ZADÁNÍ
Tereza Havlová
Ovlivnění plstivosti proteinových vláken
1) Vypracujte rešerši k danému tématu.
2) Definujte podmínky, které vedou k narušení struktury vláken.
3) Pokuste se narušit králičí vlákna různými postupy - např. působením páry, ozonu či oxidů dusíku.
4) Sledujte vliv těchto postupů na změny plstivosti králičích chlupů 5) Výsledky diskutujte z hlediska praktického využití při výrobě plsti.
Vedoucí: prof. Ing. Jakub Wiener, Ph.D.
Konzultant: Ing. Jana Šašková, Ph.D., Ing. Karolína Borůvková
Literatura:
HAVIAR, Š. a kolektiv, Textilní zbožíznalství – Kůže, usně, kožešiny a kožené výrobky, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2006, ISBN 80-7372-144-9
BRADY, P. R., Finishing and Wool Fabric Properties, CSIRO Australia, 1997, ISBN 0- 643-06325-0
HLADÍK, V. a kolektiv, Textilní materiály, Praha, SNTL, 1984
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že předložená diplomová práce je původní a zpracovala jsem ji samostatně. Prohlašuji, že citace použitých pramenů je úplná, že jsem v práci neporušila autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb. O právu autorském a o právech souvisejících s právem autorským). Souhlasím s umístěním diplomové práce v Univerzitní knihovně TUL.
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č.121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo).
Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé diplomové práce a prohlašuji, že s o u h l a s í m s případným užitím mé diplomové práce (prodej, zapůjčení apod.).
Jsem si vědoma toho, že užít své diplomové práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše).
V Liberci dne ... ...
Podpis
PODĚKOVÁNÍ
Tímto bych chtěla poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce prof. Ing. Jakubu Wienerovi, Ph.D. za konzultace, cenné připomínky a rady při
zpracování práce. Dále bych chtěla velmi poděkovat Ing. Janě Šaškové, Ph.D. a Ing. Karolíně Borůvkové za konzultace k diplomové práci. Dále děkuji firmě TONAK a.s., která mi poskytla vzorky ke zkouškám. Také bych ráda poděkovala celé rodině za podporu při studiu a při zpracovávání diplomové práce.
ANOTACE
Cílem této diplomové práce je zjišťování ovlivnění schopnosti plstění keratinových vláken získávaných ze srstí zvířat. Pro testování je zvolena králičí srst, na kterou jsou aplikovány různé druhy předúprav a následně provedeno plstění dle zvolené metodiky.
Práce je rozdělena do části teoretické a praktické. V první části je pojednáno o keratinových vláknech, zejména jejich struktuře, složení a vlastnostech. Dále jsou uvedeny vlastnosti keratinových vláken, které mohou mít vliv na plstění. Práce se zaměřuje především na králičí srst, která ještě není vědecky prozkoumána tak jako například vlněná vlákna. V práci jsou uvedeny dostupné informace o králičích chlupech z angorského králíka. V této části jsou dále popsány metody plstění a faktory ovlivňující plstění. Je zde také pojednáno o firmě TONAK a.s., která je nejvýznamnějším výrobcem plstěných klobouků v naší republice. Tato společnost poskytla vzorky králičích chlupů k uvedeným experimentům.
V praktické části je popsán test plstivosti, který se aplikoval po každé předúpravě. V této části jsou dále popsány aplikované předúpravy pomocí oxidů dusíku, páry, povrchově aktivní látky a ozónu. Nakonec jsou uvedeny výsledky testů a diskuze.
KLÍČOVÁ SLOVA:
• králičí vlas
• keratin
• plstění
• kyselina dušičná
• oxidy dusíku
• ozón
ANNOTATION
The aim of this thesis is to determine the influence of felting keratin´s fibers from the fur of animals. The rabbit hairs were selected for these tests and different types of pretreatment were done and then the felting was done to it according to the chosen methodic.
The work is divided into theoretical and practical part. The first part deals with keratin´s fibers, particularly their structure, composition and properties. Further there are the properties of keratin fibers which may affect felting. The work focuses primarily on rabbit hair, which has not been scientifically explored yet such as wool fibers. This work presents the available information about angora rabbit hair. This section also describes the methods and factors affecting felting.
There is also spoken about the company TONAK a.s., the largest producer of felt hats in our country. This company provided samples of rabbit hairs for these experiments.
The practical part describes the test of felting, which was applied after each pretreatment. This section describes the applied pretreatment using oxides of nitrogen, steam, surfactant and ozone. The results of tests and discussion of the results are listed on the end.
KEY WORDS:
• rabbit hair
• keratin
• felting
• nitric acid
• oxides of nitrogen
• ozone
OBSAH
Seznam použitých zkratek a symbolů...10
Úvod...11
TEORETICKÁ ČÁST...12
1. Zařazení keratinových vláken...12
1.1 Morfologie keratinových vláken...13
1.2 Chemické složení keratinových vláken...15
1.3 Vlastnosti keratinových vláken...18
1.3.1 Geometrické a povrchové vlastnosti...18
1.3.2 Mechanické vlastnosti...24
1.3.3 Vliv prostředí na vlákna...24
1.3.3.1 Vliv vody...24
1.3.3.2 Smršťování vláken a superkontrakce...24
1.3.3.3 Trvalé deformace...25
1.3.3.4 Působení páry...25
1.3.3.5 Bobtnání...26
1.3.3.6 pH lázně...26
1.3.3.7 Působení tepla...26
1.3.3.8 Působení světla, stárnutí vláken a působení mikroorganismů...26
1.3.3.9 Působení chemikálií...27
2. Králičí srst – angora...28
3. Plstění...30
3.1 Princip výroby plsti...30
3.2 Faktory ovlivňující plstění...32
3.2.1 Jemnost, dřeň a délka vlákna...32
3.2.2 Zkadeření vláken...32
3.2.3 Tření, šupinky...32
3.2.4 Srážení a zakrucování...33
3.2.5 Bobtnání a pH lázně...33
3.2.6 Narušená struktura vlákna...34
3.2.7 Teplota, vlhkost...34
3.2.8 Mechanické působení pstícího stroje - protažení vlákna...34
3.2.9 Chemické moření...34
3.2.10 Plazmová úprava a působení ozónu...35
3.2.11 UV osvit...36
4. TONAK...37
5. Postup výroby plstěných klobouků...38
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST...39
6. Popis použitého materiálu...39
7. Experimenty předúprav...39
8. Metoda laboratorního plstění...40
9. Určení pásů hustot plstěnců pro určení schopnosti plstění...44
10. Výsledky testů a diskuze...49
10.1 Pokus 1 - Působení páry – Tuttnauer...49
10.2 Pokus 2 - Působení páry – parní čistič...51
10.3 Pokus 3 - Altaran S8 (1 g/l)...53
10.4 Pokus 4 - Altaran S8 (10g/l)...55
10.5 Pokus 5 - Úpravy v HNO3 – koncentrační řada...57
10.6 Pokus 6 - Úpravy v HNO3 – časová řada...59
10.7 Pokus 7 - Vzorky zprac. v NOx – úvodní experimenty (časová řada)...60
10.8 Pokus 8 - Vzorky zpracované v NOx – koncentrační řada 1 (30min)...62
10.9 Pokus 9 - Vzorky zpracované v NOx – koncentrační řada 2 (60min)...64
10.10 Pokus 10 - Vzorky zpracované v NO...66
10.11 Pokus 11 - Vzorky zpracované v NOx – průnik vrstvou 1...68
10.12 Pokus 12 - Vzorky zpracované v NOx – průnik vrstvou 2...70
10.13 Pokus 13 - Vzorky zpracované v NOx – průnik vrstvou 3...72
10.14 Pokus 14 - Úpravy v NOx (větší koncentrace)...74
10.15 Pokus 15 - Úprava v NOx s vlhčením roztokem PAL...77
10.16 Pokus 16 - Úprava v NOx s vlhčením...78
10.17 Pokus 17 - Úprava pomocí ozonizéru – O3...81
10.18 Pokus 18 - Směsování (neupravená/upravená v NO2 a O3)...84
10.19 Pokus 19 - Úprava v O3, delší doba působení...86
10.20 Pokus 20 - Úprava v O3, kratší doba působení...87
10.20 Pokus 21 - Úprava v O3, vlhčení...89
ZÁVĚR...90
Seznam použité literatury...92
Seznam obrázků...96
Seznam tabulek...97
Seznam grafů...97
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
atd. a tak dále atp. a tak podobně cN/tex centinewton na tex
č. číslo
d průměr
DFE Directional Friction Effect (směrový třecí efekt)
g gram
IS interval spolehlivosti
m hmotnost [g]
min minuta
ml, l mililitr, litr
mm, mm2 milimetr, milimetr čtverečný např. například
NOx směs oxidů dusíku
obr. obrázek
PAL povrchově aktivní látka
pH vodíkový exponent
r poloměr
s sekunda
tab. tabulka
UV ultrafialové
V objem [cm3]
VA voltampér
W watt
WA wool angora - angorská vlna
µa koeficient tření proti směru šupinek (směrek ke špičce vlákna) µw koeficient tření po směru šupinek (směrem ke kořeni vlákna)
µm mikrometr
% procento
˚C stupně Celsia ρ hustota [g/cm3]
ÚVOD
Používání kůží a kožešin ze zvířat sahá daleko do historie. Stejně jako zvířata chrání srst před nepříznivými vlivy jako je déšť a chlad, tak výrobky ze srstí zvířat lidé používali a používají dodnes zejména pro jejich tepelně izolační vlastnosti.
