VPLIV SUŠENJA S HITOZANOM FUNKCIONALIZIRANIH VLAKEN NA NJIHOV PROTI-MIKROBNI ZNAČAJ

Transcription

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Mateja FUKS VPLIV SUŠENJA S HITOZANOM FUNKCIONALIZIRANIH VLAKEN NA NJIHOV PROTI-MIKROBNI ZNAČAJ univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Oblikovanje in tekstilni materiali Maribor, april 2011

2 Fakulteta za strojništvo VPLIVV SUŠENJA S HITOZANOM FUNKCIONALIZIRANIH VLAKEN NA NJIHOV PROTI-MIKROBNI ZNAČAJ Študent(ka): Študijski program: Smer: Mateja FUKS Univerzitetni študijski program 1. Stopnje Oblikovanje in tekstilni materiali Tekstilni materiali Mentor: Somentor: Izr. prof. dr. Olivera ŠAUPERL Izr. prof. dr. Tatjana KREŽE Maribor, april II -

3 Vložen original sklepa o potrjeni temi diplomskega dela - III -

4 I Z J A V A Podpisani Mateja FUKS izjavljam, da: je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof. dr. Olivere ŠAUPERL in somentorstvom izr. prof. dr. Tatjane KREŽE ; 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, Podpis: - IV -

5 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Oliveri ŠAUPERL in somentorici izr. prof. dr. Tatjani KREŽE za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi vsem zaposlenim v laboratoriju. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij. - V -

6 VPLIV SUŠENJA S HITOZANOM FUNKCIONALIZIRANIH VLAKEN NA NJIHOV PROTI-MIKROBNI ZNAČAJ Ključne besede: hitozan, funkcionalizacija, celuloza, Acid orange VII, vsebnost vlage, aminske skupine UDK: :579.61(043.2) POVZETEK Za zaščito tekstilnih materialov pred delovanjem mikroorganizmov se uporabljajo različne proti-bakterijsko učinkovite spojine, vendar pa večina od teh ne zagotavlja potrebne varnosti za varovanje ljudi in okolja. Med naravnimi sredstvi s protimikrobnim delovanjem je hitozan ena izmed najbolj obetajočih proti-bakterijsko delujočih spojin sodobnega časa. V raziskavi smo uporabili različna celulozna vlakna, predvsem zato, ker je celuloza biološko razgradljiv substrat z dobro površinsko aktivnostjo. Poleg naravne celuloze - bombaža smo v eksperimentalno delo vključili tudi viskozo, liocel in modal kot predstavnike regeneriranih celuloznih vlaken, ki so v primerjavi z bombažem čistejši in zato še posebej zanimiv substrat za funkcionalizacijo s hitozanom. Za dosego optimalne zaščite tekstilnega materiala se predpostavlja da ima, poleg koncentracije hitozana, pomemben vpliv tudi temperatura sušenja, ki bi potencialno lahko vplivala na delež dostopnih aminskih skupin. V ta namen smo v kombinaciji z izbranima koncentracijama hitozana v impregnacijski kopeli skušali določiti optimalno temperaturo sušenja, s pomočjo katere bi bilo morda možno zagotoviti večji delež dostopnih aminskih skupin, ki predstavljajo aktivna mesta protimikrobnega delovanja. Glede na dejstvo, da se obravnavana celulozna vlakna razlikujejo po strukturi, je bil namen raziskave oceniti tudi vpliv nadmolekulske strukture na vezavo hitozana v odvisnosti od izbrane temperature sušenja. Za posamezno vrsto neobdelanih in s hitozanom funkcionaliziranih celuloznih vlaken smo določili vsebnost vlage, kot najpomembnejši kriterij naloge v smislu protimikrobne učinkovitosti pa smo izbrali delež dostopnih aminskih skupin. Tega smo ovrednotili s spektrofotometrično metodo C.I. Acid Orange VII. Rezultati kažejo odvisnost med temperaturo sušenja in deležem dostopnih aminskih skupin funkcionaliziranih vlaken, ki se spreminja glede na izbrano temperaturo sušenja. - VI -

7 INFLUENCE OF DRYING TO THE FIBRES FUNCTIONALIZED WITH CHITOSAN Key words: chitozan, funnctionalization, celullulose, Acid orange VII, moisture content, amino groups UDK: :579.61(043.2) ABSTRACT For the protection of textile materials against microbes different anti-bacterial effective compounds are appropriate, but most of them do not provide the necessary security to protect people and the environment. The natural antimicrobial active substance is chitosan which is one of the most promising anti-bacterial compounds of modern times. In this study we used various cellulose fibers, primarily because they are biodegradable and have good surface activity. In addition to natural cellulose cotton, viscose, lyocell and modal as representatives of the regenerated cellulose fibers was also included in this experimental work. Regenerative fibers are in comparison to cotton cleaner and therefore particularly interesting substrate for the functionalization with chitosan. To achieve optimal protection of the textile materials is assumed that, in addition to the chitosan concentration, temperature of drying could also affect the proportion of available amino groups. From this reason we tried to determine the optimal temperature of drying, by which it might be possible to provide a greater share of the available amino groups, which represent the active site of an antimicrobial activity. Given the fact that the present cellulose fibers differ in structure, the purpose of this study was also to assess the impact of supramolecular structure on the binding of chitosan as a function of selected drying temperature. For each type of raw and with chitosan functionalized cellulose fibers the moisture content was determined. As the most important criteria in terms of antimicrobial effectiveness we chose the proportion of available amino groups. This was evaluated by spectrophotometric method CI Acid Orange VII. The results show the dependence between the temperature of drying and the share of available amino groups of functionalized fibers, which varies depending on the temperature of drying. - VII -

8 KAZALO 1 UVOD 1 2 TEORETIČNI DEL CELULOZNA VLAKNA Molekulska struktura celuloze Nadmolekulska struktura celuloze NARAVNA CELULOZNA VLAKNA Bombaž KEMIČNA VLAKNA IZ NARAVNIH POLIMEROV Kemična vlakna iz regenerirane celuloze Viskoza Modal Liocel HITOZAN SPEKTROFOTOMETRIČNA METODA C.I. ACID ORANGE VII METODA DOLOČANJA VSEBNOSTI VLAGE 17 3 EKSPERIMENTALNI DEL POSTOPKI PREDOBDELAVE VLAKEN Bombaž Viskoza, liocel in modal PROTIMIKROBNA IMPREGNACIJA ANALIZNE METODE Vsebnost vlage Spektrofotometrična metoda C.I. Acid Orange VII 22 4 REZULTATI REZULTATI VSEBNOSTI VLAGE REZULTATI DELEŽA AMINSKIH SKUPIN 33 5 DISKUSIJA VSEBNOST VLAGE Vsebnost vlage neobdelanih vzorcev/referenc Vsebnost vlage obdelanih vzorcev bombaža, viskoze, modala in liocela (0,5 % masni delež hitozana) 39 - VIII -

9 5.1.3 Vsebnost vlage obdelanih vzorcev bombaža, viskoze, modala in liocela (1 % masni delež hitozana) DELEŽ AMINSKIH SKUPIN Delež dostopnih aminskih skupin vzorcev bombaža, viskoze, liocela in modala, funkcionaliziranih z 0,5 % masnim deležem hitozana Delež dostopnih aminskih skupin vzorcev bombaža, viskoze, liocela in modala, funkcionaliziranih z 1 % masnim deležem hitozana 56 6 ZAKLJUČKI 63 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV 65 - IX -

