آشنایی با الیاف بازیافتی

الیاف بازیافتی، الیافی هستند که ماده تشکیل دهنده آنها در طبیعت موجود است و فقط با به کارگیری عملیات شیمیایی و مکانیکی به شکل الیاف قابل استفاده در صنعت نساجی در می آیند.

الیاف بازیافتی با توجه به ساختار شیمیایی مواد اولیه شان به سه دسته تقسیم می شوند:

1- آنهایی که ماده اولیه آنها مانند پنبه، سلولز است (ویسکوز ریون، استات سلولز، کویر آمونیوم و پلی نویزیک)

2- آنهایی که ماده اولیه شان مانند پشم، پروتئین است (کازئین، زنین و آردیل)

3- آنهایی که ماده اولیه شان مانند شیشه، معدنی است (الیاف فلزی یا شیشه ای)

البته در تقسیم بندی دیگری می توان الیاف فلزی، شیشه ای، سرامیک و کربن را در دسته الیاف ساخت بشر غیر آلی به شمار آورد.

 

تولید الیاف ویسکوز شامل مراحل زیر است:

1- آماده سازی خمیر چوب

2- خیس کردن و پرس کردن

3- خرد کردن

4 - زمان دادن

5- تشکیل زنتات سدیم

6- مخلوط کردن

7- رسیدن

8-ریسیدن

 

1- آماده سازی خمیر چوب:ماده اولیه برای تهیه ویسکوز، خمیر چوب با لینتر های پنبه است. استفاده از لینتر به خاطر درجه خلوص بالای آن است، گرچه به دلیل گران قیمت بودن کمتر مورد استفاده قرار میگیرد.

بنابراین مهمترین ماده اولیه برای تولید ویسکوز خمیر چوب است. برای تهیه خمیر چوب، ابتدا چوب را به قطعات کوچک و یک اندازه خرد می کنند، سپس آن را در محلول بی سولفیت کلسیم به وسیله بخار و تحت فشار به مدت چهارده ساعت می پزند. در طی این مدت چوب می پزد و مواد غیر سلولزی همراه آن به مقدار زیادی تجزیه و جدا می شود.

پس از پختن چوب، توده چوب پخته شده را که خمیر شکل است در آب قرار میدهند که بدین ترتیب خمیر جدا و جمع آوری میشود.

 سپس به وسیله هیپوکلریت سدیم سفید میشود. خمیر سفید شده را به شکل ورقه های کاغذ متحد الشکل در می آورند و خشک میکنند. خمیر مزبور دارای 94 درصد سلولز است.

 

2-خیس کردن و پرس کردن: نخستین مرحله تولید الیاف ویسکوز، تولید سلولز قلیایی است. ورقه های مسطح سلولز را در اتاق هایی که رطوبت و درجه حرارت معینی دارند، قرار میدهند.

 سپس ورقه ها را در محلول گرم 17/5 درصد کاستیک سودا قرار میدهند تا تمام سلولز آن حل شود و سلولز خالص باقی بماند. پس از این مرحله، ورقه را در فشار پرس قرار می دهند تا ضمن اینکه محلول سود به طور کامل و یک نواخت در تمامی قسمت های ورقه نفوذ کرد، محلول اضافی سود نیز خارج شود.

ورقه های پرس شده خمیر چوب که مرطوب هستند به طور مستقیم به دستگاه خرد کن فرستاده می شوند.

 

3- خرد کن: دستگاه خرد کن، استوانه ای شکل است و در وسط آن یک تیغه قرار دارد که ورقه ها را خرد می کند. برای هر بار خرد کردن صد کیلوگرم ورقه سلولز قرار میدهیم.

 

4- زمان دادن:بعد از خرد کردن مرحله زمان دادن خرده های سودا سلولز است. خرده ها را داخل ظرف های سرپوشیده قرار میدهیم و میگذاریم که با اکسیژن هوا ترکیب شود. زمان دادن ممکن است در حرارت 22 درجه سانتی گراد به مدت 3/5 روز یا در حرارت های بالاتر 50-40 درجه سانتی گراد و در زمان کوتاه تر 1-1/5 روز صورت گیرد. هدف از مرحله زمان دادن این است که سلولز را به راحتی حل کنیم. ولی باید توجه داشت که درجه پلیمریزاسیون محصول ما پس از مرحله زمان دادن معین و ثابت باشد.