Chlupy zvířat mají šupinkovitou strukturu povrchu, která má schopnost propojit vlákna ve vrstvu zvanou plst. Plstěné materiály se používají na různé výrobky například na výrobu klobouků, izolačních materiálů, podlahových krytin či filtrů.
Chlupy zvířat jsou složeny z keratinu a proto jsou v této práci označovány jako keratinová vlákna. V práci jsou popsány jejich společné vlastnosti, ale také jsou uváděny rozdíly mezi jednotlivými druhy chlupů z různých zvířat.
Tato práce se zaměřuje především na výrobu plstí z králičích chlupů. Schopnost plstění králičích chlupů je menší než u vlněných vláken, proto se uplatňují před plstěním předúpravy vláken pro zvýšení plstivosti. Již dlouho jsou zkoumány králičí chlupy a jejich schopnost plstění, dodnes však nebylo vše zcela objasněno.
Společnost TONAK a.s., která se zabývá výrobou klobouků, poskytla králičí chlupy k testování. Tato společnost se snaží naleznout alternativní předúpravu králičích chlupů pro výrobu plstěných klobouků. Proto se tato práce zabývá zkoumáním předúprav a vlivem na schopnost plstění králičích chlupů.
Použitím předúprav se chemicky či mechanicky mění struktura vláken, což zapříčiní zvýšení bobtnavosti vláken a zvýšení tření mezi vlákny, tím i lepší zaklesnutí šupinek do sebe a vznik plsti. V této práci je k předúpravám použita pára, kyselina dusičná a oxidy dusíku, ozon a povrchově aktivní látka. Je také využito různých koncentrací látek, různých časů působení a je zkoumán vliv na suché či vlhké vzorky. Samotné plstění, které následuje po každé úpravě, je prováděno v přístroji Ahiba Nuance. Poté se zplstěné útvary vyhodnocují pomocí zjištěných hustot plstěnců. Nakonec je každý test vyhodnocen a porovnán s neupravenými vzorky.
TEORETICKÁ ČÁST
1. Zařazení keratinových vláken
Králičí vlas se řadí do skupiny keratinových vláken. Přírodní živočišná vlákna se rozdělují na vlákna keratinová a fibroinová.
Keratinová vlákna
Srsti zvířat tvoří vlasy (chlupy), jejichž podstatou je keratin. Vlákna ze srstí mají podobnou strukturu a vlastnosti. Mohou pocházet z následujících zvířat:
- ovčí vlna - merinová, nížinná, anglická, kříženecká - různé druhy koz - kašmír, mohér
- velbloudí srst
- srsti lam - alpaka, vikuňa, guanako - králicí srst
- další druhy srstí zvířat - zajíc, vačice, klokan, krtek, zajíc, veverka, bobr, ondatra, nutrie, činčila, kočka, vlk, liška, kuna, sobol, lasice, norek, jezevec, mýval, lachtan, tuleň, kůň a další [1]
Fibroinová vlákna
- hedvábí - pravé, plané, pavoučí
Vlastnosti přírodních vláken ze srstí jsou dány podmínkami v kterých zvíře žilo.
Podmínky lze ovlivňovat jen u zvířat chovaných na farmách. Další vliv na jakost vláken mají zeměpisné faktory (nadmořská výška, zeměpisná šířka, teplota, vlhkost vzduchu atd.), dále způsob chovu nebo života v přírodě, výživa, choroby, pohlaví, stáří, původ.
Některé vlastnosti jsou měřitelné, některé se zjišťují organolepticky (zrakem a hmatem).
Patří sem délka, tloušťka a jemnost chlupů, tvar chlupů, hustota srsti, omak, stálosti vybarvení, stálosti v otěru a při úpravách a např. na světle. Dále je hodnocen lesk, zabarvení, hmotnost, hygroskopičnost, obsah vody, elektrická vodivost chlupů, plstivost, pevnosti a tažnosti apod. Výtěžek ze srsti zvířat je přibližně jen 60% vláken, zbytek tvoří nečistoty, prach, tuk, vlhkost atp. [1] [2]
1.1 Morfologie keratinových vláken
Obr. 1 Průřez kůží dle [3]
Srst zvířat je tvořena chlupy (vlasy), které vyrůstají z horních vrstev kůže z vlasových váčků, jejich hloubka je různá dle umístění na těle. Vzhled chlupů, stavba, barva a další jsou specifické pro různé druhy zvířat, ale také závisí na pohlaví, věku, roční době atd.
Každý chlup je také opatřen vzpřimovačem, drobným svalem, který ho svým stahem zvedá, což je významný proces při termoregulaci. Vlas je uložen ve vlasovém váčku jak je vidět na Obr. 1. Králíci nemají oproti jiným zvířatům potní žlázy.
Srst zvířat se skládá z různých druhů chlupů, lze je rozdělit do 3 skupin:
- pesíkový chlup - ochranný chlup, hrubší, delší, rovné chlupy chránící před okolními vlivy
- krycí chlup - přechodový, kratší, mírně zvlněný u pokožky, delší než podsada, menší množství
- podsada - jemná, hustá, zvlněná, krátká vrstva chlupů sloužící jako izolační vrstva. [4]
Obr. 2 Složení keratinových vláken dle [5]
Kutikula – pokožka je tvořena charakteristickými šupinkami. Tyto šupinky mají různý tvar a různou velikost. Šupinky se překrývají jako střešní tašky a na povrch vlasu vyčnívá asi 1/3 plochy šupinky, další část je kornoutovitě zastrčená do dalších šupinek. Počet šupinek se liší a může se pohybovat okolo 900-3500 šupinek na 1mm2. U jemnějších vláken je jedna šupinka po obvodu vlákna, u hrubších více. Šupinkovitá vrstva se rozděluje na vnější epikutikulu, exokutikulu a vnitřní endokutikulu. Vnější část je opatřena hydrofobní membránou chránící vlas. Obal je hydrofobní. Při krátkém působení vody vlákno nestihne navlhnout. Epikutikula je opatřena mikroskopickými póry přes které se do vlákna dostává vlhkost pomaleji, proto při poškození vnější membrány se vlákno stává hydrofilnějším. Vlas při navlhnutí nepůsobí na povrchu vlhce při omaku.
Jak je vidět na Obr. 2 kutikula chrání vlas, a má vliv na vzájemné tření vláken, vznik a polaritu statického náboje, a umožňuje plstění. Kutikula neobsahuje tyrosin, proto při poškození kutikuly se projeví při Paulyho reakci (použití diazosloučeniny) červené zabarvení jako reakce s tyrosinem s vnitřní částí vlasu. [4] [5] [6]
Kortex – pod kutikulou je uzavřen objemný kortex, který tvoří nejvíce hmoty vlákna asi 90%, může být opatřen pigmentem a udává barvu vlákna. Je tvořen miliony kortikálními buňkami průměru 2-5µm a délky 100-200µm, slepené tmelem - matrix. Kortikální buňky jsou fibrilární struktury (tvořeny makrofibrilami, mikrofibrilami, protofibrilami).
