XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экспертиза природы химических волокон детского белья как фактор безопасной жизнедеятельности человеческого организма

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Алшимбекова Ақнұр 1

---

1Назарбаев Интеллектуальная школа Химико-Биологического направление

Садуақасова Зайраш Амангелдіқызы 1Абылкасова Г.Е. 2

---

1Назарбаев Интеллектуальная школа Химико-Биологического направление

2ВКУ имени С. Аманжолова

Работа в формате PDF

650.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Наш век часто называют веком синтетической химии. Очень много новых веществ получила химия с помощью синтеза. За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных. Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например, делают их водоотталкивающими или не теряющими форму.

В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей. Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах.

В настоящее время наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные. Выбор, именно, этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и технологическими факторами, но и экономическими причинами. При массовом производстве сырье должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме этого, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям [1].

Важное значение для здоровья человека имеет его одежда. Было установлено, что большое значение для комфорта имеет структура материала. Отмечается, что синтетические, искусственные материалы вызывают раздражение и аллергические реакции на кожу. Во многие изделия из хлопка могут добавлять до 25% вспомогательных веществ, которые вызывают у человека аллергические реакции. Так, аппретирующие добавки (меламино- и мочевино-формальдегидные смолы), которые обеспечивают несминаемость, могут выделять токсичный мономер формальдегид. Латексы и смолы, применяемые для придания ткани упругости, изготовленные на основе полиметилметакрилата выделяют токсичные метилметакрилат, формальдегид и метанол [2].

Целью научно-исследовательской работы является исследование вредных веществ, выделяемых синтетическими волокнами в процессе эксплуатации.

Для выполнения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Изучить ранее опубликованную литературу по теме исследования;

2. Определить основные характеристики синтетических волокон и методы обнаружения вредных веществ;

3. Осуществить экспериментальную работу по выбранной теме;

4. Обобщить результаты исследования, сделать соответствующие выводы и заключение.

Изделия из синтетических волокон в принципе удовлетворяют таким требованиям как прочность, долговечность, экономичность, а некоторые (лавсан) не уступают по теплозащитным свойствам шерсти.

Для гигиенической оценки большое значение имеет химическая стабильность. Некоторые химические синтетические волокна при деструкции могут выделять в воздух исходные полимеры (то есть вещества, которые применялись для их синтеза, а также катализаторы, стабилизаторы). Эти соединения могут иметь кожно-резорбтивные действие, кожно-раздражающие, сенсибилизирующие, аллергическое, общее резорбтивное, токсическое. Поэтому с учетом вышесказанного, изучение данного вопроса остается весьма актуальной проблемой на сегодняшний день.

Практическая значимость научно-исследовательской работы заключается в том, что химические волокна в обеспечении хозяйственной деятельности человека постоянно растет. Они являются самостоятельным продуктом, широко применяющимися не только в производстве традиционных текстильных материалов, но и в технике, жилищном и дорожном строительстве, в обеспечении систем связи, медицине и многих других областях производства и потребления. Значительное количество текстильных и других изделий, в особенности технического назначения, может быть изготовлено только из химических волокон. Каждый день, используя одежду, человек не задумывается о том, что свойства одежды определяются свойствами ткани, а свойства ткани –свойствами волокон. То есть гигиенические свойства одежды зависят от физических свойств волокон ткани.

І. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Классификация волокон

В настоящее время текстильная промышленность использует разнообразные волокна, как природного происхождения, так и химические. В связи с разнообразием волокон возникла необходимость их классификации. Все они отличаются друг от друга своими свойствами: химическими, физико-механическими, эксплуатационными, однако, некоторые имеют определенное сходство, позволяющее объединять такие волокна в группы [3].

В основу классификации положен принцип происхождения волокна. Все текстильные волокна делятся на природные (натуральные) и химические.

Натуральные волокна по происхождению могут быть растительными, животными, минеральными. Химические волокна подразделяют на искусственные, получаемые при химической переработке природных соединений, и синтетические, получаемые при переработке синтетических полимеров [4, 5, 6].

К натуральным волокнам растительного происхождения относят целлюлозные волокна-хлопок, лен и другие, а к волокнам животного происхождения-белковые: шерсть т щелк.

Основное вещество растительных волокон-целлюлоза. Хлопковое волокно содержит ряд сопутствующих веществ (пектиновые, жировосковые, азотистые).

Основу волокон животного происхождения составляет белковое вещество-кератин (шерсть) или фиброин (щелк) [7].

Структурные формулы целлюлозы, кератина и фиброина приведены на рисунках 1,2,3.

Рисунок 1. Строение целлюлозы

Рисунок 2. Структурная формула кератина

-NH-CH₂-CO-HNCH₂-CO-NHCH-CO-

Рисунок 3. Структурная формула фиброина

Природным минеральным волокном является асбест.

В группе искусственных волокон различают волокна органические и неорганические. В текстильной промышленности особенно широко применяют органические искусственные волокна на основе целлюлозы (гидратцеллюлозные) и эфиров целлюлозы (ацетатные и триацетатные). На основе гидратцеллюлозы выпускают вискозные и медно-аммиачные волокна [8, 9].

Неорганические искусственные волокна используют главным образом в технике, а стекловолокно в настоящее время начинает использоваться более широко [10, 11].

Классификация основных текстильных волокон приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Классификация текстильных волокон и нитей

1.2 Определение природы волокон

Волокнистый состав –волокнистый состав-важный фактор, формирующий потребительские свойства текстильных товаров. Применяют различные методы распознавания волокон, но наиболее распространенными являются: сжигание волокон, микроскопические, химические. В некоторых случаях для распознавания волокон достаточно применения одного-двух методов, в других, например, для исследования текстильных волокон из смеси разных волокон, применяют несколько методов [12].

1.2.1 Микроскопический метод исследования волокон

Микроскопические исследования волокон применяют для их распознавания по продольному виду, поперечному срезу. Для микроскопического исследования волокон комплексную нить раскручивают, разрезают на отрезки длиной 15-20 мм, кладут на предметное стекло с каплей водно-глицериновой смеси и разъединяют элементарные нити препарировальной иглой. А затем накрывают покровным стеклом. Подготовленный препарат переносят на предметный столик микроскопа.

Морфологические признаки большинства химических волокон можно выделить:

-продольный вид волокна имеет гладкую поверхность;

-наличие темных точек свидетельствует о матировке волокон;

-по форме поперечного сечения выделяют: круглая (капроновые, лавсановые, полинозные); неправильная с изрезанными краями (вискозные, ацетатные); фасолевидная (нитроновые).

Для натуральных волокон характерны следующие морфологические признаки:

-продольный вид волокон имеет чешуйчатую поверхность (шерсть), поверхность с поперечными штрихами, сдвигами и утолщениями (лен), хлопок представляет собой скрученную ленточку;

-по форме поперечного сечения выделяют: бобовидная (хлопок), близкая к круглой (шерсть), к треугольной (натуральный шелк), к многоугольной с округленными краями (лен);

-наличие канала по центру.

1.2.2 Метод сухой перегонки волокон

Этот метод применяют для подтверждения природы волокон, установленной предварительно органолептическим методом.

Как известно, продукты распада волокон при сухой перегонке обладают кислыми или основными свойствами.

Для проведения исследований по методу сухой перегонки в пробирки помещают небольшое количество исследуемых волокон. Сверху туда же помещают две влажные красные и синие лакмусовые бумажки со свешивающимися наружу концами. Пробирку закрывают пробкой с боковой

прорезью и нагревают над горелкой до тех пор, пока не начнется сухая перегонка волокна.

Продукты сухой перегонки волокон белкового происхождения (шерсть, натуральный шелк), полиамидных (капрон, анид), полиакрилонитрильных (нитрон) обладают основными свойствами, и поэтому влажная красная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет [13].

1.2.3 Определение природы волокон сжиганием

Для определения природы волокна сжиганием из исследуемого образца извлекают несколько волокон, слегка их подкручивают, один конец волокна зажимают щипцами, а другой конец в горизонтальном положении подносят к пламени горелки, отмечают характерные особенности их горения. Удаляют волокна из пламени и наблюдают за дальнейшим их поведением, отмечают запах, определяют вид остатка после сгорания [12, 14].

Проба на сжигание помогает отличить волокна животного происхождения от волокон растительного происхождения.

Для определения вида химического волокна одного сжигания недостаточно, так как различные волокна дают одинаковые результаты га горение.

1.2.4 Определение волокон с помощью реагентов

Эти методы основаны на изменении внешнего вида волокон (набухание, усаживании, окрашиваемости) при их растворении в результате химических реакций волокнообразующих материалов с реактивами. В качестве реактивов используют различной концентрации кислоты, щелочи, сложные реактивы, органические растворители.

Исследования проводят на небольшом количестве волокон, помещенных в пробирку. Подвергают их действию реактивов при комнатной температуре, а также в необходимых случаях при кипячении в течение 3-5 минут. При этом ведут наблюдение невооруженным глазом за характерными изменениями волокон или реактива. За изменениями волокон под действием химических реактивов можно наблюдать также под микроскопом.

