بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به حجم انبوهی از الیاف پر حاصل از کارخانههای پرورش طیور، بازیافت آنها دارای ارزش افزوده زیادی است. در این تحقیق، کراتین پر به روش آبکافت آنزیمی در شرایط بهینه جهت تولید فیلم متخلخل از کراتین بازیافتی استخراج شد و سپس جهت بهبود ساختار فیلم کراتینی تهیه شده از پلی وینیل الکل استفاده شد و نهایتا فیلم کراتینی متخلخل به روش انجماد خشک تولید شد. با توجه به این ویژگی که کراتین پر در آب نامحلول بوده و تمایل بالایی به جذب روغن دارد با هدف جذب روغن از آن استفاده شد. همچنین لایه بیبافت پلیپروپیلن در صنعت به عنوان جاذب روغن مورد توجه قرار دارد چرا که دارای قیمت مناسب، مقاومت بالا در برابر انواع مواد شیمیایی، توانایی جذب فیزیکی روغن و قابلیت شستشو و استفاده مجدد از آن است. بنابراین کامپوزیتی از کراتین-PVA با لایه بیبافت پلیپروپیلن تهیه شد و میزان جذب روغن در کامپوزیت تولید شده مورد بررسی قرار گرفت. خواص جذبی کراتین-PVA با لایه بیبافت در وزن واحد سطحهای متفاوت بر اساس میزان جذب روغن پارافین مایع بررسی و مشاهده شد که کامپوزیت فیلم کراتین-PVA و لایه بیبافت تحت شرایط بهینه دارای مقدار جذب روغن بیش از 35 g/g خواهد بود.
کلید واژه- پر مرغ، پلیپروپیلن، جاذب روغن، کامپوزیت، کراتین بازیافتی.
-1 مقدمه
در بسیاری از صنایع، تقاضا در مورد مواد سبکوزن بهطور مداوم رو به افزایش میباشد. ضایعات بدست آمده از پشم خام کم کیفیت از صنایع نساجی و همچنین پر حاصل از فرآوری طیور، مقداری بیش از 5 میلیون تن در سال در سراسر جهان میباشد.[1] کراتین که عمدتا در پشم، مو، ناخن، شاخ حیوانات و پر طیور یافت میشود سرشار از سیستئین با خواص مکانیکی عالی، پایداری حرارتی بالا و مقاوم در برابر تخریب فیزیکی- شیمیایی محیط میباشد.[2] الیاف پروتئینی خواص ضدمیکروبی، زیستتخریبپذیری، پایداری و دیگر خواص کاربردی را دارا میباشند.[3] نانوالیاف و نانوکامپوزیتهای ساخته شده از پروتئین بازیابی شده میتواند برای بسیاری از کاربردهای پزشکی مانند دارورسانی، داربستها، پانسمان زخم و حسگرهای زیستی بهکار گرفته شوند.
از طرفی از میان مواد طبیعی، کراتین ماده مفیدی برای استفاده در سیستمهای فیلتراسیون و جاذب برای حذف آلایندههای سمی میباشند. بنابراین ضایعات کراتین به عنوان یک منبع زیست بسپار تجدیدپذیر در ساخت سیستمهای فیلتراسیون و جاذب زیستتخریبپذیر میباشد.[4] در تحقیقی الیاف پر توسط آبکافت آنزیمی بازیافت و کراتین پر استخراج شد و مشخص گردید کراتین استخراج شده همانند پر خام دارای ساختار صفحه ای بتا با وزن مولکولی در حدود 10 KD؛12 میباشد که بیانگر این نکته است که زنجیره اولیه کراتین محلول در طی واکنش نسبتا دست نخورده باقی مانده است. عوامل احیاءکننده یا اکسایشی که برای شکستن باندهای دیسولفیدی مورد استفاده قرار میگیرند مانند تیولها یا پراکسیدها اغلب سمی و مضر بوده و بهکارگیری آنها مشکل میباشد، علاوه بر این، همه انواع روشهای شیمیائی و فیزیکی برای استخراج کراتین طبیعی، نیازمند صرف انرژی قابل ملاحظهای میباشد.
بنابراین هیدرولیز آنزیمی بهترین و مناسبترین روش از نقطه نظر زیست محیطی به علت شرایط عملیات ملایم و حفظ خواص کاربردی محصولات هیدرولیز شده میباشد.[5]در تحقیق دیگری از کراتین استخراج شده، فیلم کراتینی متخلخل به روش انجماد خشک تولید شد و نشان داده شد شرایط بهینه جهت عملیات آنزیمی - v/v - %2 غلظت آنزیم، 15 g/lغلظت احیاکننده و - w/v - %1 پلی وینیل الکل و 1/5 ساعت زمان عملیات است.[6]پلیمر پلی وینیل الکل، بسیار محلول در آب، اما مقاوم در برابر اغلب حلالهای آلی میباشد . درجات بالاتری از هیدروکسیلدار کردن و پلیمریزاسیون پلی وینیل الکل موجب حلالیت کمتر آن در آب شده و همچنین متبلور شدن آن سختتر میگردد. پلی وینیل الکل یک پلیمر آب دوست و نیمهکریستالی است که بهدلیل خواص زیستسازگاری، زیستتخریبپذیری و عدم سمیت در کاربردهای بسیاری مورد توجه قرار گرفته است.
با توجه به حلالیت در آب، پلی وینیل الکل نیازمند شبکهای شدن از طریق ایجاد اتصالات عرضی بهشکل هیدروژل برای استفاده در کاربردهای مختلف میباشد. اتصال دهندههای فیزیکی و شیمیایی، ثبات ساختاری مورد نیاز هیدروژل، پس از متورم شدن در حضور آب و یا مایعات زیستی دیگر را فراهم میآورند. درجه اتصالات عرضی، میزان جذب مایع و بنابراین خواص فیزیکی، شیمیایی و نفوذی و در نهایت خواص زیستی پلیمر را تعیین مینماید. پلی وینیل الکل معمولا در صنایع نساجی برای تولید محصولات کاغذی، در صنعت بستهبندی مواد غذایی و در تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد.[7]فیلم کراتینی متخلخل پس از جذب روغن استحکام خود را از دست می دهد.[6] لذا در تحقیق حاضر از لایههای بیبافت پلی پروپیلن با وزنهای مختلف واحد سطح انتخاب و بستری برای محافظت از فیلمهای کراتینی متخلخل قرار گرفت. همچنین بیبافت پلی پروپیلن میتواند به صورت فیزیکی روغن را جذب کند بنابراین علاوه بر محافظت از کراتین به جذب روغن نیز کمک خواهد کرد.
-2 تجریبات
-1-2 مواد مورد استفاده
پر مرغ؛ از یک مرغداری در اسلامشهر تهران تهیه شد. شوینده غیر یونی Diadavin EWN01 از شرکت رزین ساوه، آنزیم قلیائی سرین پروتئاز با نام تجاری ساویناز 16.0LEX - EC.3.4.21.14 - از شرکت Novozymes A/S دانمارک، احیاکننده سولفیت سدیم از شرکت Fluka و سطح فعال آنیونی سدیم دودسیل سولفات از شرکت Ciba خریداری شد. منسوج بیبافت پلیپروپیلین با وزن 17، 20 و24 گرم بر متر مربع تهیه شد. سایر مواد شیمیایی ذکر شده از نوع آزمایشگاهی بوده و از شرکت Merck خریداری شدند.
-2-2 روشهای به کار گرفته شده
پس از شست و شوی پرها با 1 g/l شوینده نانیونیک و - w/v - 1 سدیم کربنات در 40:1 L:G به مدت 30 دقیقه و در دمای 60 درجه سانتیگراد، و چربی زدایی از پرها با استفاده از اتانول 80 به مدت 2 ساعت استخراج کراتین از پر بهروش آبکافت آنزیمی با عمل نمودن پرها با آنزیم پروتئاز قلیایی، احیاکننده سولفیت سدیم و سطح فعال آنیونی سدیم دودسیل سولفات در دمای 55 درجه سانتیگراد و pH = 8/5 با 25:1 L:G همراه با همزدن انجام گرفت.آنزیم مورد استفاده پروتئاز قلیایی به نام ساویناز میباشد که حداکثر فعالیت آن در pH = 8/5 و دمای 55 درجه ساتیگراد است. باید توجه کرد که جهت فراهم کردن شرایط مناسب فعالیت آنزیم در طول آزمایش از محلول بافر استفاده میگردد.
زیرا یونهای موجود در محیط بافری میتوانند مکانهای فعال آنزیم را تحت تاثیر قرار دهند و این یونها میتوانند بر روی لیف پروتئینی اثر گذاشته و آن را مستعد حمله پروتئولیتیکی آنزیم نماید. بافر مورد استفاده 0/05 mol/l بورات است که جهت تهیه آن از 0/2 mol/l اسید بوریک و 0/05 mol/l بوراکس استفاده شد.[6]پس از انجام عملیات آبکافت در غلظتها و زمانهای مختلف، جهت غیر فعال کردن آنزیم، اسید استیک 0/5 M به هر نمونه اضافه شده تا pH = 4 شود و سپس نمونهها در دمای 75 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه جهت اطمینان بیشتر از غیرفعال شدن قرار گرفتند. سپس فیلتراسیون و جدا کردن پساب از باقیمانده پرها انجام گرفته است.
پس از انجام فیلتراسیون و جدا کردن محلول کراتین از باقیمانده پرها، به منظور خالصسازی محلول کراتین بازیابی شده، عملیات دیالیز با استفاده از غشاء دیالیز سولفونی با وزن مولکولی 3/5 KD در آب مقطر به مدت 48 ساعت - با تعویض مکرر آب - انجام شد.پس از خالص سازی محلول کراتینی، محلول دیالیز شده به مدت 2 ساعت در دمای -20 °C منجمد شده و در نهایت، فیلم کراتین متخلخل، از طریق عملیات انجماد خشک به مدت 24 ساعت در دمای -54 °C با استفاده از دستگاه خشککننده انجمادی خلأ - ALPHA 1-2 LD plus, CHRIST, England - تهیه گردید.
جهت اطمینان از وزن واحد سطح لایههای بیبافت پلیپروپیلن دو نمونه از هر کدام با ابعاد 10×10 سانتی متر توزین شد که نتایج بدست آمده مؤید وزن واحد سطحهای ادعا شده برای لایهها بود.ابتدا منسوج بیبافت با ابعاد مناسب به طوری که پس از قرارگیری کراتین بین لایه، به آن فشاری وارد نگردد و تخلخلها از بین نرود، برش داده شد.کراتین را بین دو لایه بیبافت قرار داده، سپس توسط حرارت بین دو لایه اتصال داده شد.جهت تعیین خواص جذبی فیلم کراتین خالص و کامپوزیت کراتین بازیافتی و پلیپروپیلن از روغن پارافین مایع استفاده شد. جهت انجام تست جذب روغن، وزن مشخصی از فیلمهای خشک در 100 میلیلیتر روغن خالص غوطهور شده است. پس از
