ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СЕРИЦИНА

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты исследований вязкостных свойства разбавленных и умеренно-концентрированных растворов серицина натурального шелка в водных растворах от различной степени минерализации при различном времени активации. Для этих растворов выявлено существование узкого интервала концентраций, в котором вырождается аномалия вязкости.

ABSTRACT

The paper presents the results of studies of the viscosity properties of diluted and moderately concentrated solutions of natural silk sericin in aqueous solutions of varying degrees of mineralization at different activation times. For these solutions, the existence of a narrow concentration range was revealed, in which the viscosity anomaly degenerates.

Ключевые слова: вязкостные свойства, натуральный шелк, серицин  натурального шелка, электроактивация воды.  

Keywords: viscosity properties, natural silk, natural silk sericin, electroactivation of water.

Шелковая промышленность является одим из развивающихся отрослей текстильной промышленности. По объему выпуска тканей она занимает второе место, вслед за хлопчатобумажной промышленностью. Одной из основных задач шелковой промышленности является увелечение выпуска шелковых тканей и улучшения их качества на основе повышения эфективности производства натурального шелка, которая, главным образом, зависит от рационального использования коконого сырья [1-5]. 

Одной из путей повышения выхода шелка-сырца является совершенствовование технологии коконого сырья, оптимизация технологичсеких режимов, в частности, процессов запарки и размотки коконов.

Для решения указанной проблемы необходимо ислледовать степень набухаемости коконой оболочки и растворимость серицина, так как эти характеристики позволяют оценить разматываемость кокона и качество разматываемого шелка-сырца, возможность установления оптимальных режимов при запарке и размотке коконов. В настоящее время решается примением различных поверхностно-активных веществ (ПАВ), облегчающих процессы запарки и размотки коконов. В последнее время интенсивно ведутся работы по изменению свойств водных растворов физическими методами. Поэтому разработка технологии получения натурального шелка в процессе переработки коконного сырья в электрохимически активированных водных растворов является актуальной [6-8].   

Целью настоящей работы является, получение информации о взаимодействии полимера с молекулами растворителя – воды и контактах между ними. Для этого проводили высоко метрические исследования серицина в электрохимических активированных водных растворах.  

Известно [9-10], что все реальные жидкости обладают вязкостью или внутренним трением. Растворы высокомолекулярных соединений имеют значительную вязкость, которая быстро возрастает с увеличением концентрации.

Макромолекулы полиэлектролитов, в данном случае серицина, благодаря гибкости цепей и большей плотности электрических зарядов вдоль цепи способны значительно изменять свои конформационные состояния в растворе в зависимости от степени ионизаций. При низких значениях ионизации макромолекулы находятся в состоянии компактного клубка, а с увеличением степени ионизации они выдерживают конформационный переход из компактной формы в развернутую форму [11-12].   

Характерной особенностью полиэлектролитов является полиэлектролитное набухание, т.е. резкое увеличение приведенной вязкости при разбавлении раствора, которое обусловлено максимальным разворачиванием макромолекулярных цепей вследствие электростатистического отталкивания одноименных зарядов вдоль полимерной цепи.

Рисунок 1. Зависимость приведенной вязкости (η_прив) электроактивированных водных растворов серицина от рН раствора

1- концентрация серицина - 1 г/л; 2 - концентрация серицина -  5 г/л; 3-концентрация серицина - 9 г/л.

На рис. 1 приведена зависимость приведенной вязкости от рН электроактивированного водного раствора серицина с концентрацией 1 г/л, 5 г/л и 9 г/л. Как видно из рисунка, в кривой приведенной зависимости имеется минимум в области рН-2,8. По-видимому, этот минимум соответствует изоэлектрической точки серицина, где наблюдается свернутый  или глобулярный тип структуры, образованные в результате сил сцепления.

В изоэлектрической точке по всей длине молекулы расположено равное количество основных и кислотных групп, гибкая молекула в этом состоянии сворачивается в клубок. Второй минимум в области рН=5-8 обусловлен увеличением концентраций ионов в растворе настолько, что в результате подавления ионизации одноименно заряженных ионогенных групп или притяжения ионов макроионами, уменьшается силе электростатистического отталкивания и мономолекулярный клубок свертывается, вязкость уменьшается. В щелочной среде из-за большего количества гидроксильных групп подавляется ионизация амидных групп. В этом случае по всей длине макромолекулы разбросаны одноименно заряженные СОО­^--- группы, цепная макромолекула стремится выпрямиться, плотность уменьшается, вязкость увеличивается. Максимумы на кривых h_прив-рН, обычно достигается при полной нейтрализации функциональных групп.

Рисунок 2. Зависимость приведенной вязкости (η_прив) электроактивированных водных растворов серицина от концентрации серицина, при рН=9,8 и ОВП= 380 мВ раствора

На рис. 2 приведена зависимость приведенной вязкости электроактивированных водных растворов серицина при рН=9,8 и окислительно восстановительного потенциала (ОВП) - 380мВ раствора, от концентрации серицина.  Как видно, из приведенной зависимости, в области концентрации серицина 4-6 г/л имеется максимум, обусловленный стремлением макромолекул к максимальному набуханию, которое достигается при полной электролитической диссоциации и максимальном увеличении плотности фиксированных одноименных зарядов вдоль полимерной цепи и их взаимном отталкивании. При этом форма макроионов, по-видимому, представляет собой сильно натянутый эллипсоид, напоминающий больше стержень. Размер макроионов максимальный. С увеличением концентрации серицина фибриллы укладываются в сноповидные образования, из них формируется неплохая пленка. В относительно концентрированных растворах (концентрация больше 7 г/л) возникают безформенные образования, причем положение максимума и минимума определяется соотношением кислых и основных групп в макромолекулярных цепях.

Таким образом, исследование вязкостных свойств концентрированных водных растворов серицина в электроактивированных растворах, дают ценную информацию о взаимодействии серицина с молекулами воды и контактах между ними. Данная информация способствует определению выбора оптимального технологического режима размотки коконов в электроактивированных водных растворах, что позволить улучшить качественные показатели нитей натурального шелка. 

Список литературы:

1. Islamov B.Kh, Fattahov M. A. Viscosity properties of aqueous solutions of natural silk waste compositions. // The American Journal of Engineering and Technology. 2022. V. 04, I. 02, pp. 1-4.
2. Islamov B.Kh., Umarov A.V., Boymuratov F.Т.  Phase transition in hyrolyzed samples of  natural silk // Texas Journal of Multidisciplinary Studies. USA. 2022. Vol. 12, Pp. 29-31. 
3. Islamov B.Kh., Mamaeva D.A., Vakhobov K.I. Solid phase dissolution fibroin of natural silk // The American Journal of Engineering and Technology USA. 2023. Vol. 05, Issue 01. Pp: 01-06  https://theamericanjournals.com/index.php/tajet.  
4. Islamov B., Tashpulatov S., Nutfullaeva Sh., Kholiqov K., Nutfullaeva L.  Problems in the Textile and Light Industry in the Context of Integration of Science and Industry and Ways to Solve Them (PTLICISIWS-2022). Scopus Web of Science indexed. AIP Conference Proceedings Vol. 2789. New York, 2023. 040122-1-5. https://pubs.aip.org/aip/acp/issue/2789/1?preview=true (Scopus).
5. Islamov B.Kh., Tashpulatov S.Sh., Vahobov K.I. Fibrous and dispersion-hardened composite materials. //Journal. "Technical  science  and  innovation". 2023. №1 (09), рp. 64-69. https://uzjournals.edu.uz/cgi/submit.cgi?context=btstu  (05.00.00; №16).
6. Nekrasova L.P., Ershova M.L. Effect of noncontact electrochemical activation on water solutions of some proteins. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykhi  fundamental’nykh issledovaniy. 2015; (5): 452–6. (in Russian).
7. Bondarenko N.F., Gak E.Z., Shapkin M.P. Some features of the properties of aqueous solutions during their processing by electrochemical activation. Elektronnaya obrabotka materialov. 2001; (6): 50–60. (in Russian).
8. Tomilov A.P. Electrochemical activation is a new direction in applied electrochemistry. Zhizn’ i bezopasnost’. 2002; (3): 302–7. (in Russian).
9. Avazov K.R. Calculation of the temperature regime of the shell of silk cocoons during their thermoradiationdrying // Geliotekhnika. – 2009, № 2.
10. Avazov K.R. Modeling the rate of change in the temperature of the pupa of silk cocoons during their thermoradiation pickling // European Applied Sciences ISSN 2195-2183 ISSN National Center of Germany, №12, 2015.
11.  Muthukumar, M. Theori of counter-ion condensation on flexible polyelectrolytes: Adsorption mechanism / M. Muthukumar // J. Phys. Chem. 2004. - V. 120. -N19.-P. 9343-9350.
12. Toutianoush, A. Selective transport and incorporation of highly charged metal and metal complex ions in self-assembled polyelectrolyte multilayer membranes / A. Toutianoush, B. Tieke // Mater. Sci. Eng. C. 2002. -V. 22. - P.135-139.