نحوه تولید و استفاده از الیاف شیر و خواص آن

مترجم : دکتر مژده قهرمانی هنرور         

الیافی مانند پنبه و کتان، از آغاز تمدن بشر، بر جهان حکومت نموده است. همانطور که ما در مورد نوآوری و فن آوری صحبت می کنیم، چین با تولید الیاف جدیدی از شیر و سویا در حجم بالا، نوآوری ارزشمندی را به ثبت رسانده است.

شکل 1: استخراج و و ریسیدن الیاف شیر. منبع marenscott.blogspot.com

به گزارش نساجی امروز، اگرچه در دهه 1940 این دسته از الیاف در آمریکا و اروپا بسیار محبوب بودند ولی بازار آن به دلیل جنگ جهانی دوم از بین رفت.

در حال حاضر الیاف بازسازی شده کارآمد تر و با دوام تر از هر لیف دیگری که در گذشته تولید شده یا در حال حاضر وجود دارد می باشد. الیاف شیر در سال 1930 توسط یک دانشمند  ایتالیایی به نام  Antonio Ferratti تولید شد. این لیف از کازئین شیر تهیه شد تا بتواند با الیاف پشم رقابت نماید. از آن زمان به بعد الیاف کازئین با نامهای مختلفی در کشورهای مختلف تولید شده است :

1. Lanital در بلژیک و فرانسه.

2.  Fibrolane در بریتانیا.

3. Merinova در ایتالیا.

4. Wipolan در لهستان.

5. Aralac در امریکا.

کازئین از طریق عملیات اسدی انجام شده بر روی عصاره شیر تهیه می شود. کازئین بدست آمده به صورت ماسیده می باشد که نیاز به عملیات شستشو و خشک کن دارد و در نهایت به شکل پودر تولید شده و مورد بهره برداری قرار می گیرد. از 35 لیترعصاره شیر حدود 1 کیلوگرم کازئین تولید می شود.

امروزه الیاف شیر تهیه شده سازگار با محیط زیست، بسیار مستحکم و دارای کیفیت بسیار بالاتری نسبت به سایر الیاف تولید شده توسط بشر هستند.

پروتئین کازئین (شیر) قرن ها به عنوان چسب برای رنگ ها استفاده می شده است – استفاده از رنگ ها با بکارگیری کازئین مربوط به قرن 14 و 15میلادی می باشد که در کلیساها بکار رفته و امروزه هنوز هم ظاهری شفاف و بدن محو شدگی دارد. پروتئین ها از شیر خشک، شیر بخار شده و شیر تغلیظ شده به دست می آیند. در هر 100 پوند شیر حدود سه پوند کازئین وجود دارد.

تولید الیاف شیر:

کازئین از طریق عملیات اسدی انجام شده بر روی عصاره شیر تهیه می شود. کازئین بدست آمده به صورت ماسیده می باشد که نیاز به عملیات شستشو و خشک کن دارد و در نهایت به شکل پودر تولید می شود. کازئین در محلول هیدروکسید سدیم حل می شود. پودر کازئین را با هیدروکسید سدیم حل می نمایند تا حدی که به ویسکوزیته مناسب برسد و سپس فیلتر و هوای آن خارج می شود.

محلول ریسندگی توسط  فرایند ترریسی و اکستروژن و اسپینرت ها وار حمام انعقاد شامل اسید سولفوریک (2 سهم ازمحلول)، فرمالدئید (5 سهم از محلول)، گلوکز (20 سهم از محلول) و آب (100 سهم از محلول) ریسیده می شود. نحوه انعقاد رشته های شیر مشابه با انعقاد رشته های ویسکوز می باشد.

و اما فرایند بعدی بسیار حائز اهمیت است زیرا الیاف باید توسط فرایندهای شیمیایی استحکام لازم را بدست آورند. این فرآیند معمولا به عنوان "سخت شدن" توصیف می شود، در نتیجه موجب به حداقل رساندن اثرات نرم کننده آب می شود. بکارگیری فرمالدئید اساس بسیاری از تکنیک های سخت شدن را تشکیل می دهد.

دسته های فیلامنت تشکیل شده به فرم تاپس از حمام انعقاد خارج می شود و سپس در محلول فرمالدئید قرار می گیرند.

رشته های تهیه شده در این مرحله تحت عملیات کشش قرار می گیرند. پس از عملیات شیمیایی، دسته الیاف شسته شده و خشک می شوند و سپس به صورت مکانیکی تکسچره می شوند و در نهایت توسط عملیات برش به شکل استیپل تبدیل می شوند. در غیر این صورت، پس از تبدیل دسته الیاف به تاپس برای مخلوط شدن با الیاف پشم آماده می شوند.

در جدول زیر انواع الیاف شیر قابل دسترس در بازارمشخص شده است :

الیاف استیپل/ تاپس

الیاف شیر تست oeko-tex را با موفقیت پاس نموده و دارای گواهینامه استاندارد سبز 100 برای منسوجات زیست محیطی بین المللی می باشد.

الیاف شیر حاوی هجده نوع آمینو اسید می باشد که برای سلامت انسان مفید است و وظیفه تغذیه و مراقبت از پوست را نیز برعهده دارد. در فرایند ترریسی، یک حلال منحصر به فرد مورد استفاده قرار می گیرد، یون های روی در ابعاد میکرو در الیاف گنجانده می شوند، پس از خروج الیاف از حمام انعقاد و خشک شدن، اکسید روی تولید می شود، بنابراین الیاف حاصله ضدباکتری و با دوام است. الیاف کازئین بیشتر در غالب استیپل، تاپس و یا دسته الیاف تولید می شوند.

شکل 2: نمودار فرایند تولید الیاف شیر

خواص الیاف شیر:

الیاف شیر به دلیل داشتن زیردست نرم و گرم شبیه به الیاف پشم می باشد. الیاف به طور طبیعی دارای فرو و موج می باشند و درنتیجه نخ های حاصله دارای زیردست نرم و گرم می باشند. این امر سبب می شود منسوج حاصله از الیاف شیر، عایق حرارتی خوبی را ایجاد نماید. این الیاف مانند الیاف پشم ارتجاعیت بالایی دارند.

از طریق آزمایشات شیمیایی و یا تست سوزاندن نمی توان الیاف پشم و الیاف کازئین را از هم تفکیک نمود. تنها راه تشخیص بین این دو لیف روش میکروسکوپی می باشد.

از آنجا که ترکیبات شیمیایی این دو لیف بسیار مشابه است، در اثر انجام آزمایش سوزاندن الیاف کازئین همانند الیاف پشم می سوزد ولی از آنجاییکه بر روی سطح لیف کازئین همانند پشم فلس مشاهده نمی شود از میکروسکوپ برای تشخیص این دو لیف می توان استفاده نمود.

الیاف کازئین در زیر میکروسکوپ صاف و دارای سطح مقطح لوبیایی شکل می باشد. محیط قلیایی و کپک ها سبب آسیب رساندن به این الیاف می شود.

رنگ طبیعی الیاف سفید است. در حالت مرطوب استحکام آن به شدت کاهش می یابد و میزان سختی به 0.3 تا 0.6 گرم بر دنیر خواهد رسید.

الیاف شیر به راحتی رطوبت را جذب می نمایند و در اثر تورم  نرم می شوند. در صورت افزایش دما، ممکن است پلاستیک و چسبنده شوند. الیاف در دمای بیش از 100 درجه سانتیگراد شکننده و زرد می شوند. در مجاورت هوا به آرامی می سوزد و اشتعال پذیری آن شبیه به پشم است.

سطح مقطع طولی الیاف شیر دارای یک کانال متقارن نمی باشد که سبب می شود الیاف شیر جذب رطوبتشان شبیه به الیاف طبیعی باشد و جذب رطوبت بهتری نسبت به الیاف مصنوعی داشته باشد.

الیاف شیر دارای زیردست نرم و نفوذپذیر هستند.این الیاف سفید، کرکی و کشسان بوده و دارای بوی دلپذیر می باشند. اگر چه الیاف کازئین فاقد خواص مطلوب پشم است اما راهی برای جایگزینی الیاف پشم با هزینه کمتر می باشد.  در جنگ جهانی دوم با مخلوط کردن این الیاف با الیاف ویسکوز و پشم، به عنوان جایگزین پشم برای پوشش و حفاظت مورد استفاده قرار گرفت.

نحوه شستشوی الیاف کازئین مشابه الیاف پشم می باشد با این تفاوت که با دقت و مراقبت بیشتری باید این کار انجام شود زیرا در اثر جذب رطوبت استحکام آن کاهش می یابد. در ضمن به دلیل همین خاصیت، این الیاف به مدت طولانی نمی توانند در محیط مرطوب نگهداری شوند.

امروزه الیاف شیر بسیار سازگار با محیط زیست می باشد و دارای استحکام بالایی می باشد. از نظر کیفیت در سطح بسیار بالاتری نسبت به الیاف ساخت بشر قرار دارد.

ترکیب الیاف شیر با سایر الیاف:

هنگامی که الیاف کازئین با دیگر الیاف مخلوط می شود، کازئین یک خاصیت انعطاف پذیری و ریزش مناسبی را به خواص پارچه اضافه می نماید. الیاف شیر با پشم برای ایجاد خاصیت نمدی و در مخلوط با ریون ریسیده شده، پشم، موهر و پنبه برای تولید انواع پارچه های تاری پودی، حلقوی، تکسچره و چاپ بکار می رود.

مخلوط های متداول شامل ترکیب الیاف پشم 94٪ و الیاف کازئین6٪ و یا الیاف ویسکوز50٪ و الیاف کازئین50٪. می باشد. ترکیب کازئین / پنبه برای بافت جوراب و فرش مرسوم می باشد. مقدار کمی از محصولات از صد در صد الیاف کازئین بدست می آیند و اغلب این الیاف در ترکیب با سایر الیاف نظیر الیاف پشم، پنبه، ریون، نایلون و سایر الیاف استیپل بکار می روند. مخلوط الیاف حاوی الیاف کازئین اغلب در تمام سیستم های معمولی ریسیده می شوند.

1. سیستم پنبه ای – مخلوط  ویسکوز / کازئین.

2. سیستم پشمی - مخلوط کازئین / پشم یا ویسکوز.

3. سیستم فاستونی - مخلوط کازئین / پشم یا ویسکوز.

4. سیستم کتان - مخلوط کازئین / ویسکوز.

درصدهای مخلوط الیاف شیر با سایر الیاف و محدوده نمره نخ تولیدی در جدول زیر مشخص شده است :

فرایند شیمیایی الیاف پروتئین شیر (کازئین):

الیاف پروتئین شیر دارای ساختار فیزیکی و شیمیایی متفاوتی از الیاف طبیعی پروتئین می باشند. فرایندهای شیمیایی بر روی این الیاف مطابق با مراحل زیر انجام می شود:

*آهارگیری : از آنزیم های ترجیحا در محدوده pH  4 تا 6 ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. اگر از آهار محلول در آب استفاده شده باشد، آهارگیری ضروری نیست.

* شستشو : ترجیحا باید از مواد شوینده مصنوعی تحت شرایط اسیدی، به عنوان مثال pH 6.0 استفاده شود.

*سفید گری : الیاف کازئین به طور کلی سفید است و معمولا نیاز به عملیات سفیدگری ندارد. در صورت لزوم، باید تحت شرایط اسیدی ضعیف این عملیات انجام شود، برای مثال pH 4.0-6.0 . زیرا در این شرایط الیاف کازئین با حداقل تورم استحکام خود را حفظ می نماید. سفید کننده های هیپوکلریت نباید استفاده شود.

سفید گری ممکن است با استفاده از پراکسید هیدروژن - 2 GPL در pH 8، با استفاده از سدیم پیرو فسفات انجام شود. این عملیات باید با شستشوی دقیق و اسیدی کردن با اسید استیک دنبال شود. همچنین ممکن است از  سفید کننده نوری کمک گرفته شود.

*رنگرزی : کازئین به راحتی رطوبت را جذب می کند و ساختار بلوری ندارد. رنگها می توانند به راحتی به داخل لیف نفوذ کنند. الیاف کازئین را می توان با رنگ های مورد استفاده برای پشم رنگ کرد. رنگ های اسید، قلیایی، مستقیم و دیسپرس در حالتیکه ثبات شستشوی مناسب به عنوان یک نیاز اولیه مطرح می شود مورد استفاده قرار می گیرد.

استفاده از کمپلکس رنگ های فلزی ثبات شستشویی را افزایش می دهد. PH حمام رنگ باید بین 4 و 6 باشد. رنگرزی معمولا در دمای بین90 تا 95 درجه سانتیگراد انجام می شود.

*چاپ : پارچه حاوی الیاف کازئین ممکن است به صورت دستی ، اسکرین، و غلتکی چاپ شده باشد. در این پروسه چاپ از رنگ های اسیدی، قلیایی، مستقیم، کرومی، دندانه ای، آزوئیک، حمام رنگرزی یا رنگدانه استفاده شود.

* تکمیل ضد چروک : تکمیل ضد چروک ممکن است برای پارچه هایی که از مخلوط الیاف کازئین استفاده شده بکار رود. در این حالت استفاده از دماهای پایین تر از 160 درجه سانتیگراد برای حدود 2.5 دقیقه پیشنهاد می شود.

استفاده از الیاف پروتئین شیر:

یکی از نخستین کاربردهای الیاف کازئین در تولید کلاه بود. مخلوط الیاف کازئین / پشم برای تهیه کلاه نمدی استفاده می شود. پارچه های تولید شده از مخلوط الیاف کازئین با پنبه یا نایلون برای لباس های پیراهن، تی شرت، ژاکت های بافتنی، پیراهن و غیره استفاده می شود. الیاف کازئین در مخلوط با الیاف پشم، پنبه، ویسکوز، نایلون در تولید پارچه های راشل، رومبلی، روفرشی و پتو بکار می رود.

مخلوطی از الیاف کازئین و پشم به صورت نمد فشرده برای استفاده در پوشش کف و در فرشهای معمولی و تافتینگ استفاده می شود. موکت های تافتینگ از  کازئین -50٪ و پشم یا ویسکوز -50٪ تولید شده است.