 

زمان دادن میتواند در مجاورت هوا و در ظروف سرباز و با استفاده از مقدار اندکی فلزات سنگین مانند منگنز به مدت 30-40 ساعت صورت پذیرد. در حین زمان دادن وزن مولکولی زنجیرهای سلولزی از 130000 به 60000 کاهش می یابد.  

 

5- تشکیل زنتات سدیم:خرده های سودا سلولز را داخل ظروف استوانه ای شکل می ریزند و به مقدار لازم دی سولفید کربن به آن می افزایند و در آن را محکم می بندند. سپس آن را خوب مخلوط می کنند. این خرده های سودا سلولز اندک اندک در دی سولفید کربن حل می شوند و یک محصول ژل مانند زرد تا قهوه ای رنگ به دست می آید.

 

6- مخلوط کردن:در این مرحله محصول ژل مانند باید به محلولی عسل مانند تبدیل شود. به همین علت محصول ژل مانند زنتات سدیم را داخل یک ظرف ریخته و روی آن کاستیک سودا می ریزند. این محصول به مدت 4-5 ساعت مخلوط میشود.

 در اینجا محلول قهوه ای رنگ ویسکوز وشبیه به عسل تهیه میشود که به محلول ویسکوز معروف است. این محلول هنوز ناخالص و نارس بوده و حباب های هوا داخل آن گیر افتاده است. بنابراین برای ریسندگی هنوز مناسب نیست. پس باید ابتدا محلول عسل مانند را فیلتر کنیم. فیلتریزاسیون چندین مرتبه صورت می گیرد.

 

درخشندگی الیاف نیز در این مرحله باید کنترل گردد. اگر این محلول را به همین صورت ریسندگی شود، الیاف تولید شده بیش از حد درخشنده خواهند بود و مورد پسند مشتری قرار نخواهد گرفت. از این رو مقداری پودر دی اکسید تیتانیوم به محلول عسل مانند می افزاییم.

 

7- رسیدن:محلول عسل مانند در دمای 18-10 درجه سانتی گراد به مدت 5-4 روز ذخیره میشود و در این مدت چندین بار از صافی عبور میکند. به این عمل آماده شدن یا رسیدن گویند. در این مدت تغییرات شیمیایی به وقوع می پیوندد و ویسکوزیته محلول افزایش می یابد تا هنگامی که تشخیص داده شود که برای عمل ریسندگی مناسب است.

 

8- ریسیدن: روش ریسندگی در تهیه الیاف ویسکوز، تر ریسی است. محلول عسل مانند ویسکوز ابتدا از پمپ میگذرد. پمپ باعث میشود که محلول عسل مانند به شکل ثابت یکنواخت از رشته ساز بیرون آید و در نتیجه ظرافت فیلامنت تولید شده ثابت باشد و تغییر و نکند.

اگر بخواهیم ظرافت را کاهش یا افزایش دهیم، می توانیم سرعت پمپ را دگرگون کنیم. پس از پمپ، محلول به فیلتر فرستاده میشود. فیلتر انواع مختلف دارد. پس از عبور محلول عسل مانند از فیلتر، نتیجه حاصل به رشته ساز فرستاده میشود.

در تر ریسی چون نمیتوانیم الیاف را زیاد بکشیم قطر روزنه های رشته ساز بسیار کوچک و در ضمن فاصله روزنه ها نیز از یکدیگر بسیار کم است. پس از عبور محلول عسل مانند از رشته ساز، این محلول وارد حمام انعقاد میشود.

حمام انعقاد شامل اسید سولفوریک، سولفات سدیم، سولفات روی و آب است. عمل حمام انعقاد بسیار پیچیده است. در این حمام هم تغییرات شیمیایی و هم تغییرات فیزیکی رخ میدهد. دو عمل مهم در این حمام اتفاق می افتد: بازیابی و انعقاد.

 

سولفات سدیم موجود در حمام انعقاد، باعث انعقاد محلول عسل مانند ویسکوز می شود. یعنی باعث جامد یا بسته شدن محلول میشود و فیلامنت ویسکوز تشکیل می گردد. اسید سولفوریک و سولفات روی هر دو باعث بازیابی ویسکوز می گردند.

