Стадии развития волокон хлопка

thumbnailUrl

Why is cotton in everything? - Michael R. Stiff

Dig into the science of how cotton transforms from seed to fiber, and how these cotton fibers are used to make everything from fabrics, to currency, and fishing nets. -- Centuries ago, the Inca developed ingenuous suits of armor that could protect…Стадии развития волокон хлопка - 3491450

PT4M54S

True

2020-02-26T19:24:32+03:00

embedUrl

Майкл Р. Стифф

Несколько столетий назад инки разработали хитрые доспехи, которые могли изгибаться от ударов острых копий и булав, защищая воинов даже в самых ожесточенных битвах. Эти выносливые структуры были сделаны не из железа или стали, а из чего-то неожиданно мягкого: хлопок. Эти плотно сплетенные слоистые стеганые одеяла из хлопка могли распределять энергию от удара по большой площади поверхности, защищая воинов, не ограничивая их подвижность.

Эти кажущиеся противоречивыми черты - прочность и гибкость, мягкость и долговечность - имеют корни в сложной биологии почти невидимого хлопкового волокна.




Волокна начинают жизнь глубоко в хлопковом цветке, на поверхности семени. Целых 16 000 волокон будут украшать одно семя, выпячиваясь с поверхности семян, как миниатюрные водяные шарики. Каждое хлопковое волокно, независимо от его размера, состоит только из одной ячейки. Эта клетка имеет несколько слоев клеточной стенки. Через несколько дней стороны первого слоя, называемого первичной клеточной стенкой, застывают, подталкивая рост клеток в одном направлении и вызывая удлинение волокна.

Волокно быстро удлиняется в течение примерно 16 дней. Затем начинается следующий этап: укрепление клеточной стенки. Это достигается за счет увеличения углеводной целлюлозы. На этом этапе целлюлоза будет составлять 34% клеточной стенки и быстро увеличивается. Этот новый рост также укрепляет клеточную стенку, двигаясь против зерна существующей стенки. Усиленная стенка более жесткая, что ограничивает дальнейший рост. Это означает, что если волокно реконструирует свои стенки слишком рано, оно будет коротким и, в конечном итоге, сделает грубые, слабые ткани. Но если укрепление клеточной стенки начинается слишком поздно, стенка не будет достаточно прочной, образуя волокна, которые слишком слабы, чтобы скрепить ткани.




В идеальных условиях выращивания - при правильной температуре, воде, удобрениях, борьбе с вредителями и освещением - хлопковое волокно может расти до 3,6 сантиметров в длину при ширине всего 25 микрометров. Длинные тонкие волокна могут наматываться друг на друга лучше, чем более короткие, менее тонкие волокна, что означает, что эти длинные тонкие волокна производят более прочные нити, которые лучше держатся вместе уже в виде ткани. Хлопок с этими качествами имеет разнообразное применение - от мягких тканей до долларовой банкноты, в составе которой 75% хлопка.

Следующая критическая стадия роста хлопкового волокна начинается, когда он утолщает свою вторичную клеточную стенку, откладывая большое количество целлюлозы во вторичный слой. Целлюлоза составляет более 90% веса клетчатки. Чем больше осаждается целлюлозы, тем плотнее становится вторичный слой - и это определяет прочность конечного волокна.

Этот этап важен для разработки долговечного материала, например, для футболки. Способность одежды выдерживать годы стирки и износа в значительной степени определяется плотностью этой вторичной клеточной стенки. С другой стороны, на его мягкость сильно влияет длина волокна, определяемая ремоделированием слоя первичной стенки.




Наконец, примерно через 50 дней, волокно полностью выросло. Живое вещество внутри клетки отмирает, оставляя только клетчатку. Стручок высушенного хлопкового семени, или коробочка, которая окружает волокна, раскололась, взорвавшись в пушистую массу в несколько тысяч клеточных волокон. Нитевидные волокна, которые мы видим - тоньше человеческого волоса - это остатки этих плотных, высохших стенок целлюлозы.

Десятки тысяч этих волокон, пряденных в пряжу, пойдут на изготовление всего, от ткани до фильтров для кофе, подгузников и рыболовных сетей. А с помощью современной науки хлопок может вскоре стать мягче, прочнее и более устойчивым, чем когда-либо, поскольку исследователи выясняют, как оптимизировать его рост на основе питательных веществ, погодных условий и генетики.