PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
1
PŘÍRODNÍ POLYMERY

Bílkovinná vlákna II
FIBROIN
RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc.
POLYMER INSTITUTE BRNO
spol. s r.o.
12. 12. 2013

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
2
LEKCE
datum
téma
1
19.IX.
Úvod do předmětu - Struktura a názvosloví přírodních polymerů, literatura
2
26. IX.
Deriváty kyselin, - přírodní pryskyřice, vysýchavé oleje, šelak
3
3. X.
Vosky
4
10. X.
Přírodní gumy.
5
10. X.
Polyterpeny – přírodní kaučuk, získávání, zpracování a modifikace
6
17. X.
Polyfenoly – lignin, huminové kyseliny, třísloviny
7
24. X.
Polysacharidy I – škrob
8
31. X.
Polysacharidy II –  celulóza
9
7. XI.
Kasein, syrovátka, vaječné proteiny
10
14. XI.
Identifikace přírodních látek
11
21. XI.
Laboratorní metody hodnocení přírodních polymerů
12
29. XI.
EXKURZE –  KLIHÁRNA
13
5. XII.
Bílkovinná vlákna I
14
12. 12.
Bílkovinná vlákna II
15
19. 12.
Rezerva, případně polysacharidy neprobrané v přednáškách 7 a 8
NEBO BUDE NAHRAZENO EXKURZÍ DO ŠKROBÁRNY V  ROCE 2014

•Ing. J. Dvořáková: PŘÍRODNÍ POLYMERY, VŠCHT Praha, Katedra polymerů, skripta 1990 •J. Zelinger, V.
Heidingsfeld, P. Kotlík, E. Šimůnková: Chemie v práci konzervátora a restaurátora, ACADEMIA Praha
1987,  •A. Blažej, V. Szilvová: Prírodné a syntetické polymery, SVŠT Bratislava, skripta 1985 •A.
Blažej a kol.:
Štruktúra a vlastnosti vláknitých bielkovín, •A. Blažej a kol.:
Technologie kůže a kožešin •V. Hladík a kol.:
Textilní vlákna, SNTL Praha 1967
•
•
•
•
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
3

1.Keratin
2.Fibroin
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
4

SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA proteinů II
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
5
img779.jpg

2.Keratin
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
6

Kde se vyskytuje KERATIN?
•ÚTVARY NA KŮŽI -  chlupy, vlasy, peří, srst, štětiny •ZAKONČENÍ PRSTŮ A KONČETIN – nehty, kopyta
•ÚTVARY Z ROHOVINY – rohy
•VRCHNÍ VRSTVA KŮŽE- pokožka (rohovinová vrstva)
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
7

Čím se vyznačuje KERATIN 1
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
8
•Bílkovinné řetězce jsou  SÍŤOVANÉ přes SULFIDICKÉ MŮSTKY  (-S–S-) vytvořené přes – SH skupiny
CYSTEINU
•
95px-Amminoacido_cisteina_formula.png

Čím se vyznačuje KERATIN 2
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
9
•POMĚR (přibližný) TŘÍ AMONIKYSELIN
AMINOKYSELINA
PODÍL
VZOREC
HISTIDIN
1
LYZIN
4
ARGININ
12
Amminoacido_lisina_formula.png Amminoacido_arginina_formula.png Amminoacido_istidina_formula.png

Čím se vyznačuje KERATIN 4
•NEROZPUTNÝ VE VODĚ
•ODOLÁVÁ ZŘEDĚNÝM KYSELINÁM
•NEODOLÁVÁ LOUHŮM > čištění štětců v louhu sodném vyžaduje opatrnost, používat jen na syntetické
vlasce! •Nejdůležitějším keratinovým vláknem je OVČÍ VLNA
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
10

Čím se vyznačuje KERATIN 5
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
11
img901.jpg
Složení KERATINU  je tedy různé pro různé útvary  I PRO RŮZNÉ ŽIVOČICHY (NENÍ V TÉTO TABULCE)

Čím se vyznačuje KERATIN 6
•Schopnost vytvářet propojení mezi vlákny chemickou vazbou > obdoba síťování KAUČUK > PRYŽ  nebo
KŮŽE > USEŇ
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
12
440px-Disulfide-bond two cystein molecules form CISTIN SULFUR BRIDGE.png
Dva cysteiny > jeden CISTIN

Čím se vyznačuje KERATIN 7
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
13
468px-Disulfide_Bridges_(SCHEMATIC)_V_1_svg.png 350px-Proinsuline_schematic_topological_diagram_svg
two cystein molecules form CISTIN SULFUR BRIDGE.png

Čím se vyznačuje KERATIN 8
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
14
img902.jpg
KERATIN  je tedy chemicky značně reaktivní vlákno

Reaktivita KERATINU 1
•Je založena na reakcích  CYSTEINU
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
15
img903.jpg
Dva cysteiny > jeden CISTIN

Reaktivita KERATINU 2
•PROBÍHÁ HLAVNĚ NA DISULFIDICKÉM MŮSTKU
•Hydrolýza disulfidické vazby
•Oxidace
•Redukce
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
16

OVČÍ VLNA -  struktura spirálová
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
17
img900.jpg

OVČÍ VLNA – morfologie vlákna
•Vnější část = KUTIKULA  = BLÁNA tvoří šupinkovitý povrch vlákna orientace hrotů š •Vnitřní část =
CORTEX = KŮROVÁ ČÁST tvoří vlákna orientace ve směru vlákna •Dřeň = MEDULA = tvoří vnitřek vlákna a
je rozdělena uzavřené vzduchové bubliny > vlastní tepelně izolační část vlny
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
18

OVČÍ VLNA -  struktura plošná 1
SKLÁDANÝ LIST
KERATINU
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
19
img082.jpg

OVČÍ VLNA -  struktura plošná 2
SKLÁDANÝ LIST
KERATINU
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
20
220px-Beta_sheet_bonding_antiparallel-color_svg.png 220px-Beta_sheet_bonding_parallel-color_svg.png
ANTIPARALELNÍ uspořádání
PARALELNÍ uspořádání

OVČÍ VLNA
 struktura KERATINOVÉ ČÁSTI
•Může být ve dvou strukturách řetězce:
–a spirála
–b skládaný list
•a spirála se při protažení za tepla (cca. 85 °C) mění na b skládaný list
•b skládaný list tvoří MEZIVLÁKNOVOU SLOŽKU mezi a spirálami, jejichž soubor tvoří makroskopické
vlákno vlny
•VLÁKNO VLNY JE TEDY kompozitní útvar, kde je několik složek a příčná konstrukce
•
•
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
21

Ovčí vlna - složení
Složka
% hmot.
Poznámka
VLASTNÍ VLÁKNO (KERATIN)
ZBYTEK DO 100
OVČÍ TUK (LANOLÍN)
5 – 15
Směs kyselin (udáváno až 36) s alkoholy (udáváno 23 alifatických), sterolů (hlavně cholesterol)
NEČISTOTY
5 – 20
ROSTLINNÉ ZBYTKY
1 – 5
VLHKOST
8 - 12
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
22

Šupinkovitá struktura ovčí vlny
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
23
naturalwoolfiber-closeup.jpg

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
24
img907.jpg

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
25
img542.jpg img544.jpg img543.jpg
Vnitřní struktura ovčí vlny a dalších chlupů zvířat
Ovce valaška
Králík domácí
Kočka divoká
KUTIKULA
CORTEX
MEDULA

Hlavní zdroje KERATINOVÉHO vlákna
•Ovce
•Vikuňa, nebo lama vikuňa (Vicugna vicugna) je divoký druh lamy •Lama pacos, neboli alpaka je
domestikovaná lama
•Mohér z angorské kozy
•Králík angorský
•………………
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
26

OD OVČÍ VLNY K PLSTI
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
27
•NETKANÁ TEXTILIE
•valchováním (plstěním za mokra)
•vpichováním (suchým plstěním)
•Vhodná je ovčí vlna, protože má šupinkovatou KUTIKULU

Tloušťka dtex
•dtex NENÍ ŽÁDNÁ TLOUŠŤKA!
•dtex je hmotnost 10 km vlákna vyjádřená v gramech •V anglických jednotkách tomu odpovídá jednotka
denier, což je hmotnost 10 000 yardů(cca. 9000 m) vlákna vyjádřená v gramech •Jednotky dtex a
denier se pak používají k vyjádření pevnosti textilních vláken, jejichž pevnost se měří jako síla
(N), nikoli mechanické napětí (N/m2)
•„Textilní pevnost“ je pak cN/dtex (cN/denier)
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
28

Pevnost OVČÍ VLNY
Vlákno
Pevnost
v tahu
cN/dtex
Tažnost
%
E-modul
N/tex
Navlhavost
%
vlna
0,90–2,18
25–35
0,34
16–18
polyester
4,00–6,50
15–40
9–11,5
0,5–0,8
viskóza
1,80–3,50
15–30
5,4
26–28
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
29
Zdroj neudává, zda se jedná o měření „za sucha“ nebo „za mokra“.
PATRNĚ TO BUDE „za sucha“
Hodnoty „za mokra“ bývají NIŽŠÍ než „za sucha“

Mohér z angorské kozy
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
30
•NA ROZDÍL OD OVČÍ VLNY není kutikula šupinkovitá
•Udává se, že je BAKTERICIDNÍ, tj. že např. ponožky nepáchnou ani po několika dnech
•Na čem je založena ona BAKTERICIDITA?
–Moc se mi zjistit nepodařilo
–PRÝ je toto založeno na přítomnosti POLYSACHARIDU LENTHINANU, který má tvořit pojivo mezi
keratinovými vlákny
–Že je tvrzení pravdivé lze věřit, ale PROČ

POLYSACHARID LENTHINAN
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
31
300px-Lentinan_svg.png

2.Fibroin
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
32

Kde se vyskytuje FIBROIN?
•PŘÍRODNÍ HEDVÁBÍ
•PAVOUČÍ SÍTĚ Pavoučí hedvábí je proteinové vlákno z výměšků pavouků druhu Argiope a Nephila.
•SEKRET NOČNÍCH MOTÝLŮ
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
33

PŘÍRODNÍ HEDVÁBÍ
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
34
•Převážná část přírodního hedvábí se získává z výměšků housenky bource morušového. Je to jediné
„nekonečné“ přírodní textilní vlákno. •Tento FIBROIN  má typickou PRIMÁRNÍ STRUKTURU
•
800px-Silk_fibroin_primary_structure_svg.png

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
35
Vlastnosti vláken
Vlákna s neomezenou délkou
Přírodní hedvábí
Polyamid (PA 6)
Polyester (PES)
Viskoza (CV)
Hustota g/cm³
1,25
1,14
1,33
1,52
Tloušťka dtex
1,17
1,0
1,1
1,4
Relat. pevnost cN/dtex
3-5
3-6-7,5
3,8-7,2
1,8-3
Pevnost za mokra (%)
85
85
95-100
60
Tažnost (%)
24
23-55
50-70
15-30
Navlhavost (%)
30
3-4,5
0,3-0,4
28
Svět. spotřeba (1000 t)
107×
3.500
14.500
500

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
36
img904.jpg

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
37
P1020856.JPG P1020863.JPG P1020862.JPG P1020858.JPG

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
38
Silk cocoons Mulberry silk worms - Bombyx Mori

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
39
Silk production process

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
40
Degumming and stretching Preparing silk bedding

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
41
EXTRACTING RAW SILK
The production process of silk can seem deceptively simple but indeed has several steps. In fact,
the process of creating silk fibres of the highest quality take a few weeks to complete.
Silk fibres are a continuous protein fibre created from natural processes and extracted from
cocoons, which means that these fibres can retain the properties that are associated with the
chemicals produced by the silkworm. When secreted by the silkworm, the natural state of the fibre
is a single silk thread made up of a double filament of protein material (fibroin) glued together
with sericin, an allergenic and gummy substance that is normally extracted during the processing of
the silk threads.

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
42
1.First, the new born larvae of the silkworms are kept in a warm and stable environment and given
plenty of mulberry leaves, their favourite diet.
2.The silkworms naturally produce cocoons around themselves to pupate. This process is done through
“spinning”: the worm secretes a dense fluid from its gland structural glands, resulting in the
fibre of the cocoon.
3.The cocoons are sorted carefully according to size and quality.
4.Boiling water with soap is used unravel the silk fibres from the cocoon. This is known as the
degumming process.
5.The outer shell of the cocoon is fed into into the spinning reel, which is still often operated
manually
6.The long fibre thread that are extracted from the cocoon are then cleaned and stripped from
any deficiencies.

The degumming process
•V KOKONU je vlákno propojeno  SERICINEM, což je ROZPUSTNÝ GLYKOPROTEIN chránící vlákna FIBROINU
•SERICIN  se rozpustí ve vroucí vodě a tak se uvolní vlákno
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
43

PŘÍRODNÍ HEDVÁBÍ
TERCIÁRNÍ STRUKTURA
•b skládaný list
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
44
img082.jpg

I VLÁKNO PŘÍRODNÍHO HEDVÁBÍ JE SLOŽITÝ ÚTVAR
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
45
img905.jpg
Je to tzv. DVOJVLÁKNO  spojené sericinem (tzv. HEDVÁDNÝ KLIH) o délce 3000 – 4000 m

PŘÍRODNÍHO HEDVÁBÍ
pod mikroskopem
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
46
img906.jpg

12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
47
img909.jpg img908.jpg
Tloušťky vláken vlny a hedvábí při stejném zvětšení

SUROVINOVÝ VÝZNAM PŘÍRODNÍHO HEDVÁBÍ
•PŘÍRODNÍ HEDVÁBÍ  je exkluzivní surovina •Roční světová produkce je jen cca. 300 000 t/rok
•Hlavní producent je Čína
•Pokusy o pěstování bource morušového v tuzemsku skončily krachem
•
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
48

Bílkovinná textilní vlákna a konzervátor - restaurátor
12. 12. 2013
PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU  14 2013 BÍLKOVINNÁ VLÁKNA II
49
•Vlna i hedvábí jsou napadány moly
•Vlna i hedvábí mají v řetězcích reaktivní skupiny a proto by měly být dobře barvitelné •Krachem
textilního průmyslu v tuzemsku mizejí i odborníci na textilní i chemické zpracování vlny i hedvábí
•To může způsobit potíže při restaurování textilií v vlny a hedvábí •Hedvábí by SNAD  bylo možno
imitovat polyesterem •U imitace vlny je problém šupinatého povrchu vlákna
•
•