Přírodní rostlinná vlákna

1. Přírodní rostlinná vlákna • Rostlinná buňka • Stavba buněčné stěny a rostlinných vláken • Chemické složení vláken • Příklady vláken

2. Rostlinná buňka

3. Měřítko velikostí

4. Stavba buněčné stěny a rostlinných vláken

6. Vztah mezi strukturou, procesem, složkou a modulem pružnosti

7. Mikrofibrily celulózy – vyztužující vlákna v buněčné stěně • Mikrofibrily celulózy je možné získat mechanicko – chemickými pochody z nejrůznějších přírodních surovin (dřevo, cukrová řepa, brambory, atd.). • horní obr. – optická mikroskopie, elementární vlákno konopí, zvětšení 1024 krát • dolní obr. – elektronová mikroskopie, vysoce mletá papírovina

8. Mikrofibrily celulózy • Průměr mikrofibril: řádově desítky nanometrů. • Délka mikrofibril: řádově stovky nanometrů. • Celulózové mikrofibrily jsou svazky napřímených celulózových molekulárních řetězců o tloušťce cca 12 nm. • Youngův modul dosahuje až 134 GPa, pevnost předpokládaná 2 GPa, experimentálně získaná 1,7 GPa, hustota 1,5 g/cm3.

9. Mikrofibrily celulózy • Mikrofibrily celulózy je možné díky jejich rozměrům zahrnout do skupiny tzv. nanostrukturních materiálů. • Tato nanovlákna jsou zároveň biologicky odbouratelná. • Jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti jsou srovnatelné s vlákny uměle vyrobenými. Fig. 1. Low dose TEM observation of homogenized cellulose microfibrils suspension obtained from Opuntia ficus-indica.

10. Celulóza • Přírodní rostlinná vlákna jsou tvořena nejrozšířenější organickou sloučeninou – makromolekulární látkou – celulózou, která tvoří stěny rostlinných buněk. • Každý rok se na naší Zemi vytváří přirozenou cestou nepředstavitelné množství tohoto jedinečného přírodního materiálu. • Pokud splní svůj přírodou naprogramovaný úkol, je také přírodou degradován za účelem poskytnutí stavebních prvků pro vznik další nové hmoty.

11. Celulóza • Elementární složení celulózy: 44,40 % C 6,17 % H 49,39 % O (C6H10O5)n Poměrná molekulová hmotnost je 162. • Krystalická látka, nerozpustná ve vodě, v přírodě se rozkládá.

12. Celulóza Pro člověka je celulóza nestravitelná.

13. Celulóza • V bavlně se celulóza vyskytuje téměř v čisté podobě (i přes 94%). • U ostatních vláken je ve větší míře provázena hemicelulózou, ligninem, pektiny, pryskyřicemi, tříslovinami a jinými látkami.

14. Porovnání chemického složení jednotlivých přírodních rostlinných vláken

15. Porovnání vybraných vlastností přírodních rostlinných vláken a vláken běžně používaných v kompozitních systémech

16. Bavlna

17. Bavlna • Přírodní rostlinná vlákna jsou tvořena nejrozšířenější organickou sloučeninou – makromolekulární látkou – celulózou, která tvoří stěny rostlinných buněk. • Elementární složení celulózy je 44,4% C - 6,17 % H - 49,39 % O2 (C6H10O5)n Poměrná molekulová hmotnost je162. Pro každý druh rostlinných vláken je počet opakujících se jednotek jiný. V bavlně se celulóza vyskytuje v téměř čisté podobě (i přes 99%), u ostatních vláken je provázena ligninem, pektinem, pryskyřicemi, tříslovinami a jinými látkami.

18. Bavlna • Podle archeologických zpráv se bavlna pěstovala již v 5.tisíciletí př.n.l.v Indii, ve 3.tisíciletí př.n.l. v Jižní Americe. Do Čech se dostala ve 13.století jako vycpávkový materiál. • V roce 1868 bylo vynalezeno její mechanické spřádání, v roce 1888 mechanický stav v Anglii. • Bavlník (Gossypium) – 40 druhů, využívá se 5 základních – bavlník keřovitý, srstnatý, bylinný, peruánský, stromový. • Výška keřů až 6 m dle typu, elementární vlákna až 50 mm.

