الیاف مصنوعی و طبیعی چیست؟ چه خصوصیاتی دارند؟ در این مقاله با خواص این مواد و تفاوت هایشان بیشتر آشنا می شوید. بر طبق آمار گرفته شده در سال 1990، کل مصرف Fibers در جهان در حدود 40 * 10تن بوده است. در حالی که در سال 2000 این مقدار به 50*106 تن رسیده و در این میان مصرف پنبه بیشترین درصد مصرفی را در بین الیاف به خود اختصاص داده است و مقام بعدی مربوط به الیاف سنتزی (به طور عمده پلی استر) است. ولی از نظر تخمین درصد نرخ رشد، مصرف نوع سنتزی با 3.75 درصد دارای نرخ رشدی بیشتر از پنبه با 2.7 درصد است.خصوصیات الیاف ، مشتمل بر نسبت زیاد طول به قطر آن ها ، استحکام، لطافت، کشسانی، جذب رنگ و قابلیت ریسندگی آن ها جهت تولید نخ می باشد و به دو دسته ی کوتاه و رشته های طولانی تقسیم می شوند.

الیاف پشمی و پنبه ای نمونه هایی از دسته ی اول و الیاف مصنوعی جزو دسته ی دوم می باشند که طول آن ها به صد ها الی هزاران متر می رسد و آن ها را به اندازه های معینی می برند تا به صورت Fibers کوتاه در آیند. جالب است بدانید ابریشم تنها لیف طبیعی است که به صورت رشته ای (فیلامنت) موجود می باشد.

دسته بندی

در جدول زیر می توانید دسته بندی الیاف را مشاهده نمایید

1-طبیعی

مثال

توضیحات

نوع

1- دانه ای مانند پنبه

2- درختی مانند کتان

3- میوه ای مانند نارگیل

بر پایه ی سلولز

گیاهی

1-ابریشم

2-پشم

3-مو مانند موی بز و شتر

بر پایه ی پروتئین

حیوانی

آزبست

کاربرد در پارچه های ضدحریق

معدنی

 

2- مصنوعی

این نوع الیاف خود به دو دسته تقسیم می شود:

1- رژنره:

این ها موادی هستند که ماده ی اولیه ی آن ها از طبیعت به دست آمده و با اجرای عملیات شیمیایی به الیاف قابل استفاده ای برای مصارف نساجی تبدیل می شوند مانند استات سلولز که از استری کردن سلولز حاصل از منابع گیاهی به دست می آید

2- سنتزی:

این نوع مواد از ترکیبات شیمیایی تهیه شده اند و در ابتدا دارای ساختار لیفی نیستند بلکه طی عملیات لازم ساختمان لیفی به آن ها داده می شود . مهم ترین الیاف این دسته عبارتند از :

پلی آمید ها: مانند نایلون، پرلون

پلی استر ها: مانند داکرون، تترون

مشتقات پلی وینیل : نظیر پلی وینیل کلراید، پلی وینیل الکل

 پلی اکریلو نیتریل: مانند اورلون

در ادامه به شرح مختصری از ساختار شیمیایی مهمترین الیاف طبیعی ، رژنره و سنتزی می پردازیم

پنبه:

پنبه از 98 درصدسلولز خالص تشکیل شده است . سلولز شامل بیش از 14000 .احد از B-D-گلوکز است. اتصال B-گلیکوزیدی از کربن 1 گلوکزی به کربن 4 از گلوکز دیگر متصل شده است که به آن اتصال 1-4 می گویند.

قسمتی از فرمول شیمیایی فوق که از دو واحد گلوکز تشکیل شده است واحد سلوبیوز نام دارد و همچنانکه مشاهده می کنید هر واحد گلوکز (یا پیرانوز و یا به طور کلی هگزوز) دارای سه گروه هیدروکسیل است که می تواند با اسید استیک ترکیب شده و استیله شوند و تولید سلولز تری استات را نمایند و سپس با هیدرولیز قلیایی می توان آن را به استات نوع دوم تبدیل نمود که در واقع جزو الیاف رژنره بوده و بر خلاف سلولز در حلال های آلی قابل حل می باشد. ساختار آن را در زیر می توانید مشاهده نمایید:

کتان

کتان از ساقه ی گیاهی به نام فلاکس استخراج می شوند. ساختمان شیمیایی کتان،  از جنس سلولز است ولی از نظر فیزیکی به کلی متفاوت هستند، زیرا در کتان آرایش مولکولی دارای نظم بیشتری است یعنی مولکول ها در محور طولی الیاف بیشتر به موازات همدیگر قرار گرفته اند پس دارای استحکام بیشتری از پنبه است و همچنین نسبت به پنبه دارای ناخالصی های بیشتری از قبیل چربی، مواد رنگی و غیره می باشد.

پشم:

از مهم ترین الیاف پروتئینی است که می توان آن را پلی پپتیدی مرکب از بیست نوع آلفا آمینو اسید دانست. پلی پپتید ، یک پلیمر خطی از اسید آمینه است که به وسیله ی اتصال های پپتیدی –CO-NH- به یکدیگر متصل شده اند. ساختار این ماده را می توان به صورت زیر ترسیم نمود

در اینجا R وR’ از نظر اندازه و ماهیت شیمیایی ، ممکن است تغییرات زیادی بکنند به این معنا که برخی آبدوست (هیدروفیلیک) و برخی آبگریز ( هیدروفوبیک) و برخی شامل گروه های آمینوی آزاد و برخی شامل گروه های کربوکسیلی آزاد باشند. این مراکز بازی و اسیدی در رنگرزی پشم بسیار حائز اهمیت است

ابریشم

از نظر شیمیایی ابریشم دارای ساختار پروتئینی و نامحلول در آب استکه تفاوت عمده ی آن با پشم در این است که آمینو اسید سیستین در ابریشم وجود ندارد و در نتیجه اتصال های دو گوگردی در آن موجود نیست.

الیاف سنتزی

این ماده از بسپارش مونومر های مختلف به دست می آیند که قبل از توضیح در مورد مهمترین آن ها ابتدا باید کمی در مورد انواع پلیمریزاسیون و خواص پلیمر های حاصله صحبت کنیم. به طور کلی پلیمریزاسیون یا بسپارش به دو دسته ی مرحله ای یا ترکمی و اضافی تقسیم می شود.

 در انواع تراکمی دو مولکول با یکدیگر ترکیب شده و در اثر این واکنش معمولا مولکول ساده ای مانند آب خارج می شود و از ترکیب چندین مولکول سرانجام پلیمر یا بسپار به وجود می آید. این نوع پلیمر ها دارای واحد ساختمانی هستند که مجموع تعداد اتم های آن کمتر از مجموع مونومر های اولیه است.

در انواع اضافی، پلیمر حاصله ، از افزایش یک مولکول به مولکول دیگر تهیه می گردد و بنابراین دارای همان تعداد اتمی است که در مجموع ساختمان های مونومر ها وجود دارد. برای این نوع پلیمریزاسیون یا بسپارش معمولا از مواد اشباع نشده استفاده می شود.

درجه ی پلیمریزاسیون به شرایط عمل از قبیل فشار، درجه حرارت و کاتالیزور بستگی دارد. هر چه اندازه ی مولکول و وزن مولکولی بزرگتر باشد ، نقطه ی ذوب و خصوصیات لیف شدن به همان اندازه افزایش می یابد.، ولی طرز قرار گرفتن گروه ها در پلیمر نیز بر شکل گیری آن ها به عنوان لیف کاملا موثر است به طوری که چنانچه گروه های متصل به زنجیره اصلی پلیمر به صورت بی قاعده قرار بگیرند آن را اصطلاحا اتاکتیک ( بی آرایش) می نامند.

 

به عنوان نمونه پلی پروپیلن اتاکتیک خصوصیات ایجاد لیف را ندارد ولی وقتی این گروه ها در یک جهت زنجیر اصلی پلیمر باشند به آن ها اصطلاحا ایزوتاکتیک (تک آرایش) گویند. به عنوان نمونه پلی پروپیلن ایزوتاکتیک را می توان در تهیه ی الیاف مراکلن (Meraklon)  و السترون (Ulestron) به کار برد.

در زمانی که گروه های R به طور با قاعده و متناوبا در قسمت های بالا و پایین سطح زنجیر اصلی پلیمر قرار گیرند آن را اصطلاحا سیندیو تاکتیک ( هم آرایش) می نامند.

  

الیاف پلیمری بیشماری از قبیل پلی وینیل الکل ، پلی وینیل کلراید و پلی اکریلو نیتریل دارای ساختمان فوق هستند.

لازم به ذکر است که شرایط پلیمریزاسیون ، نوع واکنش و کاتالیزور به کار رفته در نوع پلیمر به دست آمده موثر است

نایلون 66

نایلون معمولی یا همان نایلون 66 از تراکم اسید ادیپیک و هگزامتیلن دی آمین به دست می آید و اصطلاح 66 برای آن است که هر کدام از ترکیبات اولیه دارای 6 اتم کربن در ساختمان مولکولیشان هستند. پس واکنش تهیه ی مونومر اولیه به صورت زیر است:

چون دو طرف ترکیب به دست آمده دارای گروه های فعال کربوکسیل و آمینو است، از ترکیب مجدد آن با مولکول های دیگر پلیمری ایجاد می شود که فرمول آن به صورت زیر می باشد.

لازم به یاد آوری است که پلیمریزاسیون فوق از نوع تراکمی بوده که با خروج مولکول آب همراه است.

داکرون ( الیاف پلی استر)

این ماده از پلیمریزاسیون تراکمی یک دی اسید مانند اسید ترفتالیک و یک دی ال مانند اتیلن گلایکول به دست می آیند و چون هر دو ماده ی اولیه دارای دو گروه فعال هستند، واکنش ادامه یافته و پلیمر داکرون که نوعی پلی استر است حاصل می شود که واکنش آن در ذیل نشان داده شده است:

 

اورلون ( الیاف اکریلیک)

این مواد ساخته شده ای هستند که ماده ی تشکیل دهنده ی زنجیر پلیمری آن ها حداقل دارای 85 درصد وزنی ، واحد های اکریلو نیتریل است. پلیمریزاسیون فوق از نوع افزایشی بوده و واحد اکریلو نیتریل از ترکیبات وینیلی است که به واسطه ی حضور گروه های استخلافی الکترون کشنده کمبود الکترون داشته، و به عنوان یک الکتروفیل می تواند عمل کند. بنابراین باز های متداولی مانند پتاس، الکلاتها و... می توانند به عنوان یک آغازگر، واکنش پلیمریزاسیون را شروع نموده تا از طریق آنیون حاصله بسپارش ادامه یابد. پس پلیمریزاسیون افزایشی از نوع آنیونی انجام شده است

 

وجود گروه های منفی در این الیاف موجب می شود که از رنگ های کاتیونیک برای رنگرزی آن ها استفاده شود.

 

وینیون ( الیاف کوپلیمر وینیل کلراید و وینیل استات)

این ماده مخلوطی از دو مونومر وینیل کلراید و وینیل استات هستند که در مجاورت کاتالیزوری مانند AlCl3 کوپلیمریزاسیون زیر را انجام می دهند

 

باید دقت کرد که وزن مولکولی حاصله برای ایجاد یک لیف، فاکتور مهمی است به وری که وزن مولکولی مناسب برای الیاف وینیون بین 10000 تا 28000 است و وزن مولکولی کمتز از 10000، مقاومت Fibers را ضعیف می کند و بیشتر از 28000 باعث غیر محلول بودن پلیمر در حلال می شود که عمل ریسندگی را مختل می نماید. زیرا عملیات ریسندگی به این صورت است که ابتدا پلیمر فوق را در حلالی نظیر استون حل می کنند و محلول به دست آمده را از صافی عبور داده و سپس از میان سوراخ های فوق العاده کوچکی خارج می کنند تا به صورت نخ در آید، با وزش هوای گرم از جهت مخالف ، حلال استون را تبخیر کرده و الیاف به صورت فیلامنت یا رشته های منجمد شده در می آیند و البته در این حالت دارای مقاومت کافی نیستند ، بنابراین آن ها را تحت عملیات کشش قرار می دهند که بدین ترتیب آرایش مولکولی منظمی به خود گرفته و در نتیجه مستحکم شوند. از طرف دیگر طول آن ها در حدود 9 برابر طول اولیه خواهد شد، که از شرایط لازم برای الیاف است. چنانچه نخ کدری مورد نیاز باشد در همان مخلوط اولیه ی پلیمر و حلال استون از مقدار معینی رنگدانه ی دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود.

شناسایی الیاف

برای شناسایی Fibers مختلف می توان از آزمایشاتی نظیر سوزاندن لیف، روش های میکروسکوپی و شیمیایی استفاده نمود که به بیان مختصری از آن ها می پردازیم.

در روش سوزاندن، به نحوه ی سوختن الیاف توجه می کنیم. چنانچه Fibers به سرعت بسوزند و خاکستر کمی از خود به جای بگذارند و همچنین بوی کاغذ سوخته از آن ها به مشام برسد نشان دهنده ی الیاف سلولزی مانند پنبه، کتان و... است. ولی اگر به آرامی سوخته شود و خاکسترشان به صورت گلوله ی پفکی در آید و بوی موی سوخته از آن متساعد شود نشانه ی الیاف پروتئینی مانند پشم، ابریشم و... می باشند. الیافی که به آرامی ذوب می شوند و انتهای آن ها به شکل دانه ی تسبیح و گلوله در می آید و بوی مواد شیمیایی از آن ها به مشام می رسد نشان دهنده ی Fibers سنتزی یا مصنوعی هستند. همچنین الیافی که نمی سوزند بلکه ذوب و مشتعل می شوند الیافی با ریشه ی معدنی هستند مانند الیاف آزبست.

در شناسایی این مواد به روش میکروسکوپی ، آن ها را با کمک آب یا گلیسیرین روی لام قرار داده و ضریب شکست آن را تعیین می کنند و با توجه به اینکه هر نوع لیف بسته به ساختاری که دارد دارای ضریب شکست مشخصی است، به شناسایی آن می پردازند.همچنین می توان با مشاهده ی مقاطع طولی و یا عرضی آن ها در زیر میکروسکوپ و مقایسه آن ها با تصاویر استاندارد موجود در کتب مربوطه به شناسایی آن ها پرداخت.

در شناسایی این مواد به کمک حلال های شیمیایی از قابلیت انحلال آن ها در حلال ها و دما های مختلف بهره می برند. در این زمینه و همینطور در تمامی موارد بالا جداول استانداردی در کتاب های اختصاصی مربوط به صنعت نساجی موجود است که می توان جهت مقایسه از آن ها استفاده نمود

 

منبع:

مبانی علمی و کاربردی رنگ، نویسنده دکتر راهبه امیری