الیاف پنبه و ابریشم؛ بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی

الیاف پنبه و ابریشم

هزاران سال می گذشت و بشر همچنان پارچه های خود را از الیاف طبیعی می بافت، یعنی: (پنبه،پشم،ابریشم،کتان) این ها را الیاف طبیعی می نامند زیرا به همان صورتی که هست از گیاهان یا از بدن حیوانات ویا از کرم ابریشم دراختیارماقرارگرفته و مصرف می شود سپس درپرتوی دانش ،انسان توانست که خود نیزالیافی بسازد یعنی الیاف مصنوعی که اصلا” شباهتی با نخ طبیعی ندارد. الیاف مصنوعی را از مغزچوب،پنبه،شیر،زغا ل سنگ ،آب،هواومواد بسیاری دیگر تهیه می کنند،برخی ازاین الیاف مصنوعی به قدری عالی ساخته می شوند که به ظاهر هیچ فرقی با الیاف طبیعی ندارند درمیان این هااز همه معروف ترگویا ریون است که ازپنبه یامغزچوب به دست می آید البته ازمغزچوب،کاغذهم می سازند وازپنبه نیزمواد منفجره تهیه می کنند.

درتمام گیاهان یک ماده ی شیمیایی وجودداردکه به نام سلولز آیا می دانید که پنبه هم سلولز است. سلولز از نظر شیمیایی به شکل مایه ی غلیظی است که آن رابه شیوه ی خاصی به عمل آورند.

ریون را به اشکالی گوناگون می توان ساخت یعنی می توان آن رامانند،ابریشم ،پشم ویا کتان به عمل آورد چون ریون ساخته ی دست بشر است و آن رابه هر گونه که بخواهد در می آورد مثلا” کوتاه پرزدار ویا بلند وکشیده مانند رشته های ابریشم. ازبه هم تابیدن ریون های کوتاه پرزدارنخی شبیه الیاف کتان و پشم به دست می آید وپارچه هایی که ازآن بافته می شوند شکل پارچه -های پشمی ونخی هستند ولی برای جامه های کش باف وجوراب از نخ ریون استفاده می شود. نو عی نخ مصنوعی و ضخیم ریون درتهیه ی طناب ،لاستیک اتومبیل وهمراه کائوچوی مصنوعی به کار می رود،به هنگام تابیدن یا به عمل آوردن ریون گاهی الیاف ریون پاره می شود ویا درهم گیر می کند در گذشته این ها رامواد بی مصرف پنداشته همه رادورمی ریختند ولی بعدا” دریافتند که می توان همین الیاف پاره وبه هم گره خورده رابا ماشین های پشم ریسی شانه کرد وآنها رابه صورت نخ ریسید این کشف زمینه ی جدید درصنایع ریون گشود زیرا نخ هایی که بدین گونه بدست می آیند نرم وپرزدار بوده حالت پارچه های پشمی یا پشمی بسیار ظریف (فلانول) راپیدا می کرد، از آن پس دیگر چنین موادی را که قبلا”بی -مصرف می پنداشتند عمدا” به وجود می آورند تاباریسیدن آن ها بتوانند نخ برای تهیه ی پارچه -های بسیار مرغوب فراهم بیاورند.

تهیه ویسکوز ریون: از کلیه ی محصولات طبیعی که دارای سلولز کافی باشند استفاده کرد.

اﻟﯿﺎف ﺑﺎزﯾﺎﻓﺘﯽ ﺳﻠﻮﻟﺰی ﺷﺎﻣﻞ وﯾﺴﮑﻮز، اﺳﺘﺎت، ﮐﻮﭘﺮ آﻣﻮﻧﯿﻮم، ﭘﻠﯽ ﻧﻮزﯾﮏ اﺳﺖ.

