آشنایی با الیاف بازیافتی استات سلولز

در فرمول شیمیایی سلولز، باندهای هیدروژنی فراوانی وجود دارد. این باندها به تنهایی بسیار ضعیف هستند ولی از آنجا که تعداد آنها بسیار زیاد است، شکستن این باندها مشکل است. بنابراین سلولز غیر محلول است.

برای تهیه الیاف مصنوعی باید ماده سلولزی طبیعی را به وسیله ای حل و سپس از رشته ساز رد کرد و منعقد ساخت. به دنبال تحقیقات پژوهشگران برای یافتن راه حلی با هدف حل کردن سلولز، در سال 1879 شوتز نبرگر دریافت که از حرارت دادن سلولز در انیدریک استیک، در یک دستگاه سرپوشیده، استات سلولز به دست می آید که این ماده در برخی از حلالهای آلی به شکل محلول در می آید و بنابر این قابل ریسیدن است.

پس از اینکه الیاف استات سلولز تهیه گردید میتوان با صابونی کردن آن را به سلولز اولیه برگرداند. ولی چون خود الیاف استات خواص جالب و مناسبی برای مصرف در صنعت نساجی و پوشاک داشتند در نتیجه دیگر به سلولز اولیه برگردانده نشدند و بدین ترتیب الیاف استات تولید شده با توجه به اینکه ویژگیهای الیاف استات بسیار متفاوت از الیاف سلولزی بازیافتی ویسکوز ریون و مانند آن بودند و کمابیش الیاف صددرصد مصنوعی محسوب می شدند، به پایه ای برای تولید الیاف مصنوعی مبدل گردیدند.

ساختمان شیمیایی الیاف استات با سلولز (مانند پنبه) متفاوت است، زیرا در الیاف استات گره های استیله جایگزین هیدروکسیل (OH) در سلولز شده اند. با توجه به اینکه ساختمان شیمیایی سلولز دچار تغییر شده است، بنابراین تمامی ویژگیهای حاصل از این ماده (استات سلولز) نیز تغییر می کند.

تهیه استات سلولز

سلولز طبیعی موجود در خرده های چوب یا لینترهای پنبه که پس از خالص سازی مورد مصرف قرار می گیرند، ماده اولیه و اساسی برای تهیه استات سلولز هستند. این ماده اولیه با انیدرید استیک مخلوط می گردد و طبق واکنشهای زیرگروه های هیدروکسیل، استیله و به استات تبدیل می شود.

تری استات سلولز <------------ انیدرید استیک + سلولز

در صورتی که عمل صابونی کردن روی استات سلولز صورت گیرد یکی از عوامل استات به هیدروکسیل تبدیل و دی استات سلولز تهیه می شود.

دی استات سلولز <------------ سود + تری استات سلولز

پس بسته به اینکه چند مورد از گروه های هیدروکسیل استیله شده باشند تری استات و دی استات به وجود می آید. ویژگی های این دو لیف اندکی با یکدیگر متفاوت است. البته زمانی که گفته میشود تری استات سلولز، به طور الزامی به این معنی نیست که 100 درصد گروه های هیدروکسیل (OH) به استیل تبدیل شده باشند. بلکه اگر 92 درصد گروه های هیدروکسیل نیز استیله شوند تری استات سلولز تولید خواهد شد.

در دی استات نیز همین امر صادق است و به طور الزامی از هر سه گروه نمی توان گفت دو گروه استیله شده اند؛ ممکن است اندکی بیشتر یا کمتر استیله شده باشند. تغییر خواص استات به دلیل تغییر در ساختمان شیمیایی سلولز است. با توجه به اینکه در سلولز تعداد زیادی گروه هیدروکسیل وجود دارد این گروه ها سبب پدید آمدن باندهای هیدروژنی و در نتیجه طیف وسیعی از خواص دیگر میشوند از جمله اینکه جذب آب این الیاف به دلیل بالا بودن این گروه است.

در الیاف استات گروه های هیدروکسیل به استیل تبدیل شده اند. این بدان معناست که طبیعت آلی این الیاف بسیار بیشتر از سلولز است. این گروه ها حجیم تر و بزرگتر از گروه های OH بوده و خنثی هستند و تمایلی به انجام واکنش های شیمیایی ندارند.