19. Bavlna – morfologie bavlněného vlákna • Vlákno je jediná buňka vyrůstající z pokožky semena. Nejprve roste jako tenkostěnná trubička do délky. Ta je vyplněna protoplazmou (zajišťuje výživu vlákna v době růstu). Postupem času jsou pozorovány přírůstky celulózových prstenců – lamel – směrem dovnitř vlákna na úkor protoplazmy. Počet prstenců je závislý na době zrání – tloušťka celulózové vrstvy ovlivňuje vlastnosti bavlněného vlákna. • Vlákno má charakter zkroucené stužky, v příčném řezu fazolovitého tvaru.

20. Bavlna – morfologie bavlněného vlákna

21. Bavlna – chemické složení bavlněného vlákna • Závisí na druhu bavlny • Na stupni zralosti • Na půdních a jiných podmínkách • Za průměrné složení se považuje: 94,0 % celulózy, 1,3 % proteinu, 1,2 % pektinu, 1,2 % popele, 0,6 % vosků, 0,3 % cukrů, stopy pigmentu a 1,4 % ostatních látek.

22. Bavlna – vlastnosti bavlněných vláken • Délka vlákna – 1,2 až 5,5 cm • Jemnost vláken 0,8 až 2,85 dtex • Základní jednotka délkové hustoty vyjadřující jemnost chemických vláken nebo přízí, je to číslo, udávající v gramech hmotnost 1000 m příze. • Měrná pevnost za sucha – 297 až 470 mN/tex • Pevnost za mokra – 100 až 110 % pevnosti za sucha • Poměrné prodloužení za sucha – 6 až 10 % • Poměrné prodloužení za mokra – 7 až 11 % • Měrná hmotnost 1,52 g/cm3

23. Bavlna – vlastnosti bavlněných vláken • Bavlněná vlákna při teplotě 120oC zvolna žloutnou, při 150oC hnědnou, při 400oC vzplanou • Působením slunečního záření postupně žloutnou a ztrácí pevnost • Vykazuje dobré elektroizolační a tepelně izolační vlastnosti • Působením alkálií botná, průřez vlákna se zaobluje, lumen se zužuje, stužkovitý tvar se vyrovnává a zvyšuje se lesk • Působením minerálních kyselin dochází k hydrolýze – koncentrace, teplota, čas

24. Bavlna – použití • Mnohostranné. • Výrobky osobní spotřeby, bytové textilie, výrobky pro zdravotnické potřeby, průmyslové použití.

25. Len

26. Len • Jednoletá, jednodomá rostlina z čeledi lnovitých • Pěstování doloženo archeologicky – již v mladší době kamenné • Různé druhy – u nás len přádný – až 1m dlouhé stonky

27. Len – chemické složení lněného vlákna • 74% celulózy, 17% hemicelulózy, 2% ligninu, 1,7% pektinů, 3,8% látek nerozpustných ve vodě, 1,5% tuků a vosků

28. Len • Je tvořeno z vláken elementárních, jejichž tvar odpovídá až šestibokému hranolu, jehož oba konce jsou zakončeny špičkami • Vlákno je tvořeno z několika vrstev

29. Len

30. Len – vlastnosti lněných vláken • Délka technického vlákna – 60 až 80 cm, délka elementárního vlákna – 2,5 až 3 cm • Tloušťka technického vlákna – 600 μm, elementárního – 15 až 18 μm • Měrná pevnost za sucha 440 až 530 mN/tex • Pevnost za mokra – 115 až 120 % pevnosti za sucha • Poměrné prodloužení za sucha – 0,6 až 1,8 % • Poměrné prodloužení za mokra – 0,7 až 2,2 % • Měrná hmotnost 1,44 g/cm3 • Obsah vlhkosti za normálních klimatických podmínek – 15 %

31. Len – vlastnosti lněných vláken • Do teploty 120oC odolný, dále ztrácí barvu, účinkem slunečního záření postupně ztrácí pevnost • Špatně izoluje elektřinu, dobře vede teplo, vůči alkáliím je odolný, kyseliny vlákno narušují – hydrolýza, účinek je závislý na koncentraci, teplotě a čase.

32. Použití lnu • Tkaniny s chladivý omakem, technická plátna, dopravní pásy, hnací řemeny, šicí a průmyslové nitě.

33. Konopí

34. Konopí • Jednoletá dvoudomá rostlina – Canabis sativa – kulturní konopí – vzniklo z konopí divokého • Různé druhy – konopí severské, středněruské, jižní a hašišné – špatná kvalita vláken

35. Konopí – chemické složení konopného vlákna • 70 až 75 % celulózy, 8 až 15 % hemicelulózy, 8 až 12 % ligninu, 0,5 až 1 % popelovin, 2 až 4 % tuků a vosků, 10 až 12 % vlhkosti

36. Konopí – morfologie konopného vlákna • Elementární vlákna jsou buňky vřetenovitého tvaru s tupými, případně rozvidlenými konci, v průřezu u mladého stonku téměř kulatá, později mnohoúhelníkového tvaru

37. Konopí – vlastnosti konopných vláken • Délka technického vlákna – 1 až 2 m • Délka elementárních vláken – 1,5 až 2 cm • Tloušťka elementárních vláken – 15 až 50 μm • Měrná pevnost za sucha 290 až 700 mN/tex • Pevnost za mokra – 115 % pevnosti za sucha • Poměrné prodloužení za sucha 1,5 až 3 % • Poměrné prodloužení za mokra – až 4 % • Měrná hmotnost 1,48 g/cm3 • Obsah vlhkosti za normálních klimatických podmínek – 13 % • Odolnost vůči povětrnostním vlivům je z přírodních vláken nejvyšší

38. Použití konopí • Zpracovává se především jako technické vlákno převážně do výrobků, u kterých je potřebná velká pevnost a odolnost proti vlhkosti a povětrnostním vlivům. • Technické tkaniny, plachtoviny, popruhy, dopravní pásy, základní kobercové tkaniny, lana, provazy.

39. Konopí – suchá vlákna • Mikroskopické snímky krátkých suchých konopných vláken (2 až 5 mm). • Zvětšení 102 krát a 256 krát.

40. Konopí – nabotnalá vlákna • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 48 hodin ve vodě. • Zvětšení 102 krát a 256 krát.

41. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 48 hodin ve vodě, poté 24 hodin ve 2% NaOH. • Zvětšení 256 krát a 1024 krát. • Patrné rozvlákňování konců elementárních vláken, ke kterému dochází pouze zřídka.

42. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 4 hodin ve vodě, poté míchány v mixéru 15 minut, vystaveny varu 15 minut, opět míchány 15 minut a 12 hodin v roztoku oxidačního činidla „D“. • Zvětšení 256 krát. • Patrné rozvlákňování konců elementárních vláken ve výrazně větším měřítku.

43. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 4 hodin ve vodě, poté míchány v mixéru 15 minut, vystaveny varu 15 minut, opět míchány 15 minut a 12 hodin v roztoku oxidačního činidla „D“. • Zvětšení 256 krát a 1024 krát. • Patrné nejen rozvlákňování konců elementárních vláken ve výrazně větším měřítku ale i praskání středních částí elementárních vláken.

44. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 4 hodin ve vodě, poté míchány v mixéru 15 minut, vystaveny varu 15 minut, opět míchány 15 minut a 12 hodin v roztoku oxidačního činidla „D“. • Zvětšení 256 krát 1024 krát. • Patrné rozvlákňování konců elementárních vláken ve výrazně větším měřítku.

45. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 4 hodin ve vodě, poté míchány v mixéru 15 minut, vystaveny varu 15 minut, opět míchány 15 minut a 12 hodin v roztoku oxidačního činidla „D“. • Zvětšení 1024 krát. • Patrné rozvlákňování konců elementárních vláken ve výrazně větším měřítku.

46. Konopí – vlákna po botnání a úpravě • Mikroskopické snímky krátkých konopných vláken, které byly po dobu 4 hodin ve vodě, poté míchány v mixéru 15 minut, vystaveny varu 15 minut, opět míchány 15 minut a 12 hodin v roztoku oxidačního činidla „D“. • Zvětšení 1024 krát. • Horní snímek – neporušené elementární vlákno. • Dolní snímek – rozvlákněné elementární vlákno.

47. Juta

48. Juta • Corchorum capsularis – jednoletá tropická rostlina • Vlákno obsahuje cca 64 % celulózy, značně navlhavé – 34 %, za sucha degraduje pomalu, za vlhka a tepla rychle. • Stavba stonku je obdobná jako u předcházejících vláken. • Použití – obalové tkaniny, lana, pytle.

49. Juta

50. Ramie