10 UPORABLJENI SIMBOLI A 0 - začetna absorbanca A 1 - končna absorbanca Ai - množina aminskih skupin [mmol/kg] c - koncentracija [mol/l] k - korekcijski faktor [L/molcm] l - dolžina [cm] m - masa [g] V - volumen [L] T - temperatura [ o C] H A - absolutna vlažnost [g/m 3 ] H R - relativna vlažnost [%] χ - stopnja vlažnosti [g/kg] τ - stopnja nasičenja [%] Mr - pribitek vlage [%] Mc - vsebnost vlage [%] - X -

11 UPORABLJENE KRATICE ISO - International Organisation for Standardization BISFA - Bureau International pour la Standardization des Fibres Artificielles CO - Okrajšava po sistemu ISO za bombaž CV - Okrajšava po sistemu ISO za viskozo CMD - Okrajšava po sistemu ISO za modal CLY - Okrajšava po sistemu ISO za liocel DP - Depolimerizacijska stopnja C.I. - STDEV - Colour index Standardna deviacija - XI -

12 1 UVOD z naslovom»vpliv sušenja s hitozanom funkcionaliziranih vlaken na njihov proti-mikrobni značaj«obravnava funkcionalizacijo različnih vrst celuloznih vlaken s hitozanom. Ta se je v zadnjem času že uveljavil zaradi svojih dobrih proti-bakterijskih lastnosti. Za zaščito tekstilnih materialov pred delovanjem mikroorganizmov je sicer na razpolago zadostno število relativno cenenih in zelo učinkovitih proti-bakterijskih spojin, vendar pa mnoga od teh ne zagotavljajo potrebne varnosti za varovanje ljudi in okolja. Tako je bila stroka prisiljena poiskati ustrezne ekvivalente, izmed katerih je hitozan prav gotovo ena izmed najbolj obetajočih proti-bakterijsko delujočih spojin sodobnega časa. Protibakterijsko delovanje tega polisaharida je odvisno od deleža in dostopnosti aminskih skupin, ki so ključnega pomena za zagotavljanje proti-bakterijske učinkovitosti [1]. V raziskavi smo uporabili različna celulozna vlakna, predvsem zato, ker je celuloza biološko razgradljiv material z dobro površinsko aktivnostjo. Poleg naravnih celuloznih vlaken (bombaža), smo v eksperimentalno delo vključili še viskozo, liocel in modal kot predstavnike regeneriranih celuloznih vlaken. Vzgoja in pridobivanje bombažnih vlaken sta velikokrat obremenjujoča za okolje in škodljiva za zdravje, razen v primeru ekološkega načina pridobivanja bombažnih vlaken brez uporabe pesticidov, v primerjavi z regeneriranimi celuloznimi vlakni vsebujejo tudi večji delež neceluloznih primesi (voski, pektin, lignin, hemiceluloze), zato so regenerirana celulozna vlakna še posebej zanimiva za njihovo funkcionalizacijo s hitozanom. Za doseganje optimalne protimikrobne zaščite tekstilnega materiala ima, poleg koncentracije hitozana, pomemben vpliv tudi temperatura sušenja, ki lahko vpliva na delež dostopnih aminskih skupin s hitozanom funkcionaliziranega celuloznega materiala. V ta namen smo v kombinaciji z izbranima koncentracijama hitozana v impregnacijski kopeli skušali določiti optimalno temperaturo sušenja, ki bi zagotavljala največji delež dostopnih aminskih skupin, ki predstavljajo aktivna mesta protimikrobnega delovanja. V predhodnih raziskavah je bilo ugotovljeno, da je proti-mikrobno učinkovitost celuloze možno doseči s koncentracijo hitozana v razponu med 0,5 % in 1 %, kar smo uporabili tudi za funkcionalizacijo izbranih celuloznih vlaken, uporabljenih v diplomskem delu [2]. Poudarek raziskovalnega dela je bil usmerjen na ugotavljanje optimalne temperature sušenja, saj smo predpostavili, da bi le-ta - 1 -

13 lahko vplivala na specifično orientacijo/razporeditev hitozana na površini vlaken in s tem posledično tudi na vsebnost vlage, predvsem pa na delež dostopnih aminskih skupin. Glede na dejstvo, da gre pri posamezni vrsti obravnavanih celuloznih vlaken za različno nadmolekulsko strukturo in s tem tudi za različne deleže kristalinih in amorfnih področij, smo na osnovi rezultatov poskušali oceniti še vpliv nadmolekulske strukture in koncentracije hitozana na njegovo vezano na/v vlakna v odvisnosti od izbrane temperature sušenja. Za posamezno vrsto neobdelanih in s hitozanom funkcionaliziranih celuloznih vlaken smo določili vsebnost vlage, kot najpomembnejši kriterij naloge, v smislu protimikrobne učinkovitosti pa smo izbrali delež dostopnih aminskih skupin. Tega smo ovrednotili s spektrofotometrično metodo C.I. Acid Orange VII. Rezultati kažejo, da obstaja odvisnost med temperaturo sušenja in deležem dostopnih aminskih skupin funkcionaliziranih vlaken, ki se znatno spreminja glede na izbrano temperaturo sušenja

14 2 TEORETIČNI DEL 2.1 Celulozna vlakna Molekulska struktura celuloze Celuloza je ogljikov hidrat in spada med polisaharide ter je sestavljena iz 44 % ogljika, 49 % kisika in 6,2 % vodika. Sestavljena je iz verižnega spoja ostankov glukopiranoze v β-1,4-glukozidni-celobiozni vezavi. Empirična formula celuloze je (C 6 H 10 O 5 )n, kjer pomeni n povprečno stopnjo polimerizacije in podaja povprečno število glukoznih enot povezanih z β-1,4-glukozidnimi vezmi v makromolekularno molekulo. Dve molekuli β-glukoze (glukopiranoze) se spajata v celobiozo, ki je osnovni gradbeni element celuloze. Celuloza se pri hidrolizi razkroji preko disaharida celobioze v končni razkrojni produkt β-glukozo (grozdni sladkor). Glukozo najdemo v dveh oblikah, in sicer kot spojino z verižno ali spojino s ciklično zgradbo. Na glukoznem ostanku celuloze so tri hidroksilne skupin. Primarna se nahaja na atomu (C 6 ) ostali dve sekundarni hidroksilni skupini pa na atomih (C 2 ) in (C 3 ). V celulozi so lahko prisotne tudi aldehidne, keto, karboksilne in metoksilne skupine. Za hidroksilne skupine je značilno, da so hidrofilne, kar je vzrok nabrekljivosti celuloze. 1,4 β glukozidne vezi, ki vežejo posamezne glukozne enote v verigo so stabilne v alkalnem in nevtralnem mediju. Linearno molekulo naravne celuloze sestavlja več kot 3000 glukoznih enot. Število glukopiranoznih obročev med seboj povezanih v polimerno makromolekulo celuloze podaja polimerizacijska stopnja - DP. Konformacijske oblike glukoznih enot vplivajo na reakcijsko sposobnost hidroksilnih skupin in določajo polikristalino strukturo celuloze [3]. Molekula celuloze je energijsko najbolj stabilna takrat, kadar se nahaja v konformacijski obliki»stola«. Zgradbo celulozne makromolekule prikazuje slika 2.1: Slika 2.1 Zgradba celulozne makromolekule - 3 -

