پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند

دسته: نساجی
بازدید: 122 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 34 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 31

استفاده از آنزیم ها در فرآوری مواد غذایی، صنایع چرم و كاغذ، به عنوان پودرهای شوینده، و در فرایند و سایزینگ تولید نخ كاملاً تثبیت شده است اما بیوكاتالیز نیز وارد چرخه پردازش منسوجات شده است آنزیم ها، یعنی بیوكاتالیزهای دارای فعالیت ویژه و گزینشی، امروزه به وسیله فرایندهای بیوتكنولوژیكی (زیست فناوری) به مقادیر زیاد و كیفیت ثابت تولید شده اند و بنابر

قیمت فایل فقط 2,900 تومان

پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند

پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند

1- مقدمه

استفاده از آنزیم ها در فرآوری مواد غذایی، صنایع چرم و كاغذ، به عنوان پودرهای شوینده، و در فرایند و سایزینگ تولید نخ كاملاً تثبیت شده است. اما بیوكاتالیز نیز وارد چرخه پردازش منسوجات شده است. آنزیم ها، یعنی بیوكاتالیزهای دارای فعالیت ویژه و گزینشی، امروزه به وسیله فرایندهای بیوتكنولوژیكی (زیست فناوری) به مقادیر زیاد و كیفیت ثابت تولید شده اند و بنابراین در فرایندهای با مقیاس بزرگ كاربرد دارند.

از دیدگاه كاربردهای جدید كه حاصل طراحی آنزیم های مربوط به فرایندهای ویژه است، یك تقاضا برای اشتراك مساعی بین بیوشیمدان ها و شیمیدان های نساجی وجود دارد.

علاوه بر الیاف پروتئینی طبیعی مانند پشم و ابریشم و الیاف سلولزی طبیعی مانند پنبه، كتاب و شاه دانه، الیاف مصنوعی دارای اهداف فرایندهای بیوكاتالیزی نیز هستند. در اندودكاری پنبه ای به جای فرایندهای شیمیایی به طور گسترده از فرایندهای آنزیم- كاتالیز استفاده شده است. علاوه بر بیواستوئینگ و اندودكاری زیستی كه كاملاً شناخته شده اند، ویژگی هایی مانند Modifiad harde, used look به وسیله اندودكاری آنزیمی شناسایی شده است. به علاوه، پتانسیل برای جایگزینی پشم شویی قلیایی در معالجه با پنبه، با استفاده از آنزیم هایی مانند پكتیناس وجود دارد. كاتالازها برای نابود كردن پروكسید باقیمانده در حمام های سفید شویی، آسان كردن استفاده مجدد از لیكور ممكن افزوده می شوند كه منجر به یك فرایند دوستانه محیط زیست و مؤثر از نظر هزینه می‌گردد. در اندود كردن پشم در آنزیم ها (بیشتر پروتزها) برای دستیابی به خاصیت ضدچروك استفاده می شود. خواص منسوجات پشم مانند كار با دست، سفیدی و براقیت به وسیله واكنش آنزیم های كاتالیزی بهبود یافته است. در مراحل اولیه حلاجی پشم مانند كربونیزاسیون و پشم شویی خام دورنمای كاربرد آنزیم ارزیابی شده است. علاوه بر این فرایندهای زیستی توصیف شده منجر به كاهش دانه سازی و بهبود رنگ پذیری می شود. صمغ زدایی ابریشم در گذشته به كمك صابون قلیایی یا اسیدیصورت می گرفت كه اكنون پروتز می شود، برای بهبود كیفیت و ثبات الیاف كتان یك رطوبت دهی آنزیمی ویژه جایگزین رطوبت دهی میكرو بیال یا شبنمی شده است. به علاوه، رنگ پذیری ابریشم به وسیله تنزل آنزیم كاتالیزی مواد پكتیك بهبود یافته است بدون اینكه آسیبی به اجزاء سلولزی وارد شود. شاه دانه از نظر آنزیمی با توجه به تبلورپذیری، دسترس پذیری و «ساختار منفذدار» اصلاح شده است. از طریق فیبریلاسیون كنترل شده و آنزیم كاتالیزی الیاف لیوسل، اثر معروف به «پوست هلویی» ایجاد شده است. گستره وسیعی از كاربردها و دورنماهای زیادی جهت استفاده از آنزیم ها در پردازش منسوج وجود دارد كه به تأثیر مثبت بر محیط زیست منتهی می گردد. در این فصل توسعه های جدید در زمینه پردازش آنزیمی منسوجات را بررسی نموده و درباره مزیت ها و محدودیت های این فرایندهای اندودكاری (تكمیلی) بحث می كند.

