Vezivanje beta-ciklodekstrina primjenom mikrovalova

Vezivanje beta-ciklodekstrina primjenom mikrovalova

Vrbić, Ana

Undergraduate thesis / Završni rad

2017

Degree Grantor / Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: University of Zagreb, Faculty of Textile Technology / Sveučilište u Zagrebu, Tekstilno-tehnološki fakultet

Permanent link / Trajna poveznica: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:201:997944

Rights / Prava: In copyright

Download date / Datum preuzimanja: 2022-03-17

Repository / Repozitorij:

Faculty of Textile Technology University of Zagreb - Digital Repository

https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:201:997944

http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

https://repozitorij.ttf.unizg.hr

https://repozitorij.ttf.unizg.hr

https://zir.nsk.hr/islandora/object/ttf:678

https://repozitorij.unizg.hr/islandora/object/ttf:678

https://dabar.srce.hr/islandora/object/ttf:678

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

TEKSTILNO-TEHNOLOŠKI FAKULTET

TEKSTILNA KEMIJA, MATERIJALI I EKOLOGIJA

ZAVRŠNI RAD

Vezanje β-ciklodekstrina na celulozu

mikrovalnom energijom

Ana Vrbić

Zagreb, rujan 2017.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

TEKSTILNO-TEHNOLOŠKI FAKULTET

Zavod za tekstilno-kemijsku tehnologiju i ekologiju

ZAVRŠNI RAD

Vezanje β-ciklodekstrina na celulozu

mikrovalnom energijom

Doc. dr. sc. Sandra Flinčec Grgac Ana Vrbić, 10465

Zagreb, rujan 2017.

TEMELJNA DOKUMENTACIJSKA KARTICA

Institucija: Sveučilište u Zagrebu, Tekstilno-tehnološki fakultet

Sveučilišni preddiplomski studij: Tekstilna tehnologija i inženjerstvo

Modul: Tekstilna kemija, materijali i ekologija

Student: Ana Vrbić

Matični broj (broj indeksa): 10465

Mentor: Doc.dr.sc. Sandra Flinčec Grgac

Rad je izrađen u: Zavodu za tekstilno-kemijsku tehnologiju i ekologiju, Zagreb, Savska

cesta 16/9

Broj stranica: 41

Broj slika: 32

Broj tablica: 2

Broj literaturnih izvoda: 20

Jezik teksta: hrvatski

Datum obrane: 08.09.2017.

Članovi povjerenstva:

1. Doc.dr.sc. Ružica Brunšek, predsjednik

2. Doc.dr.sc. Sandra Flinčec Grgac, član

3. Dr.sc. Tihana Dekanić, član

4. Doc.dr.sc. Anita Tarbuk, zamjenik člana

ZAHVALA

Najiskrenija zahvala mojoj obitelji i Vedranu za njihovu beskrajnu podršku i

strpljenje.

Posebno zahvaljujem svojoj mentorici doc. dr. sc. Sandri Flinčec Grgac na

korisnim savjetima i pomoći koju mi je pružila pri izradi ovog rada.

Veliko hvala na pomoći i stručnoj suradnici Rajni Malinar.

Ana

SAŽETAK

U ovom radu proučavan je utjecaj ekološki povoljnog procesa u svrhu vezanja

β-ciklodekstrina na celulozni materijal primjenom mikrovalnog oblika zagrijavanja.

Pamučni uzorci su predobrađeni u 14% natrijevoj lužini radi postizanja bolje

reaktivnosti pamuka. Pripremljena kupelj sadržavala je katalizator Na-hipofosfit

hidrat, te maleinsku kiselinu koja je omogućila umrežavanje β-ciklodekstrina sa

celulozom. Također su ispitani i utjecaji parametara temperature (4 minute i 8 minuta),

te snage (50%, 80% i 100%) na proces povezivanja. Pripremljeni i obrađeni uzorci

podvrgnuti su ciklusu pranja kako bi mogli lakše vidjeti da li je došlo do umrežavanja

β-ciklodekstrina na celulozu, te da li je takva obrada postojana i nakon provedenog

ciklusa pranja. Za ispitivanje morfoloških karakteristika neobrađenog i obrađenih

uzoraka pamuka u svrhu dokazivanja prisutnosti β-ciklodekstrina (β-CD) prije i nakon

provedenog ciklusa pranja korišten je visokorezolucijski skenirajući elektronski

mikroskop (FE-SEM). Na temelju rezultata može se zaključiti da uzorci koji su

obrađivani mikrovalnim oblikom zagrijavanja pokazuju uspješno vezivanje β-

ciklodekstrina sa celulozom.