Таким образом, по результатам химического исследования можно довольно точно определить тип исследуемого волокна, кроме хлопкового и льняного волокон, так как эти растительные волокна дают одинаковые результаты при действии различных химических реагентов. ІІ. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Микроскопическое исследование объектов (метод световой микроскопии)

Для микроскопического исследования были приготовлены препараты согласно требованиям методики, указанной в теоретической части. Для экспериментальной части научного исследования произвольным образом выбраны 9 образцов бельевого детского трикотажа ( майка, плавки, футболка) разных производителей (Россия, Турция, Китай) в определенном сегменте рынка по городу Усть-Каменогорску которым были присвоены определенные номера: полотно объекта 1; 2- полотно объекта 2; 3- полотно объекта 3; 4- полотно объекта 4; 5- полотно объекта 5; 6- полотно объекта 6; 7- полотно объекта 7; 8 -полотно объекта 8; 9- полотно объекта 9.

Препараты были изучены в поле зрения светового микроскопа «Микмед-1» с увеличением 10*0.20 и 10*0.65 в искусственно проходящем свете. Микроскоп оснащен компьютером и фотоаппаратом, поэтому параллельно проводилось фотографирование.

В результате проведенных исследований морфологических признаков продольного вида волокна можно сделать следующие выводы: объекты 1, 2, 3, 5, 8 относятся к изделиям, изготовленным из натуральных волокон; объекты 4, 6, 7, 9 –изделия, изготовленные из химических волокон.

Результаты микроскопического исследования приведены в таблице 1.

Таблица 1 Микроскопическое исследование волокон

Микроскопическое строение волокон. Рисунки (1-9)

Образец №1 Образец №2

Образец №3

Образец № 4 Образец № 5

Образец № 6 Образец № 7

Образец № 8 Образец № 9

2.2 Исследование волокон методом сухой перегонки

Для испытания объектов по методу сухой перегонки приготовлены

препараты в соответствии с установленной методикой. Препаратам присвоены номера, как и при микроскопическом исследовании. Результаты исследования приведены в таблице 2.

Таблица 2 Определение природы волокна по методу сухой перегонки

По результатам исследования можно сделать следующий вывод.

Продукты распада волокон объектов 1, 2, 3, 5, 7, 8 окрашивают влажную лакмусовую бумагу в красный цвет, следовательно, реакция среды кислая, что свидельствует о том, что эти объекты изготовлены из волокон группы, куда относятся волокна целлюлозного происхождения (хлопок, лен, вискозное, ацетатное волокна), полиэфирные (лавсан) и поливинилхлоридные (хлорин) волокна.

Продукты сухой перегонки волокна объектов 4, 6, 9 относятся к группе, куда входят волокна белкового происхождения (шерсть, натуральный шелк), полиамидные (капрон, анид), полиакрилонитрильные (нитрон), которые обладают основными свойствами, и поэтому влажная красная лакмусовая бумажка окрасилась в синий цвет.

2.3 Исследование состава волокон методом сжигания

Для определения типа волокна методом сжигания приготовлены препараты в соответствии с требованиями методики, им присвоены номера, как и в предыдущих испытаниях. По совокупности выявленных признаков можно сделать следующий вывод: волокна объекта 1, 2, 3, 5, 8 относятся к натуральным растительным волокнам. Объекты 4, 6-изделия, изготовленные из синтетического полиамидного волокна. Волокна объекта 7-синтетические, предположительно, полиэфирные волокна. Волокна объекта 9- синтетические, предположительно, полиакрилонитрильные волокна. Результаты исследования приведены в таблице 3.

Таблица 3 Определение типа волокна сжиганием

2.4 Распознавание волокон с использованием химических реагентов

При определении типа волокна с помощью различных химических реагентов приготовлены препараты и проведены испытания в соответствии с методикой, указанной в теоретической части. Препараты пронумерованы как при предыдущих испытаниях. В результате исследования установлено: объекты 1, 2, 3, 5, 8 изготовлены из натурального хлопкового волокна; объекты 4, 6-изделия, изготовленные из синтетического полиэфирного волокна; объект 7-изделие, изготовленное из синтетического полиакрилонитрильного волокна. Результаты определения типа волокна исследуемых образцов детского бельевого трикотажа приведены в таблице 4.

Таблица 4 Распознавание волокон с помощью реагентов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель данного исследования заключалась в определении качества детского бельевого трикотажа различных производителей. Критериями оценки служили волокнистый состав, санитарно-гигиенические свойства, надежность в эксплуатации.

Для исследования был отобран бельевой детский трикотаж (майка, плавки, футболка) производства России, Турции, Китая в определенном сегменте рынка по городу Усть-Каменогорску.

При выполнении экспериментальной части работы применялись такие методы, как метод световой микроскопии, качественный химический анализ.

