH,
• 2 mL/L omakalnega sredstva Tanawet BC in
• 1 mL/L sekvestirnega sredstva Tanasperse OH.
Postopek alkalnega izkuhavanja smo izvajali 90 minut pri temperaturi 98 °C. Po končanem
postopku smo vlakna izprali pod tekočo vodo in pripravili za drugo fazo predobdelave.
Beljenje alkalno izkuhanih vlaken
Najpogosteje se za postopek beljenja uporablja vodikov peroksid, saj se z njegovo uporabo
doseže zadovoljiva stopnja beline, kakor tudi visoka hidrofilnost. S tem postopkom
odstranimo iz vlaken razne spremljajoče substance, ki jih z drugimi načini ni možno.
Razbarvanje teh primesi dosežemo z oksidacijo ali redukcijo, obdelava pa lahko poteka v
kopeli ali z impregnacijo z belilnimi sredstvi.
Bombažna vlakna smo belili po postopku izčrpavanja v belilni kopeli pripravljeni po sledeči
recepturi:
• KR = 1 : 30,
O in • 6 mL/L H2 2
• 2 mL/L mineralnega stabilizatorja Tanex GEO
• pH = 10,7 (uravnamo z 0,01 M NaOH)
Postopek beljenja smo izvajali 30 minut pri temperaturi 98 °C.
- 22 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Demineralizacija
Postopek demineralizacije je obdelava bombažnih vlaken z raztopino HCl (cHCl = 0,01 mol/L)
z namenom učinkovite odstranitve kationov (Na+ +, Ca ), ki so v vlaknih ostali kljub prejšnjim
predobdelavam. Demineralizacija je bistvenega pomena za določitev naboja vlaken, saj pri
titracijskih metodah merimo potencial/prevodnost raztopine, ki je neposredno odvisen od
koncentracije vodikovih ionov v raztopini. Za uspešen potek tovrstnih tehnik je nujno, da so
vlakna v kislem stanju.
Bombažna vlakna smo pri sobni temperaturi 30 minut obdelovali v kopeli pripravljeni po
sledeči recepturi:
• KR = 1 : 100
• HCl (c = 0,01 mol/L).
Po vseh fazah predobdelave smo bombažna vlakna še izpirali v deionizirani vodi, do
konstantne prevodnosti (σ ≤ 1 μS/cm), jih posušili na zraku in najmanj 24 ur klimatizirali pri
standardnih pogojih (temperatura = 20 °C ± 2 °C in relativna zračna vlažnost = 65 % ± 2 %).
3.2.2 Modifikacija bombažnih vlaken s CMC
Predhodno predobdelana bombažna vlakna smo topokemijsko modificirali s CMC po
optimalni recepturi, ki jo je Laine [5, 6] razvil za papirno celulozo. Laine je dokazal, da se pri
reakcijskih pogojih kot so: visoka temperatura, visoka ionska moč in prisotnost elektrolita,
CMC ireverzibilno veže na papirno celulozo, pri čemer lahko hkrati poteče ko-kristalizacija in
povišanje vsebnosti [5, 6]. Bombažno celulozo smo, kot že omenjeno, modificirali z dvema
različnima tipoma CMC (povprečna molska masa, gostota naboja, čistost).
Oznake in opis kemijsko modificiranih bombažnih vlaken se nahajajo v preglednici 3.1:
- 23 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Preglednica 3.1: Modifikacija bombažnih vlaken z različnima tipoma CMC produkta
Oznaka OBDELAVA BOMBAŽNIH VLAKEN
Predobdelana vlakna (alkalno izkuhana, beljena in
demineralizirana) R
Vzorec R modificiran s CMC50 (Niklacell T50) C50
Vzorec R modificiran s CMC100 (Niklacell T100) C100
Predobdelana bombažna vlakna smo najprej pretvorili v Na-obliko z obdelavo v 0.001 M
NaHCO3 pri pH 9, ki smo ga uravnavali z 0.1 M NaOH. Sledilo je ponovno izpiranje z
deionizirano vodo do konstantne prevodnosti ( ≤ 1 μS/cm). Topokemijsko modifikacijo
vlaken smo izvedli v obdelovalni kopeli ob zahtevanih reakcijskih pogojih po naslednji
recepturi:
• 200 mL H O 2
• 0,1 g CMC (CMC50 oz. CMC100)
• 1,2 g CaCl 2
• 5 g predobdelanih bombažnih vlaken (R)
• pH 7-8 (uravnava z 0,1M NaOH)
Vlakna smo obdelovali 180 min pri 90 °C ob stalnem mešanju. Tako obdelana bombažna
vlakna so v Ca-obliki in jih je bilo potrebno izpirati z deionizirano vodo ter ponovno
pretvoriti v H-obliko z obdelavo v 0,01M HCl (demineralizacija; KR 1:100, 30 min).