استفاده از آنزیم ها در فراوری مواد غذایی، صنایع چرم و پوشاك، به عنوان افزودنی در پودرهای شوینده و دسایزینگ تولید نخ تثبیت شده است. در حال حاضر، فرایندهای آنزیمی گسترش یافته اند، كه هدف آنها اصلاح ظاهر و عملكرد منسوجات پشم و پنبه است.

آنزیم ها بیوكاتالیزهایی با فعالیت ویژه و انتخابی هستند و واكنش های متمایز را شتاب بخشیده و بعد از واكنش بدون تغییر باقی می مانند. از دیدگاه اكولوژیكی و اقتصادی، پارامترهای واكنش مناسب فرایندهای آنزیم كاتالیزی و احتمال وجود آنزیم های دارای چرخه مجدد به ویژه جالب است. امروزه، آنزیم ها به وسیله فرایندهای بیوتكنولوژیكی به مقدار زیاد و با كیفیت ثابت تولید می شوند، بنابراین امكان استفاده از آنزیم ها در فرایندهای بزرگ وجود دارد. پیشرفت در زمینه مهندسی ژنتیك به تولید كنندگان آنزیم توانایی طراحی یك آنزیم برای یك فرایند خاص را می دهد مثل بهینه با توجه به پایداری دما یا PH . طراحی یك آنزیم برای یك هدف خاص نیاز به درك عمل كاتالیتیك آنزیم بر روی یك ماده خاص دارد. یعنی در مورد ماده فیبر طبیعی، طراح یك فرایند آنزیمی باید دانش خاصی در مورد مورفولوژی پشم یا پنبه، تأثیر یك آنزیم خاص بر اجزاء فیبر و در نتیجه بر خواص كلی ماده فیبر داشته باشد. علاوه بر این، برای ارزیابی فرایند آنزیم، نتایج عملیات آنزیمی باید با نتایج پردازش شیمیایی معمولی مقایسه گردد. اولین فرایند آنزیمی در اندودكاری منسوج فرآیند دسایزینگ با استفاده از آمیداز بود. بسیاری از عرصه های اندودكاری منسوج از آن پس گشوده شده است. امروزه، چشم انداز در زمینه توسعه اندودهای فشاری و بادوام جدید برای پنبه وجود دارد مانند اتصال عرضی در زمینه حذف رنگ پخش شده و در زمینه تركیب كردن الیاف مصنوعی. به علت ماهیت پروتئینی آنزیم ها، ایمنی استفاده از آنزیم ها اغلب مورد سئوالاست چون استنشاق مكرر ماده پروتئینی می تواند باعث واكنش های آلرژیك در بعضی افراد شود. توجه به این نكته مهم است كه هیچ شواهدی كه نشان دهد آلرژی‌های آنزیمی از طریق تماس پوستی منتقل شده اند وجود ندارد. با آنزیم های توان با اطمینان كار كرد و همچنین با تجهیزات محافظ شخصی مناسب، در طرح تولید از ذرات آنزیم و فرمولاسیون های پودری باید اجتناب كرد. در حالی كه فرمولاسیون های دانه ای (با قابلیت غباری پایین) و مایع (با فعالیت مكانیكی در رگ های بسته) را می توان توصیه كرد. پتانسیل بارز برای آنزیم قابل توجه است. یك مطالعه به ازای بیانر آن است كه از سال 1992 مبلغ 350 میلیون دلا باید به 588 میلیون دلار در سال 2000 رسیده باشد و بیشترین دغدغه درباره كاربردهای جدید آن در صنایع كاغذسازی، شیمیایی و داروسازی و در بازیابی زباله ها باشد.

2- رفتار پشم با آنزیم ها

1-2 ریخت شناسی پشم

پشم به عنوان یك فیبر طبیعی پیچیده عمدتاً از پروتئین (%97) و لیپیدها (%1) تشكیل شده و ماده ای ایده آل برای چند گروه از آنزیم ها است (مانند پروتئازها و لیپازها) فیبر پشم شامل و بخش عمده از لحاظ ریخت شناسی است: بشره (كوتیكل) و قشر (كورتكس). بشره متشكل از سلول های روی هم افتاده اطراف بخش داخلی فیبر، یعنی قشر می باشد. دومی از سلول های دوكی شكل قند ساخته شده كه به وسیله غناء سلول از یكدیگر جدا شده اند. بشره به دو لایه اصلی تقسیم می شود: اگزو (با لایه) و اندوكتیكل و یك غشاء دورترین نقطه كه اپیكوتیكل نامیده می شود باعث واكنش آلوردن الیاف پشم با آب كلردار می گردد. یك جزء مهم كوتیكل 18- متیل لیكوسانوئیك اسید است. در یك مدل از اپیكوتیكل كه به وسیله نگری و همكارانش ترسیم شده، این اسید پرچرب در كنار یك ماتریس پروتئین قرار دارد تا یك لایه را بسازد. بر طبق قول نگری و همكاران، این لایه كه به لایهF معروف است. را می توان با قرار دادن پشم در محلول های كلردار یا قلیایی الكلی زدود، بنابراین رطوبت پذیری آن افزایش می یابد. ویژگی مهم دیگر اتصال عرضی اگزوكوتیكل است، مثلاً لایه حاوی 35% سیتین است. علاوه بر پیوندهای نرمال ؟؟، كوتیكل با پیوندهای ایزو دی پپتید، لیزین 4-(r-glutamy)  اتصال عرضی دارد.

كاراكتر هیدروفوبیك لایه، به طور خاص به وسیله مقادیر زیاد اتصالات دی سولفید ایجاد شده و ماده لیپید منشأ سدهای دیفوژن است مثلاً برای مولكول های رنگ، بنابراین تركیب و ریخت شناسی سطح پشم ابتدائاً در فرایندهای پیش رفتاری فیبر اصلاح شده است.

2-2واكنش های ناهمگن- عمل كاتالیك آنزیم ها روی پشم و پنبه

استفاده از پشم یا پنبه به عنوان اجزاء مورد عمل برای واكنش های آنزیم كاتالیزی، دنباله رویی از یك نوع خاص سینتیك آنزیم بوده است. در سیستم ناهمگن آنزیم انحلال پذیر و آنزیم جزء مورد عمل جامد، دیوفوژن، نسبت به سیستم ناهمگنی كه در آن هم آنزیم و هم جزء مورد عمل قابل حل هستند، نقش قاطع تری دارد. در واكنش ناهمگن، سینتیك نه تنها به غلظت اجزاء شركت كننده در واكنش بلكه به ماده و مقدارPH لیكور نیز وابسته است؛ دیفوژن آنزیم، به عنوان یك پارامتر اضافی در فاز جامد جزء مورد عمل و دیفوژن محصولات واكنش خارج از فاز جامد به داخل لیكور نیز باید مورد توجه باشند.

محصولات واكنش ماند پپنیدها در مورد پشم و الیگوساكاریدها در مورد پنبه، زمانی كه پخش خارج از فیبر باشد به عنوان یك جزء مورد عمل در لیكور عمل می كند. بنابراین بخشی از آنزیم ها در مجاورت ماده انحلال پذیر در حمام واكنش است.

نفوذ آنزیم از لیكور به داخل فیبر (پشم) مشابه نفوذ یك رنگینه است، مراحل زیر  باید مورد توجه قرار گیرند:

1- نفوذ آنزیم در حمام

2- جذب سطحی آنزیم در سطح فیبر

3- نفوذ از سطح به داخل بخش درونی فیبر

4- واكنش آنزیم كاتالیز شده

ساختار پیچیده الیاف طبیعی، به ویژه اصلاح فیبرآنزیمی را پیچیده كرده است. آنزیم‌هایی مانند مانند پروتئاز و لیپاز تنزل اجزاء مختلف یك فیبر پشم را تسریع می كند، بنابراین كنترل واكنش را مشكل می سازد. یكبار كه پروتئاز به داخل لایه درونی فیبر نفوذ كند بخش های اندوكتیكل و پروتئین غشاء سلول را هیدرولیز می كند، بنابراین اگر كنترل نشود منجر به آسیب جدی به فیبر پشم می شود. بنابراین حداقل برای بعضی كاربردها، محدودكردن فعالیت آنزیمی به سطح فیبر مطلوب است مثلاً با ثابت كردن آنزیم و نتایج واكنش پشم با آنزیم های پروتئولیتیك به علت نداشتن دانش كامل درباره (الف) تاریخ پرازش جزء مورد عمل و (ب) میزان تأثیرگذاری شرایط خاص پردازش بر رفتارهای آنزیمی حاصله، غیر قابل پیش بینی است. برای روشن كردن این موضوع، اثرات گونه‌‌های یونی جذب شده روی آنزیم، سینتیك واكنش و جذب مورد مطالعه قرار گرفت.

برای پنبه، محدود كردن آنزیم به سطح فیبر به راحتی امكانپذیر است، چون سلولز كه یك ماده كاملاً بلورین است و دارای فقط مقدار كمی آمورفوس می باشد، نفوذ آنزیم ها به داخل فیبر پنبه را تقریباً غیرممكن می سازد. بنابراین با تنظیم دوز آنزیم و انتخاب نوع آنزیم، عمل تسریع كنندگی آنزیم به سطح پنبه و نواحی آمورفوس (بی شكل) محدود می شود و كل فیبر را دست نخورده باقی می گذارد.

3-2- ضدچروكی

یكی از خواص ذاتی پشم تمایل آن به نمدی شدن و چروك خوردگی است. نظریه های مختلفی درباره منشاء نمدی شدن پشم وجود دارد. كاراكتر هیدروفوبیك و ساختار ناهموار سطح پشم عوامل اصلی هسته كه باعث اثر اصطحكاكی افترقی (DFE) می شود كه نتیجه آن در تمام فیبرها به سمت ریشه آنها حركت می كند در زمانی كه عمل مكانیكی در حالت خیس صورت گرفته است.

بنابراین هدف فرایندهای ضدچروك در اصلاح سطح فیبر چه با روش های اكسایش و چه كاهشی، و یا با استفاده از رزین پلیمر روی سطح، می باشد. متداولترین و تجاری ترین فرایند (فرایند كلری/هركوست) شامل یك مرحله كلری شدن است كه پس از آن مرحله كلرزدایی و كاربرد پلیمر است. كلریناسیون باعث اكسید شدن پسماندهای ؟؟ به پسماندهای سیمتیك اسید در سطح فیبر می شود و به پلیمر كاتیونیك اجازه می دهد كه بخش شده و به سطح پشم بچسبد. كلریناسیون تولید محصولات جانبی (Aox) می كند در سیال خروجی ظهر می شود و نهایتاً ممكن است ایجاد سمیت در كل زنجیره غذایی و برداشته شدن به وسیله ارگانیسم های آبی كند. بنابریان تقاضای زیادی برای گزینه‌های دوستانه محیط زیست وجود دارد‌.

با درنظر گرفتن مسائل مربوط به فرایند ضدنمدی متداول ذكر شده در بالا، واضح است كه بیشتر فرایندهای آنزیمی دغدغه شان توسعه روش هایی برای جلوگیری از چروك است. شرایط لازم برای یك فرایند آنزیمی به وسیله هافلی مورد بحث قرار گرفت. اثر ضدنمدی باید بدون استفاده از یك رزین مصنوعی به دست آید،‌ فقط باید از «شیمی نرم» استفاده گردد و كل فرایند باید نسبت به محیط زیست دوستانه باشد و هیچ ماده زیان آوری تولید نكند، قضیه ای كه هنوز در تمام فرایندهایی كه از آنزیم به عنوان عامل اصلی فیبر استفاده می كنند اجرا نشده است. در بعضی از فرایندهای اندودكاری آنزیم‌های اولیه، پشم با كلریناسیون گازی (فرایند كلرزیم) یا به وسیله H₂O₂ (فرایند پرزیم) پیش از آنكه یا پایین رشد نهفته داشته باشد، واكنش می داد و گیاه تولید پروتئاز و بی سولفیت می كرد. این فرایندها باعث حذف كامل سلول های كوتیكل می شدند به علت قیمت های  بالای آنزیم های به كار  رفته در اتلاف وزن غیرقابل تحمل فیبرها، این فرایندهای آنزیمی تركیب شده اولیه هرگز به یك مقیاس صنعتی نرسیدند.

بخش عمده فرایندهای آنزیمی منتشر شده در چند سال گذشته نیز شامل فرایندهای تركیبی بودند. در سال 1983 یك فرایند برای افزایش مقاومت پشم در مقابل چروك خوردگی تشریح شد كه كاملاً فیبرها را پوسته زدایی كرد. این واكنش از پتاسیم پرمنگنات (KM_nO₆) به عنوان یك عامل پیش اكسید و یك واكنش پروتئویك استفاده كرد و مقاومت پیلینگ خاصی برای الیاف پشم به وجود آورد.

نه تنها فرآیندهای فعلی نیز شامل استفاده از عوامل كلرزدایی است. اینو یك فرایند سه مرحله ای را توضیح داد: مرحله اول شامل به كار گیری مخلوطی از پاپائین، مونواتانولامین هیدروسولفیك و اوره، مرحله دوم یك واكنش با دی كلروایزوسیانریك اسید و مرحله آخر باز هم یك واكنش آنزیمی است كه باعث كاهش سطح چروك خوردگی پارچه های واكنش داده به این ترتیب می گردد. كانل و همكاران یك پروتئاز از قبل افزده شده به كلریناسیون مرطوب یا افزایش اكسایش را با سدیم هیپوكلریت و پتاسیم پرمنگنات تركیب كرده و با بكارگیری پلیمر اضافی در پی به دست آوردن یك چروك خوردگی پارچه با سطح كاهش یافته بودند.

نه تنها فرایندهای پیش افزوده شیمیایی بلكه فیزیكی نیز با آنزیم های افزوده شده به پشم تركیب شده اند. در یك فرایند ثبت شده به وسیله ناكانیشی و ایواساكی یك پلاسمای دارای درجه حرارت كم و پیش از افزوده شدن به عنوان ضدچروك پلیمری برای الیاف مورد استفاده قرار گرفتند. از این آنزیم برای جذب الیاف بیرون آمده از سطح پارچه استفاده شد. بنابراین دستیابی به یك نرمی بیشتر نیز حاصل گردید. سیامپی و همكاران یك واكنش پروتئاز را با یك واكنش گرمایی در بخار اشباع شده تركیب كردند و فورنلی و سورن استفاده از پرتوافكنی با فركانس باال (HF) بر ماده آنزیم دار را تشریح كردند.

در سال1991، Schodler superwash 2000 پشم به وسیله شیندلر گزارش شد. این واكنش یك فرایند سه مرحله ای شامل پیش افزایش جعبه سیاه، یك افزودن آنزیم و به كارگیری یك رزین پلی آمیدAox-Low است. در فرایند گزارش شده به وسیله اولباج (كه فرایند شولر نیز گفته می شود) یك «پیش افزایش شیمیایی حداقل خاص» به عنان لازمه فرایند آنزیمی توضیح داده شد. در این فرایند یك سوپر واش استاندارد به دست آمد بدون اینكه از یك زین استفاده شود. فوزنلی استفاده از یك رزین به عنون (still imperative) برای دستیابی به یك اثر كارآمد ضدنمدی در آنزیم را گزارش كرد (Blo-LANA) زیرا به وسیله «براده برداری آنزیمی» از «اپیكوتیكل ناهموار» فیبر پشم فقط یك درجه خاص اما ناكافی از ضد نمد مالی به دست آمده بود. این كار به وسیله ریوا و همكارانش كه نقش یك آنزیم در اهش چروكی پشم گزارش شده بود، مورد تائید قرار گرفت. گفته می شود كه پروتئاز به كار رفته (streptomyces fradiate) در كاهش چروك پشم مؤثر بود اما در مورد سطوح ضدچروك مطلوب برای پشم كه به شدت با ماشین شسته شده است نتایج چروك خوردگی از طریق افزودن سدیم سولفیت بهبود نیافته بود. استفاده از پروتئازها یا بعد از افزودن اكسایش با استفاده از هیدروژپروكسید یا افزودن پلاسمایی بود. مقاومت در برابر نمدی شدن به وسیله آنزیم بعد از افزودن به گونه ای قابل توجه اصلاح شده بود. چروك خوردگی پشم بعد از اضافه كردن پروتئاز كاهش یافت اما با توجه به بازده افزودن یك پروتئاز به تنهایی، اظهار شده بود كه مثلاً افزودن Basalan DC هنوز برتر  بود. از این دیدگاه این سؤال پیش آمده بود كه چقدر باید شستشو شود تا درجه فیلتینگ پشم آنزیم دار در یك ماشین خانگی قابل مقایس با پشم كلرین دار باشد.

جهت دریافت فایل پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمندلطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 2,900 تومان

برچسب ها : پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند , طرح توجیهی پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند , دانلود پردازش زیستی برای پوشاك و منسوجات هوشمند , پردازش زیستی برای پوشاك , منسوجات هوشمند , واكنش آنزیم كاتالیز شده , پوشاك , واكنش های ناهمگن , عمل كاتالیك آنزیم ها روی پشم و پنبه , نساجی , استفاده از آنزیم ها در فراوری مواد غذایی , دانلود طرح توجیهی , پروژه دان