Keratinová vlákna mají bilaterální strukturu, skládají se ze dvou základních modifikací kortexu - ortokortexu a parakortexu. Jejich vlastnosti se liší, mají rozdílnou sorpci vlhkosti a sráživost, což způsobuje přirozené zvlnění vláken (zkadeření). [4] [5] [6]
Dřeň (medula) – je složena z úzkých, volně ložených buněk nepravidelného tvaru a spolu se vzduchovými mezerami tvoří centrální osu vlasu. Tato osa může mít různou strukturu či v některých případech zcela chybět. Díky vzduchovým komorám ve dřeni jsou chlupy schopny vysoké tepelné izolace. [4] [5] [6]
1.2 Chemické složení keratinových vláken
Živočišná vlákna ze srstí jsou tvořena především uhlíkem (cca 50%), kyslíkem (cca 21- 24%), dusíkem (cca 15-21%), vodíkem (cca 6-7%), sírou (cca 2-4%).
Podstatou vlákna je keratin, patřící k proteinům (bílkovinám). Keratin je součástí kůží živočichů, nehtů, rohů, peří, chlupů a vlasů. Keratin je tvořen složitou makromolekulární látkou. Oproti jiným vláknům, která jsou menšího počtu základních látek, jsou vlákna ze srstí složena z nejméně 18 různých aminokyselin.
Obecný vzorec α aminokyseliny:
[5]
R – alifatický, aromatický nebo heterocyklický zbytek
α aminokyseliny se váží za odštěpení vody, postupně reagují karboxylové skupiny aminokyselin s aminoskupinami jiných aminokyselin. Touto reakcí a jejím opakováním vzniká makromolekula keratinu, jehož hlavní řetězec je tvořen polypeptidickými vazbami (CONH):
[7]
R – vedlejší řetězce
Aminokyseliny jsou v různých částech vlákna zastoupeny v různých poměrech.
Ortokortex má např. více tyrosinu a glycinu, parakortex má více cystinu. V obalu kutikuly není tyrosin, který má afinitu k molekulám vody. V epikutikule je lysin, je hydrofobní a chemicky inertní. Složení spodní části vlasu a jeho špičky je také rozdílný.
Při porovnání bílých a černých chlupů králíků bylo zjištěno téměř totožné složení. [4] [5]
[9] [10]
Králičí chlupy obsahují nejvíce cystinu (příčné vazby):
[8]
Molekuly jsou uspořádány řetězovitě a sousední polypeptidické řetězce jsou spojeny příčnými vazbami:
- Van der Waalsovi síly
- vodíkové můstky
- solné můstky (iontové vazby)
- disulfidické můstky
Tab.1 Složení aminokyselin tvořících králičí chlup dle [6]
Název
aminokyseliny Vzorec zbytku R
Složení angory – aminokyseliny
[%]
cystin -CH2-S-S-CH2-CH(NH2)-COOH 14,96
kyselina glutamová -CH2-CH2-COOH 13,56
arginin 10,33
serin -CH2OH 7,62
leucin -CH2-CH-(CH3)2 7,46
prolin 6,97
kyselina asparagová -CH2-COOH 5,89
threonin -CH(OH)-CH3 4,85
glycin -H 4,79
lysin -CH2-CH2-CH2-CH2-NH2 4,59
tyrosin -CH2-C6H4-OH 3,78
valin -CH-(CH3)2 3,50
fenylalanin -CH2-C6H5 3,08
alanin -CH3 3,01
isoleucin -CH(CH3)-CH2-CH3 2,71
histidin 2,65
citrullin -CH2-CH2-CH2-NHCONH2 0,27
methionin -CH2-CH2-S-CH3 0,00
Složení králičího chlupu z aminokyselin je uveden v Tab. 1. Polypeptidický řetězec keratinu má různé uspořádání, molekuly jsou v makromolekule keratinu šroubovitě uspořádány a při napínání živočišných vláken dochází k dočasné přeměně α-keratinu na β-keratin, jak je vidět na Obr. 3. Přeměna je větší s protahováním vlákna do délky. Po uvolnění se změní zpět na α-keratin. Od struktury keratinu se odvíjí mechanické vlastnosti.
α-keratin – prostorová spirála
β-keratin – vzniká 120% průtahem α-keratinu
γ-keratin – ještě smrštěnější než α-keratin, meandrovité uspořádání, superkontrakce vlivem prostředí při plstění a krabování. [4] [11]
Obr. 3 Struktura keratinu dle [12]
1.3 Vlastnosti keratinových vláken
1.3.1 Geometrické a povrchové vlastnosti
Délka a průměr vlákna
Vlákna získávaná ze srstí zvířat mají různou délku a různé průměry vláken. Délka vlasu se odvíjí od druhu zvířete a podmínkách jeho života.
Podsada je tvořena kratšími jemnějšími chlupy, pesíky jsou delší a mají větší průměr vláken. V Tab. 2 jsou uvedeny příklady některých druhů vláken a jejich rozměry. Králičí chlupy jsou velmi jemné 12-17 µm a dlouhé 12-75 mm (v průměru 31,8 mm). [4] [5] [13]
Tab. 2 Živočišná vlákna-rozměry dle [4] [5]
délka [mm] průměr průřezu vlákna [µm]
králík - angora 12-75 12-17
ovce - vlna 40-200 15-40
koza - kašmír 40-120 14-20 podsada, 60-90 pesíky
koza - mohér 150-300 15-19 podsada, 25-45 pesíky
lama vikuňa 20-30 10-14
velbloud podsada 30-150, pesíky až 300 12-15 podsada, 50-100 pesíky
lama alpaka 60-150 20-27
Povrch vlákna
Povrch keratinových vláken pokrývají šupinky, které mohou být různě rozmístěny a mohou mít různé tvary viz. Obr. 4. Členitý povrch vláken způsobuje některé specifické vlastnosti. Velikost tření vláken závisí na směru pohybu vláken (po nebo proti směru šupinek), proti směru šupinek je větší. S tímto členitým povrchem také souvisí plstivost vláken a schopnost šupinek do sebe zaklesnout. Vlákno s šupinkami se nabíjí kořen kladně a špička vlákna záporně.
Obr. 4 Tvary šupinek dle [14]
Tvar příčného řezu
Tvary příčných řezů vláken jsou pro různé druhy odlišné, například ovčí vlna má přibližně kulovitý či elipsovitý tvar příčného řezu. Vzhled některých vláken je uveden na Obr. 5. Vlákno také bývá opatřeno dření, kterou má například kašmír, velbloudí srst či pesíky lamy a alpaky.
Obr. 5 Vzhled vláken pod elektronovým mikroskopem dle [15]
Ovčí vlna
Koza -Mohér
Velbloud
Nutrie
Norek
Činčila
Králičí chlupy mohou mít tvar průřezu vlákna podobný písmenu H, V, Y. Králičí vlákno má na rozdíl od jemných ovčích vln dřeňový kanálek. Buňky dřeně jsou střídavě naplněné vzduchem jak je vidět na Obr. 6.
Obr. 6 Vzhled králičích chlupů dle [16]
Lesk vlákna
Povrchové a geometrické vlastnosti vlákna působí také na lesk vlákna. Vlákna hrubší, s velkými šupinkami a méně zkadeřená mívají větší lesk než vlákna jemnější. Lesk záleží také na druhu zvířecí srsti, podmínkách života, klimatických podmínkách a zdravotním stavu zvířete.
