نوآوری های الیاف دامی ایران

افزایش پایداری و کاهش زردی ناشی از تخریب نوری خامه پشمی فرش با استفاده از آسکوربیک اسید

حامد احمدی1، سیامک صفاپور2

1-دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فرش، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، صندوق پستی: 4567-51385، تبریز، ایران

2-استادیار دانشکده فرش، دانشگاه هنر اسلامی تبریز، صندوق پستی: 4567-51385، تبریز، ایران

چکیده:

در این مطالعه، نخ پشمی با ماده آنتی‌ اکسیدان آسکوربیک اسید عمل آوری شد و تاثیر آن بر افزایش پایداری پشم در مقابل زردی ناشی از تخریب نوری توسط درجه زردی و سفیدی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد، اگرچه آسکوربیک اسید در برخی موارد ته رنگ کمی به کالا می بخشد، ولی همواره باعث افزایش قابل توجه مقاومت پشم در مقابل تغییر رنگ و زردی ناشی از تخریب نوری می گردد. شرایط بهینه برای عمل آوری، 1 درصد آسکوربیک اسید نسبت به وزن نخ پشمی در مدت زمان 60 دقیقه به دست آمد. نتایج این پژوهش نشان داد که از آسکوربیک اسید به عنوان ماده جاذب نور موثر می توان در جهت افزایش پایداری پشم در مقابل تخریب نور و کاهش زردی الیاف پشمی استفاده کرد.

واژگان کلیدی: زردی پشم، تخریب نوری، آسکوربیک اسید، جاذب فرابنفش، آنتی اکسیدان

1-مقدمه

پشم از دیرباز در اشکال مختلف الیاف، نخ، پارچه و... به تنهایی و یا به صورت مخلوط با سایر الیاف طبیعی و مصنوعی مورد استفاده قرار گرفته است. نخ پشمی در طیف گسترده‌ای از بافته‌ها با ترکیبات، وزن‌ها، نمرات و تاب‌های متنوع عرضه و مصرف می‌گردد. زرد شدن پشم ناشی از تابش نور، یک مشکل تجاری قابل توجه و مهم در صنایع فرش دستباف، نساجی و پوشاک می‌باشد]1[. الیاف پشم ساختار منحصر به فرد و متخلخلی دارد. پلیمر پشم از 170 پروتئین و پلی‌پپتید مختلف و 20 اسید‌آمینه آلفا با نسبتها و توالی مختلف تشکیل شده است. ساختار پلیمری پشم، نسبت به تابش های پرانرژی نور حساس می‌باشد. زمانی که پشم در معرض اشعه فرابنفش و نورهای با طول موج بلندتر چون نور مرئی قرار می‌گیرد، مجموعه‌ای از واکنش‌های فتوشیمیایی در آن رخ می دهد که در نتیجه این واکنشهای تخریبی، مقاومت لیف کاهش یافته و رنگ لیف تغییر پیدا می کند]1[. آسیب پذیری و زردی الیاف پشم در مقابل نور، عمدتاً به دلیل جذب ذاتی اشعه الکترومغناطیس در ناحیه فرابنفش (UA-A'AV-B) است. بیشتر این واکنش‌ها به دلیل وجود اسیدآمینه‌های آروماتیک نظیر تریپتوفان، تیروزین و فنیل‌آلانین در ساختار مولکولی پشم است]1[.

در سال‌های اخیر، مطالعاتی در زمینه امکان استفاده از جاذب‌های فرابنفش جهت افزایش ثبات نوری رنگزاها بر روی الیاف طبیعی و به خصوص پشم انجام شده است. نور با طول موج در محدوده 280 تا 320 نانومتر نقش اساسی در تخریب و عدم ثبات بیشتر ساختاهای آلی دارد. جاذب‌های فرابنفش ساختارهایی هستند که، اشعه پرانرژی فرابنفش را جذب کرده و در محدوده مرئی یا مادون قرمز بازتاب می‌نمایند و یا انرژی اشعه فرابنفش را که در شرایط عادی باعث برانگیخته شدن ملکول و تخریب ساختار می گردد، به صورت انرژی حرارتی آزاد می‌کنند]2[. اخیراً امکان استفاده از مواد طبیعی به عنوان آنتی‌اکسیدان و جاذب فرابنفش مورد مطالعه قرار گرفته است. آنتی‌اکسیدان‌ها یا همان مهار کننده‌های فرایند اکسیداسیون، ترکیبات آلی هستند که با اکسیژن ترکیب شده و مانع واکنش اکسیژن فعال و برانگیخته شده با مواد مفید موجود در کالا گشته و از این طریق موجب افزایش پایداری محصولات می‌شوند، از اینرو گزینه‌های خوبی برای محافظت کالا در برابر تخریب ناشی از تابش نور به حساب می‌آیند]3،4[. در مطالعه‌ای مشخص گردید، برای بالا بردن ثبات رنگزاهای طبیعی در برابر نور با مواد طبیعی، آنتی‌اکسیدان‌های موجود در گیاهان چون آسکوربیک اسید، بهترین عملکرد را دارند]3[.

از اینرو با هدف افزایش پایداری ساختار پلیمری پشم در مقابل تغییر رنگ ناشی از تخریب توسط نور، الیاف پشم خام (بی‌رنگ) توسط آنتی‌اکسیدان طبیعی آسکوربیک اسید عمل‌آوری (Treatment) شدند. تغییرات حاصله در درجه زردی و سفیدی این الیاف پس از قرارگیری در معرض نور UV-C، نسبت به الیاف پشم خام، بررسی و میزان کارایی ماده آنتی‌اکسیدان بر افزایش پایداری الیاف پشم در مقابل تغییر رنگ بوسیله نور، گزارش گردید.

2-بخش تجربی

2-1-مواد

در این آزمایش از نخ پشمی 5 لا مصرفی به عنوان خامه فرش دستبافت تولید شرکت "آذر برف" استفاده شد. از مواد شیمیایی آزمایشگاهی با درجه خلوص بالا استفاده شد. آسکوربیک‌اسید از شرکت آلمانی AppliChem، آب‌ اکسیژنه 35% از شرکت آرمان شیمی، هیدروسولفیت سدیم و دندانه قلع از شرکت Merck آلمان، صابون مایع غیر یونیNEOTERGE DL از شرکت اینترساک کانادا تهیه شد. جهت نور‌دهی نمونه‌ها از لامپ UV-C (20W UV-C lamp, λ~254 nm, Canon, Japan ) استفاده گردید. درجه زردی الیاف توسط دستگاه اسپکتروفتومتر Gretag Macbeth 7000 A با منبع نوریD65 و مشاهده‌گر 10 درجه در شرایط استاندارد، مورد ارزیابی قرار گرفت.

2-2-روش کار

سفیدگری و دندانه دهی نخ پشمی: در ابتدا نخ پشمی در حمام حاوی g/l5 صابون غیر یونی با 50:1 L:R در دمای 50 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه مورد شستشو قرار گرفت. سپس در حمام آب اکسیژنه 35% با 50:1 L:R و در دمای 50 درجه سانتی‌گراد به مدت 90 دقیقه سفیدگری شدند. پس از سفیدگری الیاف به مدت30 دقیقه در حمامی حاوی g/l2 هیدروسولفیت سدیم و در دمای 50 درجه سانتی‌گراد، جهت خنثی سازی تاثیرات آب اکسیژنه، عمل‌آوری شدند. در انتها نیز الیاف بوسیله آب شهری آبکشی و در دمای اتاق خشک شدند. الیاف سفیدگری شده در حمام حاوی 3% دندانه قلع نسبت به وزن کالا، با 50:1 L:R، در دمای 65 درجه سانتی‌گراد، به مدت 60 دقیقه دندانه دهی شدند. لازم به ذکر است که هدف از استفاده از دندانه، افزایش قدرت اتصال و پایداری آسکوربیک اسید بر روی پشم می باشد.

عمل‌آوری نمونه‌ها با آسکوربیک اسید: الیاف سفیدگری و دندانه‌دهی شده، بوسیله ماده آنتی‌اکسیدان آسکوربیک اسید در زمان های: 30، 60 و90 دقیقه و غلظت های مختلف 2،1و4 درصد نسبت به وزن کالا در حمامی با 40:1 L:R، 5/4pH: در دمای 65 درجه سانتی‌گراد عمل‌آوری شدند. سپس نمونه‌ها در دمای محیط به مدت 24 ساعت خشک شدند.

نمونه‌های عمل آوری شده با آسکوربیک اسید به همراه الیاف سفیدگری شده فاقد ماده آنتی‌اکسیدان، جهت نوردهی، به دور مقوا‌هایی در ابعاد 20 در 20 میلی‌متر پیچیده شده و به مدت 8 ساعت در داخل کابین نوری مجهز به لامپ UV-C نوردهی شدند. لازم به ذکر است دلیل استفاده از لامپ UV-C (طول موج بسیار پایین) تسریع فرایند و کاهش مدت زمان لازم برای آزمایشات بوده است. مشخصات رنگی مربوط به درجه زردی و سفیدی نمونه های نوردیده بر اساس استانداردهای WIE 313 و YIE 313 ، توسط اسپکتروفتومتر انعکاسی Gretag Macbeth 7000 A تعیین شد.

3-نتایج و بحث

3-1-تاثیر غلظت جاذب بر درجه زردی پشم

شکل 1 تاثیر غلظت‌های مختلف ماده آنتی‌اکسیدان بر تخریب نوری و تغییرات در درجه زردی پشم (Yellowness Index∆) پس از نور‌دهی را نشان می دهد. مشاهده می شود که عمل آوری پشم با آسکوربیک اسید باعث کاهش قابل توجه در افزایش نرخ زردی ناشی از تخریب پشم توسط نور شده است که این رفتار را می‌توان به جذب نور تابیده شده توسط جاذب فرابنفش در سطح لیف و جلوگیری از انتقال انرژی نور به ساختار مولکولی پشم و جلوگیری از برهم‌کنش اسیدآمینه های موجود در لیف پشم با اکسیژن فعال تولید شده و در نتیجه افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی و محافظتی پشم عمل شده در برابر انرژی نور تابیده شده نسبت داد. با این حال با افزایش غلظت آنتی‌اکسیدان بر روی کالا، تغییر محسوسی در کاهش درجه زردی پشم مشاهده نشد که نشان می دهد غلظت 1 درصد از ماده آنتی‌اکسیدان عملکرد مناسبی داشته و نیازی به اعمال مقادیر بیشتر از این ماده بر روی لیف نمی باشد.

شکل 1: تاثیر غلظت های مختلف آسکوربیک اسید بر تخریب نوری پشم (زمان عمل آوری 60 دقیقه)

3-2-تاثیر مدت زمان عمل آوری بر درجه زردی پشم

شکل 2 تغییر در درجه زردی پشم را به عنوان تابعی از مدت زمان عمل‌آوری با آسکوربیک اسید نشان می دهد. مشاهده می‌شود، در کمترین غلظت (1 درصد)، با افزایش مدت زمان عمل آوری، مقاومت پشم در مقابل تابش نور بهبود یافته و تغییرات درجه زردی کاهش می یابد. این روند را می‌توان به جذب بهتر و افزایش غلظت ماده موثر آنتی اکسیدان بر روی پشم با افزایش مدت زمان عمل آوری نسبت داد. با افزایش غلظت آسکوربیک اسید (2 درصد) مشاهده می شود که با افزایش زمان عمل آوری برخلاف غلظت 1 درصد تغییر خاصی در بهبود تغییرات درجه زردی مشاهده نمی شود. به نظر می رسد که مطابق شکل 1، پشم تنها با 1 درصد از آسکوربیک اسید اشباع شده و افزایش غلظت ماده جاذب بر افزایش جذب این ماده بر روی پشم تاثیر محسوسی نداشته و از اینرو باعث افزایش جذب و پایداری نوری بیشتر پشم نمی گردد. روند مذکور در غلظت های بالاتر جاذب (4 درصد) محسوس تر بوده و حتی مشاهده می شود که با افزایش زمان عمل آوری، درجه زردی پشم افزایش می یابد. سه احتمال برای این رفتار می توان در نظر گرفت، اول اینکه افزایش غلظت، تاثیر عکس بر روند جذب آسکوربیک اسید داشته و حتی باعث کاهش آن بر روی پشم می شود که در نتیجه زردی پشم نسبت به زمان های کمتر عمل آوری افزایش می یابد. دوم اینکه، به دلیل بالا بودن غلظت ماده آنتی‌اکسیدان (4درصد) در حمام و فعالیت شیمیایی بالای این مواد و حضور گروه‌های فعال در آن‌ها، افزایش زمان عمل‌آوری و افزایش انرژی در سیستم در حضور حرارت، موجب واکنش این مواد با هم و تخریب این ساختارها شده است. همچنین مطابق شکل 3، دلیل دیگر برای افزایش زردی اولیه لیف، قبل از نوردهی را می توان به برهم‌کنش‌های آنتی‌اکسیدان و لیف و تشکیل کمپلکس‌های رنگی در لیف نسبت داد]1[.

شکل 2: تاثیر مدت زمان عمل‌آوری بر تغییرات درجه زردی پشم

3-3- تاثیر عمل آوری بر معیارهای رنگی نمونه ها

در شکل 3 تغییرات درجه زردی (Yellowness Index) نمونه های عمل‌آوری شده (به مدت 60 دقیقه) با لیف خام سفیدگری شده مورد مقایسه قرار گرفته است. مشاهده می شود، عمل‌آوری الیاف بوسیله آسکوربیک اسید در حضور دندانه قلع موجب ایجاد ته‌رنگ زرد در لیف شده است. این پدیده را می‌توان به ایجاد کمپلکس‌های رنگی در سیستم سه‌گانه لیف-دندانه-آسکوربیک اسید نسبت داد]2[. دلیل محتمل دیگر، حضور گروههای رنگی در ساختار لیف است، که در طی عملیات سفیدگری اکسید شده و در این مرحله مجدداً به دلیل حضور اسید در حمام و فعال شدن گروه‌های عاملی موجود در اسیدآمینه‌های لیف پشمی در دمای بالا با ساختار پلیمری پشم واکنش داده و کروموفورهای جدیدی را در لیف ایجاد می‌کنند]1[. شکل 4 نشان دهنده درجه سفیدی (Whiteness Index) الیاف قبل و بعد از عمل‌آوری است. مطابق شکل میزان سفیدی با افزایش غلظت جاذب کاهش می یابد که این نتایج در تایید افزایش درجه زردی پشم با عمل‌آوری توسط آسکوربیک اسید می باشد.

شکل 3:تغیرات درجه زردی پشم بر حسب غلظت آسکوربیک اسید (زمان عمل‌آوری60 دقیقه)

شکل 4: تغییرات درجه سفیدی پشم برحسب غلظت آسکوربیک اسید (زمان عمل آوری 60 دقیقه)

4- نتیجه‌گیری

پشم با غلظت های مختلف آسکوربیک اسید با دندانه قلع (به عنوان تثبیت کننده ماده جاذب) جهت افزایش پایداری نوری پشم عمل آوری شد. نتایج نشان داد که پایداری پشم در برابر تخریب و زردی ایجاد شده بوسیله نور، به طور قابل توجهی افزایش یافت. شرایط مناسب جهت عمل‌آوری الیاف و افزایش پایداری نوری پشم و کاهش ته‌رنگ ایجاد شده به حداقل مقدار ممکن، با استفاده از 1 درصد آسکوربیک اسید نسبت به وزن کالا و در زمان 60 دقیقه بود. این روش عمل‌آوری، هرچند برای الیاف کاملاً سفید پشم (سفیدگری شده) به دلیل ایجاد ته رنگ بسیار کم رنگ زرد به طور کامل قابل استفاده نیست، اما در سایر موارد جهت افزایش پایداری نوری لیف پشم مناسب و کارآمد می باشد. همچنین، به دلیل در دسترس بودن مواد و وسایل مورد استفاده و عدم نیاز به تخصص زیاد، این شیوه، نسبت به شیوه‌هایی مانند عمل‌آوری پشم با جاذب‌های معدنی همچون TiO2صرفه اقتصادی بیشتری داشته و قابلیت صنعتی شدن و استفاده انبوه را دارد.

5- منابع

1. Zhang H, Millington KR, Wanga X. 2008. A morphology-related study on photodegradation of protein fibers. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 92: 135–143.
2. Lee JJ, Lee HH, Eomb SI, Kima JP. 2001. UV absorber aftertreatment to improve lightfastness of natural dyes on protein fibres. Color. Technol 117: 134-138.
3. Cristea D, Vilarem G. 2006.Improving light fastness of natural dyes on cotton yarn. Dyes and Pigments. 70: 238-245.
4. Nojavana S, Khaliliana F, Kiaiec FM, Rahimic A, Arabanianc A, Chalavia S. 2008. Extraction and quantitative determination of ascorbic acid during different maturity stages of Rosa canina L. fruit R. Mongkholrattanasit. Journal of Food Composition and Analysis 21: 300–305.