Ključne riječi: ciklodekstrin, celuloza, visokorezolucijski skenirajući mikroskop (FE-

SEM), mikrovalni oblik zagrijavanja

SADRŽAJ

1. UVOD ................................................................................................................................ 1

2. TEORIJSKI DIO ............................................................................................................... 2

2.1. Celuloza ...................................................................................................................... 2

2.2. Ciklodekstrini (CD) .................................................................................................... 3

2.2.1. Kemijska struktura ciklodekstrina ............................................................................... 3

2.2.2. Karakteristike ciklodekstrina ....................................................................................... 4

2.2.3. Primjena ciklodekstrina ............................................................................................... 5

2.3. Polikarboksilne kiseline (PVC) .................................................................................. 6

2.3.1. Maleinska kiselina ....................................................................................................... 7

2.4. Mikrovalni oblik energije ........................................................................................... 7

3. EKSPERIMENTALNI DIO .............................................................................................. 9

3.1. Zadatak rada .............................................................................................................. 9

3.2. Obrada uzoraka ........................................................................................................... 9

3.3. Pranje uzoraka .......................................................................................................... 10

3.4. Popis uzoraka i provedena obrada ............................................................................ 10

3.5. Metode ispitivanja .................................................................................................... 11

3.5.1. Visokorezolucijski skenirajući elektronski mikroskop (FE-SEM) ............................ 11

4. REZULTATI RADA I RASPRAVA .............................................................................. 12

4.1. Morfološka karakterizacija površine primjenom FE-SEMa ..................................... 12

5. ZAKLJUČAK .................................................................................................................. 39

6. LITERATURA ................................................................................................................ 40

Ana Vrbić: Vezanje β-ciklodekstrina na celulozu mikrovalnom energijom______________

1

1. UVOD

Ciklodekstrini su oligosaharidi specifičnog cikličkog oblika koji su izgrađeni od

glukopiranoznih jedinica. Poznati su kao spojevi koji imaju sposobnost tvorenja

inkluzijskih kompleksa. Iako se dugi niz godina nije primjenjivao u praksi u današnje

vrijeme je našao svoju primjenu u raznim industrijama, prvenstveno zbog svog svojstva

netoksičnosti i biorazgradljivosti. Posebno zanimljivu i široku primjenu pronašao je u

tekstilnoj industriji u samoj obradi tekstila gdje se koristi u procesima bojadisanja,

pranja te oplemenjivanja (kao zaštita od insekata, zaštita od UV zračenja, zaštita od

gorenja te brojne druge zaštite). [1]

Ciklodekstrin se na tekstilni materijal može vezati na brojne načine od kojih su

mnogi agresivni i zbog toga sve rjeđe upotrebljavani. U ovom radu vezivanje β-

ciklodekstrina na pamučni, celulozni materijal provedeno je uz prisutstvo maleinske

kiseline u funkciji umreživača. Mehanizam povezivanja ciklodekstrina sa celulozom

odvija se esterifikacijom hidroksilnih skupina ciklodekstrina odnosno celuloze uz

pomoć maleinske kiseline koja ima blagi i ne štetni učinak. U radu je proveden

postupak umrežavanja pod utjecajem mikrovalne energije uz uštedu samog vremena i

energije. Također je iskorišteno i karakteristično svojstvo luženja celuloze u svrhu što

boljeg i uspješnijeg povezivanja ciklodekstrina sa celulozom. [1, 2, 3]


2

2. TEORIJSKI DIO

2.1. Celuloza

Celuloza je polimerna tvar koja se sastoji od kisika, ugljika i vodika. Nastaje

procesom fotosinteze u biljkama u kojem se iz ugljikovog dioksida i vode pod

djelovanjem UV-zračenja sintetiziraju molekule glukoze, te njihovom polimerizacijom

nastaje polimer celuloza.

Molekula celuloze je produkt povezivanja β-D-glukoze u kojoj je –OH skupina

u cis-položaju u odnosu na –CH2OH skupinu. Polimerizacijom se između ostataka

glukoze stvara jaka kovalentna eterska veza odnosno kisikov most. Na jednom kraju

polimernog lanca celuloze je –OH skupina, a na drugom kraju je –CHO skupina. Prsten

je u obliku sedla, te su u takvoj strukturi veze atoma najmanje napregnute i takav oblik

je energetski najpovoljniji. U strukturi celuloznih vlakna prisutna su amorfna i

kristalna područja različite uređenosti, te se u amorfnim područjima mogu odvijati

fizikalno-kemijski procesi. Celuloza je netopljiva u vodi i otporna je na djelovanje

lužina ovisno o koncentraciji hidroksida i temperaturi obrade. Obradom sa 15-18%

otopinom natrijevog hidroksida pri sobnoj temperaturi dolazi do alkalizacije celuloze,

pri čemu dio hidroksilnih skupina reagira s natrijevom lužinom i prelazi u –ONa

skupine te dolazi do bubrenja vlakna. Takva celuloza je nazvana alkalnom celulozom i

reaktivnija je od nativne celuloze. [4]

Strukturna formula celuloze prikazana je na slici 1.

Slika 1. Strukturna formula celuloze [5]


3

2.2. Ciklodekstrini (CD)

Ciklodekstrin je prvi izolirao Villiers 1891. godine, ali je sposobnost tvorbe

inkluzijskih kompleksa otkrivena tek 1950. godine od strane Freudenberga i Cramera.

[6]

Ciklodekstrini (CD) su kristalni, ciklički oligosaharadi. Poznati su kao spojevi

koji mogu tvoriti inkluzijske komplekse sa raznim organskim i neorganskim

molekulama. Zbog svojih zanimljivih karakteristika i netoksičnosti odnosno

biorazgradljivosti mogu se koristiti u tekstilnoj industriji i raznim drugim industrijama

poput: farmaceutske, prehrambene i kozmetičke industrije, te u poljoprivredi i

brojnim drugim područjima. Kemijska potrošnja kisika CD se ne razlikuje od kemijske

potrošnje kisika ostalih pomoćnih sredstava koja su u upotrebi u tekstilnoj industriji te

se zbog toga očekuje sve veća upotreba CD u tom području.[1]

Ciklodekstrini nastaju razgradnjom škroba bakterijskim enzimima:

ceklodekstrin glukozil transferaza, a najčešće ga proizvodi bakterija Bacillus macerans.

Takva proizvodnja je ekološki prihvatljiva, te se zbog velike proizvodne količine β-

ciklodekstrina koristi u industrijama. [2, 7]

2.2.1. Kemijska struktura ciklodekstrina

Ciklodekstrini su izgrađeni od šest, sedam ili osam glukopiranoznih jedinica

međusobno povezanih 1,4-glukozidnim vezama. Mogu biti različitog stupnja

polimerizacije: α-CD, β-CD i γ-CD. Zahvaljujući svojoj strukturi mogu tvoriti

inkluzijske komplekse mijenjajući pri tome fizikalno-kemijska svojstva molekula

ugrađenih u šupljinu CD. [1]

Strukturne glukopiranozne jedinice postavljene su oko zamišljene centralne osi

i svi atomi kisika glukozidnih veza su usmjereni prema unutrašnjosti molekule. Nagnut

položaj glukopiranoznih prstenova daje CD oblik blagog konusnog cilindra.

Hidroksilne skupine glukozidnih ostataka smještene su pravilno. Unutrašnja šupljina

sadrži kisikov i vodikov atom i zbog toga ima djelomično hidrofobni karakter. Time


4

šupljina ima manje hidrofilan karakter od vode koja ju okružuje pa može primiti

hidrofobne molekule. [1, 3, 4]

Kemijska struktura ciklodestrina prikazana je na slici 2.

a) b) c)

Slika 2. Kemijska struktura: a) α-CD; b) β-CD; c) γ-CD [8]

2.2.2. Karakteristike ciklodekstrina

CD u čvrstom stanju je sitan kristalni prah. Kristali sadrže određenu količinu

kristalne vode te se njezina količina može mijenjati. Prilikom potpune dehidratacije on

prelazi u amorfnu formu. Ciklodekstrini nemaju točno definiranu temperaturu taljenja,

a na 200 oC počinje njihovo razlaganje. Gustoća CD iznosi 1,42-1,45 g/cm

3 te ovisi o

količini vode. Relativna molekularna masa β-CD je 1135, a promjer same molekule je

1530 pm. [1, 2]

Osnovne karakteristike ciklodekstrina prikazane su u tablici 1.

Tablica 1. Osnovne karakteristike α, β i γ CD [9]

SVOJSTVA α-CD β-CD γ-CD

Unutrašnje dimenzije

(pm)

470-530 600-680 750-830

Visina molekula

(pm)

790±10 790±10 790±10

Približna

zapremnina praznina

na 1g CD (ml)

0,10 0,14 0,20


5

Shematski prikaz dimenzija α, β i γ CD dan je na slici 3.

Slika 3. Dimenzije α, β i γ CD [9]

Glavna karakteristika ciklodekstrina je njihova sposobnost tvorbe kompleksa sa

hidrofobnim spojevima. Kompleks predstavlja spoj u kojem šupljina molekule ima

ulogu „domaćina“, a hidrofobna molekula ima ulogu „gosta“. Da bi došlo do stvaranja

kompleksa, dimenzije hidrofobne „gostujuće“ molekule moraju odgovarati

dimenzijama šupljine. Takvo kompleksiranje je rezultat uzajamnih hidrofobnih

djelovanja i kao takav ne dovodi do značajnijih promjena veličine i oblika šupljine

molekule uz izuzetak njene blage i neznatne deformacije. Kompleksiranje se odvija u

vodenoj otopini bez stvaranja novih, ali niti pucanja starih kovalentnih veza. Stvaranje

kompleksa utječe na fizikalna i kemijska svojstva molekule „gosta“ (povećava se

topivost hidrofobnih spojeva, smanjuje se brzina isparavanja i sublimacije). Postojanost

takvog inkluzijskog kompleksa nije trajna, te njegovim nastajanjem mogu nastati Van

der Waalsove sile, vodikove veze, dipol-dipol sile i dolazi do oslobođenja vode uz

visoku entalpiju. [1, 10, 11, 12]

2.2.3. Primjena ciklodekstrina

Veliki interes za primjenu ciklodekstrina u svijetu uzrokovan je širokim

mogućnostima njihove praktične primjene u raznim industrijama. Od posebnog

značenja je njihova primjena u farmaceutskoj, prehrambenoj, kozmetičkoj i tekstilnoj

industriji. Najvažnija njihova karakteristika je da ne opterećuju otpadne vode i samim


6

time su biorazgradljivi i netoksični. Od svih ciklodekstrina najzastupljeniji u primjeni

je β-ciklodekstrin zbog toga jer je njegova proizvodnja najjednostavnija, a time je i

najpristupačniji cijenom. Ovisno o ostvarenom kompleksom spoju može se postići UV

zaštita, zaštita od insekata i antimikrobna zaštita, odstranjivanje neugodnih mirisa i

brojni drugi povoljni učinci. Zbog svojih zanimljivih karakteristika mogu se

upotrebljavati u tekstilnoj industriji u procesima bojadisanja tekstila, procesima pranja

te u procesima modificiranja površine vlakana.

U procesu bojadisanja tekstila CD može tvoriti komplekse sa direktnim, kiselim

i disperznim bojilima gdje uz ograničenja djeluje kao egalizator ili retarder. Prednost

primjene kompleksa je da u procesu bojadisanja nije potrebno koristiti neka druga

pomoćna sredstva.

U procesu pranja dodatkom ciklodekstrina u vodenom mediju mogu se

kompleksirati i odstraniti površinski aktivne komponente koje imaju afinitet prema

vlaknima i koje mogu utjecati na karakteristike tekstila u daljnjim postupcima obrade.

U procesu modifikacije površine vlakana mogu se trajno promijeniti njihove

karakteristike fiksiranjem ciklodekstrina na površinu. Na taj se način može na primjer

smanjiti hidrofobnost poliesterskih vlakana. [1, 13]

2.3. Polikarboksilne kiseline (PVC)

Moguća je primjena polikarboksilnih kiselina u tekstilnoj industriji koje su u

funkciji umreživača celuloze čime se doprinosi povećanju otpornosti tekstilnih

materijala i dimenzijskih stabilnosti celuloznih tkanina. Da bi se postiglo uspješno

umrežavanje i povoljni efekti obrade primjenjuju se kiseline koje sadrže najmanje 3 ili

4 karboksilne skupine. Najčešće korištene polikarboksilne kiseline su: limunska

kiselina (CA), 1,2,3-propantrikarboksilna kiselina (TCA), 1,2,3,4-butantetrakarboksilna

kiselina (BTCA), maleinska kiselina. [14]

U ovom radu primjenjena je maleinska kiselina u ulozi umreživača β-ciklodekstrina sa

celulozom.


7

2.3.1. Maleinska kiselina

Maleinska kiselina (lat. malum: jabuka) je stereoizomer fumarne kiseline.

Pripada skupini nezasićenih karboksilnih kiselina. Industrijski se dobiva katalitičkom

oksidacijom benzena u obliku anhidrida. U prirodi je nema, te uglavnom dolazi u

obliku bezbojne kristalne tvari. Vrlo važnu primjenu nalazi u tekstilnoj industriji u

proizvodnji polimernih materijala, bojila i tekstilnih pomoćnih sredstava. Također je

svoju primjenu pronašla u proizvodnji herbicida i insekticida. [15]

Na slici 4. dan je prikaz strukturne formule maleinske kiseline.

Slika 4. Strukturna formula maleinske kiseline [16]

2.4. Mikrovalni oblik energije

Mikrovalovi su dio elektromagnetskog zračenja i imaju niski energetski

potencijal te zbog toga ne uzrokuju direktne promjene u strukturi, ali mogu utjecati na

brzinu kemijskih reakcija. Mikrovalni oblik energije može se koristiti u procesima

oplemenjivanja tekstila za sušenje, zagrijavanje i fiksiranje.

Najveća prednost mikrovalnog oblika zagrijavanja je prodiranje

elektromagnetske energije u unutrašnjost materijala uz pretvorbu u toplinu koja se širi

prema površini. Mikrovalna energija pretvara se u toplinu mehanizmima: dipolne

rotacije, polarizacijom, titranjem velikih molekula i ionskom kondukcijom. Dipolna

rotacija je interakcija gdje se polarne molekule kreću velikom brzinom i pri tome

mijenjaju svoj položaj u odnosu na električno polje. Time nastoje uskladiti svoj dipolni

moment s električnim poljem valova. Dolazi do pojave intermolekularnog trenja u

obliku topline koja zagrijava materijal. Kod takvog načina sušenja smjer kretanja

energije i mase je isti i postiže se jednoličnije zagrijavanje i bolja kvaliteta obrađivanog


8

materijala. Zagrijavanje se odvija brzo u materijalu bez znatnijeg gubitka energije. U

odnosu na sušenje u sušioniku manji je utrošak energije čak za 60 do 70%.

Nedostatak takvog načina zagrijavanja je mogućnost prejakog zagrijavanja na

pojedinim dijelovima materijala i dubina prodiranja mikrovalova (što je veća

frekvencija mikrovalova manja je dubina prodiranja). [17, 18, 19]


9

3. EKSPERIMENTALNI DIO

3.1. Zadatak rada

U svrhu vezivanja β-ciklodekstrina na pamučnu tkaninu potrebno je provesti

predobradu materijala natrijevom lužinom radi postizanja bolje reaktivnosti pamuka.

Potom se provodi postupak obrade materijala u odgovarajućoj kupelji, te se tako

pripremljeni uzorci podvrgavaju djelovanju mikrovalova. Nakon toga potrebno je

provesti ciklus pranja kako bi se ustanovilo da li je došlo do umrežavanja β-

ciklodekstrina s celulozom. Kako bi se ispitala uspješnost povezivanja i provela

morfološka karakterizacija uzoraka koristi se visoko skenirajući elektronski mikroskop

(FE-SEM).

3.2. Obrada uzoraka

Pamučni, kemijski bijeljeni uzorci, površinske mase 190 g/m2

obrađivani su u

kupelji volumena 150 ml koja sadrži:

70 g/l maleinske kiseline

65 g/l Na-hipofosfit hidrat

25% β-ciklodekstrina na masu materijala

Felosan RG-N (neionogeno sredstvo za kvašenje)

Kupelj je pripremljena uz zagrijavanje te joj je pH metrom izmjerena pH

vrijednost koja je iznosila 1,51 pri temperaturi od 26,0 oC.

Uzorci su predobrađeni sa 14% NaOH uz ručno istezanje. Potom su uzorci

namočeni u kupelj i ocijeđeni na fularu (uz pritisak 10 kg/cm), te su vraćeni u kupelj u

teflonsku posudu i obrađeni mikrovalovima u mikrovalnoj pećnici sa 50%, 80% i

100% sange u vremenu od 4 i 8 minuta. Nakon obrade uzorci su ponovo ocijeđeni na

fularu uz približni efekt cijeđenja (Ec) 100% te su osušeni u rasteznom sušioniku na

temperaturi od 80 o

C u trajanju od 4 minute, nakon toga su termokondenzirani 4 minute

na temperaturi od 170 oC.


10

3.3. Pranje uzoraka

Nakon obrade polovica uzoraka je oprana u svrhu ispitivanja postojanosti obrade.

Uzorci su oprani u uređaju (Mathis) standardnim detergentom (5 g/l), koji ne sadrži optička

bjelila, na temperaturi od 40 oC u vremenu od 30 minuta. Nakon pranja su višestruko i

ručno ispirani. Nakon toga uzorci su osušeni u sušioniku (Scholl) na temperaturi od 65 oC.

3.4. Popis uzoraka i provedena obrada

U tablici 2. dan je popis uzoraka i navedene su obrade koje su se provele na njima.

Tablica 2. Popis uzoraka i provedena obrada

UZORCI OBRAĐENI SA β-CD MIKROVALNOM ENERGIJOM

CD-50-4 Uzorak je obrađen β-ciklodekstrinom u mikrovalnoj pećnici uz

snagu 50% u trajanju od 4 minute.

CD-50-4-P

Uzorak je obrađen β-ciklodekstrinom u mikrovalnoj pećnici uz

snagu 50% u trajanju od 4 minute te je opran standardnim

detergentom.


snagu 50% u trajanju od 8 minuta.

CD-50-8-P


snagu 50% u trajanju od 8 minuta te je opran standardnim

detergentom.



CD-80-4-P



detergentom.



CD-80-8-P



detergentom.



CD-100-4-P



detergentom.



CD-100-8-P



detergentom.


11

3.5. Metode ispitivanja

3.5.1. Visokorezolucijski skenirajući elektronski mikroskop (FE-SEM)

Za karakterizaciju morfologije površine uzoraka i potvrđivanja uspješnog

vezivanja β-ciklodekstrina na celulozu snimljene su digitalne slike uzoraka

skenirajućim elektronskim mikroskopom.

SEM sliku oblikuje detektirajući elektrone koji se odbijaju od površinu uzoraka.

Postoje brojne prednosti korištenja SEM-a kao što su: bolja razlučivost, veća širina

fokusa, veća mogućnost povećanja (20x do 100 000x), te nam omogućuje ispitivanje

uzoraka s različitih aspekata. Materijalima koji su loši vodiči moraju se ukloniti

nabojni efekti koji uzrokuju slabu kvalitetu i izobličenost slike koje donose smetnje i

negativno utječu na rezultate. To se postiže time da se uzorci naparuju električnim

vodljivim metalima kao što su zlato i paladij koji tvore na površini tanki film. Uzorci

koji su podvrgnuti djelovanju elektronske zrake u SEM-u izlažu se interakciji sa

zrakom elektrona. Postoje različite mogućnosti koje nam omogućuju da vidimo sliku

kao što su: skupljanje i prikazivanje sekundarnih elektrona, prethodno raspršenih

elektrona te propuštenih elektrona. [20]

Slika 5. prikazuje visokorezolucijski skenirajući elektronski mikroskop i

naparivač.

a) b)

Slika 5. a) FE-SEM; b) Naparivač


12

4. REZULTATI RADA I RASPRAVA

4.1. Morfološka karakterizacija površine primjenom FE-SEMa

Slika 6. Prah β-ciklodekstrina pri povećanjima 5000 i 15000 puta

Na slici 6 prikazan je β-ciklodekstrin u obliku praha pri različitim povećanjima,

jasno su vidljivi kristali različitih oblika i dimenzija.


13

Slika 7. Lice neobrađenog pamučnog uzorka pri povećanjima 1000, 5000 i 10000 puta


14

Slika 8. Naličje neobrađenog pamučnog uzorka pri povećanjima 1000, 5000 i 10000 puta

Slike 7 i 8 prikazuju lice i naličje neobrađenog pamučnog uzorka pri raznim

povećanjima. Vidljivo je da je uzorak pamučne tkanine glatke površine i bez vidljivih

nepravilnosti sa strane lica, dok su sa strane naličja vidljive nepravilnosti i zadebljanja.

Tako neobrađeni uzorak koristit ćemo za usporedbu sa obrađenim i opranim uzorcima

u svrhu potvrde uspješnosti vezivanja β-ciklodekstrina sa celulozom.


15

Slika 9. Lice obrađenog pamučnog uzorka CD-50-4-L pri povećanjima 1000, 5000 i 10000

puta


16

Slika 10. Naličje obrađenog pamučnog uzorka CD-50-4-N pri povećanjima 1000, 5000 i

10000 puta

Slike 9 i 10 prikazuju lice i naličje uzoraka CD-50-4 koji su podvrgnuti

djelovanju mikrovalova u trajanju od 4 minute sa 50%-tnom snagom (CD-50-4-L, CD-

50-4-N). Morfološkom karakterizacijom površine vlakana uočljiva je jasna

prekrivenost površine svih vlakana česticama β-ciklodekstrina te njegovim

anglomeracijama.


17

Slika 11. Lice obrađenog i opranog pamučnog uzorka CD-50-4-P-L pri povećanjima 1000,

5000 i 10000 puta


18

Slika 12. Naličje obrađenog i opranog pamučnog uzorka CD-50-4-P-N pri povećanjima

1000, 5000 i 10000 puta

Na slikama 11 i 12 prikazane su SEM slike lica i naličja uzoraka obrađenih β-

ciklodekstrinom mikrovalnom energijom uz snagu 50% u trajanju 4 minute te opranih

standardnim detergentom (CD-50-4-P-L, CD-50-4-P-N). Morfološkom

karakterizacijom površine vlakna vidljiva je jasna prisutnost sitnih čestica β-

ciklodekstrina na površini, ali i nakupina i nakon provedenog ciklusa pranja što nam

ukazuje da je u samoj obradi došlo do njihovog vezivanja sa celulozom.


19

Slika 13. Lice obrađenog pamučnog uzorka CD-50-8-L pri povećanjima 1000, 5000 i

10000 puta


20


10000 puta

Slikama 13 i 14 prikazane su SEM slike lica i naličja pamučnog uzorka

obrađenog β-ciklodekstrinom mikrovalnom energijom uz sangu 50% u trajanju od 8

minuta (CD-50-8-L, CD-50-8-N). Morfološkom karakterizacijom površine vlakana

jasno je vidljivo da je površina prekrivena sitnim i krupnim česticama β-ciklodekstrina

koje su obložile cijelu površinu vlakana uz pojavu anglomeracija na pojedinim

dijelovima.


21


5000 i 10000 puta


22


1000, 5000 i 10000 puta

Slike 15 i 16 prikazuju SEM slike lica i naličja uzoraka obrađenih β-

ciklodekstrinom mikrovalnom energijom uz snagu 50% u trajanju od 8 minuta te

opranih standardnim detergentom (CD-50-8-P-L, CD-50-8-P-N). Morfološkom

karakterizacijom površine vlakana jasno je vidljivo da su se veće nakupine čestica

odvojile u procesu pranja sa površine vlakana te da su na površini ostale sitne čestice β-

ciklodekstrina koje nisu jednolično raspoređene po površini uzorka. Također vidljiva je

i zaglađenost same površine što ukazuje na to da nije došlo do većeg oštećenja

celuloznog materijala u procesu pranja.


23


10000 puta


24


10000 puta

Slike 17 i 18 prikazuju SEM slike lica i naličja pamučnih uzoraka obrađenih β-

ciklodekstrinom primjenom mikrovalova uz snagu 80% u trajanju od 4 minute (CD-80-

4-L, CD-80-4-N). Na slikama je jasno vidljiva prekrivenost površine vlakana većim

česticama β-ciklodekstrina kao i njegovih anglomeracija. Vidljivo je i da su vlakna

obložena β-ciklodekstrinom po cijeloj površini.


25


5000 i 10000 puta


26


1000, 5000 i 10000 puta

Uzorci obrađeni β-ciklodekstrinom u trajanju od 4 minute uz 80%-tnu snagu

djelovanjem mikrovalova te oprani (CD-80-4-P-L, CD-80-4-P-N) prikazani su na

slikama 19 i 20. Može se vidjeti da uzorci još uvijek imaju po površini sitne čestice β-

ciklodekstrina kao i njegovih nakupina neravnomjerno raspoređenih po cijeloj površini.


27


10000 puta


28


10000 puta

Slikama 21 i 22 prikazane su SEM slike lica i naličja pamučnih uzoraka koji su

obrađeni β-ciklodekstrinom primjenom mikrovalova u trajanju od 8 minuta i uz snagu

80% (CD-80-8-L, CD-80-8-N). Na cijeloj površini vlakana vidljiva je fina prekrivenost

česticama i nakupinama β-ciklodekstrina koje su nepravilno rasprostranjene.


29


5000 i 10000 puta


30


1000, 5000 i 10000 puta

Uzorci obrađeni β-ciklodekstrinom 8 minuta sa 80%-tnom snagom djelovanjem

mikrovalovima te oprani standardnim detergentom (CD-80-8-P-L, CD-80-8-P-N)

prikazani su na slikama 23 i 24. Na ispitivanim uzorcima vidljiva je prekrivenost

površine sitnim česticama β-ciklodekstrina i njegovih nakupina, te njihova prisutnost i

u samoj strukturi vlakana što ukazuje na uspješno vezivanje β-ciklodekstrina sa

celulozom.


31


10000 puta


32


10000 puta

Na SEM slikama pamučnih uzoraka CD-100-4 koje su prikazane na slikama 25

i 26 prikazani su lice i naličje uzoraka obrađenih β-ciklodekstrinom primjenom

mikrovalova u trajanju od 4 minute i uz 100% snage (CD-100-4-L, CD-100-4-N).

Jasno je vidljiva prekrivenost svih vlakana β-ciklodekstrinom. Također uz finu

prekrivenost površine vlakana vidljive su i veće nakupine β-ciklodekstrina koje su

nepravilno rasprostranjene po površini ispitivanih uzoraka.


33

Slika 27. Lice obrađenog i opranog pamučnog uzorka CD-100-4-P-L pri povećanjima

1000, 5000 i 10000 puta


34


1000, 5000 i 10000 puta

Pamučni uzorci obrađeni β-ciklodekstrinom mikrovalovima u trajanju od 4

minute i uz 100% snage te oprani standardnim detergentom (CD-100-4-P-L, CD-100-

4-P-N) prikazani su na slikama 27 i 28. Nakon provedenog pranja uzorci sadrže znatno

manju količinu β-ciklodekstrin, ali se još uvijek jasno vidi da je cijela površina vlakana

prekrivena sitnim česticama β-ciklodekstrina.


35


10000 puta


36


10000 puta

Na slikama 29 i 30 prikazane su SEM slike lica i naličja pamučnih uzoraka

obrađenih β-ciklodekstrinom mikrovalnom energijom uz snagu 100% u trajanju od 8

minuta (CD-100-8-L, CD-100-8-N). Morfološkom karakterizacijom površine vlakana

vidimo da je površina neravnomjerno prekrivena većim česticama i nakupinama čestica

β-ciklodekstrina.


37

Slika 31. Lice obrađenog i opranog pamučnog uzorka CD-100-8-P-L pri povećanjima

1000, 5000 i 10000 puta


38


1000, 5000 i 10000 puta

Uzorci obrađivani β-ciklodekstrinom 8 minuta sa 100%-tnom snagom

djelovanjem mikrovalova te opranih standardnim detergentom (CD-100-8-L, CD-100-

8-N) prikazani su na slikama 31 i 32. Na ispitivanim uzorcima jasno je vidljiva, na obje

strane (lice i naličje), prisutnost sitnih čestica β-ciklodekstrin, ali i nakupina istih što

nam jasno ukazuje da je u samoj obradi došlo do njihovog vezivanja s celulozom.


39

5. ZAKLJUČAK

U ovom radu ispitan je utjecaj mikrovalova na povezivanje β-ciklodekstrina sa

celulozom uz predobradu materijala natrijevom lužinom i uz dodatak maleinske

kiseline u funkciji umreživača, te natrijeva hipofosfita kao katalizatora. Ispitivala se i

uspješnost povezivanja i postojanosti β-ciklodekstrina nakon provedenog ciklusa pranja

standardnim detergentom.

Morfološkom karakterizacijom površine pamučnog vlakna uz primjenu

visokorezolucijskog skenirajućeg elektronskog mikroskopa (FE-SEM) vidljivo je vrlo

uspješno vezivanje čestica β-ciklodekstrina sa celulozom uz obradu mikrovalnom

energijom. Primjenom različite snage i vremena izlaganja uzoraka djelovanju

mikrovalova možemo vidjeti da se najveća mehanička oštećenja javljaju kod uzoraka

CD-100-4 i CD-100-8. Dok su najbolji rezultati uočljivi kod uzoraka CD-50-4 i CD-

50-8. Možemo zaključiti da je obrada vrlo uspješno provedena te da je postojana i

nakon provedenog ciklusa pranja.

Rad predstavlja iskorak u proučavanju mogućnosti vezivanja β-ciklodekstrina

sa celulozom te upućuje na daljnja istraživanja u smjeru stvaranja inkluzijskih

kompleksa s različitim tvarima, što će doprinjeti nastajanju višefunkcionalnih tekstilija.


40

6. LITERATURA

[1] Đorđević, D., Novaković, M., Konstantinović, S.; Primena ciklodekstrina u oblasti

tekstila. // Hem. ind. 60(9-10), 2006, 259-268.

[2] Voncina, B., Vivod, V.; Cyclodextrins in Textile Finishing, Eco-Friendly Textile

Dyeing and Finishing. // InTech, 2013. Izvor: http://www.intechopen.com/books/eco-

friendly-textile-dyeing-and-finishing/cyclodextrins-in-textile-finishing

[3] Bhaskara-Amrit, U.R., Agrawal, P.B., Warmoeskerken M.M.C.G.; Applications of

β-cyclodextrins in textiles, AUTEX Research Journal. 11(4), 2011, 94-101.

[4] Andrassy, M., Čunko, R.; Vlakna, sveučilišni udžbenik, ZRINSKI d.d., Čakovec,

2005.

[5] Slika 1.- izvor: Nishiyama, Y., Langan, P., Chanzy, H., "Crystal Structure and

Hydrogen-Bonding System in Cellulose Iβ from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber

Diffraction". J. Am. Chem. Soc 124 (31), (2002), 9074–82.

[6] Buschmann H.-J., Denter U., Knittel D., Schollmeyer E.; The Use of Cyclodextrins

in Textile Processes - An Overview, Journal of the Textile Institute. 89(3), 1998, 554-

561.

[7] Voncina, B.; Application of Cyclodextrins in Textile Dyeing, Textile Dyeing,. //

InTech, 2011. Izvor:

http://www.intechopen.com/books/textile-dyeing/applicationof-cyclodextrins-in-

textile-dyeing

[8] Strukture CD-izvor: Chemical structure of the three main types of cyclodextrins,

preuzeto sa Wikipedia, 2008.

[9] Tablica osnovnih karakteristika CD i shematski prikaz dimenzija CD-izvor:

Đorđević, D., Novaković, M., Konstantinović, S.; Primena ciklodekstrina u oblasti

tekstila, Hem. ind. 60(9-10), 2006, 259-268.

[10] Amiri, S., Zadhoush, A., Mallakpour, S., Lambertsen Larsen, K., Duroux, L.;

Preparation and characterization of thermal-responsive non-woven poly (propylene)

materials grafted with N-isopropylacrylamide/ β-cyclodextrin, Journal of Industrial

Textiles. 43(1), 2012, 116–131.

[11] Dastjerdi, R., Montazer, M.; A review on the application of inorganic nano-

structured materials in the modification of textiles: Focus on anti-microbial properties,

Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 79 ( 2010) 5–18.


41

[12] Cabrales, L., Abidi, N., Hammond, A..; Cotton Fabric Functionalization with

Cyclodextrins, J. Mater. Environ. Sci. 3(3), 2012, 561-574.

[13] Wang, C. X., Chen, Sh. L.; Aromachology and its Application in the Textile Field,

FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe. 13(6), 2005, 41-44.

[14] Bischof-Vukušić, S., Katović, D., Soljačić, I.; Polikarboksilne kiseline u obradi

protiv gužvanja. // Tekstil 48 (11) 549-560 (1999.)

[15] Maleinska kiselina-izvor: http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?id=38385

[16] Slika 4.-izvor: https://sh.wikipedia.org/wiki/Maleinska_kiselina

[17] Bischof-Vukušić, S., Katović, D., Flinčec Grgac, S.; Effects of microwave

treatment on fluorcarbon finishing. // Colourage 51.(2004) Annual; 100-104

[18] Katović, D., Bischof-Vukušić, S., Flinčec Grgac, S.; Primjena mikrovalova u

procesima oplemenjivanja. // Tekstil. 54 (2005), 7; 313-325.

[19] Katović, D., Trajković, J., Biscgof, S., Šefc, B.; Alternativna sredstva i postupci

kemijske modifikacije drva Metaxas. Izvor: http://bib.irb.hr/prikazi-rad?rad=202748

[20] Izvor: http://mcf.tamu.edu/instruments/fe-sem; Materials charaterization facility;

FE-SEM.

http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?id=38385

Documents

Vezivanje beta-ciklodekstrina primjenom mikrovalova