التحقق من خواص المورفولوجية والكيميائية والفيزيائية لخيوط القطن المزوي المحروق والمحروق ممرسر

نوع المستند : Original Article

المؤلف

قسم تكنولوجيا المنسوجات -كلية التكنولوجيا والتعليم -جامعة بني سويف

المستخلص

عملية الحرق للخيوط والأقمشة هي واحدة من عمليات تشطيب النسيج التي تعدل سطح الأقمشة وتؤثر على بعض الخصائص مثل اللمعان وانعكاس الضوء والطباعة والصباغة. يحدث الحرق على الخيوط  المنتجة من الألياف القصيرة التي تؤدي الي تشابك الشعيرات على سطح الخيوط والأقمشة. لم تكن كل البحوث التي درست تأثير الحرق على خصائص الخيوط والأقمشة مخصصة لدراسة تأثير الحرق على هيكل الألياف، الأمر الذي قد يؤثر على خصائص الخيوط والأقمشة. المرسرة القطنية هي عملية فيزيائية-كيميائية تم استخدامها لفترة طويلة ولا تزال في مقدمة المعالجات لأنها تمنح القطن لمعانًا، وتزيد من قوة الشد ونعومة سطحه. يتأثر التبلور، اعتمادًا على الظروف المستخدمة في المرسرة، فضلاً عن نوع القلوي المستخدم ونسبة تركيزه. تحسن المرسرة الخصائص الفيزيائية والكيميائية، ويمكن أن تقلل نسبة التشابك في الشعيرات مما يحسن استنفاد الصبغات، ويزيد من القيم الملمسية الإجمالية.                                                                                                     
 واهتمت الدراسة تهتم بالتغيير في بنية الهيكل الفيزيائي والكيميائي لألياف القطن نتيجة لعملية الحرق و المرسرة للخيوط المحترقة من خلال التحقيق باستخدام  المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء وحيود الاشعة السنية لحساب مقاس البلورات ومؤشرالتبلوودرجة  توجه التبلور باستخدام وظيفة الجاوزين .                                                                               
النتائج والمناقشة
أظهر التحليل المورفولوجي انخفاضًا ملحوظًا في تشعيير الخيوط بعد االحرق وانخفاضًا إضافيًا بعد المرسرة كما ظهر في الصورة الفوتوغرافية. الصورة المجهرية اظهرت   الخيوطً غير المعالجة ملتوية، بينماظهرت  الألياف مستقيمة ومنتفخة بعد المرسرة. أدى الجمع بين الحرق والمرسرة إلى تعزيز لمعان الخيوط  وتقليل التشعيير عن طريق المعالجة بمحلول هيدروكسيد الصوديوم للالياف                 
كشف تحليل الاشعة تحت الحمراء  الخيوط غير المعالجة والمحروقة والمحروقة ممرسرة  عن قمم أوسع عند  رقم موجي 3334 و3267 سم-1 تعزى إلى اهتزازات تمديد رابطة مجموعة الهيدروكسيل ، وكانت أكثر وضوحًا في عينة المحروقة ممرسرة  بسبب المكونات السليلوزية مثل الماء . أظهرت خيوط المحروقة ممرسرة  قممًا ضعيفة عند  رقم موجي 3439 و3491 و3156 سم-1 يدل على سليلوز 2. تتوافق القمم عند 2848 و 2914 سم-1  مع اهتزازات التمدد لرابطة كربون هيدروجين، بينما أشارت 897 سم-1 إلى اهتزازات ممتدة للمجموعات الميثيل والميثيلين. امتصت قمة عريضة عند طول موجي 1623 سم -1  تمثل اهتزازًا ممتدًا لمجموعة الكربونيل ثنائي الرابطة  في الهيمسيلولوز. القمة في الرقم موجي  1428 و13701 سم-1  يمثل  اهتزازات الانحناء لرابطتي الكربون هيدروجين و كربون ثنائي الهيدروجين ، على التوالي. وحدثت تغييرات في الروابط عند رقم موجي  أقل من 1500 سم-1  وهي منطقة البصمة الخاصة بالسليلوز الاساسي عند المعالجة بهيدروكسيد الصوديوم كما ظهرت روابط جديدة .  زادت المجموعات الوظيفية فوق  رقم موجي 1500 سم- 1       
اظهر تحليل  حيود الاشعة السنية  للعينات غير المعالجة والمحروقة  والممرسرة المحروقة  أربع قمم للعينات غير المعالجة والمحروقة ، المنسوبة إلى السليلوز1  بناءً على مؤشرات ميلر. تسبب الحرق في انخفاض كثافة القمة واختفاء القمة عند زاوية 15.6 مما يشير إلى زيادة المناطق غير المتبلورة بسبب ابتعاد  سلاسل القطن. أظهرت الخيوط المحروقة ممرسرة خمس قمم، مع ترحيل بسيط عن   مواضع القمم في الخيوط غير المعالجة، المنسوبة إلى المستويات (100-1/100)، (110)، (020)، و (004)، مما يشير إلى التحويل إلى السليلوز 2 بعد المعالجة بهيدركسيد الصوديوم . ظهرت القمة عند 12.7˚ و21.2˚ في المحروقة ممرسرة  بسبب المعالجة بهيدروكسيد الصوديوم ، مع زيادة الشدة عند 23.3˚ و35.5˚، مما يشير إلى تعزيز التبلور وتكوين سليلوز الصوديوم. أدى تأثير الحرق على اتجاه سلاسل القطن واختراق محلول هيدروكسيد الصوديوم  عبر المناطق غير المتبلورة والمتبلرة إلى هذه التغييرات في البنية. كما أدى الحرق إلى ظهور لون مصفر فاتح في الخيوط نتيجة لظاهرة مركزاللون ، الناتجة عن اكتساب الالترونات الحرة طاقة حرارية وترك ثقوب في اماكنها             
استخدمت وظيفة جاوزين في برنامج الاورجن لفصل القمم  لتحديد العرض الكامل عند نصف اعلي ار تفاع لكل قمة  وحساب مقاس البلورات ، مما يكشف عن وجود علاقة عكسية بين العرض الكامل عند نصف قصي ارتفاع القمة  ومقاس البلورات. بحسب المعادلة رقم (1).  يؤدي الحرق الي انخفاض التبلوروالذي تم حسابه من المعادلة رقم( 2) وذلك  بسبب تفكك السلاسل بواسطة اللهب. تم استعادة التبلور  بعد عملية الحرق، بواسطة المرسرة وتعزيز التبلور مرة اخري  . أظهرت  الخيوط المحروقة ممرسرة زيادة التبلور مقارنة بالمحروقة ، والتي تعزى إلى معالجة هيدرو كسيد الصوديوم. زيادة  درجة توجه التبلور والتي تم حسابها من المعادلة(3) في الخيوط  المحروق الممرسرة  عن المحروقة فقط  بسبب انخفاض التبلورفي المحروقة   والتخلص من المواد غير السليلوزية فتزيد المسافات البينية ، مما يسمح بتوجيه أفضل للسلاسل. شهدت الخيوط المحروقة  انخفاضًا في درجة توجه التبلور مقارنة بالخيوط غير المعالجة حيث ان الحرق ادي الي ابتعاد سلاسل القطن عن بعضها مما ادي الي زيادة المناطق غير المتبلرة . اثر الحرق بشكل ايجابي علي عملية المرسرة حيث سهل عملية اختراق محلول هيدروكسيد الصوديوم . واستعادة الاماكن المتبلرة مرة اخري.                                                                                       
الخلاصة
- أدى الحرق الذي أعقبه مرسرة خيوط القطن إلى تعديلات كبيرة على سطحها وتغييرات في خواصها الكيميائية والفيزيائية.
- انخفض مقاس البلورات  مع زيادة العرض الكلي عند اقص ارتفاع للقمة والعكس صحيح                             
 - أدت عملية المرسرة إلى زيادة درجة توجه التبلور وخفض مؤشر التبلور
- يقلل الحرق من التشعيير، ويضفي لونًا مصفرًا، ويقلل من التبلور، في حين أن المرسرة تقلل من التشعيير وتعزز اللمعان وتنتفخ الالياف ويتحول السليلوز 1 الي سليلوز 2   

