مقدمه :
یکی از عملیاتی که روی پنبه انجام می شود، عمل مرسریزه می باشد که شامل تماس پنبه (اعم از نخ، الیاف یا پارچه) با محلول سود سوز آور و سپس شستشوی محصول در محلول رقیق اسید و پس استفاده از آب سرد به منظور خنثی کردن قلیایی و سر انجام خشک کردن محصول است. بر اثر مرسریزاسیون در خشندگی و جلای پنبه افزایش می یابد. و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن تغییرات زیادی پیدا می کند. معمولاً پارچه های مرغوب پیراهنی، رومیزی، ملحفه ای هم چنین نخ های قرقره مرسریزه می شوند. لذا با توجه به اهمیت زیاد این پروسه تلاش هایی جهت کاهش مدت زمان عملیات مرسریزاسیون، کاهش میزان مصرف سود و حصول نتایج بهتر در حین عملیات انجام پذیرفته و نیز در حال انجام می باشد. بدین منظور استفاده از محیط دیگری غیر از محیط مائی هم چون محیط حاصل از امواج مافوق صوت مورد استفاده قرار گرفته است که با استفاده از
امواج در حین مرسریزاسیون، بتوان با صرف زمان کوتاهتر و غلظت سود کمتر به همان تغییرات ساختاری روشهای معمول مرسریزاسیون برسیم که این ها سبب هزینه کمتر و اقتصادی شدن پروسه واحتمالاً حصول نتایج بهتری می گردد.

بررسی مرسریزاسیون و اولترا سونیک و کاربرد این دو در زمینه به دست آوردن خواصیات پارچه ها (نمونه موردی پارچه پنبه ای)

بررسی مرسریزاسیون و اولترا سونیک و کاربرد این دو در زمینه به دست آوردن خواصیات پارچه ها (نمونه موردی پارچه پنبه ای)

فهرست مطالب

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………. 1
مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………… 2

فصل اول: کلیات

3 1-1: پیش گفتار ………………………………………………………………………………………………………….. 4
1-2: ساختار و خواص سلولز ………………………………………………………………………………………………. 5
1-2- 1: بررسی ساختار بلوری سلولز …………………………………………………………………………………….. 7
1-3: پنبه …………………………………………………………………………………………………………………….. 9
1-3- 1: ساختار و خواص لیف پنبه ……………………………………………………………………………………….. 9
1-3- 2: خواص شیمیایی الیاف پنبه …………………………………………………………………………………….. 41
1-4: مرسریزاسیون ………………………………………………………………………………………………………… 51
1-4- 1: تأثیر قلیا بر الیاف سلولزی ……………………………………………………………………………………….. 16
1-4- 2: تورم پنبه در محلول های قلیایی …………………………………………………………………………………. 71
1-4- 3: تخریب سلولز در محلول قلیایی …………………………………………………………………………………. 81
1-4- 4: تأثیر مرسریزاسیون روی ساختار و خواص لیف پنبه …………………………………………………………… 91
1-4- 5: عوامل موثر در مرسریزاسیون ……………………………………………………………………………………. 12
1-4- 5- 1: اثر غلظت و نوع قلیا در مرسریزاسیون ……………………………………………………………………… 12
1-4- 5- 2: اثر زمان در مرسریزاسیون …………………………………………………………………………………… 22
1-4- 5- 3: اثر کشش در مرسریزاسیون …………………………………………………………………………………. 22
1-4- 5- 4: اثر نفوذ دهنده در مرسریزاسیون …………………………………………………………………………….. 22
1-4- 5- 5: اثر نوع پنبه، شکل فیزیکی کالا و نوع ساختار آن در مرسریزاسیون ……………………………………….. 32
1-4- 5- 6: اثر دما در مرسریزسیون ………………………………………………………………………………………… 32
1-4- 6: زمان مرسریزاسیون …………………………………………………………………………………………………. 62
1-4- 7: روش های بررسی تأثیر فرآیند مرسریزاسیون ………………………………………………………………………72
1-4- 7- 1: ظرافت و میزان کریستالینته …………………………………………………………………………………….. 72
1-4- 7- 2: اندازه گیری مقدار جذب رنگ و رطوبت …………………………………………………………………………. 72
1-4- 7- 3: تعیین درجه مرسریزاسیون از طریق اندازه گیری عدد فعال باریم …………………………………………… 82
1-5: اولتراسونیک ……………………………………………………………………………………………………………. 82
1-5- 1: مکانیسم عمل امواج اولتراسونیک ………………………………………………………………………………… 92
1-5- 2: پدیده تشکیل و انفجار حباب و عوامل مؤثر ……………………………………………………………………….. 92
1-5- 3: استفاده کاربردی از امواج اولتراسونیک در صنایع نساجی ……………………………………………………….. 03
1-5- 4: مزیت های استفاده از امواج فراصوت در پروسه های نساجی …………………………………………………… 13

فصل دوم: سابقه و پیشینه تحقیق…………………………………………………………… 32

2-1: مرسریزاسیون کالای پنبه ای ……………………………………………………………………………………… 33
2-2: استفاده از اولتراسونیک در نساجی ………………………………………………………………………………… 74
2-2- 1: استفاده در عملیات مقدماتی شامل شستشو و آنزیم زنی ……………………………………………….. 74
2-2- 2: آهارگیری پنبه …………………………………………………………………………………………………… 05
2-2- 3: استفاده در ……………………………………………………………………………………………………….. 05
2-2- 4: استفاده در تکمیل …………………………………………………………………………………………………35

فصل سوم: تجربیات…………………………………………………………………………… 54

3-1: مواد اولیه ……………………………………………………………………………………………………………..55
3-2: وسایل آزمایشگاهی ………………………………………………………………………………………………….55
-3: طراحی آزمایش ها……………………………………………………………………………………………………..51
3-4: روش ها…………………………………………………………………………………………………………………52
3-4- 1: آماده سازی پارچه ………………………………………………………………………………………………. 25
3-4- 2: عملیات مرسریزاسیون در شرایط اولتراسونیک و معمولی …………………………………………………….. 25
3-4- 3: عملیات خنثی سازی ……………………………………………………………………………………………. 25
.3-4: آزمایش استحکام ……………………………………………………………………………………………………..35
3-4: آزمایش اندازه گیری عدد فعال باریم…………………………………………………………………………………..35

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق

4-1: نتایج به دست آمده توسط طرح آزمایش……………………………………………………………………………….55
4-1- 1: نتایج حاصل از آزمایش مرسریزاسیون معمولی ………………………………………………………………… 55
4-1- 2: نتایج حاصل از آزمایش مرسریزاسیون در محیط اولتراسونیک ………………………………………………….. 65
4-1- 3: تأثیر غلظت سود، زمان و دمای عملیات بر خصوصیات مکانیکی ……………………………………………… 95
4-1- 3- 1: نتایج آزمون استحکام تحت غلظت متغیر سود، زمان و دمای ثابت ………………………………………… 95
4-1- 3- 2: نتایج آزمون استحکام تحت زمان متغیر ، غلظت و دمای ثابت ……………………………………………… 16
4-1- 3- 3: نتایج آزمون استحکام تحت دمای متغیر و غلظت و زمان ثابت ……………………………………………… 63
4-1- 3- 4: بررسی تأثیر غلظت و زمان و دمای عملیات بر روی استحکام در مرسریزاسیون معمولی و اولتراسونیک …………………………………………………………………………………………………………………………………….51
4-1- 3- 5: نتایج آزمون ازدیاد طول تا حدپارگی تحت غلظت متغیر سود و زمان و دمای ثابت …………………………76
4-1- 3- 6: نتایج آزمون ازدیاد طول تا حد پارگی تحت زمان متغیر، غلظت و دمای ثابت ………………………………..96
4-1- 3- 7: نتایج آزمون ازدیاد طول تا حد پارگی تحت دمای متغیر و غلظت و زمان ثابت ……………………………….97
4-1- 3- 8: بررسی تأثیر غلظت و زمان و دمای عملیات بر روی ازدیاد طول در …………………………………………. 37
4 -1-3-9: نتایج آزمون کار تا حد پارگی تحت غلظت متغیر سود و زمان و دمای ثابت ………………………………… 74
4 -1-3-01: نتایج آزمون کار تا حد پارگی تحت زمان متغیر، غلظت و دمای ثابت ………………………………………. 67
4 -1-3-11: نتایج آزمون کار تا حد پارگی تحت دمای متغیر و غلظت و زمان ثابت …………………………………….. 87
4-1- 3- 21: بررسی تأثیر غلظت و زمان و دمای عملیات بر روی کار تاحد ……………………………………………. 08
4-1- 4: تأثیر غلظت سود و زمان و دمای عملیات بر عدد فعال باریم …………………………………………………….18
4-1- 4- 1: نتایج تغییرات عدد فعال باریم تحت غلظت متغیر سود و زمان و دمای ثابت ………………………………. 81
4-1- 4- 2: نتایج تغییرات عدد فعال باریم تحت زمان متغیر، غلظت و دمای ثابت ………………………………………. 38
4-1- 4- 3: نتایج تغییرات عدد فعال باریم تحت دمای متغیر، غلظت و زمان ثابت ……………………………………….58
4-1- 4- 4: بررسی تأثیر غلظت و زمان و دمای عملیات بر عدد فعال باریم در ……………………………………….. 87

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات……………………………………………………….. 88

منابع و مĤخذ ……………………………………………………………………………………………………………..29
فهرست منابع فارسی ……………………………………………………………………………………………………. 39
فهرست منابع لاتین ……………………………………………………………………………………………………. 49
چکیده انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………… 79

فهرست شکل ها
1-1: ساختار شیمیایی سلولز ………………………………………………………………………………………………. 6
1-2: قسمت های مختلف لیف پنبه …………………………………………………………………………………………. 9
1-3: مدلی از میکروفیبریل های لیف پنبه……………………………………………………………………………………11
1-4: جهت گیری فیبریل ها در لیف پنبه………………………………………………………………………………………12
1-5: توزیع وزن مولکولی در نوعی لیف پنبه………………………………………………………………………………….12
1-6: ارتباط بین استحکام و وزن مولکولی در لیف پنبه………………………………………………………………………13
1-7: مکانیزم احتمالی از مرسریزاسیون پنبه ……………………………………………………………………………….. 61
1-8: سطح مقطع لیف پنبه قبل از مرسریزاسیون و در مراحل مختلف آن ………………………………………………. 81
1-9: ساختار سلولز قبل وبعد از مرسریزاسیون …………………………………………………………………………….. 02
1-01: ویسکوزیته محلول سود در دما و غلظت های مختلف ……………………………………………………………… 52
1-11: تورم نسبی لیف پنبه در دما و زمان های مختلف مرسریزاسیون…………………………………………………..25
2-1: تأثیر کشش بر ساختار بلوری الیاف سلولزی…………………………………………………………………………..26
2-2: اثر غلظت سود و درجه حرارت در شدت مرسریزاسیون لیف پنبه ………………………………………………….. 04
2-3: بررسی طیف IR مربوط به چهار نوع سلولز I و II و III و سلولز آمورف ……………………………………………24
2-4: پراش اشعه X از انواع سلولز …………………………………………………………………………………………… 44
2-5: اثر گاز موجود در محلول هیدروکسید سدیم روی عدد فعال باریم در …………………………………………………47
2-6: تصویر حاصل از SEM آهار گیری بدون امواج و با استفاده از امواج……………………………………………………..48
2 7-: تصویر حاصل از SEM الیاف آهارگیری شده با امواج و بدون امواج و الیاف آهار گیری نشده. ……………………. 50
2 -8: مشخص کننده اندازه ذرات رنگ Vat Violet 1 در پخش با استفاده از امواج
فراصوت و بدون استفاده از آن …………………………………………………………………………………………………. 52
2-9: شماتیکی از حمام رفتن کشش اولتراسونیک ………………………………………………………………………… 25
فهرست نمودارها
4 -1: تأثیر غلظت سود بر استحکام نمونه در مرسریزاسیون معمولی …………………………………………………… 08
4 -2: تأثیر غلظت سود بر استحکام نمونه در مرسریزاسیون اولتراسونیک ………………………………………………. 08
4 -3: تأثیر زمان مرسریزاسیون معمولی بر استحکام نمونه ………………………………………………………………. 28
4 -4: تأثیر زمان مرسریزاسیون اولتراسونیک بر استحکام نمونه ………………………………………………………….. 28
4 -5: تأثیر دمای مرسریزاسیون معمولی بر استحکام نمونه ……………………………………………………………… 48
4 -6: تأثیر دمای مرسریزاسیون اولتراسونیک بر استحکام نمونه …………………………………………………………. 48
4 -7: تأثیر غلظت سود بر ازدیاد طول نمونه در مرسریزاسیون معمولی ……………………………………………….. 88
4 -8: تأثیر غلظت سود بر ازدیاد طول نمونه در مرسریزاسیون اولتراسونیک …………………………………………… 88
4 -9: تأثیر زمان مرسریزاسیون معمولی بر ازدیاد طول نمونه ……………………………………………………………. 09
4 -01: تأثیر زمان مرسریزاسیون اولتراسونیک بر ازدیاد طول نمونه ……………………………………………………… 09
4 -11: تأثیر دمای مرسریزاسیون معمولی بر ازدیاد طول نمونه …………………………………………………………. 29
4 -21: تأثیر دمای مرسریزاسیون اولتراسونیک بر ازدیاد طول نمونه …………………………………………………….. 29
4 -31: تأثیر غلظت سود بر کار تا حد پارگی نمونه در مرسریزاسیون معمولی ……………………………………….. 59
4 -41: تأثیر غلظت سود بر کار تا حد پارگی نمونه در مرسریزاسیون اولتراسونیک………………………………………59
4 -51: تأثیر زمان مرسریزاسیون معمولی بر کار تا حد پارگی نمونه …………………………………………………….. 79
4 -61: تأثیر زمان مرسریزاسیون اولتراسونیک بر کار تا حد پارگی نمونه ……………………………………………….. 79
4 -71: تأثیر دمای مرسریزاسیون معمولی بر کار تا حد پارگی نمونه …………………………………………………… 99
4 -81: تأثیر دمای مرسریزاسیون اولتراسونیک بر کار تا حد پارگی نمونه ………………………………………………. 99
4 -91: تأثیر غلظت سود بر عدد فعال باریم در مرسریزاسیون معمولی ……………………………………………….. 102
4 -02: تأثیر غلظت سود بر عدد فعال باریم در مرسریزاسیون اولتراسونیک …………………………………………… 102
4 -12: تأثیر زمان مرسریزاسیون معمولی بر عدد فعال باریم …………………………………………………………… 104
4 -22: تأثیر زمان مرسریزاسیون اولتراسونیک بر عدد فعال باریم ………………………………………………………. 104
4 -32: تأثیر دمای مرسریزاسیون معمولی بر عدد فعال باریم …………………………………………………………… 106
4 -42: تأثیردمای مرسریزاسیون اولتراسونیک بر عدد فعال باریم. ………………………………………………………. 106

فهرست جدول

1-1: ابعاد یونیت سل برای فرم های مختلف کریستالی سلولز …………………………………………………………… 8
1-2: ترکیبات موجود در نوعی پنبه و محدوده آن در الیاف پنبه …………………………………………………………… 01
1-3: تورم در لینترپنبه بعنوان تابعی از نوع و غلظت قلیا ………………………………………………………………….. 81
2-1: تأثیر غلظت محلول هیدروکسید سدیم بر خواص مکانیکی نخ پنبه ای
مرسریزه شده در طول ثابت ………………………………………………………………………………………………….. 33
2-2: تأثیر کشش در طول فرآیند مرسریزاسیون بر خواص مکانیکی نخ پنبه ای ………………………………………… 53
2-3: اثر غلظت هیدروکسید سدیم بر رنگ پذیری نخ مرسریزه شده …………………………………………………… 34
4-2: درصد بلورینگی پارچه مرسریزه شده در محلول های عاری و اشباع از هوا…………………………………………45
2-5: نتایج حاصل از پراش اشعه X، اسپکتروسکوپ IR و رطوبت بازیافتی پارچه………………………………………… 46
-2: رنگزاها و عوامل تثبیت کننده ………………………………………………………………………………………………94
2-7: میانگین اندازه ذرات محلول رنگزا در پروسه اعمال نمودن امواج اولتراسونیک……………………………………… 15
2-8: بیانگر میزان جذب رنگزا و مقایسه هزینه رنگرزی در هر متر مربع و مقداررنگرزی جذب نشده در دو روش با آنزیم و بدون آنزیم. ……………………………………………………………………………………………………………………………. 53
2-9: فرکانس و توان تولیدی برای پروسه های مختلف……………………………………………………………………..54
563-1: مشخصات پارچه مصرفی…………………………………………………………………………………………….56
3-2: طرح به دست آمده از برنامه RSM با متغیر های زمان، دما و غلظت ……………………………………………..56
3-3: شرایط و موارد مصرفی در آهارگیری……………………………………………………………………………………57
4-1: نتایج به دست آمده از مرسریزاسیون معمولی طبق طرح آزمایش………………………………………………….58
4-2: مقادیر به دست آمده برای نمونه ایده آل طرح آزمایش برای مرسریزاسیون معمولی……………………………….63
.4-3: نتایج به دست آمده از مرسریزاسیون اولتراسونیک طبق طرح آزمایش……………………………………………….64
4-4: مقادیر به دست آمده برای نمونه ایده آل طرح آزمایش برای مرسریزاسیون ………………………………………….65
4-5: تغییرات استحکام بر حسب غلظت سود……………………………………………………………………………….66
4-6: تغییرات استحکام بر حسب زمان عملیات …………………………………………………………………………… 86
4-7: تغییرات استحکام بر حسب دمای عملیات ……………………………………………………………………….. 07
4-8: تغییرات ازدیاد طول بر حسب غلظت سود ……………………………………………………………………….. 47
4-9: تغییرات ازدیاد طول بر حسب زمان علمیات ……………………………………………………………………… 67
4-01: تغییرات ازدیاد طول بر حسب دمای عملیات …………………………………………………………………….. 87
4-11: تغییرات کار تا حد پارگی بر حسب غلظت سود ………………………………………………………………….. 18
4-12: تغییرات کار تا حد پارگی بر حسب زمان عملیات ……………………………………………………………… 38
4-31: تغییرات کار تا حد پارگی بر حسب دمای عملیات ……………………………………………………………….. 58
4-41: تغییرات عدد فعال باریم بر حسب غلظت سود …………………………………………………………………….. 88
4-15: تغییرات عدد فعال باریم بر حسب زمان عملیات…………………………………………………………………….90
4-61: تغییرات عدد فعال باریم بر حسب دمای عملیات……………………………………………………………………..91

 

فصل اول
1- 1- پیشگفتار
پنبه بدلیل داشتن خواص مهمی مانند استحکام نسبتاً خوب، نرم و قابلیت انعطاف در مقابل هر گونه عملیات ریسندگی و بافندگی و تمایل به جذب رنگهای متفاوت یکی از الیاف پر مصرف در صنایع نساجی می باشد. در صنعت نساجی به منظور بهبود خواص ظاهری پارچه مانند نرمی و درخشندگی یا به منظور افزودن خواص معینی به پارچه در جهت افزایش مرغوبیت آن، عملیات تکمیلی انجام می شود. این امر ،باعث فروش بیشتری شده، بنابراین افزایش حجم تولید و کاهش قیمت تمام شده پارچه را به دنبال دارد. یکی از عملیات تکمیلی مهم روی کالاهای پنبه ای، عملیات مرسریزاسیون است که باعث بهبود خواص الیاف پنبه، نظیر جلا ، جذب رنگ بالاتر، افزایش مقاومت کششی، افزایش نرمی، ثبات ابعادی بیشتر و … می شود [10]. در سال 1850 مرسر در آزمایشی که برای جدا کردن هیدراتهای مختلف در نظر گرفته بود، هنگام عبور محلول سود از یکسری فیلتر پنبه ای متوجه شد که غلظت محلول خروجی کمتر شده و ابعاد فیلتر کاهش یافته است. بدین ترتیب تأثیر محلول سود بر روی کالای سلولزی شناخته شد و به افتخار نام کاشف آن، جان مرسر، فرآیند مرسریزاسیون نام گرفت [10]. مرسریزاسیون یک نوع تکمیل یمیایی – مکانیکی است که در آن کالای سلولزی، به شکل نخ و یا پارچه های داخل محلولی از قلیا با غلظت معین و در مدت زمان مشخصی قرار گرفته، سپس عملیات شستشو، خنثی سازی، شستشوی مجدد و نهایتاً خشک کردن، صورت می گیرد. در عملیات مرسریزاسیون، کالا می تواند به صورت آزاد و یا در حالت تحت کشش باشد که حالت اول را مرسریزاسیون و حالت دوم را مرسریزاسیون بدون کشش (قلیایی کردن) می نامند. عملیات مزبور نظم مولکولی، مورفولوژی، ساختار و درجه بلوری الیاف را تغییر داده، باعث تورم و مدور شدن سطح مقطع الیاف می شود. تغییرات فوق علاوه بر افزایش جلا در کالا ،باعث بهبود خواص الیاف نارس شده، جذب رنگ، واکنش پذیری و استحکام کششی لیف را بالا می برد [10]. وسعت این تغییرات به غلظت قلیای کاربردی، درجه حرارت و زمان عملیات، درجه پلیمریزاسیون سلولز مرسریزه شده، شکل فیزیکی کالای مرسریزه شده و نوع ساختار آن، تحت کشش یا آزاد بودن کالا هنگام مرسریزاسیون و مقدار کشش اعمال شده بستگی دارد [10]. هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم، هیدروکسید لیتیم و آمونیاک از قلیاییهای قابل مصرف در عملیات مرسریزاسیون هستند که در بین آنها هیدروکسید سدیم به دلیل اینکه به آسانی قابل دسترسی بوده و همچنین از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است بیشترین مصرف را دارد. روش متداول مرسریزاسیون که تحت عنوان مرسریزاسیون سرد از آن نام برده می شود، عمدتاً با محلول 20 تا 25 درصد سود سوز آور، در دمای 15 تا 20 درجه سانتی گراد و به مدت 30 تا 180 ثانیه صورت می گیرد. وجود نواقصی در مرسریزاسیون سرد نظیر عدم نفوذ کامل سود به داخل الیاف و سطحی بودن عمل مرسریزاسیون، نایکنواختی عمل، نیاز به مواد خیس کننده گران قیمت و همچنین نیاز به دستگاههای مبرد برای خنک کردن سیستم و … منجر به ابداع شیوهء نوینی به نام مرسریزاسیون گرم شد که در آن محلول سود با دمای بالا استفاده می شود[10]. در استفاده از شرایط اولتراسونیک در عمل مرسریزاسیون به نظر می رسد که امکان نفوذ بیشتر سود در زمان کوتاهتر و کاهش هزینه ها قابل دسترسی باشد که در این تحقیق این عمل مورد بررسی قرار می گیرد.

1-2 -ساختار و خواص سلولز
سلولز که تقریباً یک سوم مواد تشکیل دهنده سلول گیاهان را شامل می شود در طبیعت هرگز به طور خالص یافت نمی شود. حدود 90 درصد لیف پنبه را سلولز تشکیل می دهد، بنابراین پنبه مهمترین منبع سلولزی می باشد. سلولز یک کربوهیدرات بوده و لغت کربوهیدرات ترکیبی از (c) و هیدارت یا آب (H2O) و شکل کلی آن به صورت Cn(H2O)m می باشد. سلولز پلی ساکاریدی است که در آن واحدهای گلوکزی بوسیله اتصال 1 و 4 بتا گلوکوزیدی به یکدیگری متصل شده اند، واحد تکرار شونده در طول زنجیرهای سلولزی سلوبیوز می باشد و هر واحد سلوبیوز از دو حلقه گلوکزی پیرانوز تشکیل شده است که ساختار پیشنهادی آن در شکل 1 1- آمده است. تکرار این واحد خطی نشان دهنده طول زنجیر یا درجه پلیمریزه شدن و وزن مولکولی سلولز خواهد بود. سلولز به طور متوسط دارای وزن مولکولی 800000 و درجه پلیمریزه شدن حدود 5000 است [11]. سلولز ترکیبی پلی الکلی است که در آن تعداد زیادی گروههای هیدروکسیل وجوددارد، همچنین سلولز در انتهای زنجیرهای ملکولی خود دارای گروههای استال و آلدئید می باشد [11].

شکل 1-1 ساختار شیمیایی سلولز [01].

با توجه به تعداد اندک گروههای آلدئیدی نسبت به دیگر گروههای شیمیایی موجود در سلولز، اثر این گروه بر خواص شیمیایی سلولز غیر محسوس است و به همین دلیل خصلت احیا کنندگی از سلولز مشاهده نمی شود[11]. گروههای هیدروکسیل متصل به اتم کربن های 2 و 3 الکل نوع دوم و گروه هیدروکسیل متصل به اتم کربن 6، الکل نوع اول می باشد، بنابراین این گروهها قابلیت واکنش شیمیایی متفاوت دارند. طبق مطالعات انجام گرفته، گروه هیدروکسیل نوع اول جهت واکنش های استری شدن ده بار فعالتر از گروههای هیدروکسیل دیگر می باشد وگروه هیدروکسیل 2C به دلیل داشتن خاصیت اسیدی شدیدتر در واکنش اتری فعالتر می باشد و گروه هیدروکسیل 3C از کمترین میزان تمایل برای فعل و انفعالات شیمیایی برخوردار است [11]. تحقیقات نشان داده است که گروههای هیدروکسیل قسمت های بی نظم سلولز به آسانی می توانند در فعل و انفعالات شیمیایی شرکت کنند و میل واکنشی سلولز با متورم کردن آن افزایش قابل توجهی می یابد [11]. با متورم شدن، قسمت های بی نظم سلولز بیشترشده و بنابراین گروههای هیدروکسیل بیشتری برای واکنش های شیمیایی دردسترس قرار می گیرند. به عنوان مثال در الیاف پنبه ای کاملاً خشک تنها 9/0% از گروههای هیدروکسیل برای انجام واکنش های شیمیایی آزاد هستند، حال آنکه در لیف متورم شده 52-14 درصد از این گروهها آزاد می باشند [11].
1- 2-1-بررسی ساختار بلوری سلولز
به طور کلی تمام الیاف طبیعی یا مصنوعی پلیمر هستند و برای این که یک نوع پلیمر بتواند به صورت لیف قابل مصرف در آید باید دارای خواصی نظیر وزن مولکولی مناسب، بلورینگی مناسب، پیوندهای بین مولکولی، آرایش یافتگی قابل قبول و … باشد [11]. در صد بلورینگی و میزان آرایش یافتگی برای تمام الیاف مخصوصاً الیاف سلولزی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. تفاوت اصلی در انواع مختلف سلولز ناشی از طرز قرار گرفتن مولکل ها نسبت به یکدیگر می باشد. الیاف سلولزی دارای درجه آرایش یافتگی مولکولی بالایی بوده وتقریباً مولکولها در آنها با یکدیگر موازی می باشند ولی مارپیچ بودن این الیاف باعث شده که درجه آرایش یافتگی مولکولها نسبت به محور طولی لیف کم باشد. زاویه پیچش در الیاف ساقه ای حول محور طولی کم و برابر 6 درجه بومه می باشد، لذا دارای مقاومت و آرایش یافتگی بالایی هستند ولی الاستیسیته آنها کم است. زاویه پیچش مولکول ها حول محور طول در الیاف پنبه حدود 30 درجه می باشد و بنابراین پنبه الاستیک تر از الیاف ساقه ای می باشد. در الیاف سلولزی طبیعی نسبت به قسمتهای منظم به بی نظم، اگر چه بسته به روش اندازه گیری متفاوت می باشد ولی عموماً برابر با دو سوم منظم و یک سوم غیر منظم می باشد[11]. سلولز مهمترین پلی ساکارید می باشد که در آن یک نوع مونوساکارید به نام گلوکز وجود دارد. حلقه های گلوکزی با پیوندβبه یکدیگری متصل شده اند و واحد تکرار شونده آن سلوبیوز است. پیوند βپیوندی پایدار بوده سبب می شود زنجیر خطی تر گردد و زنجیرهای مجاور متراکم تر و در کنار هم قرار بگیرند. لذا سلولز ماده ای است که دارای کریستالیزاسیونبسیار بالاست ولی مانند گلوکز دارای کریستال های مجزا نمی باشد. فرم اصلی و طبیعی سلولز دارای فیبریل های کریستالی می باشد که دارای درجه تراکم متفاوت و همچنین طولهای محدود شده است. سلولز را می توان در کمتر از 5 نوع طبقه بندی نمود ولی تنها سلولز نوع اول و سلولز نوع دوم هستند که
دارای خاصیت وکاربرد برای صنایع نساجی می باشند. سلولز یک زنجیر پلیمری به صورت کربوهیدراته خطی و داری واحد های D- گلوکز پیرانوز که با یکدیگر اتصالل برقرار نموده اند می باشد که این اتصالات به صورت β -1-4glycosidicمی باشد [11].
کریستال سلولز در فرم های مختلف در گروه های یک تا چهار طبقه بندی می شوند، به وسیله دیفراکسیون X-ray اطلاعات در مورد این ساختارهای کریستالی مختلف افزایش یافته است. ابعاد سل واحد سلولز برای فرم های مختلف کریستالی سلولز به صورت زیر است [11].

بررسی مرسریزاسیون و اولترا سونیک و کاربرد این دو در زمینه به دست آوردن خواصیات پارچه ها (نمونه موردی پارچه پنبه ای)

بررسی مرسریزاسیون و اولترا سونیک و کاربرد این دو در زمینه به دست آوردن خواصیات پارچه ها (نمونه موردی پارچه پنبه ای)

فصل دوم
سابقه و پیشینه تحقیق
2- 1- مرسریزاسیون کالای پنبه ای EMERSON (2004) نخ پنبه ای را در چند غلظت مشخص از محلول هیدروکسید سدیم و در
محدوده 150g/L تا 350طبق جدول 1-2 و تحت شرایط یکسانی مرسریزه نموده است [81].
استحکام در غلظت 300g/l هیدروکسید سدیم به مقدار حداکثر رسیده است که می توان ان را به حضور هیدراتهای aOH.7H2O و نفوذ بهتر آنها به داخل الیاف نسبت داد. هم چنین این مطلب نشان می دهد که بیشترین تغییرات در خواص مکانیکی نخ هایی مرسریزه شده در محدودی غلظت 200-150g/l اتفاق افتاده است [81].
در تحقیقات انجام شده توسط (2003)T.Toth، الیاف پنبه به وسیله محلول های هیدروکسید سدیم و آمونیاک ودر حالت بدون کشش مرسریزه شده اند [19]. نتایج آنها نشان داده است که در الیاف مرسریزه شده به وسیله هیدروکسید سدیم سلولز I به سلولز II تبدیل شده است حال آنکه در الیاف مرسریزه شده در محلول آمونیاک سلولز I به سلولز II تبدیل شده است. آنها نتیجه گرفتند که شفافیت بالا و بهبود در رنگ پذیری را می توان ازمرسریزاسیون به وسیله هیدروکسید سدیم نتیجه گرفت، حال آنکه مرسریزاسیون در محلول آمونیاک برگشت پذیری بالا و بنابراین ثبات ابعادی خوب را در کالا ایجاد می کند [91].
N.Ahmad و همکارانش (1985)، اثر عوامل زمان و حرارت را در مرسریزاسیون مورد مطالعه قرار دادند [20]. آنها نخ های پنبه ای را در محدود دمایی co 55 5-و در حالت تحت کشش به وسیله هیدروکسید سدیم و در زمانs 60 و 180 مرسریزه کردند و میزان مرسریزاسیون را با استفاده از روشهای پراش اشعه x و مقدار رنگ جذب شده توسط نخ های مرسریزه شده اندازه گیری کردند. هدف از تحقیق آنها بررسی اثر زمان و درجه حرارت مرسریزاسیون بر روی شفافیت و رنگ پذیری کالا مرسریزه شده بوده است. این محققین نتیجه گرفتند که تغییر دمای مرسریزاسیون در محدوده 5c o تا 55 ، تغییر محسوسی در
شفافیت و رنگ پذیری نخ های مرسریزه شده ایجاد نکرده است. اما افزایش زمان مرسریزاسیون از 60s بهs 180 در تمامی دماهای مورد آزمایش مقدار جذب رنگ را به مقدار قابل توجهی افزایش داده است. آنها نتیجه گرفتند که افزایش زمان مرسریزاسیون نفوذ سود به داخل الیاف را راحت تر و سریع تر کرده و بنابراین شدت مرسریزاسیون افزایش می یابد. به عبارت دیگر اثر زمان مرسریزاسیون بیشتر از اثر دمای مرسریزاسیون می باشد [02].
در تحقیقی اثر کشش بر روی خواص مکانیکی نخ پنبه ای مورد استفاده قرار گرفته است [18]. در این مطالعه نخ های پنبه ای در دمای co20 و به مدتs 60 در محلول 300g/L هیدروکسید سدیم مرسریزه شده اند که نتایج آن در جدول2-2 آمده است.
همانگونه که نتایج نشان می دهد مقدار استحکام و مدول الاستیسیته با افزایش کشش به میزان قابل توجهی افزایش یافته است که این به درجه آرایش یافتگی الیاف نسبت داده می شود و لذا با افزایش میزان کشش در حین عملیات مرسریزاسیون، مقدار ازدیاد طول تا حد پارگی به میزان زیادی کاهش می یابد. بدیهی است که همه ی این تغییرات به تغییر در ساختار بلوری و درجه آرایش یافتگی کالای سلولزی وابسته است [18]. شکل 1-2 نشان می دهد که با افزایش مقدار کشش در عملیات مرسریزاسیون سلولز I به سلولز II کاهش می یابد و به طور کلی درصد بلورینگی در پنبه کاهش یافته است [81].
در تحقیقات صورت گرفته توسط kim و همکارانش (1984) پارچه های پنبه ای آهارگیری ،پخت و سفید گری شده را به طور جداگانه در دو نوع محلول هیدروکسید سدیم مرسریزه کردند و خواص فیزیکی را در پارچه های مرسریزه شده در این دو نوع محلول با یکدیگر مقایسه کرده اند [21]. در نوع اول، از محلول هیدروکسید سدیمی استفاده شده است که گاز موجود در آن خارج شده است و در حالت دوم از محلول هیدروکسید سدیم اشباع گاز استفاده شده است. هدف آنها بررسی اثر فاکتور نفوذ قلیا در الیاف پنبه هنگام عملیات مرسریزاسیون بوده است. نتایج نشان داده است که مرسریزاسیون در محلول هیدروکسید سدیم تخلیه شده از گاز خواص فیزیکی بهتری ایجاد کرده است. در صد بلورینگی، عدد فعال باریم، استحکام، جذب رنگ و رطوبت از خواص مورد مطالعه در این تحقیق بوده است. آنها نتیجه گر فتند که محلول هیدروکسید سدیم عاری شده از هوا، عدد فعال باریم، استحکام، جذب رنگ و رطوبت بالا تر ولی درصد بلورینگی پایین تری در الیاف پنبه ایجاد کرده است و این موضوع به درجه مرسریزاسیون بالاتر در این الیاف نسبت داده می شود که این ناشی از نفوذ بهتر هیدروکسیدسدیم عاری از هوا به داخل الیاف
پنبه می باشد [12].
Wakida و همکارانش (2002) در تحقیقی تحت عنوان مرسریزاسیون داغ، پنبه را به دو شکل لیف و پارچه و در محدوده دمایی بین co100 -02 و با محلول 02% هیدروکسید سدیم مرسریزه کردند [22]. آنها نتیجه گرفتند که شدت مرسریزاسیون تحت تأثیر شکل فیزیکی کالای مورد مرسریزه قرار دارد به طوری که شدت مرسریزاسیون در لیف پنبه به پارچه تولید شده از آن بالا تر بوده است [22]. هم چنین مقدار تاب نخ اثر موثری در درجه مرسریزاسیون دارد، به طوری که با افزایش تاب نخ درجه مرسریزاسیون کاهش می یابد. Hari و همکارانش (1985) اثر مرسریزاسیون را بر روی استحکام کششی نخ های اپن- اند با قابهای مختلف مورد مطالعه قرار دادند [23]. در این مطالعه نخ های اپن- اند با قابهای مختلف در هیدروکسید سدیم در حالتهای آزاد و تحت کشش مرسریزه شده اند. نتایج تحقیق، افزایش استحکام را در تمامی نخ های مورد آزمایش و درتمام شرایط مرسریزاسیون نشان داده است ومقدار افزایش در استحکام به مقدار تاب نخ بستگی داشته است. با کاهش تاب در نخ های مورد آزمایش افزایش بیشتری در استحکام ایجاد شده است به طوری که نخ های مرسریزه شده در حالت تحت کشش 8/52%
افزایش دراستحکام نخ های مرسریزه شده در حالت بدون کشش حداکثر 46% افزایش در استحکام نشان داده اند. افزایش بیشتر در استحکام نخ ها با تاب کمتر به بهبود در دسته بندی الیاف (fiber paking)
نسبت داده شده است، اما افزایش در استحکام نخ های مرسریزه شده با تاب بالا به بهبود در دسته بندی الیاف، جهت گیری الیاف و بهبود در استحکام لیف ارتباط داده شده است [32].
Pillay (1981) نخ های اپن- اند را مرسریزه و مشاهده کرد که استحکام نخ های مرسریزه شده در حالت تحت کشش بسته به نوع پنبه مصرفی و شرایط مرسریزاسیون به مقدار 5/2% تا 9/25% افزایش یافته است، اما این تحقیق یک کاهش 20 -10% را در استحکام نخ های مرسریزه شده در حالت بدون کشش نشن می دهد [24] . pillay نتیجه گرفت که نوع ساختار نخ درجه مرسریزاسیون را تحت تأثیر قرار می دهد. Pillay مشاهده کرد که در شرایط یکسان مرسریزاسیون ، نخ های اپن- اند نسبت به نخ های رینگ از درجه مرسریزاسیون بالاتری برخوردار می باشند [42].
(1977)Duckworth تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند که در مرسریزاسیون گرم ویسکوزیته محلول سود کاهش یافته، بنابراین نفوذ قلیا به داخل ساختار لیف پنبه و کالای سلولزی بهبود می یابد، در نتیجه شدت مرسریزاسیون زیاد می شود[25]. مرسریزاسیون گرم نسبت به نوع سرد استحکام بالاتر، ثبات ابعادی بهتر و رنگ پذیری یکنواخت تری ایجاد کرده است ،Duckworth مشاهده کرد که جذب رنگ در کالای مرسریزه شده با روش گرم نسبت به روش سرد پایینتر می باشد، در حالی که جذب رنگ در کالای مرسریزه شده در حالت بدون کشش با روش گرم نسبت به روش سرد بالاتر می باشد. افزایش دما مرسریزاسیون باعث کشش بیشتر در الیاف شده، بنابراین جهت گیری بیشتر در الیاف و زنجیرهای سلولزی را به دنبال دارد که این باعث کاهش جذب رنگ در مرسریزاسیون گرم و در حالت تحت کشش نسبت به مرسریزاسیون سرد می شود. در تحقیق Duckworth دیده شده است که مرسریزاسیون گرم نسبت به روش سرد جمع شدگی کمتری در پارچه ایجاد می کند و این از نکات برجسته مرسریزاسیون با روش گرم می باشد [52].
Niaz Ahmad و همکارانش (1985) مرسریزاسیون گرم را با پارچه های پنبه ای مورد مطالعه قرار داده اند [20]. آنها کالای پنبه ای را در محدوده دمای co5-55و در دو حالت آزاد و تحت کشش بوسیله هیدروکسید سدیم مرسریزه کردند. هدف از این تحقیق بررسی اثر درجه حرارت مرسریزاسیون بر روی شفافیت ورنگ پذیری کالای مرسریزه بوده است. آنها مشاهده کردند که شفافیت در پارچه هایی که تحت کشش مرسریزه شده اند نسبت به پارچه های مرسریزه نشده و یا بدون کشش مرسریزه شده بالاتر بوده است. تغییر در دمای مرسریزاسیون در محدودc o 5-45تغییر محسوسی در شفافیت ایجاد نکرده است ولی شفافیت در پارچه مرسریزه شده در دمای co55 به طور محسوسی کاهش یافته است. از نتایج دیگر تحقیق Niaz Ahmad وهمکارانش این است که با افزایش دمای مرسریزاسیون تا co45 افزایش بسیار ناچیزی در جذب رنگ نمونه ها مشاهده شده است اما سریزاسیون در دمایc o55افزایش قابل توجهی در جذب رنگ نمونه ها ایجاد کرده است. از دیگر نتایج تحقیق Niaz Ahmad و همکارانش این است که جذب رنگ در پارچه هایی که بعد از مرسریزاسیون با آب سرد شده اند نسبت به پارچه هایی که بعد از مرسریزاسیون با آب گرم شسته شده اند بالاتر بوده است. Niaz Ahmad دلیل این موضوع را عدم برگشت پذیری سلولز II به سلولز I در صورت استفاده از آب سرد جهت عملیات شستشو بعد از مرسریزاسیون ذکر کرده است. Niaz Ahmad و همکارانش همچنین اثر درجه حرارت محلول قلیا را در مرسریزاسیون نخهای پنبه ای مورد مطالعه قرار داده اند [20]. آنها نخهای پنبه ای را در محدوده دمایc o 55 5- تا و در حالت تحت کشش بوسیله هیدروکسید سدیم مرسریزه کردند و درجه
مرسریزاسیون را با استفاده از روشهای پراش اشعه X و مقدار رنگ جذب شده توسط نخهای مرسریزه شده اندازه گیری کردند. هدف از این تحقیق بررسی اثر درجه حرارت مرسریزاسیون بر روی شفافیت و رنگ پذیری کالای مرسریزه شده بوده است. در مطالعه آنها مشاهده شده است که تغییر در دمای مرسریزاسیون در محدوده co5 تا 55 تغییر محسوسی در شفافیت و رنگ پذیری نخهای مرسریزه شده ایجاد نکرده است [02].
Walida و همکارانش (2002) در تحقیقات خود تحت عنوان مرسریزاسیون داغ، پارچه های پنبه ای را در محدوده دمای بین001-02 c oو با محلول 20% هیدروکسید سدیم مرسریزه کردند [22]. این افراد نتیجه گرفتند که مرسریزاسیون باعث تبدیل سلولز I به سلولز II می گردد و این تبدیل در دمای پائین تر از co60 راحت تر و بیشتر اتفاق می افتند. دمای مرسریزاسیون رنگ پذیری پنبه را تحت تأثیر قرار داده است و مرسریزاسیون دردماهای پائین تر افزایش بیشتری در جذب رنگ نسبت به دمای بالاتر ایجاد کرده است [22].
Saapan و همکارانش (1984) ، مرسریزاسیون پارچه های پنبه ای را در محلول های هیدروکسید سدیم و آمونیاک مورد توجه قرار دادند [26]. این محققین مرسریزاسیون را در دماهای co20 و 60 و 90 انجام دادند و شاخص بلورینگی و جذب رنگ را برای پارچه های مرسریزه شده مورد بررسی قرار دادند. در تحقیق saapan و همکاران آمده است که به طور کلی عملیات مرسریزاسیون باعث کاهش بلورینگی لیف پنبه میشود و مقدار کاهش در بلورینگی به شرایط مرسریزاسیون بستگی دارد. Saapan نشان داد که شاخص بلورینگی برای پنبه مرسریزه نشده اولیه حدود 78% بوده است که به 60%برای پنبه مرسریزه شده در co20 وبه 66% برای پنبه مرسریزه شده در دمایc o90 رسیده است. در تحقیق saapan و همکاران رنگ نمونه های مر همچنین روشن شده است که با افزایش دمای مرسریزاسیون جذب سریزه شده کاهش یافته است [62].
Aslam Khan ( 2008)،اثر درجه حرارت و غلظت سود مصرفی در مرسریزاسیون را مورد مطالعه قرار داده است و شدت مرسریزاسیون را تابعی از این دوعامل به سه بخش مرسریزاسیون کامل ،مرسریزاسیون ناقص و عدم مرسریزاسیون به صورت شکل 2 -2طبقه بندی کرده است [72].

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان