ИЗУЧЕНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ИОНОМЕРОВ В ПРОЦЕССЕ БИОМЯГЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ЛЬНЯНОЙ ОДЕЖДЫ
Аннотация
Льняные материалы обладают многокомпонентным биополимерным составом, что позволяет использовать селективное воздействие разных видов ферментов в процессах их биомодификации. Подбор ферментов обеспечивает регулируемое изменение физико-механических свойств сырья, полуфабрикатов и конечной продукции, а также усиление химической активности волокна во взаимодействии с функциональными реагентами. Цель работы состоит в обосновании технологических подходов к комплексному достижению эффектов понижения избыточной жесткости льняного волокна при повышении его упругости. Исследование направлено на разработку перспективной технологии биомягчения и повышения несминаемости льняных изделий. Воздействие прочно адсорбирующихся целлюлаз с крупными (более 30 нм) размерами глобулы обеспечивает снижение жесткости ткани за счет локализованной деструкции целлюлозных фибрилл в первичной клеточной стенке льняного волокна. Биообработка дополняется нанесением на ткань водных полиуретановых дисперсий. Оценка состояния полиуретанов была проведена с использованием методов дифференциальной сканирующей калориметрии и ИК-Фурье спектроскопии. Анализ физико-механических свойств ткани проведен с использованием стандартных методов текстильного материаловедения. Исследования подтверждают отличие результатов совместного воздействия целлюлаз и полиуретановых ионо-меров на льняное волокно от эффектов, которые сопровождают традиционные процессы пленкообразования полиуретановой дисперсии на текстильных материалах. Биокатализируемый разрыв гликозидной связи в макромолекулах целлюлозы инициирует взаимодействие между образующимися концевыми звеньями пиранозы в полуацетальной форме и аминогруппами полиуретана. Комбинированная обработка льняной ткани повышает показатели несминаемости в сухом и мокром состоянии волокна в 1,4-1,6 раза в совокупности со снижением величины жесткости при изгибе в 2,2-2,7 раза.
Для цитирования:
Алеева С.В., Шипова С.Е., Шаммут Ю.А., Корнилова Н.Л., Кокшаров С.А. Изучение превращений полиуретановых иономеров в процессе биомягчения материалов льняной одежды. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 7. С. 125-137. DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7205.
Литература
Shahid M., Mohammad F., Chen G., Tang R.-C., Xing T. Enzymatic processing of natural fibres: White biotechnology for sustainable development. Green Chem. 2016. V. 18. N 8. P. 2256-2281. DOI: 10.1039/C6GC00201C.
Rahman M., Billah M., Hack-Polay D., Alam A. The use of biotechnologies in textile processing and environmental sustainability: An emerging market context. Technol. Forecast. Soc. Change. 2020. V. 159. 120204. DOI: 10.1016/j.techfore.2020.120204.
More A. Flax fiber–based polymer composites: a review. Adv. Compos. Hybrid Mater. 2021. V. 5. N 3. P. 1-20. DOI: 10.1007/s42114-021-00246-9.
Latypova A.R., Barannikov M.V. Syntesis of polyaniline, polyphenilenediamine, polytoluidine and textile composite materials on their basis. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 105-112 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6458.
Arzumanova N.B., Kachramanov N.T. Polymer biocomposite based on agro waste: Part I. Source, classification, chemical composition and treatment metods of lignocellulosic natural fibers. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 4-14 (in Rus-sian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6293.
Singhal A., Jin J., Banu M., Taub A. Effect of enzyme retting conditions on bast bundle differentiation and mechanical properties of flax technical fibers. Ind. Crops Prod. 2023. V. 205. 117478. DOI: 10.1016/j.indcrop.2023.117478.
De Prez J., van Vuure A.W., Ivens J., Aerts G., Van de Voorde I. Effect of enzymatic treatment of flax on chemical composition and the extent of fiber separation. BioRes. 2019. V. 14. N 2. P. 3012-3030. DOI: 10.15376/biores.14.2.3012-3030.
Kaur D., Sharma V., Joshi A., Batra N., Ramniwas S., Sharma A. Pectinases as promising green biocatalysts having broad‐spectrum applications: Recent trends, scope and relevance. Biotechnol. Appl. Biochem. 2023. V. 70. N 8. P. 1663-1668. DOI: 10.1002/bab.2464.
De Prez J., van Vuure A.W., Ivens J., Aerts G., Van de Voorde I. Flax treatment with strategic enzyme combina-tions: Effect on fiber fineness and mechanical properties of composites. J. Reinf. Plast. Compos. 2020. V. 39. P. 231-245. DOI: 10.1177/0731684419884645.
Zhao D., Liu P., Pan C., Du R., Ping W., Ge J. Flax retting by degumming composite enzyme produced by Bacillus licheniformis HDYM-04 and effect on fiber properties. J. Text. Inst. 2017. V. 108. P. 507-510. DOI: 10.1080/00405000.2016.1171482.
Zhao D., Pan C., Ping W., Ge J. Degumming crude enzyme produced by Bacillus cereus HDYM-02 and its appli-cation in flax retting. BioRes. 2018. V. 13. N 3. P. 5213-5224. DOI: 10.15376/biores.13.3.5213-5224.
Nasir M., Hashim R., Sulaiman O., Nordin N., Lamaming J., Asim M. Laccase, an emerging tool to fabricate green composites: A review. BioRes. 2015. V. 10. N 3. P. 6262-6284. DOI: 10.15376/biores.10.3.Nasir.
Aleeva S.V., Lepilova O.V., Koksharov S.A. Chemical transformations of flax shive lignin under the action fermentation products of polysaccharides. J. Appl. Spectr. 2021. V. 88. N 4. P. 781-788. DOI: 10.1007/s10812-021-01240-1.
Koksharov S.A., Aleeva S.V., Lepilova O.V., Kalinin E.N., Kornilova N.L. How to transform lignin into a useful component of flax fiber for composite materials. Ind. Crops Prod. 2023. V. 192. P. 116088. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.116088.
Kaur A., Singh A., Patra A.K., Mahajan R. Costeffective scouring of flax fibers using cellulase-free xylano-pectinolytic synergism from a bacterial isolate. J. Clean. Prod. 2016. V. 131. P. 107-111. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.05.069.
Koksharov S., Aleeva S., Lepilova O. Nanostructural bio-chemical modification of flax fiber in the processes of its preparation for spinning. Autex Res. J. 2015. V. 15. N 3. P. 215-225. DOI: 10.1515/aut-2015-0003.
Bernava A., Reihmane S. Studies on the properties of raw flax and hemp fibres after two step initial treatment. Key Eng. Mater. 2018. V. 762. P. 375-379. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.762.375.
Gupta D., Bhardwaj R., Jassal S., Goyal T., Khullar A., Gupta N. Application of enzymes for an eco-friendly ap-proach to textile processing. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2023. V. 30. N 28. P. 71838-71848. DOI: 10.1007/s11356-021-16764-4.
Aina Bernava A., Reihmane S. Influence of modification methods on colour properties of a linen fabric dyed with direct dyes. Proceed. Estonian Acad. Sci. 2018. V. 67. N 2. P. 131–137. DOI: 10.3176/proc.2018.2.03.
El-Hennawi H., Elshemy N., Haggage K., Zaher A., Shahin A. Treatment and optimization of unconventional heating to enhance the printability of Rami fabric by using Brewer’s Yeast enzyme. Biointerface Res. Appl. Chem. 2020. V. 10. N 2. P. 5174-5181. DOI: 10.1186/s43088-024-00536-3.
Loginova V.A., Cheshkova A.V., Frolova T.S. Preparation of dyed azolignins on linen cottonin modified by en-zymes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 2. P. 64-70 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206302.5970.
Aleeva S.V., Lepilova O.V., Kurzanova P.Y., Koksharov S.A. Specificity of change in sorption capacity of flax fiber under regulable bio-catalytical destruction of neutral carbohydrates. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 2. P. 80-85 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186102.5512.
Kalinin E.N., Ershov S.V., Koksharov S.A., Lepilova O.V. Biomodification of flax fiber filler for Immobilization with liquid binder. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2023. V. 404. N 2. P. 165-175 (in Russian). DOI: 10.47367/0021-3497_2023_2_165.
Li X., Qiang M., Yang M., Zhang N. Combining fiber enzymatic pretreatments and coupling agents to improve physical and mechanical properties of hemp hurd/wood/polypropylene composite. Materials. 2021. V. 14. N 21. P. 6384. DOI: 10.3390/ma14216384.
Hassan T.M., Zaghlol T.M. Influence of cellulase enzyme on some properties of knitted children’s wear. Int. Des. J. 2019. V. 9. N 2. P. 183-187. DOI: 10.21608/idj.2019.83439.
Marzoug I.B., Cheriaa R. Effects optimization of bio-polishing industrial process parameters. JTST. 2023. V. 9. N 1. P. 30-51. DOI: 10.4236/jtst.2023.91003.
Lakina N.V., Doluda V.Yu., Sulman E.M., Shkileva I.P., Burmatova O.S. Studying the method of processing cellulose and lignin-containing raw materials using cellulolytic enzymes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 1. P. 78-83 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186101.5454.
Manian A., Cordin M., Pham T. Extraction of cellulose fibers from flax and hemp: a review. Cellulose. 2021. V. 28. N 13. P. 8275-8294. DOI: 10.1007/s10570-021-04051-x.
Koksharov S.A., Bikbulatova A.A., Kornilova N.L., Aleeva S.V., Lepilova O.V., Nikiforova E.N. Justification of an approach to cellulases application in enzymatic softening of linen fabrics and clothing. Text. Res. J. 2022. V. 92. N 21-22. P. 4208-4229 DOI: 10.1177/00405175221101018.
Aleeva S.V., Lepilova O.V., Koksharov S.A., Solodushenkova T.S, Kornilova N.L. Enzymative softening treatment of linen products: The impact of cellulases in the structure of a sweet fiber. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2022. V. 401. N 5. P. 128-135 (in Russian). DOI: 10.47367/0021-3497_2022_5_126.
Aleeva S.V., Radchenko O.V., Koksharov S.A., Solodushenkova T.S, Zobnina E.V. The use of enzymatic softening in the production of linen dresses and blouses. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2023. V. 407. N 5. P. 155-163 (in Russian). DOI: 10.47367/0021-3497_2023_5_155.
Gorshkova T., Chernova T., Mokshina N. Ageeva M., Mikshina P. Plant ‘muscles’: fibers with a tertiary cell wall. New Phytol. 2018. V. 218. N 1. P. 66-72. DOI: 10.1111/nph.14997.
Mishchenko A., Mishchenko E., Tkach V., Kachuk D. Features of the application of polyurethane ionomers as binders in pigment compositions for printing. Vest. Vitebsk Gos. Tekhnol. Un-ta. 2018. V. 35. N 2. P. 84-94 (in Russian). DOI: 10/24411/2079-7958-13509.
Zelenkova T.N., Kozlova O.V., Melenchuk V.E., Rumyantseva V.E. Pigment-polymer composition for dye-ing of different fibrous composition. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Teknol. Tekstil. Promyshl. 2018. V. 374. N 2. P. 142-147 (in Russian).
Zakharchenko A.S., Alyoshina A.A., Kozlova O.V. Studying the properties of film-forming polymers used in the decoration of textile materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2012. V. 55. N 3. P. 87-91 (in Russian).
Slepchuk I., Semeshko O.Ya., Saribekova Yu.G., Kulish I.N., Gorokhov I.V. Research of influence of cross-linking agents on characteristics of spatial grid and properties of urethane polymer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 7. P. 86-91 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165907.5357.
Binoy A., Sahadevan R., Chaturvedi S., Sadhukhan S. The Pioneering Role of Enzymes in the Valorization of Waste: An Insight into the Mechanism of Action. In: Thermochemical and Catalytic Conversion Technologies for Future Biorefineries. 2022. P. 79-123. DOI: 10.1007/978-981-19-4312-6_4.
Kornilova N., Koksharov S., Arbuzova A., Shukla A., Mundkur S. Development of reinforced interlining materials to regulate elastic properties. Indian J. Fibre Text. Res. 2017. V. 42. N 2. P. 150-159. DOI: 10.56042/ijftr.v42i2.7430.
Lepilova O.V., Aleeva S.V., Koksharov S.A. Comparison of the reducing power of aldose solutions. Russ. J. Org. Chem. 2012. V. 48. N 1. P. 83-88. DOI: 10.1134/S1070428012010125.
Evsyukova N.V., Kovalenko G.M., Bokova E.S. Investigation of polyurethane water dispersions of the Aquapol brand for the production of artificial leather. Plast. Massy. 2021. N 5-6. P. 36-39 (in Russian). DOI: 10.35164/0554-2901-2021-5-6-36-39.
