بخشی از مقاله
چكيده
عمليات كوپليمريزاسيون گرافت منومر اكريليك اسيد روي پارچه پلي استر با استفاده از آغازگر بنزوئيل پراكسايد انجام و شرايط بهينه عمليات (بالاترين درصد گرافت) در غلظت M93/0 منومر و M3-10×48/5 آغازگر به دست آمد. سپس عمليات آماده سازي به وسيله هيدروليز آنزيمي با ليپاز روي پارچه هاي خام و پس از آن عمليات كوپليمريزاسيون گرافت روي نمونه هاي آماده سازي شده انجام گرفته و اثر شرايط مختلف عمليات آماده سازي نظير زمان ، دما و غلظت روي كاهش وزن نمونه و درصد گرافت بررسي شده است. آزمايشات استحكام، رطوبت بازيافتي، تصويربرداري با SEM و طيف سنجي FTIR براي تعيين خصوصيات كالاي گرافت شده مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهند كه انجام عمليات آماده سازي با ليپاز به نحو قابل توجهي درصد گرافت حاصل روي كالا را افزايش مي دهد.
كلمات كليدي : كوپليمريزاسيون گرافت، اكريليك اسيد، ليپاز، خواص فيزيك.
1- مقدمه
پلي اتيلن ترفتالات كه امروزه يكي از مهم ترين الياف مصنوعي را تشكيل مي دهد حاصل تحقيقات وينفيلد و دستيار وي ديكسون بوده كه براي اولين بار در سال 1941 در آزمايشگاه تهيه شده است. پلي استر در سال 1953 توسط دوپونت، به صورت انبوه توليد و به بازار عرضه شد. توليد پلي استر در دهه هاي 60 و 70 به صورت چشمگيري افزايش يافت. پلي اتيلن ترفنالات، پليمر كندانسه ترفتاليك اسيد، ترفتاليك دي متيل استر و يا دي متيل ترفتالات (DMT) با ايتلن- گلايكول است. مقدار رطوبت بازيافتي براي ليف پلي اتيلن ترفتالات در رطوبت نسبي (RH)20% و 65% در محدوده 4/0% تا 6/0% مي باشد. اين مقدار در رطوبت نسبي 100% تا 1% افزايش مي يابد. جذب رطوبت،در محدوده 0c90-20 تقريباً مستقل از دما مي باشد.
الياف پلي استر ، داراي خواص مهمي نظير استحكام بالا، مقاومت خوب سايشي، برگشت پذيري (الاستيستي) و ثبات ابعادي مي باشند كه به كالاي تهيه شده از اين الياف دوام خواص بيشتري مي بخشند. در مقابل ، اين الياف داراي خواص نامطلوبي چون آبگريز بودن، تمايل به تشكيل الكتريسته ساكن، تمايل به تشكيل پرزدانه و چرك شدن سريع مي باشند. پوشاك تهيه شده از الياف پلي استر به علت داشتن زير دست نامطبوع، پائين بودن خاصيت عايق بندي گرمائي ، عدم جذب رطوبت و تماس نامطبوع با پوست بدن از راحتي در پوشش برخوردار نمي باشند. به كمك اصلاح الياف مصنوعي مي توان خصوصيات منفي آنها را كاملاً و يا تا حدودي كاهش داد. به طور كلي اصلاح عيوب پلي استر و در عين حال نگهداري از خواص خول آن به كمك يك روش امكان پذير نبوده و به همين علت، اصلاح پلي استر با توجه به اهداف مورد نظر به كمك روش هاي متعددي صورت مي پذيرد. اصلاح يك خاصيت ممكن است تضعيف خواص ديگري را به همراه داشته باشد
اصلاح الياف پلي استر مي تواند به روش هاي مختلف شيميايي و يا فيزيكي انجام گيرد. مهم ترين روش هاي مورد مطالعه جهت اصلاح الياف پلي استر شامل هيدروليز قليائي، هيدروليز آنزيمي ، معرفي گروههاي آبدوست روي سطح پليمر توسط واكنش هاي كوپليمريزاسيون گرافت و عمل با پلاسما مي باشد.
گزارش هاي بسياري به صورت ثبت اختراع و مقاله ، در مورد گرافت منومرهاي متفاوت وينيل روي الياف پلي اتيلن ترفتالات (PET) ارائه شده است. هدف كلي از مطالعات گرافت، تحقيق و بررسي شرايط كوپليمريزاسيون گرافت و يا خصوصيات الياف گرافت شده مي باشد. منومرهاي متفاوتي جهت انجام عمليات گرافت روي الياف، نظير استايرن ، متاكريليك اسيد، متيل متاكريلات ، پارا پرمو استايرن ، اكريلو نيتريل و اكريل آميد مورد مطالعه قرار گرفته اند. رطوبت بازيافتي ، جذب آب ، هدايت الكتريكي و ديگر خواص ماده پليمري گرافت شده به تركيب منومر- پليمر بستگي دارد.
كاربرد آنزيم ها در صنعت نه تنها از جنبه مسائل زيست محيطي بلكه از نظر اقتصادي نيز نسبت به مواد شيميايي با اثر مشابه، داراي برتري مي باشد. اين دلايل سبب شده تا روند استفاده از آنزيم ها در صنعت نساجي رشد روزافزوني داشته باشد. امروزه انواع متعددي از آنزيم ها، مي توانند جهت اصلاح سطح PET نيز استفاده شوند. دسته اي از آنزيم هاي ليپاز مي توانند در هيدروليزتعداد زيادي از آسترهاي كربوكسيليك كه فاقد بار هستند، نقش كاتاليزوري داشته باشند كه به اين دسته از آنزيم ها، استرآزها مي گويند. عمل PET با ليپاز موجب بهبود رطوبت پذيري و جذب رنگينه پارچه هاي PET مي شود، در حالي كه استحكام نمونه ها ، ثابت باقي مي ماند.
در مقايسه با هيدروليز شيميايي توسط عمل با قليا، هيدروليز آنزيمي داراي برتريثابت نگه داشتن پايداري مكانيكي مي باشد، به اين علت كه آنزيم هاي موجود قادر به نفوذ به داخل ساختار ليف نمي باشند و بنابراين تنها به عمل روي سطح محدود مي شوند. مقاومت بيشتري در مقابل لكه پذيري، رطوبت پذيري و رنگپذيري افزايش يافته پارچه هاي پلي اتيلن ترفتالات عمل شده با آنزيم هاي پلي استرآز (ليپاز، استرآز يا كيوتيناز) گزارش و مشخص شده كه خصوصيات تشكيل پرزدانه (Pilling) پارچه هاي پلي استر، توسط عمليات آماده سازي با آنزيم، بهبود مي يابد.
در اين پروژه به عنوان عمليات آماده سازي قبل از عمليات كوپليمريزاسيون گرافت روي كالاي پلي استر، انجام عمليات آنزيمي با استفاده از دو آنزيم ليپولاز و ليپكس مي باشد. در اين روش، اثر PH حمام آنزيمي ، دما و مدت زمان انجام عمليات و نيز غلظت آنزيم مورد استفاده روي درصد كاهش وزن كالا در اثر عمليات آنزيمي؛ درصد گرافت ، ميزان كاهش استحكام و ميزان رطوبت بازيافتي پارچه گرافت شده جهت تعيين شرايط بهينه آماده سازي با آنزيم مورد برسي قرار گرفته است.
2- تجربي
2-1- مواد
سوبستراي به كار رفته در اين آزمايشات ، پارچه پلي استر با بافت سرژهخ و تراكم تاري 31 تار در سانتيمتر و تراكم پودي 23 پود در سانتيمتر و وزن 47/94 گرم بر متر مربع مي باشد. ابعاد نمونه مورد آزمايش برابر با cm15×cm15 بود. مواد شيميايي به كار گرفته شده از نوع آزمايشگاهي و ساخت شركت مرك (MERCK) آلمان بودند. آنزيم ليپكس (Lypex) ساخت شركت Novozymes دانمارك و آنزيم ليپولاز ساخت شركت سيباي سوئيس مرد مقايسه قرار گرفته اند.
2-2- دستگاه ها
دستگاه هاي مورد استفاده شامل دستگاه طيف سنجي (Nicolet Nexus 670) FTIR، ميكروسكوپ الكتروني پويشي (Scanning Electron SEM Microscope) ساخت شركت فيليپس (Philips) از كشور هلند (مدل XL30) ، دستگاه استحكام سنج Instron ساخت كشور انگليس (مدل TM-SM) و دستگاه رنگرزي آزمايشگاهي (تحت فشار) Linitest و حمام بن ماري با تنظيم دماي 20 تا 110 درجه سانتيگراد بودند.
3- روش ها
3-1- كوپليمريزاسيون گرافت
در مرحله اول، پيش از هرگونه عمليات، نمونه هاي پارچه با استفاده از 2% شوينده تجاري (نسبت به وزن ليف OWF) و 50:1 L:G به مدت 30 دقيقه در دماي 0c70 شسته شدند.
براي انجام عمليات كوپليمريزاسيون گرافت، ابتدا محلول حاوي بنزوئيل پراكسايد با وزن مشخص در 10 ميلي ليتر بنزن و آب مقطر تا L:G برابر با 100:1 تهيه و ظرف حاوي محلول در داخل كريستاليزور حاوي روغن گليسرين روي هيتر چرخان قرار گرفت. در اين حالت از هم زن برقي جهت هم زدن دائمي نمونه استفاده شد. بعد از رسيدن دماي محلول به دماي مشخص، محلول اكريليك اسيد با حجم مشخص و نمونه به ظرف پليمريزاسيون اضافه شدند. بعد از يك ساعت زمان دادن، نمونه از محلول خارج ، با آب مقطر سرد آبكشي و به مدت 4 ساعت در آب مقطر جوش با 3 مرتبه تعويض آب جهت جداسازي هموپليمر شكل گرفته بر سطح پليمر تحت عمليات شستشويي قرار گرفت در مرحله آخر، خشك كردن در دماي محيط و سپس خشك كردن در آون جهت تعيين وزن خشك نمونه و محاسبه درصد گرافت انجام گرفت.
3-2- آماده سازي با آنزيم
عمليات آماده سازي پارچه خام شسته شده جهت انجام پيونددهي با استفاده از آنزيم با دو نوع آنزيم ليپولاز و ليپكس انجام گرفته است. ابتدا وزن مشخصي از آنزيم براي به دست آوردن غلظت ثابتي از محلول آنزيم در آب مقطر حل و براي تنظيم PH اسيدي از استيك اسيد و براي تنظيم PH قليائي از اتيلن دي آمين استفاده شده است. پس از تنظيم PH و دماي محلول، نمونه به ظرف حاوي محلول اضافه و براي زمان مشخص عمل شده است. در زمان انجام عمليات ، هم زدن محلول و نمونه به طور دائم و توسط هم زن برقي انجام گرفته است. پس از انجام واكنش، نمونه خارج و با مقدار زياد آب سرد شستشو و با آب مقطر آبكشي شده است. سپس نمونه ها در دماي محيط خشك شدند و جهت تعيين وزن خشك نمونه ها به مدت 30 دقيقه در آون با دماي 0c115 و بعد از آن به مدت 30 دقيقه در دسيكاتور قرار گرفتند و سپس وزن شدند. درصد كاهش وزن نمونه هاي عمل شده با آنزيم با استفاده از فرمول زير محاسبه شده است:
% كاهش وزن
W0 : وزن خشك نمونه خام
W : وزن خشك نمونه آنزيمي
كليه نمونه هاي آمادهسازي شده با آنزيم به وسيله اكريليك اسيد در شرايط بهينه، پيونددهي شده اند. در اين قسمت اثر غلظت محلول آنزيمي، دما، PH و زمان انجام عمليات روي درصد كاهش وزن نمونه و نيز درصد گرافت حاصل و خواص فيزيكي- مكانيكي نمونه مورد بررسي قرار گرفته است.
4- بررسي اثر آماده ساز بر گرافت
تأثيرات عمليات آماده سازي و پس از آن كوپليمريزاسيون گرافت بر روي نمونه هاي پارچه با اندازه گيري مقادير كاهش وزن ناشي از عمليات هيدروليز، درصد گرافت، استحكام، رطوبت بازيافتي، زمان جذب قطره، طول خمش، تصوير برداري SEM و طيف سنجي FTIR ارزيابي شد.
5- نتايج و بحث
اثر PH آنزيم ليپولاز روي عمليات در غلظت 1% آنزيم و دماي 0c60 و زمان 30 دقيقه.
بسته به نوع و پايه شيميايي ، محدوده اي كه آنزيم در آن PH داراي بيشترين ميزان فعاليت مي باشد متفاوت و براي هر نوع آنزيم مشخص و قابل تعيين مي باشد. در جدول 1 اثر PH محيط عمليات آنزيمي بر روي خواص كالاي آماده سازي شده با آنزيم ليپولاز ارائه شده است. براي آنزيم ليپولاز ، با تغيير PH محيط از حالت اسيدي به قليائي مشاهده مي شود كه درصد كاهش وزن نمونه و همچنين درصد گرافت پس از عمليات كوپليمريزاسيون افزايش يافته است. لذا نتيجه مي گردد كه آنزيم ليپولاز در PH برابر 5 (PH اسيدي) داراي بالاترين درجه فعاليت و قدرت هيدروليزي روي كالاي پلي استر مي باشد.
جدول (1). تغيير خواص پارچه در مقابل تغيير PH محيط عمليات با آنزيم ليپولاز
9 70 5 PH
50/1 01/1 23/1 كاهش وزن بعد از عمليات آنزيمي (%)
14/5 27/6 03/7 افزايش وزن بعد از عمليات گرافت (%)
73/1 00/2 31/2 كاهش استحكام (%)
77/0 77/0 78/0 رطوبت بازيافتي (%)
اثر دما بر عمليات با آنزيم ليپولاز در غلظت 1% آنزيم و زمان 30 دقيقه و 5 PH
در جدول 2 اثر دماي محيط واكنش بر ميزان واكنش هيدروليز آنزيمي ليپولاز با پارچه پلي استر مورد آزمايش شده است. با افزايش دماي محيط واكنش از دماي محيط (0c30) تا 0c70 ، يك افزايش پيوسته در ميزان كاهش وزن نمونه هيدروليز شده و همچنين درصد گرافت نمونه بعد از پيونددهي مشاهده مي گردد و لذا دماي 0c70 به عنوان دماي بهينه واكنش هيدروليز آنزيمي با ليپكس انتخاب مي گردد. نكته مهمي كه لازم است مورد توجه قرار گيرد اين مي باشد كه محدوده دمائي فعاليت آنزيم ها محدود بوده و معمولاً در دماهاي بالا غيرفعال مي شوند.