ﺗﻬﯿﻪ اﻟﯿﺎف وﯾﺴﮑﻮز ﺗﻮﺳﻂ دو ﺷﯿﻤﯿﺪان ﮐﻪ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت دﻗﯿﻘﯽ روی ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﺳﻠﻮﻟﺰ ﻣﻮﺟﻮد در ﮔﯿﺎﻫﺎن داﺷﺘﻨﺪ در ﺳﺎل ۱۸۹۱ ﮐﺸﻒ و در ﺳﺎل ۱۸۹۲ ﺑﻪ ﺛﺒﺖ رﺳﯿﺪ. وﻟﯽ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ اﺳﺘﺤﮑﺎم ﮐﻢ اﯾﻦ اﻟﯿﺎف ﻣﺪت ﻫﺎ ﻃﻮل ﮐﺸﯿﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺠﺎری ﺑﻪ ﺑﺎزار ﻋﺮﺿﻪ ﺷﻮد .ﮐﻠﯿﻪ ﻣﺤﺼﻮﻻت ﻃﺒﯿﻌﯽ ﮐﻪ دارای ﺳﻠﻮﻟﺰﮐﺎﻓﯽ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺑﺮای ﺗﻬﯿﻪ اﯾﻦ اﻟﯿﺎف ﻣﻨﺎﺳﺐ اﺳﺖ. ﻏﺎﻟﺒﺎً از اﻟﻮار درﺧﺘﺎن، ﺗﻔﺎﻟﻪ ﻧﯿﺸﮑﺮ، ﮐﺎه ﺑﺮﻧﺞ و ﮔﻨﺪم اﺳﺘﻔﺎده ﻣ ﯽﺷﻮد و اﯾﻦ ﻣﻮاد ﻃﯽ ﻣﺮاﺣﻞ ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺧﻤﯿﺮ ﺧﺎﺻﯽ ﮐﻪ درﺻﺪ ﻧﺎﺧﺎﻟﺼﯽ آن ﺑﺴﯿﺎر ﮐﻢ اﺳﺖ در ﻣﯽ آﯾﻨﺪ و ﭘﺲ از ﻋﺒﻮر از رﺷﺘﻪ ﺳﺎز و اﺳﺘﺨﺮ اﻧﻌﻘﺎد ﺑﻪ ﺻﻮرت اﻟﯿﺎف در ﻣﯽ آﯾﻨﺪ. در ﻧﺘﯿﺠﻪ روش ﺗﻮﻟﯿﺪ اﻟﯿﺎف وﯾﺴﮑﻮز ﺗﺮ رﯾﺴﯽ اﺳﺖ زﯾﺮا ﺣﻼﻟﯽ ﮐﻪ

ﺑﺮای اﯾﺠﺎد ﺧﻤﯿﺮ اﻟﯿﺎف ﺑﻪ ﮐﺎر ﻣﯽ رود ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺒﺨﯿﺮ ﻧﯿﺴﺖ.

واکنش الیاف در مقابل سوختن

خاصیت فرار از آتش:‌

هنگامی که الیاف را به نزدیکی شعله برده و لیف به هنگام نزدیک شدن به شعله و گرما اصطلاحا جمع می‌شود. این خاصیت در برخی الیاف مثل ویسکوز ریون به مقدار کم قابل مشاهده است اما در برخی دیگر مانند: پشم ،پنبه و ابریشم چنین خاصیتی مشاهده نمیشود.

رنگ دود پس از خاموشی:

از روی رنگ دود حاصله بعد از سوزاندن الیاف و خاموش شدنش می‌‌توان به نوع الیاف پی برد.

برخی الیاف‌ مانند: پنبه ،پشم ،ابریشم و ویسکوز رنگ دود سفید و برخی دیگر هنگام سوختن رنگ دود سیاه دارد.

بوی سوختن:

الیاف‌ متفاوت هنگام سوختن بوهای متفاوتی نیز خواهند داشت که عموما به ساختار اصلی ترکیب لیف برمی گردد.

همانند: بوی سوختن لیف پنبه به خاطر ساختار اولیه‌ی آن از چوب، تقریبا شبیه بوی سوختن چوب یا کاغذ است.

این بوها کارشناسان را در شناختن نوع الیاف بسیار یاری می‌دهد.

خودسوزی:

این خاصیت بدان معنی است که بعد از خاموش کردن شعله ی به وجود آمئه از سوختنلیف هنوز شعله‌ور بوده و لیف تمایل به آتش گرفتن دارد و با یک نسیم، باد یا فوت کردن، لیف دوباره شعله ور خواهد شد.

برای درک این پدیده می‌توان ذغال خاموش شده از آتش را مثال زد که با یک باد یا نسیم و یا فوت کردن دوباره شعله ور می‌شود.

برخی الیاف مانند پشم‌ و ابریشم خودسوزی نداشته اما برخی دیگر مانند پنبه پس از خاموش شدن نیز تمایل به شعله‌ور شدن دارند.

آخرین خاصیت، رنگ و شکل و بوی خاکستر حاصل از سوختن است.که پنبه و ویسکوز خاکستر کم و نرم و خاکستری از خود به جا می گذارند .

ولی ابریشم و پشم خاکستری سیاه ،ترد و پفکی

این خاکسترها کارشناسان را در شناختن نوع الیاف بسیار کمک می‌دهد

الیاف ابریشم بوی پر سوخته دارد و نسبت به پشم بسیار ملایم تر است پشم دقیقا بوی موی سوخته تند دارد

تفاوت پنبه و ویسکوز نیز از بو و رنگ شعله تا حدی قابل تشخیص است بوی پنبه تندتر است و کاملا کاغذ سوخته است ضمن اینکه رنگ شعله تقریبا ارغوانی است

اثر مواد شیمیایی بر روی پنبه:

۱- اثر اسید:

پنبه برعکس پشم در برابر اسید شدیدا آسیب پذیر است.فاکتورهایی مانند : دما،زمان و غلظت اسید عوامل تعیین کننده در شدت و میزان تخریب است.

اسید سولفوریک ۷۵% درصد در دمای محیط حداکثر ظرف مدت یک ساعت پنبه را در خود حل می کند.

بدین ترتیب که در شرایط ملایم اسید غلیظ پیوند هیدروکسیلی بین حلقه های گلوکز را می شکند و زنجیره سلولزی به واحد های گلوکزی محلول در آب تبدیل می شود.

در صورت افزایش دما با افزایش غلظت اسید شدت واکنش بالا بوده و باعث سیاه شدن پنبه می شود که در اصطلاح به آن سوختن پنبه می گویند. اسیدهای ضعیف رقیق نیز در مدت زمان طولانی باعث شکستن زنجیره های سلولزی و تخریب پنبه می شوند.

اسیدهای ضعیف مانند اسید اسیتیک اثر تخریبی چندان زیادی روی پنبه ندارند ولی اسید نسبتا قوی مانند اسید فرمیک در مدت زمان طولانی باعث تخریب پنبه می شود.

۲- اثر قلیا:

پنبه بر عکس پشم در برابر قلیا مقاومت بالایی دارد . به همین دلیل برای شستشو و سفید گری پنبه خام بصورت نخ یا پارچه از قلیای قوی مانند سود سوزآور استفاده می شود.

در دمای جوش در مدت نیم الی یک ساعت سودسوزآور واکس و چربی پنبه را جدا می کند . در حالیکه در این شرایط حاد اثر چندان نامطلوبی روی پنبه باقی نمی گذارد و یا حتی از سود و سوزآور ۱۸ درصد در دمای محیط برای مرسریزه کردن پنبه استفاده می شود .

۳- اثر حرارت :

مقاومت پنبه در باربر حرارت بالا بوده به نحوی که در دمای ۱۲۰ درجه سانتیگراد پس از گذشت چند ساعت پنبه کمی زرد می شود و در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد در اثر اکسیداسیون توسط هوا پیوندهای گلوکزی شکسته و الیاف پنبه شروع به تجزیه شدن می کند . در دمای ۲۴۰ درجه سانتیگراد پنبه شدیداً آسیب دیده و از بین می رود .

۴- اثر نور خورشید :

اشعه ماوراء بنفش (uv)به خاطر پرانرژی بودن مانند حرارت ، باعث تجزیه شدن و زرد شدن پنبه و همچنین کاهش استحکام الیاف می شود . هوای مرطوب عمل تخریب و تجزیه شدن پنبه را تشدید می کند .

۵- اثر حلالهای آلی :

این حلالها روی پنبه اثر چندان زیادی ندارند .

حلال پنبه دی سولفیدکربن CS2 است .

۶- اثر مواد اکسید کننده :

مواد اکسید کننده ، باعث تجزیه مولکولی می شود در نتیجه طول زنجیره کوتاه شده و استحکام پنبه کاهش می یابد . از مواد اکسید کننده مختلف مانند آب اکسیژنه در شرایط قلیایی در زمان حدود یک ساعت برای سفیدگری پنبه استفاده می شود که اثر چندان نامطلوبی روی پنبه ندارد .

البته از آب ژاول Naocl نیز برای سفیدگری پنبه استفاده می شود که به خاطر وجود کلر نسبت به آب اکسیژنه مخرب تر است . کلر باقیمانده بر روی پنبه باعث زرد شدن پنبه می شود ، چون رنگ کلر زرد رنگ است . کلر باقیمانده در دراز مدت تولید اسید کلریدریک HCL می نماید که باعث تجزیه پنبه می شود .

اثر مواد شیمیایی بر روی ابریشم :

۱- اثر اسید و قلیا:

ابریشم از نظر ساختمان شیمیایی شباهت زیادی با پشم دارد ، با این تفاوت که در ابریشم اسید آمینه های سیستئین و تریپتوفن و متایونین وجد ندارد ، به همین دلیل ابریشم نسبت به پشم در برابر مواد شمیایی آسیب پذیر است .

اسید و قلیا هر دو باعث هیدرولیز (تجزیه ) ابریشم می شوند ، البته اثر قلیا شدیدتر است به نحوی که قلیا با غلظت ۵% در دمای جوش حداکثر در مدت زمان ۵ دقیقه ابریشم را حل می کند .

ابریشم نسبت به پشم در مقابل اسید حساس تر است ، که یکی از دلایل آن عدم وجود اسید آمینه سیستئین می باشد . کمترین میزان تخریب بر روی ابریشم در PH بین (۸-۴) اتفاق می افتد . اسید معدنی قوی بشدت ابریشم را تخریب می کند ، البته اسیدهای رقیق نیز در دمای بالا و زمان طولانی باعث تجزیه شدن ابریشم می گردند . به همین دلیل در رنگرزی ابریشم با رنگهای اسیدی دمای رنگرزی حداکثر (۹۵-۹۰) درجه و مدت زمان رنگرزی کمتر از یک ساعت پیشنهاد می شود تا در اثر اسید موجود در محلول رنگرزی ابریشم صدمه نبیند .

۲- اثر مواد اکسید کننده :

مواد اکسید کننده مانند آب اکسیژنه ، آب ژاول و پراستیک ها باعث شکسته شدن پیوندهای پتپیدی (زنجیره پروتئینی ) می شوند ، در نتیجه کوتاه شدن زنجیره ها و کاهش استحکام الیاف را به دنبال دارد ، علاوه بر آن باعث زرد شدن ابریشم نیز می گردد .

از بین مواد اکسید کننده توصیه می شود از مواد حامل کلر برای سفیدگری یا رنگبری استفاده نشود ، چون شدت تخریب و زردی حاصل از کلر بخاطر قدرت اکسید کنندگی بالای آن بیشتر است.

برای سفیدگری ابریشم استفاده از آب اکسیژنه در شرایط ملایم ( غلظت کم-زمان کوتاه ) توصیه می شود .

(نکته : پراستیک اسید ، از ترکیب آب اکسیژنه با اسید استیک بدست می آید . بدیت ترتیب که ۴۵ میلی لیتر اسید استیک همراه با ۵۵ میلی لیتر آب اکسیژنه همراه با ۶/۰ میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ در یخچال در دمای ۵ درجه سانتیگراد به مدت ۷۲ ساعت برای رسیدن به تعادل باقی می ماند .)

اثر اسید سولفوریک بر روی الیاف

لیف+اسید سولفوریک

پنبه قهوه‌ای

ابریشم زرد مایل به قهوه‌ای

پشم کاهش شدید استحکام و قهوه‌ای

ویسکوز قهوه‌ای پررنگ

الیاف ویسکوز ریون : اسیدهای گرم و رقیق و سردو غلیظ معدنی بر الیاف ویسکوز مانند پنبه اثرات مخرب دارند و بطور کلی اثر اسیدها روی ویسکوز بیشتر از اثر آن روی پنبه است . اسیدهای آلی ( مثل اسید فرمیک) تاثیر چندانی روی ویسکوز ندارند.

مواد قلیایی : ویسکوز همانند پنبه در مقابل مواد قلیایی مقاومت خوبی دارد . اما مواد قلیایی اگر قوی باشند باعث متورم شدن الیاف شده و از استحکام آن کم میکنند

بطور کلی میشود اینطور بیان کرد که مقاومت الیاف پشم در محیط های قلیایی و الیاف سلولوزیک در محیط های اسیدی ضعیف میشود.

انواع اسیدها و اثرات آنها بر روی الیاف

در اینجا به معرفی ۶ اسید پرداخته و به بررسی اثر پذیری هر یک روی لیفهای نساجی می‌پردازیم.

۶ اسید معرفی شده به دو دسته‌ی آلی و معدنی تقسیم می‌شوند که ۴ اسید معدنی و ۲ اسید آلی موجود است.

اسیدهای معدنی عبارت‌اند از:‌ اسید سولفوریک،‌ اسید نیتریک، اسید کلریدریک و اسید فسفریک

اسیدهای آلی عبارت‌اند از:‌ اسید فرمیک و اسید استیک

اسیدهای آلی در صورت تماس با پوست بدن انسان ایجاد سوزش و سوختگی خفیف و مختصری می‌کند که باید فورا با آب سرد شسته شوند، تمامی این خطرات حاصل از اسیدها بر روی شیشه‌ی محتوی اسید نوشته و به صورت تصویر کشیده شده است.

حال به معرفی کامل هر یک از این اسیدها می‌‌پردازیم:

اسید فسفریک (معدنی):

اسید چرب است اما بوی آزار دهنده‌ای ندارد-در صورت تماس با پوست دست، محل را چرب می‌کند که ابتدا محل را با پارچه تمیز کرده و سپس با آب سرد زیاد می‌شوییم- واکنش گرماگیر

اسید کلریدریک و اسید نیتریک(معدنی):

بوی نامطبوعی داشته – و گاز حاصله‌اش باعث آزار چشم هم می‌شود – هنگام کار با این اسید استفاده از عینک و ماسک بسیار ضروری خواهد بود – در صورت تماس با دست تولید زردی می‌کند که باید با آب سرد شست- واکنش گرماگیر – ترکیبات Nدار عموما رنگی هستند (اسید نیتریک) ?ترکیبش با الیاف ممکن است رنگی شود.

اسید سولفوریک(معدنی):

اسیدی بسیار خطرناک و مخرب – هنگام تماس با پوست ابتدا باید محل را با پارچه کاملا تمییز کرد و سپس با آب سرد به مقدار زیاد شست – واکنش گرمازا

اسید سولفوریک با چربی زیر پوست واکنش زیادی نشان داده که درد سوزن گونه دارد، در صورت آب زدن به این اسید برای شست و شو بدون پاک کردن قبلی، به علت واکنش گرما زا بودن به شدت واکنش داده و حتی باعث خوردگی گوشت می‌شود.

اسید استیک(آلی):

دارای بوی نامطبوع و بد – ایجاد سوختگی مختصر هنگام تماس با دست – شست و شو با آب سرد.

اسید فرمیک(آلی):

این اسید نیز هنگام تماس با پوست ایجاد سوزش مختصری کرده که با شستن آب زیاد و سرد رفع می‌شود.

تمامی این اسیدهای معرفی شده آثار گونه‌گونی روی الیاف متفاوت دارند برای مثال:

پنبه + اسید رقیق ، کاهش استحکام ، هیدرو سلولز

پنبه + اسید غلیظ ، حل و تخریب شدن، اکسی سلولز

پشم + اسید ، بی اثر ، به همین علت الیاف پشمی را در محیط‌های اسیدی رنگرزی می‌کنند.

الیاف مصنوعی(نایلون- ویسکوز-استات) + اسید ، آسیب خواهند دید

لیف استات به طور کلی در مقابل تمامی مواد شیمیایی حتی استون نیز بسیار ضعیف است.

پلی پروپیلن و پلی استر+ اسید ? آسیب نمی‌بیند ? به علت نداشتن گروه‌های آبدوست و همچنین منطقه‌ی کریستالی‌شان، آب و مواد شیمیایی جذب نخواهد شد

۳- Mercrrization: در این عملیات که دقیقا مثل عملیات بالایی است تفاوت در آن است که تحت کشش مکانیکی لیف رخ می‌دهد.عملیات در دمای محیط و سود با غلظت ۱۲%۵-۱۷% صورت می‌پذیرد.