حجیم بودن گروه های استات باعث میگردد که نفوذ مولکول های خارجی در استات بسیار راحت تر صورت گیرد چون فاصله زنجیرها از یکدیگر زیاد می شود. به همین دلیل است که حلال های آلی در الیاف استات نفوذ میکنند و باعث حل شدن این الیاف می گردند.

روش ریسندگی این الیاف میتواند از طریق خشک ریسی (با محلول ریسی) نیز صورت گیرد.

ویژگی های الیاف استات سلولز

- مقطع طولی و عرضی: مقطع طولی استات شیاردار و مقطع عرضی آن مضرس (دندانه ای) و مشابه ویسکوز است.

- جذب رطوبت: به دلیل وجود یک گروه هیدروکسیل در دی استات جذب رطوبت آن بیشتر از تری استات است. در تری استات کمابیش هر یک گروه هیدروکسیل به استیل تبدیل می شود، در حالی که در مورد دی استات هنوز یک گروه باقی مانده است. جذب رطوبت دی استات در شرایط استاندارد 6 درصد و تری استات 4٫5 درصد است. جذب رطوبت پنبه 88٫5 درصد است.

- چگالی:چگالی استات سلولز 1/32 و بسیار شبیه به پشم است.

- اثر حرارت: این الیاف ترموپلاستیک هستند (یعنی در اثر حرارت نرم و ذوب میشوند بر خلاف الیاف سلولزی طبیعی و بازیافتی مانند ویسکوز ریون که در اثر حرارت تجزیه میشوند). نقطه ذوب الیاف دی استات 230 درجه سانتی گراد و تری استات 300 درجه سانتی گراد است. مقاومت الیاف تری استات در برابر حرارت و در زمانهای طولانی بیش از الیاف دی استات است.

- نور خورشید:نور خورشید در حالت معمولی اثر جدی بر استات سلولز به جای نمی گذارد، اما چنانچه به مدت طولانی در معرض تابش اشعه خورشید قرار گیرد استحکام آن اندکی کاهش پیدا میکند. البته مقاومت الیاف تری استات در برابر تابش خورشید و نسبت به سایر الیاف نیز بالاتر است، اما در برابر تابش نور خورشید به مدت طولانی زرد می شود.

- عوامل بیولوژیکی:مقاومت این الیاف در برابر حشرات و میکروارگانیسم ها بالاست و این عوامل اثر مخربی روی این الیاف ندارند و در صورت بروز خسارات ناشی از عوامل بیولوژیکی، آلودگی های خارجی به ویژه مواد تکمیلی که روی پارچه به کار می رود، مورد حمله قرار می گیرد.

- اثر اسیدها: اسیدهای سرد و رقیق آلی به آنها آسیب می رسانند و همچنین اسیدهای قوی باعث تجزیه آنها می گردد. محلول رقیق اسیدهای معدنی قوی، چندان آسیبی به آنها وارد نمی کنند.

- اثر قلیایی ها: محلولهای قلیایی باعث صابونی شدن استات می شوند. یعنی گروه های استیل آنها را به هیدروکسیل تبدیل می کنند.

- اثر حلال ها:الیاف استات در برخی از حلالهای آلی حل می شوند. برای نمونه دی استات در استن و تری استات در کلروفرم، تتراکلرواتان و متیلن کلراید (دی کلرو متان) حل می شوند.

موارد استفاده از استات سلولز

از جمله خواص مهم الیاف استات، زیر دست نرم و خوب آنهاست. علت آن نیز آرایش یافتگی اندک آنها است. هر چه آرایش یافتگی بیشتر باشد، زیر دست بدتر می شود.

پارچه های استات که از فیلامنت تهیه میشوند، به طور معمول در بافت تریکو و پارچه های نازک زنانه نظیر لباسهای شب بلوز و لباس خواب به کار می روند.

پارچه های تهیه شده از الیاف منقطع، کوتاه تر سنگین تر و زیر دست پرتری دارند. این گونه پارچه ها به مصرف کت و دامن و پیراهن های ضخیم تر می رسند. در مورد البسه مردانه پیراهن، کراوات، پیژامه و پوشاک مشابه آنها تولید میشود. از مخلوط استات با سایر الیاف در پارچه های ضخیم تر نظیر لباسهای ورزشی و بارانی و مانند آنها استفاده میشود.