15 2.1.2 Nadmolekulska struktura celuloze Celuloza po svoji fazni sestavi ni enakomerna, ampak je sestavljena iz urejenih področjih, ki imajo kristalino strukturo in neurejenih področjih, ki imajo amorfno strukturo. Celuloza obstaja v različnih polimorfnih kristalinih strukturah in sicer kot celuloza I (kristalina oblika naravne celuloze v monoklinski kristalni rešetki; bombaž), celuloza II (kristalina oblika v alkalijah obdelane celuloze v monoklinski kristalni rešetki; viskoza), celuloza III in celuloza IV (kot modificirana celuloza iz celuloze I). Dimenzije osnovnih celic različnih kristalinih oblik celuloze so prikazane v preglednici (2.1.). Preglednica 2.1 Dimenzije osnovnih celic različnih kristalinih oblik celuloze Osnovna celica a [nm] b [nm] c [nm] α [ 0 ] β [ 0 ] γ[ 0 ] Celuloza I 0,853 1,034 0, Celuloza II 0,814 1,034 0, Celuloza III 0,774 1,034 0, Celuloza IV 0,811 1,034 0, Za vlaknotvorne polimere je značilna dvofazna kristalino/amorfno fibrilarna struktura. Osnovni strukturni gradnik je mikrofibril, v katerem si izmenjaje sledijo urejena in gosteje zložena kristalina področja in manj urejena amorfna področja. Za kristalina področja je značilno, da dajejo vlaknu trdnost ter kemijsko in toplotno stabilnost, medtem ko amorfna omogočajo fleksibilnost. Znotraj mikrofibrila ta področja povezujejo intrafibrilne vezne molekule, ki potekajo iz enega kristalita preko amorfnega področja v drug kristalit skozi več kristalinih in amorfnih področij. Makromolekule v kristalinih in amorfnih področij so bolj ali manj orientirane vzporedno z osjo vlaken. Posamezni mikrofibrili so med seboj povezani v makrofibrile z interfibrilnimi veznimi molekulami v vlaknu [3, 4, 5]

16 2.2 Naravna celulozna vlakna Naravna celulozna vlakna so enocelične ali večcelične vlaknate strukture, ki se nahajajo v različnih delih rastlin. Razlikujemo semenska (bombaž, kapok), stebelna (lan, konoplja, ramija), listna (sisal, manila) in vlakna iz plodov oziroma sadežna (iz lupine kokosovega oreha). Osnovna sestavina naravnih rastlinskih oziroma celuloznih vlaken je celuloza. Vlakna vsebujejo poleg celuloze še % ostalih primesi (inkrustov), kot so vosek, lignin, pektin, hemiceluloze, pepel in naravna barvila Bombaž Najpomembnejši predstavnik semenskih vlaken je bombaž. Bombaževec spada v družino sleznic in poznamo zeljnate, grmičaste in drevesne vrste. Najbolj razširjene so grmičaste vrste, saj jih je preko 300 vrst. Razlikujemo med dolgimi vlakni imenovanimi lint cotton, ki jih dobimo po prvem egreniranju semen (postopek ločevanja vlaken od semen) in lintersi, ki so kratka in puhasta vlakna ter jih uporabljamo kot surovinski vir celuloze za izdelavo boljših vrst papirja ali regeneriranih celuloznih vlaken. Bombažno vlakno je enocelično vlakno, dolžine od 10 do 55 mm. Premer vlakna znaša od 10 do 22 µm in je odvisen od stopnje zrelosti. Vlakno je cevaste in trakaste oblike ter ima številne zavoje. Prečni prerez vlakna je podolgovat, ovalen, oziroma ledvičast. Lastnosti bombažnih vlaken finost Odvisna je od vrste bombaža in njegove dolžine. To pomeni, da čim daljše je vlakno tem finejše je. Finost bombažnih vlaken je od mtex, širina vlaken je od µm in debelina od µm. mehanske lastnosti Pretržna sila znaša od 3-10 cn in je odvisna od debeline sekundarne stene. Trdnost je relativno visoka in sicer od cn/tex. Trdnost v mokrem je večja kot pa v suhem. Razteznost je nizka in znaša od 5-10 %

17 sorpcijske lastnosti Bombaž je higroskopičen in ima dobre sorpcijske lastnosti. Iz okolja navzema vlago v odvisnosti od relativne zračne vlažnosti okolja. Pri standardni atmosferi (T = 20 0 C ± 2 0 C in φ = 65 % ± 2 %) je vsebnost vlage od 7,2-9 % in je odvisna od izvora, vrste in zrelosti vlaken. Standardna repriza bombaža znaša 8,5 %. toplotne lastnosti Vlažen bombaž ni občutljiv na višje temperature, medtem ko bombaž v suhem stanju pri temperaturi nad C izgublja trdnost. Toplotna izolativnost je nizka, saj so bombažna vlakna fina in upogljiva in je zato v tekstilijah ujetega relativno malo zraka. kemične lastnosti Bombaž v alkalnem mediju nabreka in to močneje kot v vodi. Šibke organske in zelo razredčene anorganske kisline bombaža ne poškodujejo, medtem ko ga anorganske kisline višjih koncentracij ali pri višjih temperaturah poškodujejo. Oksidacijska sredstva pri običajnih tehnoloških pogojih ne poškodujejo bombaž, razen pri višjih koncentracijah, ker ob prisotnosti kisika nastajajo oksiceluloze. Redukcijska sredstva bombažnih vlaken ne poškodujejo, razen če se zaradi hidrolize tvorijo kisline [3, 4, 5]

18 2.3 Kemična vlakna iz naravnih polimerov Kemična celulozna vlakna se med seboj razlikujejo po različnih postopkih pridobivanja. V tehnoloških procesih se celuloza najprej s kemijsko reakcijo pretvori v lažje topno spojino. Najpogosteje je to ester (npr. celulozni ksantogenat ali celulozni acetat). Med postopkom predenja vlaken (v fazi strjevanja niti v predilni kopeli), se derivat pretvori v celulozo. Tako dobimo regenerirana celulozna vlakna, ki so pridobljena z regeneracijo naravne celuloze in so kemijsko čista celuloza Kemična vlakna iz regenerirane celuloze Vsi celulozni regenerati so po kemijski zgradbi čista celuloza II, ki nastane kot posledica alkalne obdelave celuloze I. Pridobivamo jih iz lesne celuloze z vsebnostjo α-celuloze nad 85 % ali bombažnih kratkih vlaken. Odvisno od postopka proizvodnje in z njim povezanih specifičnih lastnosti poznamo več vrst vlaken in sicer viskozo, modal, bakro in liocel Viskoza Viskozna vlakna so najstarejša komercialna kemična vlakna. Leta 1892 so C. F. Cross, E.J. Bevan in C. Beadle vpeljali postopek pridobivanja viskoze. Skladno s standardom ISO 2076 so viskozna vlakna definirana kot kemična vlakna, pridobljena iz regenerirane celuloze z viskoznim postopkom. V skladu z mednarodnimi standardi (BISFA) se viskoza označuje s kratico CV. Dolžina celuloznih makromolekul v viskozi in drugih kemijskih celuloznih vlaknih je bistveno nižja kot v naravnih rastlinskih vlaknih. Zaradi tega so značilne tudi nekatere razlike v fizikalnih in mehanskih lastnosti teh vlaken. Pridobivanje viskoze Viskozo pridobivamo iz lesne celuloze z vsebnostjo α-celuloze nad 85 %. Za pridobivanje viskoze se uporablja mokri postopek oblikovanja vlaken iz raztopine s stiskanjem viskozne raztopine celuloznega derivata (celulozni ksantogenat) skozi predilne šobe v predilno kopel, kjer se celuloza regenerira in obori

