دانلود مقاله الیاف سلولز

مقدمه
الیاف سلولز از مهمترین الیاف مورد استفاده در صنعت نساجی می باشند که همگی از گیاهان بدست می آیند.

الیاف سلولز طبیعی را می توان به گروههای زیر تقسیم بندی نمود.

الف) الیاف دانه ای: این الیاف از تخم یا دانه گیاه به دست می آیند مانند الیاف پنبه
ب) الیاف ساقه ای: این الیاف از ساقه گیاه به دست می آیند مانند الیاف کنف، کتان و چتایی.

ج) الیاف برگی: الیافی که از برگ گیاه به دست می آیند مانند الیاف سیسال و مانیلا
د) الیاف میوه ای: الیافی که از میوه گیاه به دست می آیند مانند الیاف نارگیل
الیاف پنبه:
پنبه لیفی طبیعی از نوع سلولزی، دانه ای، تک سلولی و کوتاه می باشد.

دانسیته آن 52/1 است که از اینرو جزء الیاف سنگین به شمار می آید الیاف پنبه طولی ما بین
56- 10 میلیمتر و قطری در حدود 22- 11 میکرومتر دارد و رنگ آن سفید تا
قهوه ای مایل به زرد متغییر است.

نمای طولی میکروسکوپی آن به صورت لوله ای تابیده و پیچ خورده است و نمای عرضی آن لوبیایی شکل می باشد.

[20]


2-1- ساختمان شیمیایی سلولز
با تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشات مختلف و شناسائی عناصر سازنده سلولز می توان آن را در دسته کربوهیدراتها قرار داد.

هیدرولیز با اسید سولفوریک 72 درصد منجر به تولید 7/90 درصد گلوکز می گردد.

اگر محصول حاصل از هیدرولیز را به کمک الکل اتیلیک و اسید کلریدریک به عنوان کاتالیزور، متانولیزه نمائیم محصول حاصل 5/80% از مشتقات متیل گلوکز خواهد بود.

محصول بدست آمده را با واکنش مکرر و استفاده از کاتالیزورهای دیگر می توان تا 5/95 درصد افزایش داد.

نتیجه حاصل 5/95 درصد را می توان دلیل محکمی دانست که سلولز پلیمری است که از واحد های سازنده گلوکز تشکیل شده است.

[16]
3-1- گلوکز
گلوکز یا پنتاهیدرواکسیدآلدئید مونوساکاریدی است که ملکول آن دارای 6 اتم کربن می باشد.

شکل 1-1- ساختمان خطی ملکولی گلوکز یا پنتاهیدراکسید آلدئید
گلوکز به دلیل دارا بودن چهار اتم کربن نا متقارن (کربن 2 و 3 و 4 و 5) در زنجیر ملکولی دارای 16 ایزومر می باشد که از این 16 ایزومر، 8 ایزومر تصویر آیینه ای 8 ایزومر دیگرند.

چون ایزومرها تصویر آیینه ای دارند ترتیب قرار گیری گروههای هیدروکسیل هیدروژن سمت چپ و راست ملکول گلوکز باعث تقسیم بندی ایزومرها به راست گرد (D) و چپ گرد (L) می شود که گلوکز سازنده سلولز از نوع راست گرد (D) می باشد.

[2]
همانگونه که در شکل 1-1 نشان داده شده است پنتاهیدراکسید آلدئید دارای گروه آلدئیدی در کربن شماره 1 می باشد ولیکن کلیه آزمایشات مشخص کننده آلائیدها بر روی گلوکز به جواب منفی می انجامد که دلیل آن را می توان به واکنش گروه آلدئیدی کربن 1 با گروه هیدروکسیل 5 و تبدیل مولکول از حالت خطی به حالت حلقوی پایدار نسبت داد.

[2]
شکل 2-1- تبدیل فرم خطی گلوکز به فرم حلقوی فرم حلقوی D گلوکز حالت فضایی کشیده شده ای دارد و اتم کربن شماره 1 حلقه غیر متقارن می باشد و در نتیجه گروه های هیدروژن هیدروکسیل متصل به آن می تواند دو حالت فضایی و را اختیار کند.