الیاف استات به شکل مستقل یا مخلوط آنها با سایر الیاف در تهیه پارچه هایی که مصرف دکوری دارند نظیر رو مبلی، پارچه پرده، قالی و مانند آنها به کار می رود. این الیاف عایق الکتریسیته ساکن هستند و از این نظر برای پوشش سیم های برق و سایر مصارف الکتریکی به کار می رود. الیاف استات، به ویژه تری استات، به خاطر ترموپلاستیک بودن برای پلیسه دار کردن پارچه ها مناسب هستند.

مزایا و معایب الیاف استات سلولز

مزایا

• زیر دست بسیار نرم و لطیف، مناسب لباس‌های مجلسی و ظریف.
• ترموپلاستیک بودن، قابلیت پلیسه‌دار شدن دائمی.
• مقاومت بالا در برابر حشرات و میکروارگانیسم‌ها.
• ظاهر براق و زیبا شبیه به ابریشم.
• خشک‌شدن سریع به دلیل جذب رطوبت متوسط.

معایب

• حساسیت نسبت به محلول‌های قلیایی (امکان صابونی شدن).
• مقاومت پایین‌تر نسبت به پنبه و پلی‌استر در برابر شست‌وشوهای مکرر.
• زرد شدن در اثر تابش طولانی نور خورشید.
• جذب رطوبت کمتر نسبت به پنبه و ویسکوز، در نتیجه راحتی کمتر در هوای گرم.
• هزینه تولید نسبتاً بالا در مقایسه با برخی الیاف مصنوعی.

مسائل زیست‌محیطی و بازیافت

الیاف استات سلولز به دلیل منشأ گیاهی (سلولز طبیعی) در مقایسه با الیاف کاملاً مصنوعی، اثرات زیست‌محیطی کمتری دارند. اما از آنجا که در فرآیند تولید آن از مواد شیمیایی مانند انیدرید استیک استفاده می‌شود، تولید صنعتی می‌تواند چالش‌های زیست‌محیطی به همراه داشته باشد.

استات سلولز به مرور زمان در محیط تجزیه‌پذیر است، اما سرعت این فرآیند کمتر از سلولز خالص می‌باشد. این الیاف در تولید فیلتر سیگار کاربرد گسترده دارند که به دلیل مصرف زیاد و تجزیه کند، نگرانی‌های محیط‌زیستی ایجاد می‌کند.

بازیافت استات سلولز امکان‌پذیر است و برخی کشورها پروژه‌هایی برای بازیافت آن از فیلتر سیگار و فیلم‌های عکاسی قدیمی اجرا کرده‌اند. استفاده مجدد در صنایع پلاستیک و پوشاک می‌تواند بخشی از این چالش را برطرف کند.

کاربردهای مدرن و نوآوری‌ها

امروزه استات سلولز تنها در صنعت نساجی کاربرد ندارد، بلکه در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد:

صنعت مد و پوشاک:برای تولید پارچه‌های لوکس زنانه، کراوات، لباس شب، پیراهن مردانه و پارچه‌های دکوری مانند پرده و رومبلی.

صنعت عینک:فریم بسیاری از عینک‌های مدرن از ورق‌های استات سلولز ساخته می‌شوند که به دلیل مقاومت و رنگ‌پذیری بالا محبوب هستند.

فیلم و عکاسی:در گذشته، فیلم‌های عکاسی و سینمایی از استات سلولز تولید می‌شدند که جایگزین فیلم‌های نیترات خطرناک شدند.

صنعت دخانیات:بخش عمده فیلتر سیگارها از استات سلولز ساخته می‌شوند.

مصارف الکتریکی:به عنوان عایق الکتریکی و پوشش سیم‌ها به دلیل خاصیت ضدالکتریسیته ساکن.

در سال‌های اخیر، تلاش‌هایی برای استفاده از استات سلولز در تولید مواد زیست‌پایه، بیوپلاستیک‌ها و منسوجات پایدار انجام شده که می‌تواند آینده‌ای سبزتر برای این لیف رقم بزند.