منظور از بازیابی،تبدیل شدن محلول ویسکوز (سدیم سلولز زنتات) به سلولز است. بازیابی به کمک اسید سولفوریک سریع تر از بازیابی به کمک سولفات روی رخ میدهد. در واقع استفاده از سولفات روی به دلیل کند کردن عمل بازیابی است. مغز لیف با اسید سولفوریک (به دلیل نفوذ سریع آن به داخل لیف) و پوسته لیف با سولفات روی بازیابی می گردد (چون سرعت نفوذ سولفات روی به لیف کم است و این ماده روی سطح لیف قرار می گیرد و سطح آن را بازیابی می کند). به همین دلیل در ویسکوز معمولی ساختمان مغز و پوسته مشاهده می گردد.

با تغییر در غلظت مواد حمام انعقاد می توان بازیابی و انعقاد را تسریع بخشید یا به آن تأخیر داد. تغییر سرعت در بازیابی و انعقاد باعث تغییر در ویژگیهای لیف تولید شده میشود. برای نمونه اگر بخواهیم الیاف قوی تر و محکم تری داشته باشیم، باید مقدار اسید حمام را کاهش و مقدار سولفات روی را افزایش دهیم و همچنین از مقدار سولفات سدیم کم کرده یا از مواد کمکی استفاده کنیم که بازیابی را کند انجام دهد. در پایان هنگامی که الیاف از حمام انعقاد بیرون آمدند، کشیده (30-100 درصد) و سپس به شکل نخ جمع آوری می شوند.

شکل ظاهری:الیاف ویسکوز سطح مقطع دندانه دار دارند و سطح جانبی آنها به شکل طویل و شیاردار است. الیاف ویسکوز مانند پنبه در طول خود نیم تاب دارند.

 

استحکام:الیاف ویسکوز معمولی دارای استحکام در حد متوسط هستند ولی استحکام در حالت تر آنها بسیار پایین است. البته تلاش در جهت بهبود آن صورت گرفته است.

 

جذب رطوبت: رطوبت بازیافتی (در شرایط استاندارد 65 درصد رطوبت نسبی و 25 درجه سانتی گراد دما) این لیف دارای 14-12 درصد است. افزایش جذب رطوبت این لیف نسبت به پنبه (8/5 درصد) به دلیل بیشتر بودن درصد مناطق آمورف این الیاف است. (ویسکوز 70 درصد آمورف و 30 درصد کریستالی دارد و پنبه بر عکس). به همین دلیل جذب رنگ و مواد شیمیایی ویسکوز از پنبه بیشتر است.

 

ارتجاع یا برگشت پذیری:به طور کلی الاستیسیته ویسکوز خوب نیست و پایین است. یعنی پس از کشیدن به سرعت به حالت اولیه بر نمی گردد. این مسئله در حین فرایندهای مختلف می تواند مشکل آفرین باشد. برای نمونه در حین بافندگی اگر نخ زیادتر کشیده شود تغییر شکل دائمی در پارچه داریم و در واقع پارچه کش می آید. به طور کلی الیاف سلولزی و بازیافتی الاستیسیته خوبی ندارند.

 

مقاومت در برابر عوامل بیولوژیکی:عوامل بیولوژیکی سبب تضعیف ویسکوز می شوند به ویژه اگر مواد نشاسته و مشابه آن به شکل آهار به آن زده شده باشد. از این رو باید آهار از روی آن شست و شو شود.

کرم بید به تنهایی روی ویسکوز اثرگذار نیست ولی اگر با پشم ترکیب باشد، ویسکوز مورد حمله بید قرار می گیرد.

 

اثر اسیدها:اسیدها ویسکوز را مورد حمله قرار می دهند. با توجه به اینکه جذب مواد شیمیایی ویسکوز از پنبه بیشتر است، به همین دلیل ویسکوز در برابر مواد شیمیایی، اسید و قلیا حساسیت بیشتری از پنبه دارد. دما فاکتور مهمی است و سبب سرعت اثر گذاری می شود. محلول های سرد و رقیق در مدت کوتاه اثر کمتری دارند. ولی اگر دما بالا باشد یا غلظت اسید بالا باشد، باعث کربونیزه شدن ویسکوز میشود.

 

اثر قلیایی ها: اثر قلیایی ها روی ویسکوز مانند پنبه است، ولی با توجه به درصد آمورف بالاتر آن، حساسیت ویسکوز بیشتر است. مواد قلیایی ضعیف اثر چندانی روی ویسکوز ندارند در صورتی که قلیایی قوی باعث تورم الیاف ویسکوز و کاهش استحکام آن می شود. 

 

اثر مواد اکسید کننده: به طور کلی مواد اکسید کننده به الیاف سلولزی صدمه می زنند و به دلایل ذکر شده آسیب ویسکوز بیش از پنبه است. جهت سفیدگری نباید از مواد اکسید کننده قوی یا حرارت بالا استفاده کرد.

 

حلال های آلی:الیاف سلولزی در حلال های آلی نه حل و نه متورم می شوند. تنها محلول شوایتزر باعث حل شدن الیاف سلولزی می گردد.

 

مقاومت در برابر نور خورشید:مقاومت ویسکوز در برابر نور خوب است و در برابر نور تغییر رنگ نمی دهد. پارچه های ویسکوز ریون را نباید به مدت طولانی در برابر تابش نور مستقیم خورشید قرار داد، زیرا استحکام آن کاهش می یابد.

 

الکتریسیته ساکن: چون جذب آب الیاف ویسکوز بالاست، الکتریسیته ساکن زیادی ایجاد نمی شود.

 

مقاومت در برابر حرارت:این لیف در برابر حرارت نرم و ذوب نمی شود، ترموپلاستیک نیست و تا 150 درجه سانتی گراد مقاومت خوبی دارد. ویسکوز مانند پنبه و کاغذ زود آتش می گیرد و در واقع خودسوز است.

 

نقش ویسکوز به عنوان الیاف ساخت بشر مانند نقش پنبه است. جزء الیاف بسیار مهم محسوب می شود و موارد استفاده بسیار وسیع دارد ویسکوز با وجود ویژگی های مشابه با پنبه تفاوتهای مهمی با یکدیگر دارند. با توجه به ساخت بشر بودن آن ویژگی های آنها به مقدار قابل توجهی قابل تغییر است.

این الیاف به شکل منقطع یا مداوم (فیلامنت) مات یا براق، نازک یا کلفت، چین دار یا بدون چین، رنگی یا غیر رنگی و مانند آنها تولید می شوند.

الیاف ویسکوز حرارت را به سرعت منتقل میکنند؛ حتی سریع تر از ابریشم. بنابراین این پارچه در تماس با بدن احساس خنکی ایجاد میکند، زیرا حرارت بدن به بیرون منتقل میشود. الیاف ویسکوز را میتوان با پشم، پلی استر و مانند آنها مخلوط کرد و به شکل الیاف مخلوط مورد استفاده قرار داد.

لازم به ذکر است ویسکوز زمانی که با الیاف مختلف مخلوط می شود از لحاظ طولی باید به اندازه طول لیفی باشد که با آن مخلوط می شود.

از فیلامنت الیاف ویسکوز برای پارچه های آستری مانند آستر پرده میشود. این الیاف لیز و درخشنده هستند و در مقابل ساییدگی مقاومت خوبی نشان میدهد و الکتریسیته ساکن نیز ایجاد نمی کند. از موارد استفاده از الیاف ویسکوز ریون می توان به انواع پوشاک پیراهن، بلوز، کت و شلوار، لباس زیر، آستری، کراوات، کلاه، جوراب، روسری، روتختی، پتو، رومبلی، پرده و نخ دوخت اشاره کرد.

برای مواردی که با آب زیاد سرو کار نداریم این الیاف بسیار مناسبند. تنها عیبی که الیاف ویسکوز دارند، تورم زیاد در آب است. استحکام این الیاف در آب بسیار کاهش می یابد. ریون افزون بر مصرف پارچه، در صنعت نیز کاربرد زیادی دارد. حدود 65 درصد ریون برای پارچه و بقیه در صنعت کاربرد دارد.

نخ های لاستیک ماشین، رقیب اصلی نایلون محسوب می شوند. از نظر نکات فنی چندان اختلافی بین ریون و نایلون در کاربرد لاستیک هواپیما وجود ندارد جز اینکه نایلون سبک تر است.