В результате проведенных исследований цель работы достигнута. Было установлено, что по волокнистому составу согласно «Санитарно-эпидемиологическим требованиям к детским товарам легкой промышленности» и требованиям ГОСТ 30383-95 «Изделия трикотажные детские бельевые. Нормы физико-гигиенических показателей» соответствуют все исследуемые образцы детского бельевого трикотажа производства России, майки детские производства Турции и Китай. Остальные товары производств Турции, а также Китая по волокнистому составу не отвечают соответствующим требованиям.

В связи с тем, что к бельевым товарам детского ассортимента предъявляются особые требования, реализация детского белья, не соответствующего качества не допустимо, т.к. эксплуатация такого товара в процессе ношения может навредить здоровью детей, вызвать различные аллергические реакции, оказывать кожно-раздражающее, резорбтивное действия. С учетом того, что многие дети при рождении уже страдают аллергическими заболеваниями, ношение изделий из синтетических волокон может усугубить состояние здоровья ребенка, что не безопасно для жизнедеятельности детского организма.

Выбор и покупка изделий детского белья, в современных условиях, требует тщательного анализа состава продукции на соответствие санитарно-гигиеническим свойствам. Синтетические ткани, вследствие их химической нестабильности, могут мигрировать в пододежное пространство и окружающую среду такие компоненты как капролактам, акрилонитрил, хлорсодержащие и другие вещества. Летучие компоненты синтетических волокон, в том числе и токсичные, в течение нескольких месяцев могут выделяться из тканей в воздух при глажке. Многие синтетические ткани обладают высокими электроизоляционными свойствами, что нередко ощущается в виде электрических разрядов при трении поверхности кожи и синтетической ткани [15].

Человек, а тем более ребенок должны носить одежду, сшитую из натуральных тканей, особенно, это касается трикотажного белья, что обеспечит безопасное функционирование детского организма.

Выполненная экспериментальная научно-исследовательская работа имеет важное практическое значение с социальным аспектом, выявляющая влияние синтетических тканей на здоровье человеческого организма.

Данная научная работа исследует опасные составы химических волокон, оказывающих вредное воздействие при ношения такой одежды на детский организм. Результаты исследования акцентируют внимание товаропроизводителей, покупателей на необходимость безопасной эксплуатации продукции легкой промышленности для повседневной жизни.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон. Учебное пособие в 2-х томах— М.: Химия, 1974. — 344 с.

2. Енгелфрид Ю. Как защитить себя от опасных веществ/Ю. Енгелфрид, Д. Малхолл, Т. Плешнева.-М.: Изд-во Моск. ун-та, 2012.-295 с.

3. Говарикер В.Р. Полимеры/В.Р. Говарикер, Висванатхан Н.В., Шридхар Дж. Полимеры. -М.: Наука, 1990.-396 с.

4. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон/К.Е. Перепелкин.-М.: Химия, 1985.-256 с.

5. Роскин Е.С. Химические волокна/Е.С. Роскин.-М.: Химия, 1986.-303 с.

6. Зазулина З.А. Основы технологии химических волокон: учебник для вузов/З.А. Зазулина, Т.В. Дружинина, А.А. Конкин.-М.: Химия, 1985.-304 с.

7. Копылов В.В. В мире полимеров/В.В. Копылов.-М.:Знания, 1983.-176 с.

8. Трилор Л. Введение в науку о полимерах/Л.Тригер.-М.: Мир, 1973.-238 с.

9. Пакшвер А.Б. свойства и особенности переработки химических волокон/А.Б. Пакшвер, Б.Н. Мельников, В.А. Усенко.-М.: Химия, 1975, -495 с.

10. Аскадский А.А. Химическое строение и физические свойства полимеров/А.А. Аскадсктй, Ю.И. Матвеев.-М.: Химия, 1983.-215 с.

11. Белицын М.Н. Синтетические и искусственные нити/М.Н. Белицын.-М.: Легкая индустрия, 1976.-174 с.

12. Бузов Б.А. Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: учебное пособие для высш. уч. завед. легкой промышленности/Б.А. Бузов, Н.Н. Пожидаев.-М.: Легкая индустрия, 1983.

-345 с.

13. Дерябина Л.И. Товароведение текстильных товаров и одежды: учебник для товароведч. отдел. техникумов сов. торговли/Л.И. Дерябина, Р.Н. Шманева.-М.: Экономика, 1984.-272 с.

14. Граусман О.М. Крашение изделий из тканей, содержащих синтетические волокна/О.М. Граусман, Ф.И. Шейхт.-М.: Легкая индустрия, 1974-112 с.

15. Бейли Д. Аналитическая химия синтетических красителей/Д. Бейли, Т.Е. Бекельман: пол ред. Венкатарамана.-Л.: Химия, 1979.-575 с.