Zkadeření vláken
Zkadeření je dáno bilaterální strukturou vlákna. Jak již bylo zmíněno kortex je tvořen ortokortexem a parakortexem. Tyto složky kortexu mají odlišné vlastnosti, zejména sorpci a sráživost. Jak je uvedeno na Obr. 7, orto a para kortex obtáčejí vlákno ve šroubovici. Tyto rozdíly způsobují zvlnění vláken, deformabilnější ortokortex je vždy vně. Díky zkadeření vláken jsou vlákna dobře spřádána a mají přirozenou soudržnost díky tření. [4] [5]
Obr. 7 Parakortex a orthokortex dle [17]
Dřeň a vzduchové komory
Uvnitř chlupu je vnitřní část zvaná dřeň, u některých jemných vláken chybí. Může být souvislá nebo přerušovaná a vytváří souvislý nebo přerušovaný kanálek. Pod mikroskopem je tmavší než zbytek vlákna. Díky vzduchovým komorám ve dřeni mají vlákna izolační vlastnosti. Silná dřeň způsobuje málo pružné vlákno. [4] [5] [6]
Králičí chlupy jsou odlišné od vlněných vláken svou strukturou. Literatura popisuje králičí chlupy a zkoušky různých autorů, morfologie králičí srsti je však složitá a nedává zcela jasné závěry. To je především dáno různým obsahem dřeně ve vlákně dle jemnosti vlákna. Také bylo zjištěno, že králičí vlákna nemají bilaterální strukturu (nelze tedy rozlišit orto a para kortex). Vzhled vláken je na Obr. 8. Poměr dřeně vůči jemnosti vlákna se popisuje následovně:
• průměr menší než 10µm – žádná
• průměr vláken mezi 10µm a 20µm – obvykle jeden dřeňový kanálek
• průměr vlákna mezi 20µm a 30µm – 2-3 dřeňové vrstvy
• průměr větší než 50µm – několik vrstev dřeně
U některých vláken se může vyskytnout přechod např. ze tří vrstev do dvou a zpět do tří, a počet se snižuje směrem ke špičce vlasu. [18]
Obr. 8 Dřeňové kanálky u různých tlouštěk králičích vláken dle [18]
1.3.2 Mechanické vlastnosti
Pevnost
Pevnost keratinových vláken je nízká kolem 10-20cN/tex za sucha, za mokra se ještě snižuje o cca 20%. Pevnost klesá také se stoupající teplotou.
Tažnost
Tažnost vláken je vysoká, tažnost za sucha je 20-35% a za mokra se zvyšuje na 25-50%.
Když molekuly vody vniknou do vlákna mezi dlouhé molekuly keratinu dojde k uvolnění vzájemné přilnavosti molekul keratinu ležící blízko sebe a molekuly se lépe pohybují. Ve zbobtnalém stavu může být vlákno protaženo až o 70-80%. Tažnost se také zvyšuje se stoupající teplotou. Pevnost a tažnost také závisí na rychlosti deformace.
Pružnost
Při průtahu o 30% původní délky se po uvolnění vlákno nevrátí do původní délky, je to způsobeno přechodem α-keratinu na β-keratin. S vyšším podílem dřeně klesá pružnost vlákna. Modul je ve směru osy mikrofibril 100x vyšší než modul ve směru kolmém na osu. [4] [5] [6] [9]
1.3.3 Vliv prostředí na vlákna
1.3.3.1 Vliv vody
Vlákna jsou navlhavá a za normálních podmínek keratinová vlákna drží vlhkost kolem 16% své váhy, králičí chlupy 11,5%. Při navlhnutí vlákna na omak nepůsobí vlhce a zůstávají pocitově teplé na omak. Vytváří suché teplo, které se používá jako antirevmatické, tedy uvolňuje napětí a bolestivost svalů a kloubů.
1.3.3.2 Smršťování vláken a superkontrakce
Superkontrakce a smrštění vláken vzniká při napětí a uvolnění za působení chemikálií či krátkého působení vlhkého tepla. Zkrácení délky je vyšší až o 30% původní délky.
Nejvíce se superkontrakce projevuje při působení páry po 2 minutách, tento jev je uveden na Obr. 9. Při delší době působení od 15 minut se vlákno po uvolnění chová naopak plasticky a zůstává trvale protaženo (trvalá deformace). [4] [5] [6] [9]
Obr. 9 Superkontrace vlněných vláken dle [9]
1.3.3.3 Trvalé deformace
Při delší době působení napětí a chemikálií či páry, kolem doby 15 minut, se vlákno po uvolnění chová opačně než při srážení, je plastické a zůstává trvale protaženo (trvalá deformace). Voda napadá keratin, hlavně za zvýšených teplot, což způsobuje změny v chemické struktuře proteinu. Je-li vlákno nataženo, jsou rovněž protaženy molekuly do méně složené formy. Do jaké míry se toto stane je dáno chemickými vazbami a přitažlivými silami mezi molekulami, které spojují příčně molekuly keratinu. Po odstranění síly napětí, se molekuly při nižších teplotách a v kratších časech opět skládají do původního stavu. Jsou-li však vazby mezi molekulami zničeny vlivem delších časů a vyšší teploty, vytváří se nové vazby v nových pozicích a vzniká trvalá deformace.
Vlivem vroucí vody či nasycené páry dochází ke štěpení -S-S- vazeb, při 130˚C přechází z α-keratinu na β-keratin. Vlákna ztrácí pevnost při zpracování pod tlakem ve 120˚C.
Vroucí voda vyvolává hydrolýzu disulfidických vazeb až na sirovodík a vlákna ztrácí pružnost, tento jev se projevuje s rostoucí teplotou a časem.
[5] [6] [13] [19] [20]
1.3.3.4 Působení páry
Působení páry vyvolává dva protichůdné účinky. Zpočátku jsou poškozeny některé příčné vazby, to umožňuje při relaxaci napětí vytvořit nové vazby mezi makromolekulami keratinu a případně zkrácení až superkontrakci, tento jev probíhá při krátkých časech. Při delších časech dochází po narušení vazeb k vazbám novým při nataženém stavu a vlákno zůstává v protaženém stavu.
1.3.3.5 Bobtnání
Přijetím vody vlákno bobtná, králičí chlupy bobtnají méně. Keratinová vlákna bobtnají v příčném směru přibližně 35% a v podélném 1-2%. Chemicky poškozená vlákna bobtnají více.
1.3.3.6 pH lázně
Bobtnavost vláken závisí na hodnotě pH lázně, k nejmenšímu bobtnání dochází při pH 4- 6 (izoelektrická oblast, kde se karboxylové a aminové skupiny vzájemně neutralizují).
Izoelektrický bod leží při hodnotě pH 4,9. Při vyšším nebo nižším pH bobtnavost se zvýšuje. V izoelektrické oblasti není vlna schopna přijímat ionty H+, OH-. Nejméně bobtná, je nejpevnější a nejméně plstí. Disociované aminoskupiny –NH3+
a karboxylové skupiny – COO- jsou v rovnováze a mezi povrchem proteinu a kapalnou fází není žádný potenciální rozdíl.
1.3.3.7 Působení tepla
Suché teplo snáší vlákna lépe, při 120˚C suchého tepla odolává i několik hodin a zanechává si původní vlastnosti. Snížení srážení napnutého vlákna probíhá při vyšších teplotách a delším času, již při 100˚C po 1 hodině dochází ke snížení vratné síly o 30%, vytvoří se vazby v prodlouženém stavu a vlákno se méně sráží.
Při spalovací zkoušce vlákno zapáchá po spálených vlasech či peří, škvaří se a zanechává černou kuličku.
1.3.3.8 Působení světla, stárnutí vláken a působení mikroorganismů
Keratinová vlákna jsou na působení sluneční záření náchylné a snižuje se jejich pevnost a pružnost. Fotooxidace (ztráta síry) vzniká po 400 hodinách na slunci, vlákno ztrácí pevnost. Toto je zřejmé především u špiček vláken na které světlo působí nejvíce. Tato místa jsou také nejvíce narušena i mechanickými vlivy a proto se chovají při barvení odlišně a vniká tzv. špičkovité vybarvení.
Stárnutí vláken je při správném uložení velmi pomalé. Při špatném uložení ve vlhkém a znečištěném prostředí jsou značně vlákna napadána plísněmi a mikroorganismy. Vlákna jsou také napadána moly a dalším hmyzem. [5] [6] [19] [20]
1.3.3.9 Působení chemikálií
Štěpení a hydrolýza polypeptidických řetězců nastává mnohem později než u vedlejších vazeb a narůstá počet koncových skupin –COOH a –NH2 a zvyšuje se zásaditá nebo kyselá vlastnost podle reakce. Polypeptidické řetězce keratinu jsou navzájem pospojovány různými typy příčných vazeb, jednou z důležitých vazeb ve vláknu je cystinový můstek (peptid–CH2–S–S–CH2–peptid), cystinu je v králičím vlákně nejvíce cca 15%. Disulfidický můstek se může oxidovat, redukovat nebo hydrolyzovat. Místa kde se vyskytují jsou nejvíce reaktivní. [9] [20]
Působení kyselin – Keratinová vlákna jsou relativně stabilní v roztocích kyselin až do pH 1,2 (především vlna). Při působení některých kyselin jsou napadány polypeptidické řetězce keratinu a následně hydrolyzují. Při působení kyseliny sírové, mravenčí či octové nastává bobtnání a vlákna mírně hydrolyzují. Kyselina chlorovodíková hydrolyzuje vlákno více. Koncentrovaná kyselina dusičná a fosforečná vlákna silně hydrolyzují.
Vlivem kyseliny dusičné vlákna žloutnou. Kyseliny se používají pro karbonizaci, což je odstranění zbytků rostlinných nečistot ze srstí.
Působení alkálií – Vlákna jsou velmi citlivá, již slabé alkalické prostředí pH>10 způsobuje poškození. Alkalické hydroxidy (KOH, NaOH) a alkalické soli (sulfid sodný, uhličitan sodný apod.) neutralizují volné karboxylové kyseliny a napadají příčné vazby, způsobují destrukci aminokyselin a odštěpování síry. Zvláště za vyšších teplot vlákna rozkládají. Při 30˚C při pH 13 se již vlákno poškodí.
Oxidační a redukční činidla – jejich vlivem vlna degraduje a ztrácí pevnost. [5] [9]
2. Králičí srst – angora
Obr. 10 Angorský králík dle [2]
Králičí srst se získává z různých druhů králičích plemen (např. králík angorský, stříbřitý, belgický). Může být zpracovávána i srst divokých zajíců. Porovnání vzhledu různých druhů je uveden na Obr. 11. Vzhled vláken závisí na druhu, podmínkách v kterých zvíře žije a na druhu vlasu.
Velmi kvalitní je srst králíka angorského, kterého můžeme vidět na Obr. 10. Výrobky z angory se označují WA (wool angora). Často se chovají králíci albíni, kteří mají čistě bílou srst což umožňuje dobrou schopnost vybarvení po barvení.
Na území České republiky se angora dostala roku 1785. Nejprve se nazýval anglický, hedvábný a lidově se mu říkalo “ovce chudých“. V roce 1933 vzniklo Celostátní sdružení chovatelů angorských králíků a klub chovatelů angorských králíků. Vlna se hlavně vyvážela.
Angorský králík je speciálně vyšlechtěné plemeno na produkci vlny. Produkuje velmi jemná vlákna 12-17 µm a dlouhá 12-75 mm. Obsahuje jemnou podsadu a delší pesíky.
Pesíky a podsada jsou od sebe oddělovány pomocí foukání vzduchu (flotace). Oba druhy chlupů se používají pro výrobu textilií, tyto dva druhy se směsují dle požadovaných vlastností výrobků. Oba druhy obsahují dřeňové kanálky a vzduchové kapsy, takže mají vynikající tepelně izolační vlastnosti a menší hustotu než vlna. Vlákna jsou lehká, hřejivá a velmi měkká na omak. Podsada bývá průrezu oválného, kulatého či obdélníkového.
Pesíky mají tvar činky či tvoří různé oválné tvary. Po chemické stránce jsou chlupy velmi podobné ostatním srstím ze zvířat, chlup je tvořen keratinem, a mají také velmi podobné vlastnosti.
Chlupy angorského králíka poskytují kvalitní surovinu vysoké ceny (cca 700 Kč/kg), nejvíce jsou ohodnocena vlákna dlouhá (nad 60 mm). Králíci jsou pravidelně stříháni, jejich vyšlechtění způsobilo úpravu metabolismu tak, že srst roste po celou dobu jejich života.
Angora je velmi čistotné zvíře, které o sebe a svou srst pečlivě pečuje. Před střiháním králíků je vhodné srst pročesat a zbavit jí tak nečistot. Mláďata se poprvé stříhají ve věku 6-8 týdnů, podruhé za 2-2,5 měsíce. Dospělé angory se stříhají a vyčesávají v intervalu 2-3,5 měsíce. Z každého zvířete se získá cca 500 gramů vlny ročně. Angorské králíky lze najít v různých odstínech. Angora se chová v Evropě, Chile, Číně či ve Spojených státech. Nejkvalitnější vlna je ze zadní horní strany králíka, obvykle se jedná o nejdelší a nejčistší vlákna. K textilnímu využití se používají jednodruhová vlákna nebo ve směsi s jinými vlákny jako je vlna, bavlna, syntetická vlákna. Vznikají příze mykané, česané i jádrové (např. polyester opředený angorou). Použití vláken je především v přízích, pletených výrobcích, svetrech a plstěných výrobcích (klobouky apod.). Příze angory se využívají k výrobě spodního prádla pro revmatiky. Výrobky jsou hřejivé, jelikož vlákna jsou načechraná a objemná a mají mezi sebou ve výrobku hodně vzduchu, vlákna poskytují vysokou tepelnou izolaci také díky vzduchovým komorám ve vláknech. [2] [5]
[22]
Obr. 11 A-Divoký králík, B-Novozélandský bílý králík, C-angorský králík dle [21]
3. Plstění
Schopnost plstění je charakteristická pro živočišná vlákna. Schopnost plstění je pro některé účely žádoucí, jindy nežádoucí. Plsti patří do skupiny netkaných textilií, jejichž vlákenná vrstva je zpevněna mechanicky, a jsou jedním z nejstarších procesů výroby plošných vlákenných útvarů. Plsti drží pohromadě pomocí šupinek, tření a přirozenou soudržností, bez nutnosti tkaní či pletení vzniká vlákenný útvar. Plst může být tvořena směsí různých druhů chlupů. I když byla provedena řada výzkumů na plstění živočišných vláken, jasná příčina plstění nebyla zcela objasněna. Plstění je způsobeno vzájemným pohybem vláken, vlákna se vzájemně zachycují a postupně vytvářejí plst. Je jisté, že na plstění má velký vliv šupinatá struktura vláken a schopnost šupinek do sebe zaklesnout při natažení a následném uvolnění vlákna. Plstění také ovlivňují další faktory, které jsou popsány v dalších kapitolách. Králičí chlupy plstí málo a proto je ke zvýšení plstivosti používána směs chemikálií. Králičí chlupy se používají především k výrobě kloboukových plstí. [23]
3.1 Princip výroby plsti
Při mechanickém namáhání za pomocí páry dochází k mačkání, kroucení, bobtnání, natahování a srážení. Pod vlivem mechanického působení, tření, zaklesnutím šupinek, vlivem vody a teploty, dochází k ohýbání vláken, tvoření smyček, uzlů a zapletenin.
Vlákna následně mají tendenci se vracet do původního stavu. Plst potom drží pohromadě, jednotlivá vlákna jsou propletena, a drží zaklesnutím šupinek do sebe a přirozenou soudržností.
Výroba plsti se skládá ze 3 hlavních částí:
• Příprava vlákenné směsi - smíchání vláken, čechrání, špikování, rozprostření vláken, navážení, promísení, mykání, vzniká rouno připravené k plstění.
• Zplsťování - za pomoci syté páry, mechanického pohybu, tlaku a zahřívání dochází ke zpevňování rouna. Také se využívá moření směsí kyselin.
Zařízení, které je na Obr. 12, se skládá z přívodu vlákenné vrstvy (1), napařovacího zařízení (2) odsávání páry (3) a deskového plstícího stroje (4). Vlákenná vrstva je přiváděna přetržitě. Potom se horní deska přesouvá do pracovní polohy do nastavitelné vzdálenosti od spodní desky. Horní deska se následně pohybuje jednosměrně nebo dvousměrně vratným pohybem.
Obr. 12 Schéma plstícího zařízení dle [23]
• Valchování - větší tlak, teplo a působení kyselin. Valchováním se upravuje především povrch a dochází ke zhutňování, zpevnění a změkčení povrchu.
Plstění i valchování může být doplněno působením různých chemikálií. Dle pH, může být použita kyselá lázeň (směs kyselin, plstění do hloubky, klobouky), alkalická lázeň (mýdla, soda, plstění povrchové) či neutrální lázeň (pro choulostivější materiály, barvené materiály). Pro plstění klobouků se používají kyselé lázně s pH pod hodnotou 5. Existují různé druhy valch např. válcové a kladivové. Kvalita se určuje procentem zvalchování (% sražení materiálu). Nakonec jsou prováděny dokončovací práce - odstřeďování a sušení, lisování, broušení, řezání, tvarování plsti. Postup výroby plstěných klobouků je zkráceně uveden na Obr. 13.
[6] [23] [24] [25] [26]
Obr. 13 Výroba plstěných materiálů dle [27]
3.2 Faktory ovlivňující plstění
3.2.1 Jemnost, dřeň a délka vlákna
Jemnost a dřeň mají vliv na plstící schopnost vláken. Různé typy chlupů z různých zvířat poskytují různé jemnosti a podíly dřeně. Jemnější vlákna mají nižší podíl dřeně a poskytují lepší plstivost. Silná dřeň způsobuje malou pružnost vlákna.
Větší smrštění dochází u vláken delších, u kratších vláken může zase plstivost růst s počtem volných konců v plstěném materiálu.
3.2.2 Zkadeření vláken
Obloučkovitost má vliv na plstění. Čím více obloučků tím je lepší schopnost plstění.
Určuje se počet obloučků na jednotku délky. Vlákno má tendenci vracet se po natažení do původního stavu a tím se vlákna více prolétají. Také zkadeřená vlákna mají větší možnost se do sebe zaplétat. [5] [6] [19] [25]
3.2.3 Tření, šupinky
Při plstění hrají roli vlastnosti šupinek, jejich tvar, velikost, množství, překrytí šupinek, vzdálenosti okrajů šupinek a průměr vlákna. Tyto vlastnosti ovlivňují tření a jsou dány především typem zvířete z kterého je daná srst a průměrem vlákna.
Tření vzniká především při podélném pohybu vlákna. Závisí také na směru pohybu, ve směru šupinek je tření menší, proti směru šupinek je větší. Malé tření vzniká také v kolmých směrech (Obr. 14).
Rozdíl ve směrovém tření se nazývá diferenční tření - DFE (Directional Friction Effect).
Čím vyšší toto tření bude, tím vyšší bude schopnost plstění materiálu. [6]
[28]
µa – koeficient tření proti směru šupinek (směrem ke špičce vlákna) µw – koeficient tření po směru šupinek (směrem ke kořeni vlákna)
Obr. 14 Směry pohybu vlasu dle [29]
3.2.4 Srážení a zakrucování
Při chemickém působení či krátkém působení vlhkého tepla (páry) dochází ke srážení a spirálovitému zakrucování vlákna (spontánní zakrucování). Toto napomáhá plstícímu procesu a lepšímu proplétání vláken. Ke srážení vlákna dochází při sušení namořených vláken a při zpracování v páře a horké vodě na plstícím stroji.
Naopak nežádoucí jsou trvalé deformace vznikající při prodloužení vlákna za vysokých teplot a delších časech, vlákno zůstává protažené.
3.2.5 Bobtnání a pH lázně
Při navlhčení vlákna dochází k bobtnání a tím odchlýpnutí šupinek od těla vlákna a také k příčnému prodloužení vlákna. Díky tomuto jevu dochází k většímu diferenčnímu tření a tím k větší schopnosti zaplstění. Králičí vlákna mají malou bobtnavost a proto je zvyšována pomocí chemického moření. Při pH 4-6 je nejnižší bobtnavost vláken (izoelektrický bod). Izoelektrický bod leží při hodnotě pH 4,9. Při vyšším nebo nižším pH (v kyselém nabo zásaditém prostředí) se bobtnavost zvýší. Uvádí se jako nejvýhodnější pH 1,1-1,3. Ve vodě hydrofobní charakter povrchu vlákna způsobuje, že vlákna se pohybují blíže k sobě a hydrofilní voda je odpuzuje a vlákna zaujímají co nejmenší objem. Náboj na povrchu vlákna má také vliv na chování, kladně nabitá vlákna a kladně nabitá lázeň se odpuzují. [5] [6] [19] [25]
3.2.6 Narušená struktura vlákna
Při narušení struktury vlákna (působením světla, stárnutím vláken a působením mikroorganismů) se zvyšuje bobtnání vláken, tento jev je patrný především u porušených špiček vláken.
3.2.7 Teplota, vlhkost
Pomocí páry vlákna bobtnají a prodlužují se, tím mohou následně do sebe lépe zaklesnout šupinky. Míra plstění ve vodě se zvyšuje nejvíce do 45ºC. Plstění roste dále s teplotou již velmi mírně až do 100ºC. Vařící voda při delším působení již může způsobovat nevratné změny vláken.
3.2.8 Mechanické působení plstícího stroje - protažení vlákna
Při mechanickém namáhání dochází k napínání vláken a uvolňování. Díky tomu se šupinky vláken do sebe mohou lépe zaklesnout.
Při působení vody, času, tlaku, teploty a chemikálií vznikají nové příčné vazby. Může docházet také k přechodu z α-keratinu na β-keratin a zpět při namáhání. Během plstícího procesu je důležitý počet otáček, rychlost, směr pohybu, působící tlak a čas. [5] [6] [10]
[19] [20] [25]
3.2.9 Chemické moření
Moření vláken zlepšuje plstivost materiálu. Směs chemikálií se může používat jen pro část vláken. Tímto způsobem se zvyšuje tření mezi mořenými a nemořenými vlákny.
Nejčastěji se moří špičky vláken. Vlákna po moření mají vyšší tendenci k vlnění a bobtnavosti a tím k většímu tření a plstění.
Používané chemikálie:
- kyselina chlorovodíková (HCl)
- kyselina dusičná (HNO3) - vlákna žloutnou - kyselina fosforečná (H3PO4)
- kyselina sírová (H2SO4)
Dříve se také používaly i rtuťnaté sloučeniny, které se již nesmí používat z ekologických důvodů. Používá se také mýdelných roztoků. Alkálie vhodné nejsou, napadají více vlákno a snižují jeho pevnost.
Bylo prokázáno, že oxidační činidla v kyselém prostředí zvyšují plstivost například peroxid vodíku či persíran sodný v kyselém prostředí.
Oxidační kyseliny štěpí solné a cystinové můstky (před mořením 3,04% síry, po 2,76%), tím dochází k uvolnění polypeptidických řetězců a díky tomu dochází ke zvýšení porovitosti, lepší bobtnavosti a ke spontánnímu zakrucování. Napadání polypeptidických řetězců vede k poškozování vláken. Poškození vláken nesmí být příliš vysoké, jelikož dochází ke snížení pevnosti vláken a potlačení zotavovací schopnosti. Různé druhy poškození jsou vidět na Obr. 15.
U mořených vláken není příčinou zlepšení plstivosti narušení šupinek a jejich vystoupení, ale především chemické změny ve struktuře vlákna a tím zlepšení bobtnavosti a zkadeření. Bylo zjištěno, že lze dosáhnout zvýšení plstivosti pomocí zpevnění kořenů vláken a měkčením špiček. [10] [24] [30]
Obr. 15 Poškozování keratinu dle [19]
3.2.10 Plazmová úprava a působení ozónu
Při působení pouze ozonu za použití ozonizátoru je nasákavost vláken srovnatelná s vlákny neomořenými. Ukázalo se tedy, že pouhé působení ozónu nemá dostatečný efekt na změnu vlastností vláken příznivých pro plstění. V literatuře je však také uvedeno, že při ozonizaci vlněných vláken je dosaženo lepší barvitelnosti vláken, zejména při vystavení vlhkých vzorků ozonu, tak aby voda byla také uvnitř vlákna.
Při testování předúpravy plazmatem se zjistilo, že již po několika sekundách (5s), se stává vlákno velmi hydrofilní. V Tab. 3 je vidět změna poměrů různých vazeb při zpracování vzorků plazmou. Ze snímků z elektronové mikroskopie se došlo k závěru, že neupravené vzorky, vzorky chemicky upravené, a vzorky upravené plazmou nemění
strukturu vláken ale dochází spíše jen ke změně koncentrace jednotlivých vazeb ve vlákně. [10] [31]
Tab. 3 Změna koncentrace jednotlivých vazeb u různě opracovaných vzorků dle [10]
3.2.11 UV osvit
Po osvitu suchých vzorků v UV komoře po 30ti minutách nevykazovaly vzorky zvýšenou schopnost plstění. Po 60ti minutách však již plstivost mírně vzrostla. Při přidání TiO2 se psltivost ještě zvýšila. Vyšší plstivost ukázal také test UV osvitu mokrých vláken. [32]
4.
TONAK
TONAK a.s. (TOvárna NA Klobouky) je společnost s dvousetletou tradicí. Společnost působí v České republice, ale také exportuje do zahraničí. Logo společnosti je uvedeno na Obr. 16.
Historie se píše od roku 1799, kdy J. N. Hückel založil kloboučnickou manufakturu, v roce 1865 zavedl pracovní stroje a stal se zakladatelem tovární výroby srstěných klobouků. Kolem roku 1987 vybudoval továrnu, která již pracovala s moderním technickým zařízením.
V roce 2001 TONAK a.s. koupil divizi pokrývek hlavy od Fezka a stal se tak jedním z největších světových výrobců pokrývek hlavy.
Společnost TONAK a.s. sídlí v Novém Jičíně a je zaměřena na výrobu plstěných polotovarů a klobouků ze srstí. Dále se společnost zaměřuje na výrobu pletených pokrývek hlavy, která je zajišťována ve Strakonicích (bývalý závod Fezko). [33]
Obr. 16 Logo firmy Tonak a.s. dle [33]
Výroba plsti lze charakterizovat vysokým počtem pracovních operací (80-150), technologickou variabilitou a vysokým podílem řemeslné ruční práce. Na výrobu jednoho klobouku je třeba 4-5 kožek a trvá 6-8 týdnů. Materiál se nechává vyzrát. [33]
5. Postup výroby plstěných klobouků
Postup výroby plstěných klobouků se skládá z přípravy kloboukové hmoty, plstění polotovaru a dohotovení výrobku, náhled některých částí výroby je uveden na Obr. 17.
Příprava kloboukové hmoty:
- příjem suroviny, třídění, skladování
- rozříznutí kožky na břiše o ořez na stejnou délku
- předúprava materiálu k plstění, moření materiálu, vysoušení - oddělení kůže od srsti a odstranění nečistot foukáním - homogenizace materiálu, odstranění pesíků a zbytků kůže Plstění polotovaru:
- navážení a rozprostření na vál, navátí hmoty na perforovaný zvon a skrápění vodou (tzv. plástění)
- sejmutí, překládání a předplstění, kyselé valchové plstění (teplo, tlak), zplstění až o 85%.
Dohotovení:
- barvení, tvarování v kyselém prostředí a párou, sušení - broušení, hlazení, česání, zdobení, kontrola [32] [33] [34]
Obr. 17 Výroba klobouků ve firmě TONAK a.s. dle [34]
Moření pomocí chemikálií a následné sušení je nepříznivé k životnímu prostředí a energeticky náročné. Tato diplomová práce se proto bude zabývat současnými postupy a případně možností použití jiných úprav.
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
6. Popis použitého materiálu
Firma TONAK a.s. poskytla k experimentům vzorky králičí srsti určené na klobouky.
Králičí chlupy byly získány z králíků (oholením, ostříháním) a vlákna následně směsována a odstraněny pesíky – tím vznikla „klobouková hmota“, která byla používána jako vlákenná surovina při experimentech v této diplomové práci. Délky chlupů se pohybují kolem 1,5-3,4 cm (dle měření 60 náhodně vybraných vláknech). Tato klobouková hmota nemá žádnou chemickou úpravu a dále v textu jsou označována jako neupravená, nemořená či původní. Z kloboukové hmoty byly nejprve naváženy vzorky o hmotnosti 2g, takový vzorek je zobrazen na Obr. 18. Tyto vzorky králičích chlupů byly následně podrobovány různým předúpravám, které by mohly zlepšovat schopnost plstění.
[32]
Obr. 18 Navážený vzorek o hmotnosti 2g
7. Experimenty předúprav
Vzorky byly následně podrobovány testům předúprav:
• Působení páry ve sterilizátoru Tuttnauer, model 2520 – různé doby působení páry
• Působení páry pomocí parního čističe – různé doby působení páry
• Působení anionaktivního smáčecího prostředku Altaran S8 – různé koncentrace
• Působení v prostředí s HNO3 – různé koncentrace a doby působení
• Směsování neupravených a upravených vzorků v NO2 a O3
• Působení NOx (NO, NO2)
různé doby působení, různé koncentrace NOx
průniky vrstvou
suchý, vlhčený, vlhčený PAL
• Působení O3
různé doby působení
suché, vlhčené, vlhčené PAL
8. Metoda laboratorního plstění
Po předúpravách vzorků dle jednotlivých testů se vždy prováděl samotný test plstivosti.
K testu se použil přístroj Ahiba Nuance vždy za stejných dále uvedených podmínek a nastavení přístroje.
Ahiba Nuance
V experimentální části bylo použito zařízení Ahiba Nuance k zjišťování plstivosti, které je uvedeno na Obr. 19.
Přístroj obsahuje 15 ocelových patron z nichž jedna patrona se využívá pro zjišťování teploty a obsahuje senzor. Do kontrolní patrony se vkládá stejné množství tekutiny jako do ostatních. Ostatní patrony slouží k samotnému testování plstivosti.
Patrona - průměr 45 mm, výška 131 mm, váha 475g. Na vzorky v přístroji Ahiba Nuance je působeno mechanicky pomocí rotačního
otáčení, použitou lázní, teplotou a časem.
Nejprve jsou patrony naplněny určitým množstvím lázně a vzorky. Dále jsou společně s kontrolní patronou uzavřeny s dostatečným utažením a vloženy do komory přístroje Ahiba Nuance, která se uzavře.
U přístroje se poté nastaví doba procesu, teplotní gradient, teplota ohřevu lázně a počet otáček.
Teplota je sledována čidlem v kontrolní patroně.
Přístroj je nastaven pomocí ovládání na panelu přístroje a displeje.
Obr. 19 Ahiba Nuance
Popis testu plstivosti v Ahiba Nuance
Jednotlivé vzorky byly rozvolněny a jednotlivě vloženy do ocelových patron, které byly naplněny lázní. Vzorky byly pomocí skleněné tyčinky ponořeny a smočeny v 50ml lázni o stanoveném pH. K úpravě pH na hodnotu pH 5 byla použita H2SO4. Stanovení pH 5 bylo dáno proto, aby neovlivňovalo výsledky plstění a nezvyšovalo plstivost (izoelektrický bod=nejmenší míra plstění dle testů z literatury). Patrony byly následně uzavřeny s dostatečným utažením a vloženy do přístroje Ahiba Nuance, jak je zřetelné z Obr. 20. Přístroj byl následně nastaven na požadované hodnoty pomocí ovládání na panelu přístroje a displeje. [35]
Obr. 20 Ahiba Nuance - patrony
Nastavení přístroje Ahiba Nuance pro testy
Testování plstivosti v Ahibě probíhalo za uvedených podmínek:
2±0,005 g suroviny kloboukové hmoty
30 minut rotačního působení v přístroji Ahiba (od dosažení bodu zahřátí na 90°C) 50 otáček za minutu
50ml lázně s pH 5 (voda s použitím H2SO4 k úpravě pH) teplota 90°C
náběh 4°C/min
Nastavení stroje vychází z předešlé diplomové práce, kde bylo zjištěno testy nejlepší nastavení podmínek pro zkoušky plstění v Ahibě. Bylo zjištěno, že 30 minut působení při 90ºC, při 50 otáčkách za minutu vyhovuje k testům plstivosti (při zvýšení doby působení se velká změna plstivosti neprojevila, při snížení počtu otáček a snížení teploty se schopnost plstění snížila). [32]
Po uplynutí doby testu plstivosti v přístroji Ahiba Nuance byly patrony vyjmuty z přístroje a po vychladnutí otevřeny a vzorky byly vyjmuty. Vzorky následně byly sušeny při laboratorní teplotě (22-25 °C) po dobu 3 dnů do úplného vyschnutí vzorků.