- D گلوکز مونومر سازنده نشاسته می باشد ولی - D گلوکز واحد سازنده سلولز است.

این دو ایزومر از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر اختلاف زیادی دارند.

4-1- پلیمریزاسیون - D گلوکز - D گلوکز با دارا بودن پنج گروه هیدروکسیل سازنده زنجیره پلیمری سلولز است.

در صورت اتصال دو ملکول - D گلوکز به یکدیگر هر ملکول، یک هیدروکسیل از دست می دهد و بین آنها پیوندی اتری برقرار می شود و یک ملکول آب آزاد می شود.

با انجام آزمایشات مختلف مشخص گردیده که در زنجیره پلیمری سلولز پیوندی ملکولی - D گلوکز از طریق کربن شماره 1 و 4می باشد و در این صورت هر ملکول، دو گروه هیدروکسیل از دست می دهد و سه هیدروکسیل دیگر برایش باقی می ماند.

پیوند حاصله را که پیوندی اتری می باشد پیوند 1 و 4 - گلوکز گلوکزیدیک می نامند.

شکل 3-1- پلیمریزاسیون گلوکز و ایجاد پیوند 1 و4 - گلوکزیدیک همانطور که در شکل 3-1 نشان داده شده است مونومرهای - D گلوکز متصل شده در زنجیر سلولز نسبت به یکدیگر وضعیت ترانس دارند، یعنی در زاویه ْ 180 نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند.

به همین دلیل گروه CH2OH یک در میان بالا و پایین قرار می گیرد، از این جهت کوچکترین واحد تکرار شونده در سلولز را سلوبیوز می دانند.

[2] شکل 4-1- عوامل جانبی زنجیر سلولز همانطور که در شکل 4-1 مشخص شده است، انتهای زنجیر سلولز ملکول گلوکز شماره n قرار گرفته است، این ملکول از طریق اتم شماره 4 به اتم کربن شماره 1 ملکول گلوکز قبلی (1- n) از زنجیر سلولز متصل گردیده است.

این انتها را، سمت قابل احیاء زنجیر سلولز می نامند چون ملکول گلوکز شماره n در اثر اکسیداسیون تجزیه و به ملکول کوچکتر تبدیل می شود.

ملکول گلوکز (1-n) نیز دارای همین خصوصیت است و قابل تجزیه می باشد و از این سمت خطر تجزیه کامل زنجیر سلولز وجود دارد.

بر عکس مولکول گلوکز شماره 1 از طریق کربن شماره 1 به زنجیر متصل است و قادر به واکنش نمی باشد همینطور مولکول گلوکز شماره2 تا شماره n توسط کربن شماره 1 متصل هستند و از این سمت خطر تجزیه کامل زنجیر سلولز وجود ندارد، به همین دلیل این سمت را، سمت غیر احیائی زنجیر می دانند.

[4 و 2] گروه های جانبی سلولز گروه های هیدروکسیل می باشند.

یکی از عوامل هیدروکسیل نوع اول و دوتای دیگر نوع دوم هستند.

کربن شماره 6 دارای نوع اول و کربن 2 و 3 دارای عامل الکلی نوع دوم هستند.

[4] عامل الکلی نوع اول فعالیت و واکنش پذیری بیشتری نسبت به عامل الکلی نوع دوم دارد.

5-1- پیوندهای بین زنجیرهای سلولز پیوندهای موجود در بین زنجیرهای سلولز طبیعی پیوندهای هیدروژنی می باشد که بین عاملهای هیدروکسیل یک زنجیر با زنجیر دیگر ایجاد می شود.

همچنین احتمال وجود پیوندهای واندروالس نیز در بین زنجیرهای سلولز داده شده است.

[4 و 2] به غیر از این پیوندها می توان توسط مواد شیمیایی پیوندهای دیگری را جهت تغییر خصوصیات سلولزی یا الیاف سلولزی ایجاد کرد.

این پیوندهای ایجاد شده از نوع کوالانسی و بسیار محکم می باشد و خصوصیات الیاف سلولزی یا سلولز را بطور دائم تغییر می دهند.