Po končanih postopkih modifikacije vlaken s CMC smo bombažna vlakna še izpirali v
deionizirani vodi, do konstantne prevodnosti (σ ≤ 1 μS/cm), jih posušili na zraku in vsaj 24 ur
klimatizirali pri standardnih pogojih (temperatura = 20 °C ± 2 °C in relativna zračna vlažnost
= 65 % ± 2 %).
- 24 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.3 Analitske metode
3.3.1 Določanje naboja vlaken s konduktometrično titracijo
Pri konduktometrični titraciji izkoriščamo sposobnost snovi, da v disociirani obliki prevajajo
električni tok. Karakteristični profil konduktometrične titracije je titracijska krivulja, ki podaja
odvisnost prevodnosti od volumna dodanega titranta (NaOH). Pri titraciji šibkih kislin je
električna prevodnost zelo majhna, zaradi slabe disociacije –COOH skupin, kar največkrat
onemogoča natančno določitev ekvivalentne točke suspenzije vlaken. Konduktometrična
titracija, ki smo jo izvajali, temelji na analizi zmesi kislin, ki smo jo ustvarili z dodatkom
močne klorovodikove kisline (HCl) v suspenzijo kislih vlaken. Vsebnost šibkih kislih skupin
vlaken smo določili iz presečišča drugega in tretjega linearnega dela konduktometrične
krivulje, ki smo ju dobili z ekstrapolacijo obeh premic. Pri izračunu vsebnosti kislih skupin
vlaken smo upoštevali količino HCl, dodane na začetku titracije.
S konduktometrično titracijo smo tako neposredno določili množino karboksilnih skupin v
kisli vodni suspenziji vzorcev bombažnih vlaken (cca. 1 g) . Pred izvedbo analize smo vzorce
dobro razvlaknili in zmleli v drobne delce. Po demineralizaciji in spiranju sledi filtracija
vlaken z namenom odstranitve odvečne vode in shranjevanje vlaken v hladilniku pri 4 - 6 ºC.
Avtomatski titrator vodi proces titracije s pomočjo titracijskih parametrov, prevodnost pri
konduktometrični titraciji pa smo merili s konduktometrom InLab 730 (Mettler Toledo,
Švica). Uporabljen titrant je bil 0.1 M NaOH. Celoten postopek titracije je bil voden
računalniško z uporabo programske opreme LabX Pro 2.6 (Mettler Toledo, Švica).
- 25 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.3.2 Določanje hidrofilnosti z ugotavljanjem stičnega kota
Pred meritvami kapilarnih hitrosti je potrebno določiti konstanto materiala oz. c-faktor, ki ga
vključuje Washburn-ova enačba (2.6).
Konstanto materiala določimo tako, da določimo kapilarne hitrosti s standardnim topilom (n-
heptan), za katerega velja, da popolnoma omaka vse trdne površine. Faktor c se izračuna po
enačbi (2.7).
Kapilarne hitrosti smo določili po metodi naraščajoče višine dviga (Power Contact Angle),
opisani v poglavju 2.4.
Stične kote pa smo izračunali v skladu z enačbo (2.6).
Za meritve smo uporabili klimatizirana vlakna, ki smo jih narezali na približno 2 mm.
Natehtana vlakna (0,9000 g) smo vstavili v stekleni valj, ki je na spodnji strani zaprt s
steklenim filtrom. Pri tem smo pazili na enakomerno gostoto razporeditve vlaken v valju.
Za določanje adsorpcijskih lastnosti vlaken smo uporabili procesni tenziometer K 12 in
merilno metodo Power Contact Angle - Krüss 121, proizvajalca Krüss iz Nemčije.
Naprava meri in beleži maso vzorca v časovnih presledkih. S pomočjo programske opreme se
na osnovi izmerjene sile teže kapilarna hitrosti (masa2/t) izračuna stični kot po enačbi (2.6).
- 26 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3.3.3 Določanje mehanskih lastnosti vlaken
Mehanske lastnosti vlaken smo določali v skladu s standardi SIST EN ISO 5079:1999
(Tekstilije – Vlakna – Ugotavljanje pretržne sile in pretržnega raztezka posameznih vlaken
(ISO 5079:1995)) in SIST EN ISO 1973:1999 (Tekstilna vlakna – Ugotavljanje dolžinske
mase – Gravimetrična in Vibroskopska metoda (ISO 1973:1995))
Za določanje mehanskih lastnosti vlaken smo uporabili računalniško krmiljen dinamometer
VIBRODYN 400, ki je povezan z merilcem dolžinske mase VIBROSKOP 400. Merilno
območje naprave za določanje pretržne sile je od 0 cN do 100 cN, z upoštevanjem merilnih
napak za napetost ± 1 % in razteznost ± 0,1 %. Naprava s pomočjo programske opreme
avtomatsko beleži posamezne meritve, izračunava srednje, minimalne in maksimalne
vrednosti meritev, standardno odstopanje in variacijski koeficient. Dinamometer določa še
pretržno napetost σ (cN/tex), pretržni raztezek ε (%) in modul elastičnosti oziroma začetni
modul E (cN/tex, pri 1 % raztezku) ter krivuljo naraščanja napetosti v vlaknu z naraščajočo
deformacijo σ (ε).
Pri spremljanju mehanskih lastnosti vlaken smo se osredotočili na finost vlaken Tt (dtex),
pretržno napetost σ (cN/tex) in pretržni raztezek ε (%), delo je potekalo v standardni
atmosferi (T = 20 °C ± 2 °C in RV = 65 % ± 2 %). Uporabljena je bila vpenjalna dolžina 10
mm in predobtežba 100 mg ter hitrost merjenja 20 mm/min.
Postopek meritev zahteva, da vlaknu najprej določimo dolžinsko maso Tt (dtex) nato pa isto
vlakno raztezamo do pretrga. Izmerili smo 50 preizkušancev vsakega vzorca, zanimala pa nas
je tudi primerjava mehanskih lastnosti suhih, kakor tudi vlaken v mokrem stanju.
- 27 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4 REZULTATI IN DISKUSIJA
V tem poglavju so v zaporednem vrstnem redu prikazani: rezultati določanja naboja vzorcev
vlaken s konduktometrično titracijo, rezultati določanja hidrofilnosti vzorcev vlaken s
tenziometrijo (stični kot) ter rezultati določanja mehanskih lastnosti vzorcev vlaken. Podane
so diskusije ob posameznih sklopih rezultatov.
4.1 Rezultati in diskusija določanja naboja vlaken
Rezultati določanja količine karboksilnih skupin (celokupni naboj) vlaken modificiranih s
CMC v H- in Na- obliki določene s konduktometrično titracijo so predstavljene v tabeli 4.1.
Preglednica 4.1: Celokupni naboj (karboksilne skupine) vlaken modificiranih s CMC v H- in
Na- obliki določen s konduktometrično titracijo
-Vzorec Celokupni naboj (COO ) povečanje
naboja (mmol/kg)
H-oblika
vlaken
Na-oblika
vlaken
(%)
R 11.3 - -
C50 25.5 21.3 88
C100 23.1 17.9 58
CV rezultatov določanja naboja je < 2 % za vse tri vzorce (povprečje treh meritev).
- 28 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Laine je v svojih raziskavah ugotovil [5, 6], da je moč zasledovati desorpcijo CMC s
površine celuloznih vlaken v primeru, ko so vzpostavljeni optimalni pogoji za odbojne sile
med obema polimeroma. Ugotovil je, da je to v primeru shranjevanja vlaken (modificiranih s
CMC) v destilirani vodi za najmanj 2 h, ob predhodni pretvorbi vlaken v Na-obliko.
Iz rezultatov konduktometrične titracije je tako razvidno, da se približno 20 % CMC
desorbira s površine vlaken pri obeh modificiranih vzorcih. Nadalje smo ugotovili, da se je pri
obeh CMC modificiranih vzorcih celokupni naboj zvišal za ≥ 50 %, in sicer pri CMC100 za
58%, pri CMC50 pa celo za 88%.
Preučili smo tudi vpliv povprečne molske mase uporabljenih CMC produktov na porast
celokupnega naboja vlaken. Ugotovili smo, da povprečna molska masa karboksimetil celuloze
CMC50, ki znaša 2.8·105 vodi k optimalni adsorpciji na bombažna vlakna, kakor tudi k
optimalni porasti celokupnega naboja vlaken. Vzorci, modificirani s CMC100, ki imajo
povprečno molsko maso 4.5·105, izkazujejo količinsko manjšo in šibkejšo (bolj reverzibilno)
adsorpcijo CMC na površino vlaken in posledično manjšo porast celokupnega naboja.
Zanimal nas je tudi vpliv čistosti CMC na porast celokupnega naboja vlaken. V ta namen smo
obdelali vzorec bombažnih vlaken (vzorec R) s komercialnim CMC (Niklacell T50 – C50) in
istim, predhodno očiščenim CMC (C50P). Solno frakcijo smo odstranili z večkratnim
frakcioniranjem v etanolu (5-7 krat) pri temperaturi 40-50°C.
- 29 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Preglednica 4.2: Vsebnost soli v CMC, adsorbirana količina CMC ter celokupni naboj
(določen s konduktometrično titracijo) in adsorpcijske vrednosti bombažnih vlaken
modificiranih s »solnim« in očiščenim CMC
Vzorec CMC Vsebnost
soli
Adsorbirana
količina
Celokupni naboj
vlaken
Desorpcija
(%)
(%) (%) (mmol/kg)
R - - - 11.34 -
C50 CMC+NaCl 10 83 25.5 17
C50P očiščen CMC zelo nizka 31 33 17
CV rezultatov določanja naboja je < 2 % za vse tri vzorce.
Primerjava adsorbiranih količin CMC med vzorcema C50 (obdelan s komercialnim CMC50)
in vzorcem C50P (obdelan z očiščenim CMC50) pokaže, da je adsorpcija na vlakna pri
slednjem precej nižja (za 56%). Očitno adsorpcija narašča sorazmerno z vsebnostjo soli,
medtem ko je celokupni naboj vlaken višji (vzorec C50P) pri uporabi očiščenega CMC za
modifikacijo vlaken.
Med postopkom čiščenja CMC verjetno prihaja do sprememb v porazdelitvi povprečnih
molskih mas, kar rezultira k višjemu deležu molekul z večjo molsko maso, medtem ko se
delež molekul z nižjo molsko maso zniža. To pomeni, da se na površino vlaken veže več
polimerov z večjo molsko maso, ko uporabimo za modifikacijo vlaken očiščen CMC.
Polimeri z večjo molsko maso pa po vsej verjetnosti posedujejo večjo vsebnost naboja, kar se
očitno izkaže tudi po vezavi »čiste« CMC na površino vlaken (Preglednica 4.2).
- 30 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4.2 Rezultati in diskusija določanja stičnih kotov vlaken
Preglednica 4.3: Rezultati določanja stičnega kota vzorcev vlaken
Stični kot [°] VZOREC
R 82,04 ± 0,609
C50 80,06 ± 1,101
C100 80,46 ± 0,696
Za določanje stičnega kota vzorcev bombažnih vlaken smo izvedli 5 meritev za posamezen
vzorec. CV rezultatov so do 1 % za vse tri vzorce.
Stični kot [°]
77
78
79
80
81
82
83
R C50 C100
Slika 4.1: Primerjava rezultatov meritev stičnih kotov na izmerjenih vzorcih
- 31 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Vzorcem smo določili hidrofilnost na podlagi meritev stičnega kota s tenziometrijo. Ugotovili
smo, da se obema vzorcema po obdelavi s CMC stični kot nekoliko zniža. Vzorcu ki je bil
obdelan s CMC50 se stični kot zmanjša za 2,4%, medtem ko se vzorcu obdelanem s CMC100
stični kot zniža za 1,9%. Vidimo, da med obema obdelanima vzorcema skoraj ni izrazitejših
razlik. Glede na to, da sta oba produkta CMC, ki smo ju uporabili za funkcionalizacijo vlaken
visoko molekularna je pričakovati podobno učinkovitost na hidrofilnost funkcionaliziranih
vlaken. Visokomolekularni CMC se v glavnem adsorbira na površino celuloze in tako zapre
površinsko dostopnost za tekočine. Hkrati pa je zaradi kemijskega vpliva, kot je zvišanje -OH
in -COOH skupin pričakovati rahel porast hidrofilnega značaja. Očitno kemijski vpliv
dominira nad zmanjšanjem dostopnosti v amorfnih predelih vlakna in so tako rezultati meritev
stičnega kota (nekoliko nižji po funkcionalizaciji s CMC) pričakovani.
- 32 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4.3 Rezultati in diskusija določanja mehanskih lastnosti vlaken
Preglednica 4.4: Rezultati določanja mehanskih lastnosti vlaken
Pretržna
napetost
Pretržni
raztezek Finost Vzorec
(cN/tex) (%) (dtex)
R 1,86 ± 0,43 33,60 ± 4,28 7,93 ± 1,26
R /mokro 1,86 ± 0,48 43,19 ± 7,79 10,68 ± 1,48
C50 1,75 ± 0,26 25,86 ± 4,55 6,97 ± 1,15
C50 /mokro 1,72 ± 0,22 32,49 ± 8,71 11,27 ± 2,48
C100 1,98 ± 0,20 23,26 ± 3,20 10,55 ± 1,26
C100 /mokro 1,86 ± 0,37 31,11 ± 6,96 7,93 ± 1,26
Iz primerjave rezultatov spremljanja mehanskih lastnosti je razvidno, da imajo neobdelana
vlakna v primerjavi z vlakni, modificiranimi s CMC nekoliko višje pretržne napetosti, če pa
upoštevamo statistične vrednosti (z upoštevanimi standardnimi deviacijami), pa lahko
zaključimo, da so razlike oz. odstopanja minimalna. Navedeno je dobro razvidno iz Slike 4.2:
- 33 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
R R /mokro C50 C50 /mokro C100 C100 /mokro
pretržna napetost (cN/tex) pretržni raztezek (%)
Slika 4.2: Primerjava rezultatov določanja mehanskih lastnosti
Prav tako je iz zgornje slike razvidno, da so pretržne napetosti in pretržni raztezki istih
vzorcev, merjenih v mokrem stanju nekoliko višji, tako pri neobdelanih, kakor tudi pri s CMC
modificiranih vlaknih, kar je za hidrofilna bombažna vlakna značilno. Primerjava rezultatov
mehanskih lastnosti obeh uporabljenih CMC produktov pokaže, da med njima praktično ni
razlik. Rahel padec pretržnih napetosti in raztezkov vlaken, obdelanih s CMC je zaradi
naknadnih obdelav vlaken pri visokih temperaturah in kislem mediju razumljiv, ni pa
signifikanten. Pravzaprav je ta rahel padec trdnosti vlaken moč označiti kot zanemarljiv, torej
lahko pri funkcionalizaciji bombažnih vlaken s CMC govorimo o uspešnem ohranjanju
mehanskih lastnosti le-teh, kar je bistvenega pomena za praktično uporabnost tovrstno
funkcionaliziranih materialov.
- 34 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
5 SKLEP
Bombaž je zaradi svojih lastnosti vsestransko uporaben. Izdelki so trdni, se lahko negujejo, so
udobni, razmeroma lahki, vpijajo znoj in vlago, se lahko barvajo z različnimi barvili, od
katerih imajo nekatera odlične obstojnosti. Neželene lastnosti, kot so krčenje,
hidrofilnost/hidrofobnost in gorljivost, se lahko z različnimi plemenitilnimi postopki
zmanjšajo. Zato bombažna vlakna velikokrat mešamo z drugim vlakni, kot sta poliester in
viskoza, ali pa jih površinsko modificiramo s kemičnimi reagenti, sol-gel reagenti, plazmo,
tehnikami sevanja itd. Rezultat takšnih modifikacij je napreden celulozni tekstilni material, ki
je lahko odporen na UV sevanje, ima vodoodbojne ali oljeodbojne lastnosti, je manj gorljiv,
antistatičen, manj mečkljiv, bolj hidrofilen, protimikroben itd.
Na področju celuloznih materialov je znanih precej postopkov modifikacij z namenom
spremembe funkcionalnosti celuloze. Mnogi postopki so okolju neprijazni ali pa vodijo k
neobstojnosti končnih materialov in k sočasnemu poslabšanju mehanskih lastnosti, kar
zmanjšuje stopnjo uporabnosti končnega produkta. Obdelava celuloze z različnimi
polisaharidi za dosego večje funkcionalnosti omogoča široko uporabnost končnega produkta.
Sočasno s tem je produkt biorazgradljiv in obnovljiv. Težnja tovrstnih modifikacij je v
kreiranju hidrofilnega/hidrofobnega značaja in posledično zviševanju oz. zniževanju
reaktivnosti kot funkcije adsorptivnosti. S kontroliranim spreminjanjem površinske
funkcionalnosti vlaken je mogoče razviti učinkovitejše pogoje obdelave in s tem povečati
izkoristek pomožnih sredstev in kemikalij ob povečani ali vsaj ohranjeni kakovosti končnega
izdelka. Zadnji trend je funkcionalizacija celuloznih materialov s protimikrobnimi
polisaharidi za razvoj bioaktivnih tekstilij.
V diplomski nalogi smo skušali dognati kako funkcionalizacija oz. modifikacija bombažnih
vlaken s karboksimetilcelulozo vpliva predvsem na uporabne lastnosti bombaža, kot sta
celokupni naboj vlaken ter hidrofilnost, hkrati pa podati ugotovitev, kako omenjena
funkcionalizacija vpliva na uporabne lastnosti bombažnih vlaken, kar nedvomno interpretirajo
mehanske lastnosti obdelanega materiala.
- 35 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
Ugotovitve so zelo vzpodbudne, saj rezultati kažejo na signifikantno povečanje naboja
bombažnih vlaken. Ugotovili smo namreč, da se je pri obeh CMC modificiranih vzorcih
celokupni naboj zvišal za ≥ 50 %. Ugotovili smo tudi, da povprečna molska masa
karboksimetil celuloze CMC50, ki znaša 2.8·105 vodi k optimalni adsorpciji na bombažna
vlakna, kakor tudi k optimalni porasti celokupnega naboja vlaken. Vzorci, modificirani s
CMC100, ki imajo povprečno molsko maso 4.5·105, izkazujejo količinsko manjšo in šibkejšo
(bolj reverzibilno) adsorpcijo CMC na površino vlaken in posledično manjšo porast
celokupnega naboja.
Prav tako modifikacija bombažnih vlaken s CMC nekoliko poveča hidrofilnost materiala, saj
smo ugotovili, da se vzorcem po obdelavi s CMC v povprečju za več kot 2% zniža stični kot.
Med obema obdelanima vzorcema skoraj ni izrazitejših razlik, saj sta oba produkta CMC, ki
smo ju uporabili za funkcionalizacijo vlaken visoko molekularna in učinkujeta podobno na
hidrofilnost funkcionaliziranih vlaken. Zaradi kemijskega vpliva kot je zvišanje -OH in
-COOH skupin je bil rahel porast hidrofilnega značaja pričakovan.
In nenazadnje, velika prednost v diplomskem delu uporabljene obdelave celuloznega
materiala je tudi ohranjanje njegovih mehanskih lastnosti. Znano je, da določeni postopki
obdelav dodobra zrahljajo mikrostrukturo celuloznih vlaken, kar rezultira signifikantni padec
mehanskih lastnosti (predvsem trdnosti), kar pa predstavlja veliko oviro za uporabne lastnosti
končnega materiala. Primerjava rezultatov mehanskih lastnosti obeh uporabljenih CMC
produktov pokaže, da med njima praktično ni razlik. Rahel padec pretržnih napetosti in
raztezkov vlaken, obdelanih s CMC pa je moč označiti kot zanemarljiv, torej lahko pri
funkcionalizaciji bombažnih vlaken s CMC govorimo o uspešnem ohranjanju mehanskih
lastnosti le-teh.
V diplomskem delu uporabljena topokemijska modifikacija bombažnih vlaken s
karboksimetilcelulozo daje očitno zelo plodne rezultate. Je metoda, ki sočasno z zvišanjem
celokupnega naboja ter hidrofilnega značaja vlaken, ohranja tudi nekatere mehanske lastnost
vlaken. Glede na to, da so našteti parametri gonilna sila adsorptivnosti vlaken je moč
pričakovati izboljšano adsorpcijsko kapaciteto le-teh za številne specifične substrate,
predvsem tiste kationskega značaja.
Vsi našteti parametri so rezultat funkcionalizacije in omogočajo razvoj naprednih materialov z
visoko dodano vrednostjo v številnih tekstilnih branžah, kot recimo novi sanitetni materiali,
bolj vpojna oblačila, itd.
- 36 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV
[1] STANA-KLEINSCHEK Karin: Surface properties of processed cotton fibers:
disertacija, Graz 1996
[2] FRAS Lidija: Določitev disociacijskih konstant funkcionalnih skupin kemijsko
modificiranih celuloznih vlaken ter opredelitev površinskega naboja: disertacija,
Univerza v Mariboru, 2004
[3] KREŠEVIČ Branka: Tekstilne surovine: zbrano gradivo, Univerza v Mariboru 1998
[4] MAJCEN LE MARECHAL Alenka. Organska kemija, Založniška dejavnost Fakultete
za strojništvo, Maribor 2005
[5] J. LAINE, T. LINDSTROM; Das Papier, 40, (2001)
[6] J. LAINE, T. LINDSTROM; Nordic Pulp and Paper Res. J, 15(5), (2000), 520
[7] J.W. HENSLEY, C.G. Ink; Textile Res. J., June, (1959), 505
[8] P.G. EVANS, W.P. EVANS; J. Appl. Chem., 17, (1967) 267
[9] BERTALANIČ Gorazd: Svetovni trg bombaža: magistrsko delo, Univerza v Ljubljani
2002
[10] R.S. JOVANOVIĆ: Celulozna prirodna i hemijska vlakna, 2.del, Građevinska knjiga,
Beograd, 1989
- 37 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
[11] FRAS-ZEMLJIČ Lidija. Uporaba titracijskih metod za ugotavljanje disociacijsko -
adsorpcijskih značilnosti tekstilnih vlaken, magistrsko delo, Fakulteta za strojništvo,
Maribor 2002
[12] AKAHANE Tooru, TAKEUCHI Sadaaki, MINAKATA Akira. Conductometric titration
of polyelectrolytes having sulfate and carboxyl groups, Polymer bulletin, 1990, volume
24
[13] Z. PERŠIN: Uporaba tenziometrije za spremljanje sorpcijskih lastnosti obdelanih
celuloznih vlaken, magistrsko delo, Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo,
Maribor, 2001
[14] JAZBEC Anita. Površinske lastnosti bombažnih vlaken obdelanih s hitozanom,
magistrsko delo, Fakulteta za strojništvo, Maribor 2004
[15] U. OHLERICH: Metoden zur Characterisierung von Flüssig/Flüssig-und Flüssig/gas-
Grenzflächen, Krüss GmbH, Wiseenschaftliche laborgeräte, Hamburg, 1994
[16] H.G. HAUTHAL: Grenzflächenspannung an der Phasengrenze Fest/Flüssig, Univerzität
Leipzig und VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1996
[17] Benutzhanbuch: Contact Angle – and Adsorption, Measuring System, Version 2.1, Krüss
GmbH, Hamburg, 1996
[18] H. LECHNER: Die Kontactwinkelmessung, Ein Verfahren zur Bestimmung der freien
Grenzflächenenergie von Festkörpen, Vortrag an der Universität für Bodenkultur, Wien,
1-19,1994
[19] R. ČUNKO: Ekologija i tekstil, Tekstil, 42 (1993) 8, str. 452 – 453
- 38 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
[20] RAYMOND Louise, MORIN Frederick G., MARCHESSAULT Robert H. Degree of
deacetylation of chitosan using conductometric titration and solid-state NMR,
Carbohydrate research, 1993, volume 246
[21] Y.S. CHUNG, K.K. LEE, J.W. KIM: Durable Press and Antimicrobial Finishing of
Cotton Fabrics with a Citric Acid and Chitosan Treatment, Textile Res. J. 68 (10), 722-
755, 1998
[22] S. LEE, J.S. CHO, G. CHO: Antimicrobial and Blood Repellent Finishes for cotton and
Nonwoven Fabrics Based in Chitosan and Fluoropolymers, Textile Res. J. 69 (2), 104-
112, 1999
[23] GRZYBKOWSKI Waclaw. Conductometric and potentiometric titration, Politechnika
Gdańska, Gdańsk 2002
[24] EBERHARDT Darlene Michele: Antibacterial and laundering properties of AMS and
PHMB as finishing agents for healthcare workers uniforms, doktorska disertacija, Faculty
of the Virginia polytechnic institute, Blacksburg 2004
[25] BROWNING B.L.: Methods of Wood Chemistry, Volume II; New York, 1967
[26] LÜDTKE M.: Biochem. Z., 233, (1931), 25
[27] LÜDTKE M.: Angew. Chem., 48, (1935), 65
[28] NEALE S.M.: Nature, 135, (1935), 583
[29] ČAKARA Duško: Charging behavior of polyamines in solution and on surfaces: A
potentiometric titration study, doktorska disertacija, Faculté des sciences, Geneve 2004
[30] PUŠENJAK Rudi: Elektrotehnika za strojnike, Fakulteta za strojništvo, Maribor 2006
- 39 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
[31] G. F. DAVIDSON, T. P. NEVELL: Shirley Inst. Mem., 21, 1947
[32] T. P. NEVELL: Journal Textile Institute, 42, 1951
[33] B. L. BROWNING: Methods of Wood Chemistry, Interscience Publisher, New York,
1967
[34] C. FORS: The effect of fibre charge on web consolidation in papermaking, doctoral
thesis, Royal Institute of Technology, Stocholm, 2000
[35] L. WÄGBERG, G. ANNERGREN: Physicochemical characterization of papermaking
fibres, Symposium: The Fundamentals of Papermaking Materials, Cambridge, UK, 1997
[36] A. M. SCHALLAN: Tappi Journal, 66, No. 11, l. 1983
[37] G. G. ALLAN, W. M. REIF: CPPA Transactions of Technical Sections 1(4), 1975
[38] G. G. ALLAN, W. M. REIF: Svensk, Papperstidning, 18, 1971
[39] US patent 3,058,873
[40] WO 99/57370
[41] WO 01/21890
- 40 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
ŽIVLJENJEPIS
Osebni podatki: Mitja Mlakar
Visole 17 2310 Slovenska Bistrica
rojen 02.03.1968 v Ljubljani
Šolanje: 1975 – 1983 OŠ Drago Kobal, Maribor
1983 – 1987 Srednja tekstilna šola Maribor
1988 – 1994 Visoka tehniška šola Maribor
Služenje VR: 1987 – 1988 JLA Valjevo, Kikinda Redna zaposlitev: 1995 – Tehniške fakultete Maribor (pripravništvo) 1996 – MTT Tekstilna tovarna Tabor 1996 – Fakulteta za strojništvo Maribor
- 41 -
Recommended