Po vyschnutí byly vzorky váženy a měřeny posuvným měřítkem na Obr. 21. Během měření a vážení vzorků byly hodnoty zapisovány a dále vyhodnocovány.
Obr. 21 Měření rozměrů útvarů
Králičí chlupy se po testu plstivosti v Ahibě zplstily do různých tvarů plstěnců.
Nejčastějším výsledkem tvaru plstěnců byl válec. Vznikaly ale také tvary elipsoidů, komolé rotační válce a koule. Příklady vzniklých útvarů jsou na Obr. 22.
Po vážení a měření délek a průměrů byl vždy vypočítán objem plstěnce dle jeho tvaru a následně vypočítána hustota útvaru. Některé vzorky se však nehodnotily, jelikož nevytvořily žádný specifický útvar a nezaplstily se dostatečně. Proto byly z měření a určování hustot vyřazeny, aby neovlivňovaly výsledky testu.
U některých vzorků vzniklo v některých případech i více útvarů. V těchto případech byly proměřovány a určovány objemy a hustoty obou útvarů. [35]
Obr. 22 Různé tvary plstěnců
Po vyschnutí se u vzniklých plstěnců měřily průměry a délky z nichž byl vždy vypočítán objem plstěnce dle jeho tvaru (Obr. 23):
Obr. 23 Objemy těles dle [36] [37]
Po určení objemu byla vypočítána hustota plstěnce na základě zjištěného objemu a váhy vzorku dle vztahu:
[g/cm3]
Výsledky byly zaznamenány do tabulek a vyhodnoceny v grafech u jednotlivých testů.
9. Určení pásů hustot plstěnců pro určení schopnosti plstění
Pro srovnání míry zaplstění jsou použity zjištěné hodnoty hustot pro neupravenou a upravenou srst králičích chlupů s různou plstící schopností. Tyto materiály byly podrobeny testu plstění v Ahibě a zjištěna schopnost plstění stejným způsobem dříve uvedeným (pomocí měření, vážení, výpočtů objemů a určení hustot plstěnců).
Z hustot a jejich 95%ního intervalu spolehlivosti byly určeny “pásy hustot materiálů s různou schopností plstění“ pro:
• NEUPRAVENÉ VZORKY (dále označovány jako “původní“) - zjišťování z hustot 23 neupravených vzorků [32]
• UPRAVENÉ VZORKY
- S nízkou plstící schopností (dále označovány jako “minimum“)
- zjišťování z hustot 25 vzorků, které byly upraveny chemickým mořením a vykazovaly nízkou plstící schopnost dle TONAKu [38]
- S vysokou plstící schopností (dále označovány jako “maximum“)
- zjišťování z hustot 25 vzorků, které byly upraveny chemickým mořením a vykazovaly vysokou plstící schopnost dle TONAKu [38]
Ze zjištěných hustot, které jsou uvedeny v Tab. 4, se určil průměr, rozptyl a směrodatná odchylka dle následujících vzorců. Dále se vypočítaly 95%ní intervaly spolehlivosti, které nám určují spodní a horní hranice pro tyto vzorky, tyto hranice byly zaneseny do grafů.
Aritmetický průměr je součet hodnot znaku zjištěných u všech jednotek souboru, dělený počtem všech jednotek souboru:
[39]
Rozptyl se definuje jako průměr druhých mocnin odchylek od aritmetického průměru:
[39]
Směrodatná odchylka je druhá odmocnina rozptylu:
[39]
Interval spolehlivosti je intervalový odhad daného parametru s danou pravděpodobností:
[40]
25 vzorků, v = n-1 = 25-1 = 24 (Studentovo rozdělení 95% IS je 2,0639) 23 vzorků, v = n-1 = 23-1 = 22 (Studentovo rozdělení 95% IS je 2,0739)
Tab. 4 Hustoty a určení pásů pro upravané a neupravené vzorky Hustota [g/cm3]
Číslo vzorku maximum minimum původní
1 0,1023 0,0767 0,0391
2 0,1009 0,0760 0,0590
3 0,0856 0,0853 0,0628
4 0,1693 0,0851 0,0557
5 0,1008 0,0866 0,0525
6 0,1024 0,0805 0,0566
7 0,0956 0,0903 0,0623
8 0,0970 0,0854 0,0562
9 0,1533 0,0754 0,0588
10 0,0986 0,0807 0,0582
11 0,2097 0,0699 0,0482
12 0,0965 0,0738 0,0652
13 0,0943 0,0899 0,0646
14 0,1014 0,0821 0,0420
15 0,0862 0,0941 0,0516
16 0,1831 0,0729 0,0583
17 0,1366 0,0806 0,0559
18 0,0940 0,0637 0,0572
19 0,1167 0,1237 0,0632
20 0,0962 0,0897 0,0479
21 0,1101 0,1135 0,0403
22 0,1029 0,0899 0,0540
23 0,1217 0,1266 0,0560
24 0,1469 0,1278
25 0,1246 0,1035
průměr [g/cm3] 0,1171 0,0889 0,0550
rozptyl [g/cm3]2 0,0010 0,0003 0,0001 směrodatná odchylka [g/cm3] 0,0322 0,0174 0,0074
Určení pásů plstivosti upravených a neupravených vzorků
95%ní interval spolehlivosti [g/cm3] s vysokou plstivostí - mořená maximum 0,1038 - 0,1304
s nízkou plstivostí - mořená minimum 0,0818 - 0,0961 původní - nemořená původní 0,0518 - 0,0582
Porovnání hustot plstěnců
Následující Graf 1 ukazuje porovnání hustot vzniklých útvarů vzorků:
- neupravených (původní)
- upravených s nízkou schopností plstění (minimum) - upravených s vysokou schopností plstění (maximum)
Je možné konstatovat, že použitá metodika testování je schopná rozlišit plstící schopnost těchto 3 druhů materiálů.
Graf 1 Porovnání hustot plstěnců různých materiálů
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
hustota [g/cm3 ]
vzorky upravené s vysokou plstivostí (maximum) vzorky upravené s nízkou plstivostí (minimum)
vzorky neupravené (původní)
vzorek
Z grafu je patrné, že neupravené vzorky králičí srsti vykazují nízké hodnoty hustot oproti vzorkům s chemickou předúpravou. Vzorky upravené s nízkou plstivostí vykazují vyšší hodnoty než neupravené, a vzorky upravené s vysokou plstivostí dosahují již vysokých hodnot hustot plstěnců.
Grafické znázornění pásů pro určení schopnosti plstění
Z naměřených hodnot byly vypočítány intervaly spolehlivosti daných tří druhů vzorků a z nich byly určeny pásy popisující schopnost plstění materiálu.
Graf 2 zachycuje pásy plstivosti nemořené srsti a dvou druhů mořené srsti s odlišnou plstící schopností (dle údajů TONAKu).
Tyto pásma slouží v této práci k porovnávání výsledků z testů a určení míry zaplstění.
Pomocí pásu neupravené srsti (původní) můžeme určit, že předúprava žádný vliv nemá.
Díky pásu upravené srsti s nízkou plstivostí (minima) můžeme sledovat nárůst schopnosti plstění, alespoň na 0,0818 [g/cm3], a předúpravu materiálů můžeme brát již jako zvyšující schopnost plstění vzorků.
Pomocí pásu upravené srsti s vysokou plstivostí (maxima) můžeme porovnávat jak je předúprava účinná. Hustoty vzorků dosahující tohoto pásu lze označit za vysoce plstící.
Graf 2 Určení pásů hustot různě plstících materiálů
0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140
0 1 2 3 4
hustota [g/cm3 ]
maximum minimum původní
Do grafu s určujícími pásy maxima, minima a původního vzorku budou vždy vkládány hustoty útvarů vzniklých z králičí srsti po jednotlivých úpravách danými testy (body v jednotlivých grafech).