پیوند دادن بین زنجیرها را با ترکیبات زیر می توان انجام داد.

[20 و 2 و 1] الف) پیوند دادن بوسیله فرم آلدئید 2Cell-OH + CH2O Cell-O-CH2-O-Cell ب) پیوند دادن بوسیله دی متیلول اوره 2Cell-OH+HOCH2NHCNHCH2OHCell-O-CH2HNCNHCH2-O-Cell ج) پیوند گوگردی: این پیوند در اثر یکسری واکنشهای پیچیده و در طی چند مرحله روی سلولز انجام می شود.

2Cell-SH Cell-S-S-Cell 6-1- تخریب کننده های سلولز سلولز با دارا بودن ساختمان شیمیایی که در صفحات قبل در مورد آن بحث شد در مقابل بسیاری از ترکیبات شیمیایی و عوامل فیزیکی قابلیت تخریب و تجزیه دارد.

بعضی از این عوامل تخریب کننده عبارتند از: 1-6-1- تخریب با اسیدها تخریب سلولز در محلول های اسیدی بستگی به PH عملیات و حرارت و زمان دارد.

علت تخریب شکسته شدن پیوندهای 1 و4 - گلوکوزیدیک است که با کاهش درجه پلیمریزاسیون (DP) و افزایش سیالیت محلول همراه است.

محصول حاصل از عمل تخریب سلولز با اسید را هیدروسلولز می نامند.

[4 و 2] 2-6-1- تخریب با مواد اکسید کننده مواد اکسید کننده بر روی سلولز اثر کرده و اکسی سلولز را بوجود می آورند.

با در نظر گرفتن زنجیر پلیمری سلولز که از واحد های - D گلوکز تشکیل یافته و هر واحد گلوکز دارای سه گروه عامل هیدروکسیل که یکی از آن نوع اول و دوتای آن از نوع دوم هستند و با در نظر گرفتن اینکه عوامل هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر و قابل اکسید شدن هستند انتظار می رود عوامل الکلی نوع اول به آلائید و سپس به اسید و الکلهای نوع دوم به کتون تبدیل شوند.

همچنین احتمال واکنش از سمت احیائی زنجیر و تولید اسید گلوکونیک نیز می باشد.

[20 و 2 و 4] 3-6-1- تخریب با قلیا بر خلاف اینکه سلولز در محلولهای رقیق اسیدی تجزیه می شود در محلولهای قایائی رقیق پایدار است.

محلولهای غلیظ و داغ قلیا باعث تجزیه سلولز می شود.

تجزیه از سمت احیائی زنجیر آغاز می شود و با تبدیل واحدهای گلوکز به فرکتوز و سپس به اسید ایزوساکارنیک به پیش می رود.

[2] 4-6-1- تخریب با آنزیم آنزیم ها از نظر شیمیائی پروتئین می باشند و به منظور تسریع در انجام عملیات بیولوژیکی استفاده می شوند.

آنزیم ها انواع مختلفی دارند که هر یک توانائی شکستن نوعی پیوند را دارد.

آنزیمی که سلولز را مورد تخریب قرار می دهد سلولاز نام دارد و با کاهش درجه پلیمرازسیون سلولز از طریق شکستن پیوند 1 ، 4 - گلوکزیدیک باعث تجزیه سلولاز به اولی گومر، مونومر و حتی آب و دی اکسید کربن می گردد.

آنزیم های سلولاز بر مشتقات سلولز و سلولزی که پیوند بین زنجیری داده شده، بی اثر می باشد.

[20 و 2] 5-6-1- تخریب بوسیله نور خورشید به دلیل وجود اشعه ماوراء بنفش در نور خورشید و طول موج های کوتاهتر از نور موئی که دارای انرژی زیادی هستند، سلولز تجزیه و تخریب می گردد.

6-6-1- تخریب بوسیله حرارت حرارت نیز اگر از مقدار معینی تجاوز کند باعث اکسیداسیون سلولز می گردد.

7-1- پنبه اگر چه الیاف ساقه ای در نوع خود دارای ارزشی در صنعت نساجی است.

ولی اهمیت آنها هرگز به پنبه نمی رسد.

از خصوصیات مهم این الیاف، استحکام زیاد در پارچه، داشتن قدرت وقابلیت انعطاف در مقابل هر گونه عملیات ریسندگی و بافندگی و تمایل به جذب رنگهای متفاوت است.

همین خصوصیات باعث شده است که با وجود افزایش الیاف مصنوعی، پنبه اهمیت خودش را حفظ کند و مقدار محصول و مصرف آن همواره افزایش یابد.

[4] 8-1- خصوصات گیاهی پنبه گیاهی است علفی که ارتفاع آن به 6/0 تا 2 سانتی متر می رسد.

برگهایش دارای بریدگی است و گلهای سفید، زرد و یا صورتی دارد میوه پنبه کپسولی است به اندازه یک گرد و به نام غوزه پنبه (batt) که تخمها که در واقع همان تخم پنبه (Seed Cotton) هستند درون آن قرار دارند.

الیاف پنبه به صورت توده ای متراکم در سطح تخمکها رشد می کنند.

گلهایی که در روی گیاه می رویند، معمولاً هر کدام بیش از 15 تخمک دارند که درون غوزه گیاه قرار دارند.

غوزه پس از رشد کامل گیاه باز می شود و تخمکها و الیاف در داخل غوزه به صورت توده کرکدار در معرض هوا قرار می گیرند.

هر یک از تخمکهای گیاه در حدود 20000 تا رلیف در سطح خود دارد و بنابراین هر یک از غوزه ها تقریباً حاوی 300000 تا رلیف هستند.

وقتی که غوزه گیاه باز می شود رطوبت داخل الیاف تبخیر می شود و الیاف حالت استوانه بودن خود را از دست می دهد و این عمل باعث می شود که دیوارهای سلولی آن جمع شوند و حالت فرو ریختگی بیابند.

در چنین حالتی، تار پنبه یک پیچش مختصر، یا نیم تاب به خود می گیرد که آن را اصطلاحاً پیچیدگی (Convolution) می نامند.

[4] 9-1- اثر شرایط محیط در رشد پنبه خصوصیات الیاف پنبه نظیر قطر آن به نوع پنبه بستگی دارد؛ ولی باید در نظر داشت که سایر شرایط از قبیل مناسب بودن زمین و همچنین شرایط جوی نظیر رطوبت زیاد و نور و آفتاب نیز در مرغوبیت آن اثر می گذارد.

در یک گیاه معمولی رشد الیاف در داخل غوزه مدت یک ماه و نیم طول می کشد.

ولی همه آنها در یک موقع به رشد کامل خود نمی رسند، و ممکن است بین 8 تا 9 هفته طول بکشد.

از زمانی که گیاه دارای گل می شود تا زمانی که آخرین غوزه ها شروع به باز شدن می کنند.

ممکن است در حدود چهار ماه طول بکشد.

به هر طریقی که رشد پنبه در داخل غوزه انجام گیرد.

مقداری از الیاف رشد کامل نمی کنند و مقدار الیاف رشد نکرده به به الیاف رشد کرده در داخل غوزه نشان دهنده کیفیت و بازدهی رشد نکرده به الیاف رشد کرده در داخل غوزه نشان دهنده کیفیت و بازدهی محصول است.

در الیاف معمولی ممکن است در حدود یک چهارم الیاف رشد نکرده وجود داشته باشد و گاهی اوقات الیاف رشد کرده در داخل غوزه ممکن است به نود درصد برسد.

[4] 10-1- ایجاد نپ (nep) الیاف رشد نکرده ممکن است به طرق مختلفی ایجاد مشکلات کند که اهم آن بدین قرار است: 1- معمولاً بعد از خاتمه عملیات رنگرزی، الیاف رشد نکرده نسبت به الیاف رشد کرده کم رنگتر هستند و این در اثر ضخیم نبودن دیواره ها و یا عدم تکامل ساختمان لیف (پنبه