توصيفگر ها :
الياف استبرق , اصلاح سطح , آنزيم زايلاناز , همي سلولز , ليگنين , فرايند كاردينگ
چكيده فارسي :
الياف استبرق يكي از علف¬هاي هرز زمين¬هاي باير است كه مي¬تواند بيشتر در زيستگاه خشك مناطق جنوبي ايالات متحده، آسيا و آفريقاي جنوبي رشدكند. الياف استبرق همانند الياف پنبه، الياف تك سلولي هستند اما هيچ پيچشي در طول الياف وجود ندارد. سطح الياف استبرق صاف است و ساختار توخالي دارند و به دليل سطح صاف، درگيري بين توده الياف كم است. درگيري كم الياف استبرق در كنار درصد ازدياد طول كم آن¬ها، مشكلاتي را در طول فرآيند ريسندگي ايجاد مي¬كند. ساختار توخالي و ماهيت شكننده الياف استبرق از دلايل اصلي آسيب‌پذيري آن¬ها در برابر بارهاي مكانيكي است كه در حين عمليات كاردينگ اعمال مي‌شوند. استفاده از فناوري آنزيمي به طور قابل توجهي در اصلاح سطح الياف طبيعي در حال افزايش است. دليل اصلي همه¬گير شدن اين فناوري اين واقعيت است كه آنزيم¬ها دوستدار محيط¬زيست بوده و واكنش¬هاي كاتاليز شده بسيار خاص با عملكرد متمركز دارند. هدف از اين پژوهش اصلاح سطح الياف استبرق توسط آنزيم زايلاناز جهت بهبود فرايند كاردينگ است. براي دستيابي به اين هدف، عمل آوري الياف استبرق به روش غوطه¬وري با استفاده از آنزيم زايلاناز/ بافر/صابون آنيونيك صورت گرفت. سه عامل غلظت آنزيم، زمان¬ واكنش و pH به عنوان عوامل متغير فرايندي بررسي شدند. با استفاده از تحليل آماري به روش تاگوچي نمونه¬ي بهينه با شرايط غلظت آنزيم 5/0 گرم بر ليتر، زمان واكنش 90 دقيقه و4/5 pH= انتخاب گرديد. خصوصيات فيزيكي و شيميايي الياف استبرق شامل استحكام، ظرافت، تجعد، درصدخردشوندگي الياف، چگالي، رطوبت بازيافتي، زاويه تماس قطره آب با الياف، زمان جذب آب الياف، طيف مادون قرمز و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي الياف قبل و بعد از اصلاح سطح بررسي شدند. طبق تحليل طيف مادون قرمز بعد از اصلاح سطح الياف استبرق، جزء همي‌سلولز و ليگنين الياف بدون آسيب در زنجيره¬ي سلولزي تخريب شد. درصد خردشوندگي الياف خام و اصلاح شده بعد از تغذيه به دستگاه كاردينگ آزمايشگاهي اندازه¬گيري شد، درصد خردشوندگي نمونه خام %63/41 اندازه¬گيري شد كه اين درصد براي نمونه بهينه به %48/0 كاهش يافت كه نشان-دهنده توانايي آنزيم در بهبود رفتار كاردينگ الياف مي¬باشد. درصد تجعد الياف استبرق خام 71%/3 گزارش شد و درصد تجعد الياف بهينه به %79/18 رسيد. اين افزايش تجعد احتمالاً ناشي از حذف ليگنين و همي¬سلولز است. قطر خارجي و داخلي الياف بعد از اصلاح افزايش پيدا كرد و ضخامت ديواره الياف استبرق خام 23/5 ميكرومتر اندازه¬گيري شد كه پس از عمليات اصلاح سطح به علت تخريب ليگنين به 46/4 ميكرومتر كاهش يافت. همچنين نتايج حاصله نشان¬دهنده تورم ليف استبرق پس از عمليات اصلاح سطح است كه به تحمل بيشتر نيروي وارده در طي عمليات كاردينگ كمك مي¬كند. زاويه تماس قطره آب با الياف خام °98/120 گزارش شد و بعد از اصلاح سطح به° 02/113 رسيد و باعث افزايش آبدوستي الياف به ميزان ناچيز شد. چگالي الياف استبرق خام 1912/0 گرم بر ميلي ليتر و چگالي الياف بهينه 1349/0 گرم بر ميلي ليتر گزارش شد كه علت اين كاهش، افزايش قطر الياف بود. تنش، كرنش و مدول نمونه خام و نمونه بهينه از نظر آماري تفاوت معناداري نداشت. درصد رطوبت بازيافتي الياف خام %63/6 و درصد رطوبت بازيافتي الياف بهينه به %41/8 اندازه¬گيري شد كه افزايش معني¬داري را نشان مي¬دهد.
چكيده انگليسي :
Milkweed fiber is one of the weeds of barren lands that can grow mostly in the dry habitat of the southern regions of the United States, Asia, and South Africa. Like cotton fibers, Milkweed fibers are unicellular fibers, but there is no twisting along the length of the fibers. The surface of the fibers is smooth and they have a hollow structure, and because of the smooth surface, there is little conflict between the fibers. The low engagement of the fibers of the Milkweed, along with their low percentage of length increase, causes problems during the spinning process. The hollow structure and fragile nature of the fibers are one of the main reasons for their vulnerability to mechanical loads that are applied during the carding operation. The use of enzyme technology is increasing significantly in the surface modification of natural fibers. The main reason for the popularity of this technology is the fact that enzymes are environmentally friendly and have very specific catalyzed reactions with concentrated performance. The purpose of this research is to modify the surface of Milkweed fibers by xylanase enzyme to improve the carding process. To achieve this goal, Milkweed fibers were treated by immersion method using xylanase enzyme/buffer/anionic soap. Three factors of enzyme concentration, reaction time, and pH were investigated as process variable factors. Using statistical analysis by the Taguchi method, the optimal sample was selected with an enzyme concentration of 0/5 gr/liter, reaction time of 90 minutes, and pH = 5. 4. The physical and chemical properties of Milkweed fibers include strength, fineness, crimp, percentage of fiber shredding, density, moisture content, contact angle of water drop with fibers, water absorption time of fibers, infrared spectrum, and scanning electron microscope images of fibers, before and after surface modification have investigated. According to the analysis of the infrared spectrum, after modifying the surface of Milkweed fibers, the hemicellulose and lignin components of the fibers were destroyed without damage to the cellulose chain. The crushing percentage of raw and modified fibers was measured after feeding to the laboratory carding machine. The crushing percentage of the raw sample was reported as 41. 62% and the crushing percentage of the optimal sample reached 0. 48%. The shrinkage percentage of raw fibers was reported as 3. 71% and the shrinkage percentage of optimal fibers reached 18. 79%. The outer and inner diameter of the fibers increased after modification and the diameter of the raw fiber wall was reported to be 5/23 micrometers and the diameter of the optimal fiber wall reached 4. 46 micrometers due to lignin degradation. The contact angle of the water drop with the raw fibers was reported as 120. 98° and after surface modification, it reached 113. 02° and increased the hydrophilicity of the fibers to a small extent. The density of raw fiber was reported to be 0. 1912 grams per cubic centimeter, and the optimal fiber density reached 0. 1349 grams per cubic centimeter, which was the reason for the decrease in density due to the increase in fiber diameter. The stress, strain, and modulus of the raw sample and the optimal sample didn’t have a significant statistical difference. The moisture content of raw fibers was reported as 6. 63% and the moisture content of optimal fibers reached 8. 41%.
