Определение свойств льнотресты по инфракрасным спектрам

УДК 677.11.02 : 681.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ЛЬНОТРЕСТЫ ПО ИНФРАКРАСНЫМ СПЕКТРАМ

, *

Приводится анализ спектров льнотресты ближнего ИК-диапазона. С использованием метода многопараметрической калибровки QUANT 2 построены калибровочные модели для количественного определения различных параметров льнотресты: прочности, диаметра стеблей и содержания волокна. Приведен сравнительный анализ спектров льнотресты и льняного волокна. Сделан вывод о возможности организации мониторинга свойств льнотресты на основе предложенного метода.

Льнотреста, ИК-спектрометрия, калибровочная модель.

[1]Льнотреста состоит из сложного состава различных химических элементов. В основном это полимеры и высокомолекулярные соединения. Именно химические элементы, наличие или отсутствие того или иного компонента, их процентное соотношение по сравнению с остальными элементами обеспечивают различные технологические свойства текстильных материалов. Это позволяет проводить оценку свойств льнотресты с использованием инфракрасных (ИК) спектров [1, 2].

Применение Фурье ИК-спектрометрии позволяет получать информацию о химическом составе стеблей льнотресты. Лабораторные эксперименты проводились на оборудовании фирмы «BrukerOptics». Были получены спектры льнотресты с различными характеристиками по отделяемости, диаметру, длине, прочности и содержанию волокна. Все технологические свойства различных горстей льнотресты были определены сначала по классическим методикам. Повторность проводимых экспериментов была пятикратной. Для устранения влияния влажности все пробы льнотресты помещались в полиэтиленовые пакеты, таким образом удалось обеспечить одинаковую влажность льнотресты во всех образцах.

Полученные спектральные характеристики обрабатывались с помощью программы OPUS 6.5. С использованием метода многопараметрической калибровки QUANT 2 (перекрестный анализ) были построены калибровочные модели для количественного определения различных параметров льнотресты: прочности, диаметра и содержания волокна. Корреляционные модели по результатам внутренних проверок построены с коэффициентом корреляции (RI) больше 0,9, что является принципиально новым результатом для подобных объектов. Это означает, что при наличии необходимого количества образцов возможно создание методик мониторинга параметров льнотресты методом ближней ИК-спектрометрии.

Сравнительный анализ спектров льнотресты и льняного волокна показал наличие существенных различий (рис. 1).

Так, в спектрах льноволокна увеличивается интенсивность полос отражения по сравнению со спектрами льнотресты. Особенно сильные изменения интенсивности наблюдаются в областях 7000–6200 и 4900–4600 см-1. Это объясняется различным химическим составом, точнее, значительным изменением соотношения некоторых химических элементов в результате механической обработки. В ходе обработки трепанием большая часть костры удаляется, это ведет к значительному сокращению пектиновых и других веществ, присутствующих в древесной части стебля.

Наличие указанных различий и дает возможность определять свойства льнотресты с использованием Фурье ИК-спектрометрии.

Определение диаметра стеблей льнотресты методом Фурье ИК-спектрометрии позволяет уйти от проблем, возникающих при измерении диаметра с использованием видео - технологий. Коэффициент корреляции при определении диаметра с помощью корреляционной модели составил 0,92 (рис. 2). Возможность определения диаметра с использованием ИК-спектров объясняется существующими зависимостями между отделяемостью и диаметром, содержанием элементарных волокон и диаметром, а также наличием более высокой степени одревеснения у более толстых стеблей.

Содержание лигнинов и некоторых групп пектинов обусловливают прочность волокна. Но прочность не является фактором, обусловленным наличием одного химического элемента. Определение прочности методом БИК дает значительные преимущества перед стандартной методикой, т. к. использование технологии Фурье ИК-спектрометрии не разрушает стебель льнотресты. Коэффициент корреляции в данном случае также оказался больше 0,9 (рис. 3).

Прочность является немаловажным фактором при определении режимов обработки тресты, т. к. более крепкие волокна позволят проводить более длительную и интенсивную обработку, что приведет к снижению закостренности получаемого длинного волокна до минимальных значений. И наоборот, если имеет место низкая прочность волокна, то режим обработки должен быть щадящим. Применение ИК-спектрометрии для определения прочности может быть использовано в будущем для модернизации автоматизированных систем управления режимами работы трепальных машин с учетом прочности волокна в обрабатываемой льнотресте.

Рис. 1. Сравнительные спектры льнотресты и льноволокна

Рис. 2. Калибровочная модель по диаметру

Древесные части стеблей и волокна имеют различную химическую структуру. Это позволяет произвести оценку количества волокна в стеблях льнотресты методом БИК-спектро-метрии. Калибровочная модель по содержанию волокна в льнотресте приведена на рис. 4.

Рис. 3. Калибровочная модель по прочности

Рис. 4. Калибровочная модель по содержанию волокна

Определение содержания волокна предложенным методом позволит значительно сократить временные затраты на определение данного показателя по сравнению с существующей методикой, предусматривающей выборочную обработку партии льно-тресты на МТА с целью определения выхода волокна.
Вывод. Предложенная методика исследования технологических параметров льнотресты позволяет проводить измерения в потоке при использовании промышленных образцов Фурье ИК-спектрометров. Это дает возможность организовать систему мониторинга свойств льнотресты при ее переработке непосредственно в технологическом потоке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Катков режимом работы мяльно-трепального агрегата в зависимости от влажности льнотресты : дис. … канд. техн. наук / ; Костромской гос. технол. ун-т. – Кострома, 2008. – 168 с.

2.  Ефремов процесса трепания при обработке льнотресты в зависимости от ее влажности и отделяемости : дис. … канд. техн. наук / ; Костромской гос. технол. ун-т. – Кострома, 2008. – 167 с.

Analysis of nearer IR (inrra-red) range flax bast fibre spectrum is shown. Calibration models for quality definition of different flax bast fibre parameters (strength, stalk diameter and fibre content) are constructed with using of multiparameter calibration method.

Words: flax bast fibre, IR (inrra-red) spectrometry, calibration model.

A. S. Efremov, A. A. Katkov

FLAX BAST FIBRE PROPERTY DEFINITION ON INFRARED SPECTRUM

* Работа выполнена под руководством к. т.н., профессора