19 Postopek izdelave viskoznih vlaken je sestavljen iz naslednjih faz: 1. alkaliziranje Lesna celuloza se najprej obdela v raztopini natrijevega hidroksida (w (NaOH) = 18 %). Pri tem se nizkomolekularne hemiceluloze raztopijo. α-celuloza menja obliko kristalne rešetke, kar pomeni, da celuloza I preide v celulozo II. S tem se poveča reaktivnost celuloze. 2. razvlaknjenje natrijeve ali alkaliceluloze Poteka v drobilcih za razvlaknjenje, ki jih sestavljata dve nazobčani mešali. Pri razvlaknjenju obstaja nevarnost oksidacije celuloze. 3. predzorenje ali prvo zorenje alkaliceluloze Je kontrolirana depolimerizacija (oksidativna razgradnja) celuloze z zračnim kisikom. 4. sulfidiranje ali ksantogeniranje alkaliceluloze Je eksotermna reakcija obdelave razvlaknjene celuloze z ogljikovim disulfidom (CS 2 ). Pri nastane celulozni derivat Na-celulozni-ksantogenat (C 6 H CS 2 Na) n, ki je topen v raztopini natrijevega hidroksida (NaOH). 5. raztapljanja ksantogenata Z raztapljanjem celuloznega ksantogenata v razredčeni raztopini NaOH nastaja gosta, viskozna tekočina, imenovana viskoza. Od tod izhaja tudi ime celotnega postopka - viskozni postopek. 6. zorenje viskoze 7. filtriranje in odzračevanje viskoze 8. predenje viskoze Je potiskanje prefiltrirane viskoze skozi odprtine predilnih šob v predilno kopel, ki vsebuje razredčeno raztopino žveplove kisline in elektrolitov (natrijev in cinkov sulfat). V tej kopeli celulozni ksantogenat koagulira s čemer poteka regeneracija celuloze. 9. končna obdelava, ki zajema pranje, beljenje, sušenje niti in nanos sredstev [3, 4 5] Viskozni postopek je ekonomičen, vendar ekološko sporen. Med postopkom proizvodnje se namreč sproščajo strupeni plini, ki onesnažujejo zrak. Težava so tudi ostanki žveplovih in cinkovih spojin v odpadni kopeli, ki povzročajo onesnaženost odpadnih vod. Zaradi vse strožjih ekoloških zahtev so razviti okolju prijaznejši postopki za izdelavo kemičnih celuloznih vlaken

20 Strukturne in morfološke karakteristike viskoznih vlaken Povprečna stopnja polimerizacije DP viskoze znaša med 300 in 450. V primerjavi z naravnimi celuloznimi vlakni (npr. bombaž) je ta bistveno nižja, saj imajo naravna celulozna vlakna stopnjo polimerizacije med 2000 in Usmerjenost strukture vzdolž osi vlaken dosežemo s kemičnim predenjem, kar vodi do zamreženja hidroksilnih (-OH) skupin sosednjih verig vodikovih vezi in s tem tudi do kristalizacije celuloze. Vodikove vezi so ključnega pomena za medmolekularne interakcije. Kristalina zgradba viskoze je celuloza II. Zaradi konformacije celuloznih verig med pretvorbo celuloze I v celulozo II, nižje stopnje polimerizacije in zaradi zmanjšanja deleža kristalnih področij (30-40 %) je v viskozi dostopnih skoraj za tretjino več hidroksilnih skupin v primerjavi z naravnimi celuloznimi vlakni. Za vzdolžni videz viskoze so značilne vzdolžne črte, ki so posledica neenakomernega prereza vlakna. V vlaknu so včasih v obliki pik vidne tudi sledi matirnega sredstva, ki se dodaja vlaknom za zmanjšanje leska. Lastnosti viskoze dolžina in finost Proizvaja se v obliki filamenta ali prediva, dolžine od 30 do 180 mm. Vlakna, ki jih predelujemo v mešanicah z bombažem so dolžine od mm, medtem ko so vlakna volnenega tipa dolžine od mm. Premer vlaken je od 5 do 50 µm. Finost standardnih vlaken je med 1,3-25 dtex. mehanske lastnosti Na splošno velja, da ima viskoza nizko trdnost, ki se v mokrem še dodatno zniža, zato je potrebna posebna pozornost zlasti pri njenih mokrih obdelavah

21 Preglednica 2.2 Primerjava mehanskih lastnosti bombažnega in volnenega tipa viskoznih vlaken LASTNOST BOMBAŽNI TIP VOLNENI TIP Trdnost [cn/dtex] 2,3-2,7 1,5-3,0 Relativna trdnost v mokrem stanju [%] Pretržni raztezek [%] kemična odpornost Viskoza je slabše odporna proti kemikalijam, kakor pa naravna celulozna vlakna. Vzrok je v nižji polimerizacijski stopnji in nižji kristaliničnosti vlaken. Alkalne raztopine viskozo raztapljajo, kisline jo poškodujejo, medtem ko je proti organskim topilom dobro obstojna. vpijanje vlage Viskoza je higroskopna z dobro sorpcijsko sposobnostjo. Repriza vlaken je od 12,5-13,5 %. Zaradi nižje stopnje polimerizacije, nižje kristaliničnosti (več prostih OHskupin) in slabše orientacije kristalitov viskozna vlakna pri pranju znatno nabreknejo. Sposobnost zadrževanja vode viskoznih vlaken je relativno velika, in sicer od %. toplotna odpornost Vlakna so dobro toplotno odporna. Razpadejo pri temperaturi C

22 2.3.3 Modal Po standardih BISFA se modal označuje s kratico CMD in je po kemijski sestavi čista celuloza s kristalino strukturo celuloze II. Modal se izdeluje po modificiranem viskoznem postopku, s tem da se, v primerjavi z viskozo, za izdelavo vlaken uporablja celuloza boljše kakovosti s polimerizacijsko stopnjo od Proces razgradnje ksantogenata in koagulacije vlaken poteka relativno počasi, raztezalna razmerja po izpredenju vlaken so višja. Pri teh pogojih nastane kompaktna struktura vlaken z bolj usmerjenimi kristaliti ter kristaliničnostjo med 40 in 50 %. Modal ima v primerjavi z viskozo tudi različno strukturo praznin, ki so manjše tako po površini kot po volumnu. V prerezu ima skoraj okroglo obliko in tako se tudi po obliki prečnega prereza razlikuje od viskoze z značilnim krpastim prečnim prerezom [4, 5]. Lastnosti modala Modal ima višjo trdnost, predvsem v mokrem stanju, kar je najpomembnejša razlika v primerjavi z viskozo. Glede ostalih lastnosti, kot so fizikalne, kemijske in toplotne je modal podoben viskozi. Zaradi manjšega sistema praznin in večjega deleža kristaliničnosti je njegova sposobnost zadrževanja vode od 66 do 90 %. Po definiciji ISO 2076 uvrščamo med modalna vlakna le tista, ki izpolnjujejo zahteve o mehanskih lastnosti v kondicioniranem in mokrem stanju. Te so: pretržna sila v kondicioniranem stanju (izražena v cn) mora biti v skladu z zahtevo v izrazu: sila (v cn) pri kateri se vlakno v mokrem stanju podaljša za 5% mora odgovarjati zahtevi v izrazu: V obeh izrazih je dolžinska masa v dtex

23 2.3.4 Liocel Liocel pridobivamo z direktnim raztapljanjem celuloze v organskem topilu N-metil-morfolin oksid (NMMO), ki ga po procesu vlaken recikliramo in ponovno vračamo v postopek. Proizvodnja poteka v popolnoma zaprtem krožnem toku z 90 % regeneracijo topila. Po standardu ISO 2076/2000 spada liocel med kemična vlakna z oznako CLY. Komercialna proizvodnja liocela pod trgovskim imenom Tencel sega v leto 1993 (Courtaulds, Velika Britanija). Razen tega najdemo na tržišču liocel še pod drugimi trgovskimi nazivi, kot so: NewCell, Lenzing Lyocell, Alceru in Tencel Visage. Lastnosti liocela Liocel je po kemijski sestavi čista celuloza s kristalino strukturo celuloze II. Polimerizacijska stopnja je večja od ostalih kemičnih celuloznih vlaken in znaša od Zaradi razlik v postopku izdelave se liocel v nadmolekulski strukturi precej razlikuje od ostalih regeneriranih celuloznih vlaken. Liocel ima gladko površino in okrogel do ovalen prečni prerez. Ima najboljše mehanske lastnosti med vsemi regeneriranimi celuloznimi vlakni (pretržna napetost v suhem stanju je 3,8-4,2 cn/dtex, v mokrem stanju pa 3,4-3,8 cn/dtex). Sposobnost vpijanja vlage je podobna kot pri viskozi- repriza znaša 11,5 %. V primerjavi z ostalimi regeneriranimi celuloznimi vlakni ima liocel bolj kristalino in bolj orientirano strukturo in nagnjenost k fibrilaciji (cepljenje fibrilov na površini vlakna). V strukturi liocela obstajajo večja, daljša in bolj usmerjena kristalina področja, ki izhajajo iz samega postopka izdelave vlaken. Praznine v vlaknu so podolgovate, usmerjene vzdolž osi vlakna in po površini podobne prazninam viskoze [4, 5]

24 2.4 Hitozan Med naravnimi sredstvi s protimikrobnim delovanjem je pomemben hitozan, ki je naravni proizvod pridobljen iz hitina in sicer celulozi podobnega ogljikovega hidrata, ki je osnovna sestavina ogrodja lupinarjev (raki, školjke, itd.). Hitozan je skupno ime za večjo skupino hitinov. Hitin je polisaharid, sestavljen iz 2-acetamino-2-deoksi-β-D-glukoznih enot, povezanih z β-1,4, hitozan pa pretežno iz 2-amino-2-deoksi-D-glukopiranoznih enot, prav tako povezanih z β-1,4 vezjo. V naravnem okolju se hitin nahaja predvsem v živalskih organizmih, medtem ko ga v rastlinskih vrstah zasledimo predvsem v celičnih stenah gliv in plesnih. Razlika med hitozanom in hitinom je odvisna od stopnje deacetiliranja. Ime hitozan se uporablja za produkte, kjer je stopnja deacetiliranja višja od 70 %. Reakcija deacetiliranja hitina poteka v vročih raztopinah alkalij. Za deacetiliranje hitina se uporabljajo različne kombinacije koncentracij raztopin natrijevega in kalijevega hidroksida (30-60 %), temperatur ( C) in časov (do 10 ur). Vsi ti parametri morajo biti strogo nadzorovani, saj je od tega odvisna stopnja deacetiliranja, ki je lahko tudi do 95 %. Postopki pridobivanja hitozana so ekološko sporni, zato se vedno več pozornosti namenja proizvodnji nizkomolekularnega hitozana, ki se pridobiva iz nekaterih gliv in je uporaben predvsem za medicinske namene [1, 6-10]. Strukturno formulo hitina in hitozana prikazuje slika 2.2: Slika 2.2 Kemična zgradba hitozana in hitina Hitin je sestavljen v glavnem iz monomerov oblike»m«(n-acetil oblika), medtem ko je hitozan, v odvisnosti od stopnje deacetiliranja, sestavljen iz monomerov oblike»n«(aminska oblika)

25 Fizikalne in kemijske lastnosti hitozana Kemična struktura hitina in hitozana sta si precej podobni, saj oba vsebujeta reaktivne hidroksilne skupine. Za hitin je značilno, da je sestavljen v glavnem iz monomerov oblike»m«(n-acetil oblika) in ima podobno strukturo kot celuloza, le da ima na drugem glukozidnem ogljikovem atomu namesto hidroksilne, acetamidno skupino. Hitozan pa je sestavljen, v odvisnosti od stopnje deacetiliranja iz monomerov oblike»n«(aminska oblika). Molekulska masa naravnega hitina je navadno višja od enega milijona, medtem ko imajo proizvodi iz komercialnega hitozana molekulsko maso med in Molekule hitozana so močno pozitivno polarne, kar pomeni, da privlačijo negativno nabite molekule. Hitozan je manj kristalin kot hitin in se zato tudi lažje raztaplja. Za raztapljanje hitina obstaja malo topil, medtem ko hitozan raztapljajo skoraj vse vodne raztopine kislin. Najbolj pogosto se za raztapljanje hitozana uporabljata metanojska in etanojska kislina ter tudi nekatere razredčene anorganske kisline (dušikova, fosforna, itd.). Na topnost hitozana v vodnih raztopinah vpliva predvsem stopnja deacetiliranja. Hitozan s 40 % stopnjo deacetiliranja je topen v vodnih raztopinah do ph 9, s stopnjo deacetiliranja 85 % pa do ph 6,5. Na viskoznost raztopine hitozana vpliva več dejavnikov in sicer stopnja deacetiliranja polimera, povprečje in razporeditev molekulskih mas, koncentracija, ionska moč, ph vrednost in temperatura. V kombinaciji z etanojsko kislino se viskoznost raztopine hitozana ponavadi zvišuje z znižanjem ph vrednosti, medtem ko v klorovodikovi kislini viskoznost raztopine z znižanjem ph pada. Uporaba hitozana v tekstilstvu Hitozan je znan po svoji biološki razgradljivosti, netoksičnosti, kationski naravi in antimikrobiološki aktivnosti. Hitozan in njegovi derivati se lahko uporabljajo za izdelavo vlaknatih materialov v plemenitilnih postopkih ter za izdelavo hitinskih in hitozanskih vlaken. Hitozan se lahko uporablja na področju plemenitenja tekstilij, in sicer kot sredstvo za apretiranje bombažnih tkanin proti mečkanju, kot sredstvo za doseganje deodorantskih učinkov, kot sredstvo za prekrivanje nepravilnosti na tkaninah in pleteninah, za obdelavo volnenih tkanin za zmanjšanje polstivosti, primeren pa je tudi kot gostilo pri pigmentnem tisku

26 Protimikrobna sredstva, ki se uporabljajo za obdelavo različnih tekstilnih materialov so organske spojine z dodatkom kovin, zatem fenoli, kvarterne amonijeve spojine in različni silikoni, ki pa imajo številne negativne vplive na človeka, zato se kot protimikrobno sredstvo vedno bolj uveljavlja hitozan. Protimikrobno delovanje hitozana pripisujemo aminskim skupinam. Te v razredčenih kislinah tvorijo amonijeve soli, ki vplivajo na prepustnost celične membrane, kar ovira potek normalnega metabolizma mikroorganizmov in vodi do smrti celic. Hitozan se lahko uporablja kot protimikrobno sredstvo za obdelavo netkanih tekstilij iz polipropilena za kirurška pregrinjala, oziroma za higienska medicinska oblačila. Zelo znane so tudi hitozanske mikrokapsule, ki nanesene na bombažno tkanino po postopku impregniranja omogočajo do 99 % redukcijo bakterij. Zelo pomembno vlogo na področju oskrbe ran in opeklin imata tako hitozan, kakor tudi hitin, saj s svojim pozitivnim površinskem nabojem ugodno vplivata na hitrejše celjenje ran. Hitozanska in hitinska vlakna imajo veliko površino in specifične mehanske lastnosti ter so tako uporabna za obliže, povoje in gaze. Hitozanska vlakna pa se že uporabljajo tudi za izdelavo cevastih ogrodij iz hitozanskih vlaken za vzgojo tkiv. Hitozan se ne uporablja izključno v tekstilstvu, ampak ima široko uporabnost tudi v medicini, farmaciji, kmetijstvu, prehrambeni industriji, kozmetiki, ekologiji, itd. [1]

27 2.5 Spektrofotometrična metoda C.I. Acid Orange VII Poznamo več različnih metod za določanje aminskih skupin in sicer infra rdečo (IR) in ultravijolično (UV) spektroskopijo, nuklearno magnetno resonanco (NMR), kakor tudi potenciometrične, konduktrometrične in polielektrolitske titracije [2]. Pri eksperimentalnem delu naloge smo za določanje aminskih skupin na vlaknih uporabili spektrofotometrično metodo C.I. Acid Orange 7. Metoda temelji na absorpciji barvila, C.I. Acid Orange 7 (slika 2.3). Sulfonske skupine barvila (SO - 3 ) v kislem mediju tvorijo s pozitivno nabitimi aminskimi skupinami hitozana (NH + 3 ) ionske vezi v razmerju 1 : 1. Zmanjšanje koncentracije barvila v kopeli, kot posledico vezave barvila na hitozan, se lahko določi spektrofotometrično z uporabo Lambert-Beerovega zakona [2]. Slika 2.3 Kemična struktura barvila C.I. Acid Orange 7 Množina barvila, ki se je vezalo na aminske skupine izračunamo po naslednji enačbi (2.1): (2.1) Kjer je: n a - množina aminskih skupin hitozana vezanega na vlakno/ (mol) n b - množina barvila vezanega na aminske skupine hitozana/(mol) A 0 začetna absorbanca barvalne kopeli A k - končna absorbanca barvalne kopeli k - korekcijski faktor/(l/mol cm) l- dolžina optičnega polja/cm V - volumen barvalne kopeli/l

28 2.6 Metoda določanja vsebnosti vlage Pomemben kriterij za ugotavljanje sorpcijskih lastnosti celuloznih vlaken je količina absorbirane vlage pri določeni temperaturi in relativni zračni vlagi. Vlakna, ki so izpostavljena določenim klimatskim pogojem po določenem času vzpostavijo ravnotežje med deležem vlage v vlaknu in vlažnostjo zraka. Vpliv vode in vodne pare na vlakna je odvisen od njihove kemijske in fizikalne zgradbe ter zunanjih vplivov (temperatura, zračna vlaga in čas delovanja). Vlakna s hidrofilnimi funkcionalnimi skupinami (-OH, -COOH,..) se imenujejo hidrofilna, vlakna brez prisotnih hidrofilnih funkcionalnih skupin pa hidrofobna vlakna. Odvisno od tega so vlakna bolj ali manj higroskopična, kar pomeni, da bolje ali slabše sprejemajo vlago iz zraka. Higroskopičnost je posledica kemične konstitucije, kakor tudi histološke strukture vlaken. Delež vlage v vlaknih, oziroma sposobnost navzemanja vlage pri določenih klimatskih pogojih, lahko izrazimo kot pribitek ali vsebnost vlažnosti [11-13]. Eden izmed pomembnejših parametrov vlaken je njihova vsebnost vlage. To je količina vlage, ki jo izračunamo po naslednji enačbi (2.2): g z - g s M c = x100 % (2.2) g z Kjer je: M c - vsebnost vlage/% g z - masa zračno suhega vzorca/g g s - masa absolutno suhega vzorca/g

29 3 EKSPERIMENTALNI DEL Za eksperimentalni del diplomske naloge smo uporabili štiri vrste celuloznih vlaken in sicer: NARAVNA CELULOZNA VLAKNA bombaž ( vlakna Egipt Giza 86) REGENERIRANA CELULOZNA VLAKNA modal (vlakna Lenzing Modal, proizvedena v podjetju Lenzing AG Avstrija; vlakna so bombažno-polinoznega tipa in imajo dolžino 39 mm ter finost 1,3 dtex) viskoza (vlakna Lenzing Viscose, proizvedena v podjetju Lenzing AG Avstrija; vlakna so bombažnega tipa in imajo dolžino 39 mm ter finost 1,3 dtex) liocel (vlakna Lenzing Lyocell, proizvedena v podjetju Lenzing AG Avstrija; vlakna so bombažnega tipa in imajo dolžino 38 mm ter finost 1,3 dtex Eksperimentalni del diplomske naloge je obsegal naslednje faze dela: predobdelavo vlaken protimikrobno impregnacijo s hitozanom določanje vsebnosti vlage in uporabo spektrofotometrične metode C.I. Acid Orange VII za določitev aminskih skupin

30 3.1 Postopki predobdelave vlaken Bombaž Podane količine kemikalij in tekstilnih pomožnih sredstev so prikazane za osnovno recepturo uporabljenih postopkov. Pri svojem delu smo si osnovne količine preračunali glede na izbrano maso vlaken in količino vodne kopeli. Alkalna obdelava Za ta postopek smo uporabili 20 g/l natrijevega hidroksida (NaOH), 2 ml/l omakalnega in pralnega sredstva z visoko stabilnostjo proti alkalijam (Tanawet BC) in 1 ml/l sekvestirnega sredstva (Tanasperse OH). Alkalna obdelava je pomembna za odstranjevanje nečistoč in neceluloznih snovi iz bombaža in za dosego njegove dobre sposobnosti omočenja. Alkalna obdelava je potekala v Ahibi 1000 Turbomat in sicer 90 minut pri temperaturi 98 0 C ter kopelnem razmerju 1:30. Beljenje Za beljenje smo uporabili 6 ml/l vodikovega peroksida (H 2 O 2 ), 2 ml/l mineralnega stabilizatorja (Tanatex GEO) ter natrijev hidroksid (NaOH-2,00 mol/l) za uravnavanje ph. Z uporabo vodikovega peroksida smo želeli doseči zadovoljivo stopnjo beline in tudi visoko hidrofilnost vlaken. Beljenje je potekalo v aparatu Ahiba 1000 Turbomat in sicer 30 minut pri temperaturi 98 0 C ter kopelnem razmerju 1:30. Demineralizacija Bombažna vlakna smo obdelali v vodni raztopini klorovodikove kisline (HCI; c (HCI) = 0,01 mol/l) dve uri pri sobni temperaturi. Ta postopek je pomemben za učinkovito odstranitev kationov (Na +, Ca + ) v kolikor so ti še prisotni po predhodnih fazah predobdelav

31 3.1.2 Viskoza, liocel in modal Pranje Za pranje smo uporabili 1 g/l neinogenega pralnega sredstva (Sandoclean PC). Pranje je potekalo v aparatu Ahiba 1000 Turbomat in sicer 30 minut pri temperaturi 40 0 C in kopelnem razmerju 1:30. Demineralizacija Postopek je bil enak postopku demineralizacije bombaža. Po vsaki fazi obdelav sem vlakna spirala z destilirano vodo dokler ni bila dosežena njena konstantna prevodnost

32 3.2 Protimikrobna impregnacija Za protimikrobno impregnacijo smo uporabili hitozan nizke molske mase (Aldrich, M r ~ ), dveh različnih masnih deležev hitozana v impregnacijski kopeli (0,5 % in 1 %). Raztapljanje hitozana V čašo smo odmerili določeno količino hitozana in destilirane vode. Tej mešanici smo z dodajanjem mlečne kisline (CH 3 CHOH-COOH) ph uravnali na 3,66 in jo nato s pomočjo magnetnega mešala obdelovali 24 ur. Na ta način se je hitozan v vodi popolnoma raztopil. Impregnacija hitozana na vlakna Vlakna smo za 10 minut potopili v raztopino hitozana (0,5 %, 1 %). Temu je sledila izvedba postopka impregnacije na foulardu (proizvajalec Werner Mathis AG, Švica) pri tlaku p = 3 bar in hitrosti vrtenja valjev 2 m/min. S temi pogoji je bil dosežen ožemalni učinek 80 %. Po zaključenem postopku impregnacije je sledilo sušenje vzorcev v sušilniku in sicer 2 uri pri 40 0 C, 1 uro pri 60 0 C ter 24 ur pri sobni temperaturi. Po končanem sušenju smo vlakna sprali z destilirano vodo do njene konstantne prevodnosti in vlakna posušili na zraku

33 3.3 Analizne metode Vsebnost vlage Vsebnost vlage smo določili za vzorce vlaken bombaža, viskoze, liocela in modala pred obdelavo s hitozanom in tudi po funkcionalizaciji vlaken s tem polisaharidom ter tudi za neobdelana vlakna oziroma tista, ki niso bila obdelana s hitozanom. Vsebnost vlage, izražene v % smo merili z merilcem vlage - halogenskim sušilnikom HB43 (Mettler Toledo) Spektrofotometrična metoda C.I. Acid Orange VII V vodo, ki smo ji z mlečno kislino uravnali ph na 3,66, smo dodali 2 ml raztopine barvila C.I. Acid Orange 7 (c = 0,005 mol/l). Najprej smo barvalni kopeli izmerili začetno absorbanco pri valovni dolžini 484 nm, saj ta ustreza maksimumu absorpcije uporabljenega barvila. Nato smo v barvalno kopel potopili 0,25 g vzorca vlaken in jo s konstantno hitrostjo s pomočjo magnetnih mešal mešali tri ure. Po treh urah, ko je bilo vzpostavljeno ravnotežje med koncentracijo barvila v kopeli in na vlaknih, smo izmerili končno absorbanco. Za merjenje absorbance smo uporabili spektrofotometer Cary 50, proizvajalca Varian, ZDA. Na osnovi meritev začetne in končne absorbance smo izračunali koncentracijo barvila na vlaknu. Barvilo se veže na aminske skupine na vlakno v stehiometričnem razmerju 1:1, zato se predpostavlja, da je množina vezanega barvila enaka množini aminskih skupin vlaken. Množino dostopni aminskih skupin smo izračunali po naslednji enačbi (3.1): -6 A i = (( A0 - Ak ) xv ) /( kxlxmvl )) x10 (3.1) Kjer je: A i - množina aminskih skupin vezanih na vlakna/(mmol/kg) - začetna absorbanca kopeli - končna absorbanca kopeli V - volumen kopeli/l k - korekcijski faktor/(l/mol cm)

34 l - dolžina optičnega polja/cm m vl - masa absolutno suhih vzorcev/g

35 4 REZULTATI 4.1 Rezultati vsebnosti vlage V preglednicah so prikazani rezultati izmerjenih treh paralelk vsebnosti vlage neobdelanih in obdelanih vlaken s pripadajočimi izračunanimi standardnimi deviacijami (STDEV), ki je bila uporabljena kot mera za raztros merjenih vrednosti okoli povprečne vrednosti. Preglednica 4.1 Rezultati vsebnosti vlage za neobdelan bombaž, viskozo, liocel in modal po sušenju pri 60 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 6,95 2 6,72 3 7,25 Povprečna vrednost/% 6,97 STDEV/% 0,27 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 11, , ,0 Povprečna vrednost/% 11,36 STDEV/% 0,32 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 10, ,01 3 9,65 Povprečna vrednost/% 10,68 STDEV/% 1,21 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 10, , ,41 Povprečna vrednost/% 10,39 STDEV/% 0,

36 Preglednica 4.2 Rezultati vsebnosti vlage za neobdelan bombaž, viskozo, modal in liocel po sušenju pri 40 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 6,72 2 6,63 3 6,50 Povprečna vrednost/% 6,61 STDEV/% 0,11 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 11, , ,02 Povprečna vrednost/% 11,06 STDEV/% 0,11 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 9,85 2 9,51 3 9,25 Povprečna vrednost/% 9,54 STDEV/% 0,30 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 10, , ,20 Povprečna vrednost/% 10,39 STDEV/% 0,

37 Preglednica 4.3 Rezultati vsebnosti vlage za neobdelan bombaž, viskozo, modal in liocel po sušenju pri sobni temperaturi Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 7,40 2 6,60 3 6,67 Povprečna vrednost/% 6,89 STDEV/% 0,44 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 11, , ,90 Povprečna vrednost/% 11,79 STDEV/% 0,10 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 10,06 2 9, ,00 Povprečna vrednost/% 9,89 STDEV/% 0,24 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 10, , ,45 Povprečna vrednost/% 10,27 STDEV/% 0,

38 Preglednica 4.4 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelana z 0,5 % raztopino hitozana po sušenju pri temperaturi 60 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 8,54 2 6,73 3 7,42 Povprečna vrednost/% 7,56 STDEV/% 0,91 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,44 Povprečna vrednost/% 12,50 STDEV/% 0,06 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 15, , ,25 Povprečna vrednost/% 15,27 STDEV/% 0,02 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 15, , ,21 Povprečna vrednost/% 14,86 STDEV/% 0,

39 Preglednica 4.5 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelana z 0,5 % raztopino hitozana po sušenju pri temperaturi 40 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 9,35 2 8, ,13 Povprečna vrednost/% 9,42 STDEV/% 0,67 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,41 Povprečna vrednost/% 12,26 STDEV/% 0,18 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 12, , ,13 Povprečna vrednost/% 12,13 STDEV/% 0,06 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 15, , ,81 Povprečna vrednost/% 15,36 STDEV/% 0,

40 Preglednica 4.6 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelana z 0,5 % raztopino hitozana po sušenju pri sobni temperaturi Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 15, , ,42 Povprečna vrednost/% 13,95 STDEV/% 1,42 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,21 Povprečna vrednost/% 12,11 STDEV/% 0,09 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 9, , ,32 Povprečna vrednost/% 10,34 STDEV/% 0,45 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 16, , ,78 Povprečna vrednost/% 17,60 STDEV/% 1,

41 Preglednica 4.7 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelana z 1 % raztopino hitozana po sušenju pri temperaturi 60 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 11,13 2 8,88 3 9,43 Povprečna vrednost/% 9,81 STDEV/% 1,17 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,03 Povprečna vrednost/% 12,08 STDEV/% 0,38 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 12, , ,22 Povprečna vrednost/% 11,69 STDEV/% 0,45 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 12, , ,51 Povprečna vrednost/% 12,01 STDEV/% 0,

42 Preglednica 4.8 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelane z 1 % raztopino hitozana po sušenju pri temperaturi 40 0 C Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 11, , ,93 Povprečna vrednost/% 11,10 STDEV/% 0,79 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,21 Povprečna vrednost/% 12,23 STDEV/% 0,19 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 12, , ,41 Povprečna vrednost/% 12,42 STDEV/% 0,34 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 13, , ,41 Povprečna vrednost/% 13,01 STDEV/% 0,

43 Preglednica 4.9 Rezultati vsebnosti vlage za bombaž, viskozo, modal in liocel obdelane z 1 % raztopino hitozana po sušenju pri sobni temperaturi Substrat Meritev Vsebnost vlage/% BOMBAŽ 1 15, , ,81 Povprečna vrednost/% 14,53 STDEV/% 0,83 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% VISKOZA 1 12, , ,88 Povprečna vrednost/% 12,02 STDEV/% 0,15 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% MODAL 1 13, , ,21 Povprečna vrednost/% 14,12 STDEV/% 1,59 Substrat Meritev Vsebnost vlage/% LIOCEL 1 16, , ,47 Povprečna vrednost/% 17,40 STDEV/% 0,

44 4.2 Rezultati deleža aminskih skupin V preglednici 4.10 in 4.11 so prikazani rezultati povprečne vrednosti aminskih skupin obdelanih vlaken s pripadajočimi izračunanimi standardnimi deviacijami (STDEV). Preglednica 4.10 Rezultati deleža aminskih skupin bombaža, viskoze, modala in liocela funkcionaliziranih z 0,5 % masnim deležem hitozana v impregnacijski kopeli po sušenju vlaken pri temperaturi 60 0 C, 40 0 C in sobni temperaturi Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] BOMBAŽ 60 0 C 15 0, C 10 0,1 Sobna temperatura 8 0,17 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] VISKOZA 60 0 C 5 0, C 3 0,1 Sobna temperatura 3 0,14 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] MODAL 60 0 C 8 0, C 2 0,15 Sobna temperatura 2 0,13 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] LIOCEL 60 0 C 6 0, C 3 0,17 Sobna temperatura 3 0,

45 Preglednica 4.11 Rezultati deleža aminskih skupin bombaža, viskoze, modala in liocela funkcionaliziranih z 1 % masnim deležem hitozana v impregnacijski kopeli po sušenju vlaken pri temperaturi 60 0 C, 40 0 C in sobni temperaturi Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] BOMBAŽ 60 0 C 17 0, C 19 0,12 Sobna temperatura 17 0,17 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] VISKOZA 60 0 C 11 0, C 14 0,1 Sobna temperatura 10 0,1 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] MODAL 60 0 C 21 0, C 13 0,15 Sobna temperatura 9 0,13 Substrat Temperatura sušenja Povprečna vrednost aminskih STDEV [mmol/kg] skupin [mmol/kg] LIOCEL 60 0 C 13 0, C 22 0,09 Sobna temperatura 12 0,1-34 -

46 5 DISKUSIJA 5.1 Vsebnost vlage Z metodo določevanja vsebnosti vlage smo želeli oceniti morebiten vpliv temperature sušenja na delež dostopnih aminskih skupin različnih celuloznih vlaken funkcionaliziranih z izbranima masnima deležema (1 % in 0,5 %) hitozana v impregnacijski kopeli. Sklepali smo, da bi temperatura sušenja lahko vplivala na specifično orientacijo oziroma razporeditev hitozana na površini vlaken oziroma v vlaknih, kar bi se odrazilo tudi na vsebnosti vlage. Zato, da smo lahko ovrednotili razliko v vsebnosti vlage po funkcionalizaciji različnih tipov vlaken z 1 % in 0,5 % masnim deležem hitozana v impregnacijski kopeli, smo vsebnost vlage določili tudi za neobdelana vlakna. Na ta način smo pridobili podatke še za referenčne vzorce bombaža, viskoze, modala in liocela s čemer je bila omogočena primerjava z rezultati vsebnosti vlage vlaken funkcionaliziranih s hitozanom. Glede na dejstvo, da gre pri posamezni vrsti obravnavanih celuloznih vlaken za različno nadmolekulsko strukturo in s tem tudi za različne deleže kristalinih in amorfnih področij smo na osnovi rezultatov vsebnosti vlage poskušali oceniti še vpliv nadmolekulske strukture in koncentracije hitozana na njegovo vezano na/v vlakna v odvisnosti od izbrane temperature sušenja Vsebnost vlage neobdelanih vzorcev/referenc Rezultati določanja vsebnosti vlage neobdelanih vzorcev bombaža, viskoze, modala in liocela, kažejo, da se vsebnost vlage v odvisnosti od izbrane temperature sušenja ne spreminja bistveno. Vsebnost vlage v primeru neobdelanega vzorca bombaža, sušenega pri 60 0 C je 6,79 %. Vzorec, ki je bil sušen pri 40 0 C ima vsebnost vlage 6,61 %, vzorec sušen pri sobni temperaturi pa 6,89 %. Rezultati kažejo približno enako vsebnost vlage neobdelanega bombaža ne glede na izbrano temperaturo sušenja. Ta je v vseh primerih sušenja okoli 7 %, kar je vidno tudi iz diagrama na sliki