ترندهای جدید در عرصه علوم و نوآوری الیاف

ترجمه: آزاده موحد

به گزارش سرویس ااطلاع رسانی نساجی امروز، علم مواد نقش بسیار مهمی در ایجاد نوآوری در صنعت الیاف ایجاد می کند. پیشرفت های غیرمنتظره در علوم مواد اولیه همواره جهان الیاف را چه با وجود رویکردهای کاملا تازه و چه با وجود اصلاحات ساده در محصولات موجود در آن، رو به جلو هل می دهد. در ایجاد این تغییرات عوامل زیادی نقش دارند از جمله کاهش حجم پلاستیک در محیط زیست، دستیابی به اقتصادی گردشی تر و تغییرات نظارتی.

پیشرفت های چشمگیر

امروزه در عرصه رزین ها، الیاف و پلیمرهای دوستدار محیط زیست شاهد نوآوری های رو به رشدی هستیم؛ طبیعت نیز به شیوه های مختلفی در پیشبرد این نوآوری ها نقش دارد نظیر الیاف به دست آمده از گیاهان، حیوانات و حشرات.

الیاف گیاهی مشتق شده از کنف، بامبو، کتان و رامی دوستدار محیط زیست هستند چون برای رشد این گیاهان از هیچ گونه ماده شیمیایی یا آفت کش استفاده نشده است. آن ها همچنین دارای مقاومت ذاتی در برابر قارچ و کپک و عاری از عوامل بیماری زا هستند.

الیاف حیوانی هرچند که طبیعی می باشند اما زیست سازگاری آن ها به اندازه بعضی از الیاف گیاهی نیست، دلیل عمده آن آلودگی های ناشی از بقایای آفت کش ها و داروهایی است که معمولا برای پرورش حیوانات لازمند. الیاف آلپاکا که از پشم این حیوان به دست می آید تا اندازه ای از این قاعده مستثنی است چون این حیوان از چمنی تغذیه می کند که نیاز به نگهداری صنعتی ندارد و پشم آن با مصرف مقدار کمی آب یا غذا تا حد نسبتا زیادی رشد می کند.

الیاف به دست آمده از حشرات و به ویژه کرم ابریشم مدت زمان زیادی است که مورد استفاده قرار می گیرند هرچند که به نظر می رسد نوآوری های اخیر در عرصه ابریشم عنکبوت مصنوعی از لحاظ دوام و زیست تجزیه پذیری این الیاف بسیار موفقیت آمیز باشد. الیاف حاصل از حشرات از پروتئین این حشرات به دست می آیند که در مورد کرم ابریشم به صورت پیله است، عنکبوت ها نیز در دمای اتاق و با استفاده از حلال آب الیاف خود را به صورت مستقیم می ریسند. هر دو لیف دارای منابع تجدیدپذیر بوده و می توان آن ها را مانند منابع الیاف حیوانی پرورش داد.

تحولی بزرگ

یکی از مواردی که مهندسین الیاف وقت و تلاش خود را برای آن می گذارند، تقلید از ابریشم عنکبوت است که یکی از مستحکم ترین و سخت ترین مواد اولیه در طبیعت به شمار می رود. سختی ابریشم عنکبوت مشابه بعضی از آلیاژهای فولاد و بیشتر از الیاف کولار ضدگلوله است. دانشمندان دانشگاه واشینگتن باکتریی را برای تهیه ابریشم عنکبوت با کارایی مشابه گونه طبیعی آن تولید کرده اند.

این نوآوری تا حد زیادی به دلیل افزایش وزن ملکولی پروتئین پیش از ریسندگی و تبدیل آن به الیاف و تولید ماده اولیه ایی فوق العاده مستحکم و در عین حال زیست تجزیه پذیر بوده است. کلید بهره بردن از این نوآوری، مقیاس پذیری آن است.

الیاف قابل برنامه ریزی

در حال حاضر با استفاده از چند فناوری زیستی می توان جایگزین های تجدیدپذیری را برای الیاف بر پایه نفت نظیر نایلون، پلی استر و اکریلیک در نظر داشت. یکی از این مواد اولیه محصول کمپانی Tandem Repeat بوده که در آن از فرایند بیوفرمانتاسیون برای تولید پلیمر زیست تجزیه پذیر استفاده می شود.

در فرایند صنعتی بیوفرمانتاسیون از ژن های ایزوله شده ماهی مرکب برای تولید الیاف استفاده می شود. این الیاف نه تنها صد در صد قابل بازیافت هستند بلکه قابلیت خودترمیمی و تولید مواد اولیه ماندگارتر را نیز دارند.این الیاف را می توان با استفاده از روش های صنعتی استاندارد مورد فرایند قرار داد و آن ها را تبدیل به جایگزینی مناسب و معتبر برای بسیاری از پلیمرها کرد.

راهکارهای گردشی

بیشتر پلیمرهای مصنوعی چه از مشتقات سوخت های فسیلی باشند و چه از زیست توده های تجدیدپذیر به دست آمده باشند، در شرایط محیطی نرمال زیست تجزیه پذیر نیستند. فرایند تجزیه تنها در شرایط خاصی نظیر دماهای بالا، سایش فیزیکی و قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش رخ می دهد و نرخ تجزیه شدن نیز به نوع پلیمر و وجود ترکیبات تثبیت کننده بستگی دارد. اما این فرایند تنها باعث تضعیف و متلاشی شدن ماده اولیه می شود.

با این وجود با استفاده از علم مواد می توان مواد اولیه جدیدی را تولید و گستره استفاده از مواد اولیه مکمل را بیشتر کرد. کاتالیزورهایی نظیر کلرید روی راه را برای دی پلیمریزاسیون و بازیافت الیاف تسهیل می کنند. استفاده بیشتر از الیاف جدید این امکان را فراهم می کند تا مدل خطی متداول تولید-مصرف-دورریختن جای خود را به یک مدل گردشی پایا بدهد.