پایان نامه ارشد مهندسی نساجی: بررسی امکان استخراج الیاف بلند طبیعی سلولزی از برگ گیاه Typha australis

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی نساجی

گرایش : شیمی نساجی

عنوان : بررسی امکان استخراج الیاف بلند طبیعی سلولزی از  برگ گیاه Typha australis

دانشگاه صنعتي اصفهان

دانشكده مهندسی نساجي

پایان نامه كارشناسي ارشد مهندسي نساجي- شيمي نساجي و علوم الياف

عنوان:

بررسی امکان استخراج الیاف بلند طبیعی سلولزی از  برگ گیاه Typha australis

استاد راهنما:

دكتر سيد مجيد مرتضوي

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

امروزه، تحقيقات و طرح هاي توسعه صنعتي در زمينه بيوتكنولو‍ژي و حفظ محيط زيست از اهميت خاصي برخوردار گرديده و استفاده از امكانات موجود در طبيعت توجه محققين را به خود جلب كرده است. از جمله اين موارد، استفاده بهينه از مواد سلولزي و ليگنوسلولزي است.

امروزه، استفاده از الياف طبيعي گياهي، علاوه بر صنعت نساجي در صنايع پليمري و خودروسازي از اهميت خاصي برخوردار شده است. توسعه روز افزون كاربرد الياف طبيعي گياهي نظير جوت در كمپوزيتها، رونق خاصي به خصوصيات و بازار آن داده است. از دلايل پيشرفت و اهميت اين الياف، مي توان به عنوان نمودن سال 2009 به عنوان سال الياف طبيعي توسط مجمع عمومي سازمان ملل متحد اشاره كرد.

در این تحقیق،  استخراج الیاف طبیعی با منشأ گیاهی- سلولزی از برگ گیاه Typha australis بررسی شد. عملیات استخراج لیف با استفاده از رتینگ شیمیایی و با به کار بردن مواد شیمیایی از قبیل سود سوزآور، تری پلی فسفات سدیم، تترا اتیلن دی آمین، آنتراکینون، در دماهای 60-100 درجه سانتیگراد و مدت زمان 30-480 دقیقه صورت گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که استخراج الیاف از برگ گیاه با روش رتینگ قلیایی امکان پذیر است و الیاف بدست آمده دارای استحکام (3.1-3.6 g/den) و ظرافت 23-33 den بوده که نسبت به دیگر الیاف طبیعی با منشأ گیاهی از قبیل کنف، جوت، نارگیل و اناناس استحکام بالاتری دارد.  طیف مادون قرمز الیاف استخراج شده نشان از لیگنوسلولزی بودن آن داشت که با تعیین درصد ترکیبات آن، معلوم گردید که لیف حاوی 60-50% سلولز، 30-25% لیگنین ، 12-9% همی سلولز و 8-5% مواد ناخالصی است. که این میزان سلولز بیش از سلولز موجود در الیاف نارگیل می­باشد. از طرفی لیگنین موجود در لیف، می­تواند به عنوان ماده ضد باکتری و جذب کننده پرتو ماورابنفش عمل کند که خود ویژگی خاصی به این لیف می­دهد. همچنین لیف استخراج شده دارای 50-45% کریستالینیته می­باشد که این درصد بلورینگی پایین سبب جذب آب 9/5-8% گردیده که نسبت به الیاف پنبه، درصد جذب رطوبت بالاتری می­باشد. از طرفی دانسیته لیف 1/26 g.cm3 بوده که از دیگر الیاف طبیعی با منشاگیاهی از قبیل پنبه، کتان، جوت، شاهدانه و…  بسیار سبک تر است.  رنگ الیاف استخراج شده به دلیل استخراج توسط عملیات قلیایی در دمای بالا و وجود میزان لیگنین بالا دارای شید زرد روشن تا قهوه­ای تیره می­باشد.  با انجام عملیات سفیدگری با آب اکسیژنه، الیاف سفیدی مطلوبی را کسب کرده و میزان روشنایی آن 34% افزایش یافت. رنگ پذیری الیاف بسیار مناسب بوده و الیاف به خوبی رنگ را جذب کرده و شفافیت رنگ آن مناسب می­باشد.

با توجه به خصوصیات بسیار عالی الیاف استخراج شده و خصوصیات خوب گیاه لویی از قبیل هرز بودن گیاه، فراوانی آن در اکثر مناطق کشور، رشد آن  در مردابها، باتلاقها، جویبارها و عدم نیاز به نگهداری  و مراقبت خاص و داشتن برگهای بلند و برافراشته، انتظار می­رود که با تحقیقات بیشتر، شاهد حضور این لیف در بازارهای نساجی و دیگر صنایع مصرف کننده الیاف به صورت نخ خالص یا مخلوط با دیگر الیاف طبیعی  و مصنوعی باشیم.

فصل اول

مقدمه:

انسان از زمانهاي بسيار دور، علاوه براينكه با شكار حيوانات مي­توانست مواد غذايي خود را تأمين كند، از پوست آنها نيز به عنوان وسيله مناسبي براي گرم نگه داشتن بدن خود استفاده مي­كرد. در يك مقطع زماني از تاريخ، انسان دريافت كه رويش مويين پوست حيوانات و رشته­هاي نازك و بلند برخي از گياهان آمادگي دارند كه به وسيله تابيده شدن به دور خود، رشته هاي بلندتري را تشكيل دهند كه موسوم به نخ است. بدين ترتيب بود كه الياف طبيعي نظير پنبه، پشم، ابريشم و ديگر الياف هر يك بنحوي شناخته شدند‌‌[1].

1-1- الیاف ماده اولیه نساجی

الياف ماده اوليه صنعت نساجي است. خصوصيات اصلي يك ليف عبارت است از نسبت فوق العاده زياد طول به قطر آن، استحكام، لطافت، الاستيسيته، جذب رنگ و قابليت ريسندگي؛ كه باعث سهولت تاب دادن الياف و در نتيجه باعث افزايش قدرت نخ مي شود.[1] از مشخصه­هاي مهم يك ليف؛ طول (متوسط طول، توزيع طولي) ، سطح مقطع (مساحت كل، يكنواختي و شكل) ، تجعد (تعداد و دامنه تجعد) ، فنريت و مشخصات سطحي مي­باشد. همچنين يك ليف بايد داراي خصوصیات فيزيكي، شيميايي و مكانيكي مطلوبي باشد. از خواص فيزيكي مي توان به رنگ، جلا، وزن مخصوص، حرارت ويژه، هدايت الكتريكي وگرمايي، نقطه نرم شدن، دماي شيشه­اي و از خواص مكانيكي به استحكام، ازدياد طول، مدول، الاستيسيته و بازگشت پذيري اشاره كرد. همچنين خواصي از قبيل رطوبت بازيافتي، تورم، عكس­العمل در برابر حلال­ها، تغيير شيميايي در اثر حرارت، مقاومت در برابر عوامل جوي(اكسيژن، نور، حرارت، ميكروارگانيزمها)، مقاومت شيميايي به اسيد، قليا، عوامل اكسيد­كننده و رنگ پذيري نيز داراي اهميت مي­باشد[2].

با توجه به کاربرد متنوع کالاهای نساجی، از پوشاك تا مصارف صنعتی، لزوم استفاده از الیاف با خصوصیات مختلف و روشهای متفاوت وجود دارد. روشهای مختلفی برای طبقه­بندی ویژگی­های مرتبط با خصوصیات الیاف، روشهای تولید و استفاده نهایی از آنها وجود دارد. هر چند که، طول و ظرافت دو پارامتر مهم از خصوصیات الیاف مي باشند که پتانسیل کاربردی و فرآيند­پذيری الیاف را تعيين می­کنند.

براساس طول الياف و فرآیند­پذیری در سیستم ریسندگی، الیاف به دو دسته الیاف استيپل کوتاه[1] و الياف استيپل بلند[2] طبقه­بندی می­شوند. معمولاً، در حدود 58% از الیاف تولیدی در جهان در سیستم الیاف استیپل كوتاه و در حدود 7% در سیستم استیپل بلند ریسندگی می­شوند. فرآیند­پذیری الیاف در هر کدام از سیستم­های استیپل کوتاه و بلند، کاربرد ویژه­اي را تعیین می­کنند. در حالت کلی، الیاف ظریف و کوتاه، برای کاربرد در پارچه  بیشتر ترجیح داده می­شوند، در حالیکه الیاف با طول بلندتر، معمولاً برای قالی، طناب و ریسمان استفاده می­شوند. طول الیاف سلولزی طبیعی، اصولاً براساس طول سلول واحد آنها و طول ليفي كه سلولهاي واحد آن توسط مواد صمغي مانند ليگنين به همديگر متصل شده­اند، تعیین می­گردد[3] .

 اصولاً طبقه بندي الياف در برگیرنده كليه الياف طبيعي[3] و مصنوعي[4] ،كار بسيار مشكل و شايد هم غيرعملي است. براي طبقه­بندي الياف بر حسب منشأ توليد، خانواده، ساختمان شيميايي، خواص ومصرف آنها توسط متخصصين مختلف، پيشنهادات گوناگوني شده است. الياف نساجي  به دو طبقه اصلي الياف طبيعي و الياف مصنوعي تقسيم مي­شوند، كه هر يك از اين دو طبقه، خود شامل گروه­هاي فرعي ديگري مي­باشند. الياف طبيعي مانند پشم و پنبه، اليافي هستند كه به طور طبيعي توليد مي­شوند. الياف مصنوعي، به اليافي اطلاق مي­شود كه به خودي خود وجود ندارند و با استفاده از مواد خام اوليه و يا ساير مواد شيميايي و با به كار­بردن روشهاي صنعتي تهيه مي­گردند[1]. منشأ الياف سلولزي، گياهان موجود درطبيعت هستند كه منابعي بي پايان بوده كه تنها بخش كوچكي از اين منابع قابلیت استخراج الیاف با خصوصیات مناسب صنعت نساجی را دارند[2].

 بر اساس منشأ، الياف طبيعي به سه گروه فرعي تقسيم می­شوند: الياف معدني، الياف گياهي و الياف حيواني.

الياف معدني: مصرف اين نوع الياف در صنعت نساجي محدود است و آسبست كه در اصطلاح عاميانه، پنبه كوهي[5] يا پنبه نسوز ناميده مي­شود، نمونه­اي از اين الياف مي­باشد.

الياف گياهي : الياف گياهي از چوب و برخي مواد كشاورزي، كه موادي قابل تجديد حيات هستند توليد مي­شوند و داراي پتانسيل ايجاد محصولات جديد و جايگزيني مواد سوختني هيدروكربني مضر براي محيط زيست مي­باشند[4]. الياف گياهي شامل مهمترين الياف نساجي ، يعني پنبه و ساير الياف مانند كتان، شاهدانه و جوت است . اين الياف از طريق كشت تهيه مي­شوند و پايه سلولزي (ماده سازنده گياهان) دارند[1]. الياف گياهي به گروه­هاي فرعي زير تقسيم مي­شوند:

1) الياف دانه­اي، مانند پنبه

2)الياف ساقه­اي، مانند كتان، جوت، شاهدانه

3)الياف برگي، مانند سيسال، مانيلا

4)الياف ميوه­اي، مانند نارگيل

الياف حيواني : الياف حيواني مانند ابريشم،كه توسط كرم ابريشم توليد مي­شود، همچنين پشم و ساير الياف شبيه مو، مانند كشمير، آلپاكا و غيره را نيز در بر مي­گيرد. اين الياف، پايه پروتئيني دارند كه تركيب پيچيده­اي است و قسمت عمده ساختمان بدن جانداران را تشكيل مي­دهد. اين الياف به گروه­هاي فرعي زير تقسيم مي­شوند[1] .

1) پشم

2) ابريشم

3) مو، مانند موي بز، خرگوش، شتر، اسب

الیاف سلولزی طبیعی تک سلولزی، پنبه و کاپوک، نسبتاً دارای طولهای کوتاه و در فرآیند سیستم استیپل کوتاه عمل شده، در حالیکه الیاف چند سلولی مانند کتان و چتایی، طولی بیش از 20 سانتیمتر دارند و مناسب فرآیندهای سیستم استیپل بلند مي­باشند. هر چند که کتان و دیگر الیاف بلند، از نظر صنعتی برای سیستم استیپل، طول بلندتري دارند، اما تلاشهای موفقیت آمیزی برای بدست آوردن الیاف کتان با طول کوتاه، مناسب مخلوط کردن با الياف پنبه و پروسه­های سیستم الیاف استیپل کوتاه، صورت گرفته است. از طرفي برگهای نارگیل و ذرت، چند سلولی بوده و در نساجی مناسب پروسه­های الیاف طبیعی بلند می­باشند.[3] الياف مصنوعي مي­توانند بر حسب ماده تشكيل دهنده الياف، به دو گروه فرعي متمايز از يكديگر يعني، الياف بازيافته[6] و الياف سنتتيك[7] تقسيم شوند:

الياف بازيافته اليافي هستند كه ماده تشكيل دهنده آنها، قبلاً در طبيعت موجود بوده است و الياف سنتتيك از مواد شیميايي تهيه مي­شوند كه داراي ساختمان ليفي نيستند و از طريق سنتز مواد اوليه و يا اجراي پروسس­هاي شيميايي لازم، ساختمان ليفي به آنها داده مي­شود و طبيعت درساختن آنها و يا در قسمتي از فرآيند تهيه آنها، نقشي ندارد و كلاً سنتتيك هستند. گروههاي فرعي الياف سنتتيك را به صورت زير مي­توان بيان كرد.[1]

– پلي­آميد، نظير نايلون

– پلي­استرها، نظير تريلين، داكرون

– مشتقات پلي­وينيل، نظير پلي­وينيل الكل، كلرايد

– پلي­اولفين ها، مانند پلي­پروپيلن، پلي­اتيلن

– پلي­اورتانها

الياف طبيعي  نسبت به مواد سنتتيك، داراي مزيتهايي از قبيل معايب محيط زيستي و سمي كردن محيط زيست كمتر و قابليت تجزيه شدن بيولوژيكي مي­باشند. اما مشكل اساسي الياف گياهي نسبت به الياف سنتتيك، فقدان يكنواختي مواد است. الياف سنتتيك مي­توانند در يك روش خاص توليد شوند و الياف توليدي، داراي كيفيت يكنواخت و ثابت می­باشد، در حاليكه الياف گياهي، زمانيكه توليد مي­شوند، شرايط رشد، تأثير به سزايي بر نتايج و خصوصيات آنها دارد. تفاوتهاي ايجاد شده به دليل متفاوت بودن مناطق كشت، نوع خاك، آب و هوا و كشاورز مي­باشد. عمليات رتينگ[8](جداسازي الياف از قسمتهاي چوبي ساقه و صمغهاي گياهي)، بر رنگ ليف، جداسازي دسته الياف، مواد متشكله و استحكام ليف اثر مي­گذارد. كيفيت ليف به شرايط زراعي، رشد و مكان ليف در گياه نيز بستگي دارد[4] . جدول 1 ، درصد تغییرات کمیتهای مختلف در نمونه الیاف به طول 1 سانتیمتر را نشان می­دهد که توسط آقای مردیت[9] آزمایش شده است. همانگونه که مشاهده می­شود الیاف طبیعی گیاهی درصد تغییرات بالایی را نشان می­دهند. [5]

ليگنوسلولزها[1] به تمام گياهاني اطلاق مي شود كه امروزه بعنوان يكي از بزرگترين منابع طبيعي فراهم کننده مواد غذایی و انرژي مطرح هستند. 60 الي 80 درصد ليگنوسلولزها از پلي­ساكاريدها، كه پليمر طبيعي قندها مي­باشند، تشكيل شده است. علاوه بر اين، طيف وسيعي از مواد قابل مصرف موجود در ليگنوسلولزها، تجديد پذيري آنها و همچنين سازگاري­شان با محيط زيست، هرگونه مطالعه و امكان سرمايه­گذاري در مورد ليگنوسلولزها را بعنوان يكي از چشم­اندازهاي آينده بشري توجيه­پذير مي­سازد.[5] بيشترين ماده توليدي طبيعي در كره زمين، گياهان مي­باشند، كه ميزان توليد آنها در حدود 1011 تن در سال برآورد شده است. گياهان، شامل انواع درختان، گياهان بوته­اي، محصولات و ضايعات كشاورزي و …  مي­باشند، كه قسمت عمده آنها پس از توليد بي هيچ استفاده­اي به روشهاي مختلف، وارد چرخه بازگشت­پذير طبيعت مي­گردند. وجه مشخص همه گياهان، ساختار فيبريلي آنها است كه در اين ساختار، ميكروفيبريل­هاي سلولز در شبكه­اي از همي­سلولز[2] و ليگنين[3] احاطه شده و ساير مواد آلي و معدني، اين ساختمان را تكميل كرده­اند. به خاطر همين ساختار، به اين مواد، ليگنوسلولز گفته مي­شود [6].

ساختمان ليگنوسلولزها از سه بخش اصلي پلي ساكاريدها، ليگنين و مواد خارجي[4] تشكيل شده است. پلي­ساكاريدها به كربوهيدراتهاي سنگيني گفته مي­شوند كه شامل سلولز و همي­سلولز باشند و در مجموع 80-60 درصد كل ساختمان گياه را تشكيل­ دهند[7] .

[1] Lignocelluloses

[2] Hemicelluloses

[3] Lignin

[4] Extraneous Material

[1] Short Staple Fiber

[2] Long Staple Fiber

[3] Natural Fibers

[4] Man-Made Fibers

[5] Asbestos

[6] Regenerated Fibers

[7] Synthetic Fibers

[8] Retting

[9] Meredith

تعداد صفحه : 94

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --