Włókna naturalne, sztuczne i syntetyczne - dawka podręcznikowej wiedzy podanej w przystępny sposób

Włókna naturalne, sztuczne i syntetyczne - krótki przewodnik po rodzajach włókien i tkanin

Źródło: https://epodreczniki.pl/a/wlokna-naturalne-sztuczne-i-syntetyczne/DGQKwcYV4

Lniana koszula, szata z naturalnego jedwabiu, a może polarowa bluza lub ubranie z materiału, z jakiego wykonuje się kombinezony kosmonautów? Współczesny człowiek może wybierać z bardzo szerokiej oferty materiałów wykorzystywanych do produkcji odzieży. Jak dzięki rozwojowi technologii chemicznej zmieniły się materiały, które służą nam do wytwarzania odzieży i innych wyrobów z włókien.

Włókna naturalne

Wśród  włókien naturalnych wyróżnia się włókna pochodzenia roślinnego, zwierzęcego i mineralnego.
Włókna roślinne pozyskuje się z różnych części roślin – nasion (bawełna), łodyg (len, konopie, juta, ramia), liści (sizal – włókno otrzymywane z agaway) lub owoców (włókna kokosowe).
Włókna pochodzenia zwierzęcego uzyskuje się na przykład z włosów ssaków (wełna, włosie), a także z wydzielin zwierzęcych (jedwab).
Włókna mineralne to włókniste substancje nieorganiczne naturalne (azbest) lub sztuczne (zamienniki azbestu, włókna szklane, wełna skalna lub żużlowa, włókna ceramiczne).

Najczęściej wykorzystywane – zwłaszcza do produkcji odzieży –włókna naturalne to bawełna, wełna, len i jedwab.

Wszystkie włókna są zbudowane z makrocząsteczek. Włókna naturalne zbudowane są z biopolimerów, tj. celulozy, białek, a włókna sztuczne z makrocząsteczek naturalnych, zmodyfikowanych w wyniku procesów chemicznych.

Włókna naturalne występują w przyrodzie w stanie gotowym do przerobu. Mogą być dostarczane przez rośliny, zwierzęta oraz występować w postaci minerałów.
Wszystkie włókna roślinne są zbudowane z celulozy. Oprócz niej w włóknach roślinnych w niewielkich ilościach występują lignina, a także kleje roślinne (pektyny).

Wśród włókien naturalnych wyróżnić można włókna pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.

Włókna roślinne

Bawełna jest włóknem pozyskiwanym z krzewów bawełnianych. Białe włókna otaczają nasionka rośliny, tworząc na krzewach liczne białe kępki przypominające z wyglądu watę. Dojrzałe włókno kiedyś zbierano ręcznie, a dzisiaj zbiera się je głównie maszynowo.
Właściwości tkanin z bawełny – miękkość i przewiewność, a jednocześnie wytrzymałość – stwarzają wiele możliwości ich zastosowania. Łatwo o nie dbać – nadają się do prania w pralce, można je wirować oraz prasować na mokro w wysokiej temperaturze.
Bawełnę wykorzystuje się do produkcji odzieży, tkanin pościelowych, obrusów, środków opatrunkowych, sieci rybackich, filtrów do kawy.

Inną rośliną dostarczającą naturalnych włókien jest len. Włókna lniane pozyskuje się z łodyg tej rośliny. Jest to proces długotrwały i skomplikowany, obejmuje wiele etapów. Len był najpopularniejszym surowcem do produkcji odzieży, dopóki nie wprowadzono mechanicznej obróbki bawełny.
Tkaniny z lnu są chłonne i „oddychają”. Zapewniają szczególny komfort w upalne dni. Są ponadto trwałe i odporne na zabrudzenia. Wadą ich jest podatność na zagniecenia, które trudno rozprasować (niezbędna jest wysoka temperatura prasowania). Lniana odzież oraz inne wyroby z włókien lnianych są traktowane obecnie jako wyroby ekskluzywne i eleganckie.

Sizal (sisal) to otrzymywane ze specjalnego gatunku agawy, twarde i bardzo wytrzymałe włókna. Stosuje się je do wyrabiania powrozów (lin, sznurów), mat i worków.

Włókna zwierzęce

Wełna to włosy zwierząt. Pozyskuje się ją głównie z sierści owczej oraz pochodzącej od innych zwierząt trawożernych – kóz, lam i wielbłądów. Najpopularniejsza jest wełna owcza, produkowana w wielu rodzajach.
Wełnę najlepszą gatunkowo uzyskuje się z owiec rasy merynos. Ma ona takie cenione przez użytkowników zalety, jak wyjątkowo cienkie włókna, miękkość, puszystość.
Wyroby z wełny cechują doskonałe właściwości termoregulacyjne – wełniana odzież zapewnia ciepło oraz szybko chłonie i odprowadza wilgoć. Ponadto wełna nie jest podatna na zabrudzenie oraz nie pochłania zapachów.
Z wełny produkuje się cieplejszą odzież, dywany, wykładziny, koce, poduszki, kołdry. Współcześnie wełna jest stosowana głównie w mieszankach z innymi włóknami i straciła bardzo na popularności na rzecz włókien syntetycznych.

Jedwab naturalny jest włóknem wytwarzanym przez gąsienice motyli jedwabników. Najbardziej popularne są jedwabniki morwowe. Gąsienice przędą dwie nitki jedwabiu, tworząc z nich kokon, w którym się przepoczwarzają. Te dwa włókna są sklejone ze sobą; dopiero rozdzielenie i rozplątanie kokonu oraz odpowiednia obróbka w gorącej wodzie pozwalają na uzyskanie nici o długości nawet 1–3 km. Włókna jedwabiu są najbardziej wytrzymałe spośród włókien naturalnych.
Tkanina jedwabna ma charakterystyczną, rozpoznawalną od pierwszego dotyku strukturę. Jest lekka i przewiewna, świetnie się układa. Uznaje się ją za najszlachetniejszą z tkanin. Ze względu na właściwości użytkowe oraz koszt produkcji jedwab jest włóknem bardzo drogim.
Tkaniny jedwabne wymagają delikatnego traktowania – zaleca się pranie ręczne, w temperaturze do 30°C i prasowanie przy temperaturze poniżej 150°C .

Ciekawostka

Początkowo do wytwarzania odzieży człowiek wykorzystywał tylko naturalne surowce. Już w epoce kamienia obok prymitywnej odzieży ze skóry zaczęto także używać tkanin z włókien roślinnych. Egipcjanie nosili szaty lniane, Hindusi – bawełniane. Dzisiaj syntetyzuje się włókna o różnorodnych właściwościach i zastosowaniach. Jednak niektóre cechy włókien naturalnych są nadal bardzo trudne lub wręcz niemożliwe do uzyskania w procesach technologicznych.
Do przędzenia nici służyły najpierw bardzo proste, a z czasem coraz bardziej skomplikowane urządzenia. Z biegiem czasu ręczne warsztaty tkackie zaczęto zastępować maszynami i tak powstał współczesny przemysł włókienniczy.

Warsztat tkacki z XVIII w. (w Domu Ogrodnika, Zamek Suski, Sucha Beskidzka). Po lewej widać krosno, służące do tkania materiału, w prawym rogu stoi kołowrotek, na którym przędzono nić z przędzy, np. wełnianej lub lnianej

Włókna mineralne

Do niedawna powszechnie stosowanym i cenionym naturalnym włóknem mineralnym był azbest, który występuje w kilku odmianach o różnym składzie chemicznym. Azbest włóknisty jest zbudowany z cienkich, miękkich, lśniących włókien o barwie białej lub szarej, które charakteryzują się wytrzymałością na wysoką temperaturę oraz słabym przewodnictwem ciepła i elektryczności. Przędza azbestowa (wytwarzana z dodatkiem bawełny) miała zastosowanie w produkcji tkanin ognioodpornych i odpornych na działanie kwasów oraz w procesie wytwarzania tektury i papy azbestowej, używanych do izolacji cieplnej i elektrycznej.

Ciekawostka

Azbest jest włóknem mineralnym, które z uwagi na jego bardzo szkodliwe działanie (pylica azbestowa, nowotwory) zostało wycofane z użytku (w Polsce w 1997 r.). Prowadzone są na wielką skalę działania, mające na celu wyeliminowanie azbestu i wyrobów zawierających azbest z naszego otoczenia

Włókna wytwarzane w chemicznych procesach technologicznych – włókna sztuczne i syntetyczne

Włókna sztuczne

Włókna sztuczne są włóknami wytwarzanymi z surowców naturalnych – naturalnych polimerów, tj. celulozy, białka, kauczuku, które poddaje się obróbce chemicznej.

Wiskoza to włókno składające się głównie z celulozy, którą pozyskuje się przede wszystkim z drewna. Tkaniny z wiskozy mają właściwości zbliżone do bawełny, a w dotyku przypominają jedwab. Są materiałem termoregulującym i przewiewnym, wchłaniającym wilgoć, miękkim, elastycznym i przyjaznym w dotyku.

Modal jest włóknem składającym się w 100% z celulozy. Proces produkcyjny modalu jest bardzo zbliżony do procesu produkcyjnego wiskozy. Cechuje go duża odporność na uszkodzenia i atłasowy połysk. Pochłania o 50% więcej wilgoci niż bawełna. Tkaniny wykonane z niego są przewiewne, miękkie i sprężyste. Z modalu produkuje się m.in. bieliznę, odzież sportową i pościel.

Ciekawostka

Na rynku można spotkać produkty, do których produkcji użyto włókien bambusowych. Pod względem składu chemicznego włókna te są po prostu sztucznymi włóknami celulozowymi, do produkcji których użyto bambusa, jako surowca dostarczającego celulozę.

Włókna bambusowe są wytwarzane z celulozy uzyskiwanej z pędów bambusa. W podobny sposób wytwarza się celulozę z drzew (świerku, sosny, buku) i wykorzystuje się ją do produkcji przędzy wiskozowej.

Wełna mineralna (wełna kamienna) jest materiałem izolacyjnym pochodzenia mineralnego. Znalazła zastosowanie w budownictwie – do izolacji termicznych i akustycznych ścian, stropów i podłóg i dachów – oraz jako surowiec do produkcji materiałów konstrukcyjnych. Do wytwarzania wełny mineralnej używa się m.in. kamienia bazaltowego i kruszywa wapiennego. Stosowane są również materiały pochodzące z recyklingu.

Włókna syntetyczne

Różnica pomiędzy włóknami sztucznymi a syntetycznymi polega na różnej technologii produkcji. Włókna syntetyczne są wytwarzane od początku do końca przez człowieka – z polimerów syntetycznych, w procesie polimeryzacji (głównie z ropy naftowej i węgla), a włókna sztuczne powstają na drodze obróbki chemicznej włókien naturalnych.

Włókna syntetyczne otrzymuje się, wyciągając nici z ciekłego polimeru, przepuszczanego przez małe otwory, które są fabrycznym odpowiednikiem gruczołu przędnego pająka.

Poliamid (nylon) jest pierwszym włóknem syntetycznym. Ze względu na swoje właściwości zyskał ogromną popularność wśród producentów odzieży. Jest lekki, odporny na gniecenie, bardzo wytrzymały, łatwo się pierze i szybko wysycha. Stosuje się go także jako dodatek w postaci mikrowłókien (mikrofibra), np. w bieliźnie.

Produkuje się wiele rodzajów nylonu. Najbardziej znany jest nylon 66. Powstaje on w wyniku reakcji kondensacji kwasu adypinowego z heksano‑1,6‑diaminą, dzięki czemu powstają cząsteczki polimeru.

Poliestry (elana, torlen) to włókna syntetyczne wytwarzane w wyniku reakcji kwasów dikarboksylowych z alkoholami polihydroksylowymi.
Wyróżniają się dużą wytrzymałością na zginanie, rozrywanie i ścieranie, dobrą odpornością na działanie światła, czynników chemicznych (słabe kwasy i zasady), są odporne biologicznie, bardzo słabo chłoną wodę. Włókna poliestrowe – same lub jako mieszanka z wełną, bawełną (elanobawełna) lub włóknami wiskozowymi – służą do wyrobu tkanin na ubrania wierzchnie, tkanin dekoracyjnych, firanek.

Elastan (spandex, lycra) to włókno poliuretanowe, które zostało wynalezione w 1958 r. i od razu zrewolucjonizowało rynek odzieżowy. Zastosowanie elastanu jako dodatku do materiałów zmniejszało znacznie ich wagę, zwiększając jednocześnie trwałość oraz komfort i łatwość użytkowania. Elastan nie występuje w materiale samodzielnie, lecz jako dodatek – w mieszankach z innymi włóknami (np. z bawełną, jedwabiem). Włókno to cechuje bardzo duża rozciągliwość (do 500%) i sprężystość.

Polar jest rodzajem dzianiny wykonanej z PET i innych tworzyw sztucznych. Charakteryzuje się hydrofobowością oraz znacznie lepszymi od wełny właściwościami termoizolacyjnymi. Nie traci tych właściwości nawet w przypadku zamoczenia. Wykorzystuje się go m.in. do wytwarzania odzieży sportowej.
Obecnie produkuje się różne rodzaje tkanin polarowych. W zależności od zastosowania różnią się gramaturą (np. polar 100 oznacza, iż 1 metr kwadratowy materiału waży 100 gramów) oraz właściwościami termicznymi, miękkością i sprężystością.

Kevlar jest włóknem wytrzymałym, lekkim i odpornym na wysoką temperaturę. Wykorzystuje się go m.in. do produkcji kamizelek kuloodpornych, hełmów, sprzętu do uprawiania sportów ekstremalnych.

Włókna węglowe – powstają w procesie przekształcania organicznych polimerów o bardzo długich łańcuchach przyczyniających się do znacznego wzrostu zawartości węgla w produkcie. Jego istotną cechą jest niska masa, dzięki czemu materiał ten jest wykorzystywany w kosmonautyce i w Formule 1. Obecnie, dzięki znacznemu obniżeniu kosztów produkcji, wykorzystuje się go także do wytwarzania wielu powszechnie używanych produktów.

Włókna węglowe, ze względu na wiele pożądanych przez konsumentów cech, są komponentem stosowanym w produkcji sprzętu sportowego – rakiet do tenisa stołowego, wędek, łodzi, obuwa, ubrań – a także obudowy laptopów i sprzętu audio, elementów konstrukcji samolotów, samochodów i motocykli.

Włókna nieorganiczne

Wśród włókien nieorganicznych wyróżnia się włókna chemiczne (sztuczne), do których należą włókna szklane i metalowe.

Włókna szklane są wyrabiane ze szkła w postaci waty szklanej służącej jako materiał do izolacji cieplnej w budownictwie oraz w postaci włókien do wyrobu przędzy na tkaniny ubraniowe dla pracowników hut, tkaniny filtracyjne, kurtyny teatralne. Włókna szklane charakteryzuje wysoka wytrzymałość na rozciąganie, odporność na działanie kwasów i ługów, wytrzymałość na temperaturę do 600°C.

Włókna metalowe są otrzymywane z miedzi, srebra, złota, stali lub stopów tych metali. Nici metalowe, tzw. szych, otrzymuje się przez okręcanie przędzy bawełnianej lub jedwabnej drucikami metalu. Nici tych używa się do haftu, wyrobu tkanin ozdobnych. Wyroby z włókien metalowych na skutek utleniania ciemnieją na powietrzu – należy je chronić przed światłem i wilgocią.

Oryginalny wygląd dzianiny lub tkaniny osiąga się czasem przez dodanie do włókien syntetycznych bądź sztucznych metalicznej nitki. Na przykład włóczka akrylowo-nylonowa może mieć 5-procentowy dodatek metalicznej nitki.

Podsumowanie

• Włókna naturalne mogą być włóknami celulozowymi (włókna roślinne) lub białkowymi (włókna zwierzęce). Znane są też włókna naturalne mineralne (azbest).
• Włókna produkowane przez człowieka na drodze chemicznej to włókna syntetyczne – wytwarzane z surowców pochodzenia naturalnego, np. wiskoza z celulozy – oraz włókna sztuczne – wytwarzane z substancji otrzymywanych na drodze syntezy chemicznej.
• Współcześnie produkowanych jest wiele rodzajów włókien, które służą do wytwarzania produktów spełniających czasem bardzo specjalistyczne wymagania i służących bezpieczeństwu oraz komfortowi użytkowników.
• Obserwacja spalania włókien pozwala w przybliżeniu określić rodzaj włókna. Dodatkowo włókna białkowe ulegają reakcjom charakterystycznym dla białek, np. reakcji ksantoproteinowej.

 Źródło: https://epodreczniki.pl/a/wlokna-naturalne-sztuczne-i-syntetyczne/DGQKwcYV4