الكلمات الرئيسية


Abbaszadeh, D., Kunz, A., Kotadiya, N. B., Mondal, A., Andrienko, D., Michels, J. J., Wetzelaer, G.-J. A. H., & Blom, P. W. M. (2019). Electron Trapping in Conjugated Polymers. Chemistry of Materials, 31(17), 6380–6386. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b01211
Asghar, M. A., Imad, A., Nawab, Y., Hussain, M., & Saouab, A. (2021). Effect of yarn singeing and commingling on the mechanical properties of jute/polypropylene composites. Polymer Composites, 42(2), 828–841. https://doi.org/10.1002/pc.25868
Bouramdane, Y., Fellak, S., El Mansouri, F., & Boukir, A. (2022). Impact of Natural Degradation on the Aged Lignocellulose Fibers of Moroccan Cedar Softwood: Structural Elucidation by Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) and X-ray Diffraction (XRD). Fermentation, 8(12), 698. https://doi.org/10.3390/fermentation8120698
Brahma, S., Islam, M. R., & Dina, R. B. (2018). Role of Mercerizing Condition on Physical and Dyeing Properties of Cotton Knit Fabric Dyed with Reactive Dyes. International Journal of Current Engineering and Technology, 8(04). https://doi.org/10.14741/ijcet/v.8.4.24
Condurache-Bota S, Rusu GI, Tigau N, Nica V, D. R. (2009). Structural and optical analysis of superimposed bismuth and antimony oxides. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials., 11(12), 2159.
Diab, H. A., Hakeim, O. A., & EL-Moursy, A. M. (2023). Alternative Eco-friendly Treatment of Hollow Cellulosic Fiber-Based Hybrid Composites for Remarkable Reactive Dyeing. Fibers and Polymers, 24(11), 3979–3993. https://doi.org/10.1007/s12221-023-00352-z
EL-Moursy, A., M.,& Mohamed, A., I. (2015). The effect of cotton yarns singeing and mercerization on the ratio of light reflection of the fabrics. International Journal of Advance Research in Science and Engineering, 4(10), 116–127.
El-moursy, A., M & