مرسرایزینگ نخ پنبه چیست؟ + نخ مرسریزه

نخستین بار شخصی به نام جان مرسر کشف کرد که قرار دادن پنبه در محلول سود باعث افزایش درخشندگی واستحکام پنبه می شود. خصوصا اگر این عمل تحت کشش انجام شود سبب افزایش استقامت الیاف پنبه، جذب رطوبت و جذب رنگ بیشتر پنبه میشود. اگر مرسریزاسیون بدون کشش انجام شود تنها جذب رنگ بهتر میشود و شفافیت و استحکام آن بطور جزئی بهبود پیدا می کند.

در اثر نفوذ سود داخل پنبه، غلظت محلول داخل آن بالا رفته و در اثر فشار اسمزی مقداری آب داخل آن نفوذ می کند که باعث تورم الیاف پنبه می شود. بگونه ای که سطح مقطع پنبه از حالت لوبیایی به شکل دایره ای تغییر می کند.
همچنین تاب طبیعی الیاف پنبه تا حدی باز می شود. این امر باعث افزایش سطح جانبی الیاف شده و نور را بیشترمتمرکز و در یک جهت منعکس می کند که سبب درخشنده تر شدن پنبه می شود. مواد جامد از نقاط آمورف ونقاط کریستالی تشکیل شده اند .در نقاط آمورف مولکولها بطور نامنظم و بی شکل قرار گرفته اند در نتیجه جذب و انعکاس نور بطور نامنظم است و ماده را مات و تیره جلوه می دهد.

اما در نقاط کریستالی مولکولها بطور منظم و شکل دار قرار دارند و پیوند های قوی تری بین آنها بر قرار است در این نواحی ماده براق و شفاف است.  سود سوزآور (NaoH) بکاررگرفته برای مرسریزاسیون قادر به نفوذ مابین زنجیر های مولکولی سلولز می باشد و باعث شکستن اتصال های هیدروژنی مولکول می شود در نتیجه زنجیرها آزاد شده و در اثر کشش
وارده به آسانی روی هم می لغزند وآرایش می یابند. با افزایش آرایش یافتگی مولکول ها و افزایش نقاط کریستالی، پنبه شفاف و درخشنده تر می شود.

توضیحات بیشتر پیرامون مرسرایزینگ

مرسریزاسیون یک فرآیند شیمیایی - مکانیکی است که از طریق فروبردن الیاف سلولزی در محلول قلیایی با غلظت معین ، نفوذ محلول در شرایط لازم به داخل لیف ، سپس عملیات شستشو ، خنثی سازی، شستشوی مجدد و خشک کردن صورت می گیرد . عمل مرسریزاسیون موجب تورم قطری و کوتاه شدن طولی الیاف می شود . و این باعث ازدیاد شفافیت و جلای کالای سلولزی می گردد. قلیائی های مصرفی عبارتند از : سود ، پتاس ، هیدروکسیدلیتیم ، هیدروکسید روبیدیم ، آمونیاک و غیره که غالبا به دلیل قیمت مناسب از سود استفاده می کنند.

کالای پنبه ای می تواند الیاف پنبه ، مواد واسط ریسندگی ( شامل فتیله کارد ، فتیله شانه شده و نیمچه نخ ) نخ یا پارچه باشد . مرسریزاسیون می تواند با اعمال کشش نیز انجام شود. به این ترتیب که ابتدا کالای پنبه ای درون حمام قلیا قرار می گیرد . مرسرایزینگ موجب افزایش خواصی چون تمایل به جذب رنگ ،فعالیت شیمیایی، ثبات ابعادی ،استحکام کششی ، جلا و صافی زیر دست می شود.

طول کالا بر اثر نفوذ قلیا کاهش یافته و پدیده جمع شدگی رخ میدهد . با اعمال کشش می‌توان کالا را به طول اولیه برگرداند . اعمال کشش می تواند درون حمام قلیا ، هنگام شستشو ، هنگام خنثی سازی و یا هنگام خشک کردن صورت گیرد. که هر یک ویژگی های خاصی به دنبال خواهد داشت.

هرگاه سلولز طبیعی را به حالت یک اسید ضعیف فرض کنیم در اثر مجاورت با محلول قلیائی تولید سلولز قلیایی را می کند. که در اثر شستشو و خنثی سازی بعدی تبدیل به سلولز دوم می گردد.

C6H7O2(OH)3 + NaOH -------> C6H7O2(OH)2ONa + H2O ---+H2O --> C6H7O2(OH)3 + NaOH

مثلا هرگاه در عملیات از سود استفاده شود ، در این صورت نمک تولید شده یعنی Soda-Cellulose یک نمک مونو سدیم می باشد. بطوریکه یون سدیم فقط با یکی از سه گروه هیدروکسیل موجود در حلقه گلوکز ترکیب پیدا می کند.

یون های سدیم بین مولکولهای لیف وارد شده باعث تورم لیف و از بین رفتن باندهای هیدروژنی بین مولکولها شده و بالاخره موجب انحلال لیف می گردد.

ناگفته نماند که فعل و انفعالات و تئوری فوق بستگی به غلظت سود مصرفی دارد . چون سطح خارجی لیف سلولز از یک لایه ای به نام Cuticle پوشیده شده است و ساختمان لایه مزبور سخت تر از سلولز داخل لیف بوده و در نتیجه مانند یک غشای محافظ سطح لیف را محافظت می کند . وقتی سلولز طبیعی در محلول سود به سلولز قلیائی تبدیل می گردد، به علت خاصیت اسمزی ، آب به داخل لیف به اندازه ای نفوذ می کند تا اینکه غلظت سود در داخل و خارج لیف به حالت مساوی و تعادل درآید .

این عمل موجب تورم قطری ، انقباض طولی و از بین رفتن تاب طبیعی لیف می گردد. هرگاه لیف را در این حالت تحت عمل کشش قرار دهیم تا به طول اولیه خود برگردد ظاهر لیف شفاف و درخشنده می گردد و سطح مقطع لیف از حالت لوبیایی شکل به حالت تقریبا دایره ای شکل در می آید .

مشاهده شده است که تورم لیف در نقاط غیرکریستالی بیشتر از نقاط کریستالی می باشد و این به علت آن است که در نقاط غیرکریستالی به علت غیر منظم بودن مولکول های سلولز ، اتصال های هیدروژنی بین مولکولها کمتر بوده و فضای بیشتری برای قبول محلول سود وجود دارد همچنین مشاهده شده است که بعد از عملیات مرسریزاسیون مقدار کریستالهای لیف کاهش می یابد.

چون cuticle لیف سلولزی حالت الاستیکی دارد در نتیجه تورم لیف باعث جمع شدن طول لیف می گردد بطوریکه هرگاه لیف دارای این ماده محافظ نمی بود در این صورت در اثر تورم با محلول قلیایی به صورت نیمه محلول یا دیسپرس در می آمد.

اگر این ماده ی محافظ را توسط مواد شیمیایی از بین ببریم سلولز در سود حل خواهد شد. خاصیت فیزیکی و شیمیایی جدید تولید شده در پنبه مرسریزه شده مربوط به ازدیاد در قدرت فعل و انفعالات شیمیایی حاصل در گروهای هیدروکسیل می باشد . و ازدیاد پلاستیکی لیف به علت آن است که زنجیرهای مولکولها در اثر نفوذ و ترکیب با سود از هم فاصله گرفته و در نتیجه نیروهای بین مولکولی کاهش پیدا میکند . به طوریکه پنبه مرسریزه شده به راحتی با مواد اکسید کننده مثل اسیدها تجزیه می شود . همچنین قدرت انحلال پنبه مرسریزه شده در مقایسه با سلولز طبیعی در حلالهای سلولزی از قبیل کلرور روی و هیدروکسید کوپر آمونیم افزایش پیدا می کند و در محلول سود تا حدودی حل می گردد.

درجه تورم لیف بستگی به درجه آرایش مولکولهای آن دارد مثلا کتان و رامی که دارای آرایش مولکولی زیادی نسبت به پنبه می باشند کمتر متورم می شوند در صورتیکه لیف ویسکوزریون که یک سلولز بازیافته است و در نتیجه عملیات بازیابی مولکولهای آن کاملا نتوانسته اند به حالت الیاف طبیعی به هم اتصال پیدا کنند . و در نتیجه درجه تورم آن در سود خیلی زیاد شده و در بعضی مواقع حتی تا مرحله کلوئیدی نزدیک می گردد.ولی در لیف ویسکوزریون High tenacity چون در اثر اعمال کشش در هنگام ریسیدن مولکولهای سلولز آرایش زیادی پیدا کرده اند در نتیجه قدرت تورم آن در مقایسه با ویسکوز ریون معمولی کم می باشد 

مهمترین عوامل مؤثر در عمل مرسریزاسیون عبارتند از:

۱. زمان عمل مرسریزاسیون
۲. غلظت قلیایی مصرفی
۳. نوع قلیایی مصرفی
۴. حرارت عملکرد
۵. نوع ماشین مصرفی
۶. نیروی کششی اعمال شده به کالا در حین عملکرد
۷. مصرف مواد کمکی و مرطوب کننده
۸. ساختمان نخ یا پارچه مصرفی

اثر دما:

دما تأثیر قابل ملاحظه ای بر روی پدیده تورم دارد . با کاهش دما ، سرعت نفوذ محلول قلیایی به داخل لیف ، به علت افزایش ویسکوزیته محلول، کاهش می یابد و در نتیجه ی تورم لیف نیز با سرعت کمتری انجام می پذیرد. با توجه به اینکه فعل و انفعالات در عمل مرسریزاسیون گرمازا می باشد لذا با کاهش دما سرعت فعل و انفعالات افزایش می یابد . اثر گرمازایی فعل و انفعالات اثر مربوط به تورم را خنثی نموده و در نتیجه با کاهش دما سرعت مرسریزاسیون افزایش می یابد . که شرایط مناسب برای عمل مرسریزاسیون دمای ١٠-١۵ درجه سانتیگراد می باشد .

اثر زمان :

برای یک مرسریزاسیون کامل حتی الامکان می بایستی زمان عمل را افزایش داد . زمان مطلوب زمانی است که قبل از عمل تثبیت به حالت شیشه ای رسیده باشیم و این زمان را برای هر نوع پارچه ای می توان معین نمود . حالت شیشه ای شدن را می توان از طریق ظهور شفافیت در پنبه مشخص نمود . معمولا برای مرسریزاسیون دمای سرد پس از زمان ۴٠-۴۵ ثانیه بدست می آید .

از علائم دیگر ، الاستیسیته کالا می باشد که بعد از ۴٠-۴۵ ثانیه به بیشترین مقدار خود می رسد .

اثر غلظت قلیا:

در دمای ثابت غلظت قلیا تاثیر قابل توجهی در سرعت و میزان تورم دارد.سود سوزآور با غلظت gr/lit ١٨٠ شرایط بهینه ای برای تورم بوجود می آورد . هرگاه مرسریزاسیون بدون اعمال کشش انجام شده باشد لیف بیشترین سطح مقطع را بدست می آورد.

اثر کشش:

اگر الیاف را بدون اعمال کشش با سود واکنش دهند عملیات را کاستیفیکاسیون گویند.

طبق برسی های به عمل آمده در اکثر فرآیندهای جدید مرسریزاسیون ابتدا اجازه می دهند نخ درون حمام جمع شود تا نفوذ قلیا به طور کامل صورت پذیرد. سپس کشش اعمال می شود نیروی لازم برای اعمال کشش بر مبنای مرحله ای که کشش اعمال می شود متغیر است. نیروی لازم برای انجام مرسریزاسیون در طی عملیات حداقل است و حداکثر نیرو زمانی است که نخ به صورت آزاد مرسریزه و شسته شود و بالاخره تحت عمل کشش قرار گرفته شود .

مزیت کاربرد مرسریزاسیون تحت کشش نسبت به حالت بدون کشش افزایش براقیت است . مرسریزاسیون بدون کشش تاثیری در براقیت ندارد .

اثر کشش را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

۱- افزایش تراکم و یا جمع شدگی .
۲- افزایش استحکام
۳- افزایش ازدیاد طول در لحظه پارگی
۴-افزایش آبپذیری
۵- افزایش قابلیت جذب رنگ
۶- افزایش قابلیت جذب جداری سود در عملیات
۷- افزایش قابلیت فعل و انفعالات شیمیایی در درجه حرارت پایین
۸- قابلیت تولید اکسی سلولز در کالا
۹- ازدیاد حالت پلاستیکی لیف .

در صورت اعمال کشش در مرسرایزینگ بعلاوه خواص بالا درخشندگی و جلا در کالا نیز افزایش می یابد .

اثر مرسریزاسیون رو ساختمان لیف پنبه :

١ - لیف متورم میگردد .
٢- سطح مقطع لیف مدور می شود .
٣- کانال لومن تقریبا بسته می شود .
۴-پیچ و تاب لیف باز می شود .
۵- تمام و یا قسمتی از واکس و چربی طبیعی لیف برطرف می شود .
۶- طبیعت فیزیکی ساختمان لیف حفظ می شود اما تغییرات زیر در فیبریلها به وقوع می پیوندند :

- طول فیبریل کاهش می یابد.
- فیبریل متورم می شود .
- زاویه فیبریلها نسبت به محور لیف تغییر می کند .
- فیبریلها شکل فنری خود را حفظ می کنند .
- فاصله بین فیبریلها کاهش می یابد.
-سطح مخصوص فیبریلها افزایش می یابد .

اثر مرسریزاسیون روی خواص لیف :

هرگاه در عملیات مرسریزاسیون کششی اعمال نشود ، پنبه خواص زیر را دارا خواهد بود .
۱. افزایش تراکم یا جمع شدگی(shrinkage )
۲. افزایش استحکام (tenacity )
۳. افزایش ازدیاد طول در لحظه پارگی (exlensibility )
۴. افزایش آب پذیری (hydroscopicity )
۵. افزایش قابلیت جذب رنگ (afinity for dyes )
۶. افزایش قابلیت جذب جداری سود در عملیات
۷. افزایش قابلیت فعل و انفعالات شیمیایی در درجه حرارت پایین بدون افزایش خواص شیمیایی جدید.
۸. قابلیت تولید اکسی سلولز در کالا
۹. ازدیاد حالت پلاستیکی لیف هرگاه بعد از عمل مرسریزاسیون و قبل از عمل شستشو کالا را تحت عمل کشش قرار دهیم به طوریکه به طول و عرض اولیه خود برسد در این صورت درجه درخشندگی آن افزایش پیدا خواهد کرد. زیرا در این شرایط سطح مقطع لوبیای شکل لیف تغییر حالت داده وبه شکل مدور در می آید .

عملیات مرسریزاسیون پنبه یکی از کارهایی که روی پنبه انجام میشود مرسریزه کردن پنبه است که با سود ۲۸ تا۳۲ درجه بومه میباشد ، این عملیات باعث درخشندگی و استحکام لیف پنبه میشود . (سطح مقطع لوبیایی شکل لیف به دایروی تغییر پیدا میکند). مراحل :

۱. خیس کردن پنبه بوسیله آب با دمای بالا و استفاده از نفوذ دهنده. ۲.تماس لیف با سود کاستیک ۳۲ درجه بومه ۳. شستشوی محصول با اسید رقیق برای خنثی سازی.

انواع مرسریزاسون :

۱. مرسریزه با کشش
۲. مرسریزه بدون کشش

در نوع اول شاهد استقامت بیشتر ، استحکام بیشتر ، جذب رنگ و رطوبت بیشتر هستیم . در حالت دوم تنها جذب رنگ بهبود پیدا کرده و درخشندگی و ماندگاری آن کی بهتر میشود .

پنبه در اثر مرسریزه شدن جذب و درخشندگی بهتری پیدا میکند ، اما دلیل آن ؛ سود با غلظت مناسب توانایی نفوذ مابین زنجیرهای مولکولی سلولز را داراست و عوامل OH را به ONa تبدیل میکند همین عامل باعث آزاد شدن و فعال شدن OH شده و همین عامل OH است که باعث افزایش جذب رنگ و مواد شیمایی میشود.

همچنین باعث شکسته شدن پیوند هیدروژنی موجود بین زنجیرهای مولکول شده و زنجیر را آزاد میکند تا در صورت کشش وارده بتوانند به آسانی روی یکدیگر لغزیده و آرایش یابند.

چرا شکل سطح مقطع تغییر میکند ؟

  در اثر نفوذ سود به درون پنبه غلظت محلول درون پنبه بالا رفته و در اثر فشار اسمزی مقداری آب بدرون لیف نفوذ کرده و باعث تورم لیف میشود به گونه ایی که سطح الیاف از شکل لوبیایی به شکل دایره ایی دگرگون میشود . همچنین تاب طبیعی الیاف به صورت استوانه ایی در آمده و میدانیم که هرچه سطح جانبی بیشتر و صافترباشد نور را بیشتر در یک سو منعکس و متمرکز کرده در نتیجه درخشندگی آن افزایش پیدا میکند .