الیاف پلیمری طبیعی (2)

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : راسخون

الیاف پلیمری طبیعی از منابع حیوانی وگیاهی بدست می آیند در ادامه توصیف کوتاهی از این الیاف ارائه می کنیم الیاف بدست آمده از حیوانات ( animal kingdom fibers )

الیاف بدست آمده از حیوانات ( animal fibers ) در اصل از برخی انواع پروتیئن ها ساخته می شوند. کلاژن ( collagen ) که یک نوع ماده کریستالین است فیبر ساختاری پایه ای در الیاف بدست آمده از حیوانات است. این ماده تقریبا در همه ی حیوانات وجود دارد. معمولا این ماده یکی از اجزای یک نوع بافت اتصال دهنده ی پیچیده است. ساختار این ماده بر پایه ی آرایش حلزون مانند سه پلی پپتاید ( poly peptides ) بوجود آمده است که این ساختار بوسیله ی پیوندهای هیدروژنی داخل زنجیره ای پایدار شده است.
این سه پلی پپتاید حلزونی با یک بخش دیگر تشکیل ساختار حلزونی ثانویه ای می کنند که باعث می گردد ساختار فنرمانند تشکیل گردد. این ساختار شبیه یک طناب تافته شده با سه نخ است که هرنخ آن یک زنجیره ی پلی پپتاید است.
تمام الیافی که از حیوانات بدست می آیند کریستال های پروتیئنی هستند که در امتداد محور فیبر کشیده شده اند. کریستال های پروتیئن در یک زمینه ی پلیمری جای گرفته اند. بنابراین تشکیل یک کامپوزیت طبیعی می دهند. کراتین ( keratin ) نام عمومی برای محصولات پروتیئنی فیبری است این محصولات در سلولهای جداره ی بیرونی ستون فقرات وجود دارند. موی انسان یک فیبر پلیمری طبیعی است که همه ی ما با آن آشناییم.
موی انسان یک کراتین مربوط به پستانداران ( mammalian keratin ) است وبه دلیل قطر کوچکش، بسیار انعطاف پذیر است.
به عبارت دیگر شاخ ( horn )، سم ( hoof ) وپر ( quill ) دارای کراتین سفت هستند. این مواد نیز جزء کامپوزیت های الیافی هستند. مثال های دیگر از الیاف بر پایه ی پروتیئن عبارتند از:
پشم ( wool ) و الیاف بدست آمده از پیله ی کرم ابریشم مانند ابریشم. پشم نوعی لیف پلیمری است که از گوسفند بدست می آید. الیاف پشم عموما قطری برابر 20-50 میکرو متر دارند. جزء اصلی پشم نیز از کراتین ساخته شده است. کرنش شکست پشم 30% است. ومانند پنبه، پشم نیز رطوبت را به خود جذب می کند. این میزان جذب بیش از یک سوم وزنی پشم است. پشم را به آسانی می توان به رنگ های مختلف در آورد ( رنگ رزی آن آسان است.)
پشم دارای غشاء بیرونی است. این غشاء که اپیکوتایل نام دارد غشائی آب گریز است. همه ی این خواص موجب می شود تا پشم یکی از الیاف بسیار مناسب ومتداول برای تهیه پوشاک باشد. الیاف پشم مانند اکثر الیاف طبیعی بر پایه ی پروتیئن سطحی فلس مانند دارد. این مسئله باعث پدید آمدن اثر اصطکاکی جهت دار می شود. در واقع هنگامی که در جهت خلاف فلس ها حرکت کنیم اصطکاک از زمانی که در جهت آن حرکت کنیم بیشتر است. حرکت در جهت خلاف فلس ها به خاطر زبری بیشتر سخت تر است. علاوه بر استفاده های پوشاکی ، پشم کاربردهایی در ساخت پتو، مواد عایق، لوازم منزل( upholstery )، فرش وقالیچه ونمد دارد. سایر الیاف پشم مانند نیز از حیواناتی شبیه بز، شتر و... گرفته می شود. البته این نوع الیاف پشم مانند عموما جزء مو حساب می شوند. موی یک نوع بز به نام آنگورا ( Angora goat )، موهیر ( mohair ) نامیده می شود.
همه ی الیاف طبیعی بدست آمده از حیوانات دارای یک جزء پروتیئنی مانند کلاژن ( collagen )، کراتین ( keratin ) یا فیبروین ( fibroin ) هستند. فیبروین یک جزء فیبری است که در الیاف ابریشم وجود دارد. واحد ساختاری پایه در یک پروتیئن آمینواسید است. ( شکل 1 )

عامل (H2N ) یک گروه آمینی ( amino group ) است. ( Co2H )نیز یک گروه اسیدی است. R نیز یک گروه جانبی است. گروه های آمینی واسیدی واکنش می دهند ویک اتصال آمید ( amide ) با فرمول ( CoNH ) ایجاد می کنند. تفاوت مشخص مواد فیبری بر پایه ی پروتیئن باهم در این است که در آمینواسیدهای مختلف گروهR متفاوت است.

الیاف ابریشم :

الیاف ابریشم در ابتدا در کشور چین تولید شد واز آنجا به کشورهای ژاپن، هند وایران آمد وسرانجام به اروپا وارد شد. بافته های ابریشمی در طی قرن های متمادی پربها وارزشمند بوده اند زیرا فیبر ابریشم محکم، کشسان، نرم وقابل رنگرزی هستند. بافته های ابریشمی به گونه ای در جهان گسترش یافته اند که جزئی از سنت های اجدادی مردمان سراسر دنیا شده اند. الیاف ابریشمی جزء الیاف لوکس و گرانبها هستند واز آن برای تهیه ی لباسهای تشریفاتی مانند کیمونوی ژاپنی وساری هندی استفاده می شود.
اگر چه در برخی از کاربردها، الیاف مصنوعی جایگزین الیاف ابریشمی شده اند، هنوز هم ابریشم جایگاه خود را تهیه ی لباس های لوکس و گران قیمت حفظ کرده است. الیاف ابریشمی محصول ترشح غدد ریسندگی ( spinning glands ) گروه متنوعی از حشرات و عنکبوت هاست. غدد ریسندگی در حشرات مختلف انواع مختلفی ابریشم تولید می کنند. اما ویژگی مشترک همه ی الیاف ابریشمی تولیدی از حشرات این است که همه ی آنها از جنس پروتیئن هستند و دارای فیبروین ( fibroins ) هستند. اگرچه حشرات مختلفی ابریشم تولید می کنند اما تنها ابریشم تولیدی از دو گونه پروانه( بید) به نام های علمی بومبیکس موری ( bombyx mori ) و آنترا پرنی ( antheraea pernyi ) در کاربردهای پوشاک استفاده می شود. از بین این دو نوع ابریشم تولیدی بوسیله ی این دو گونه پروانه ( بید) نوعی که بوسیله ی کرم ابریشم بومیکس موری ترشح می شود، مهم تر است.
برای سال های متمادی پرورش کرم ابریشم به عنوان یک صنعت پایدار و سودده مطرح بود در پرورش کرم ابریشم، کرم بوسیله ی برگ درخت توت ویا بلوط تغذیه می شود. کرم ابریشم دارای دو کیسه ی فیبروین است. ( فیبروین نوعی پروتیئن کریستالین است.) در فرآیند تولید الیاف ابریشم، کرم ابریشم خود را به یک شاخه ی نازک می چسباندو بواسطه ی حرکات ماهیچه ای فیبروین را یک سوراخ به بیرون می فرستد. الیاف ابریشم ( تولیدی بوسیله ی کرم ابریشم یا عنکبوت ) دارای ساختاری پیچیده است. این ساختار پیچیده بدین گونه است که دو رشته ی فیبروین بوسیله ی یک ماده ی چسبناک به نام سریسین ( sericin ) در بر گرفته می شوند. این ماده ی چسبناک ( سریسین ) معمولا پیش از تبدیل فیبرها به نخ از آنها جدا می شود.
زنجیره های پروتیئنی طویلکه الیاف را تشکیل می دهند شامل آمینو اسیدها می شوند ( به طور دقیق تر 44 درصد آنها گلیسین (glycine ) و 30 درصد آلانین ( alanine ) ) انسان برای ساخت وسایل ومواد جدید نیازمند مطالعه ی طبیعت دارد ازاین رو علاقه به تحقیقات در زمینه ی انواع متنوع الیاف ابریشمی مانند الیاف بدست آمده از عنکبوت زیاد شده است. در واقع مطالعه در زمینه ی فرآیند ومیکرو ساختار الیاف ابریشمی بدست آمده از عنکبوت زمینه ی تحقیقاتی مناسبی است. هنگامی که یک عنکبوت تار می تند، مایع با قابلیت حل شدن در آب به الیاف ابریشم جامد با قابلیت حل نشدن در آب تبدیل می شود. مکانیزم عمل چنین تبدیلی هنوز به طور کامل شناخته نشده است. اما ظاهرا مولکولهای زنجیره ی پلی پپتیدی ( poly peptide ) آرایش خود را تغییر می دهند.
در مورد کرم ابریشم این مسئله فهمیده شده است که این فرآیند به طور ساده در هنگام کشش زنجیره اتفاق می افتد. علت علاقه مندی در جهت شناخت فرآیند تولید الیاف در عنکبوت این است که عنکبوت ها انواع مختلفی از الیاف ابریشمی را تولید می کنند. این الیاف دارای خواص مکانیکی فوق العاده ای هستند ودر دمای محیط وبا حلال آبکی تولید می شوند وهمچنین زیست سازگار پذیر هستند. فرآیند تولید الیاف ابریشمی بوسیله ی عنکبوت ها در مقایسه با فرآیند تولید الیاف آرامیدی مانند کولار ( Kevlar ) که نیازمند حلال های خاص دارد، بسیار ساده تر است. مثلا در فرآیند تولید کولار نیازمند استفاده از اسید سولفوریک دودکننده داریم. ازاین رو علاقه مندی زیادی برای پی بردن به نحوه ی تولید و ریز ساختار الیاف ابریشمی تولیدی بوسیله ی عنکبوت وجود دارد.
ادامه دارد ... /ن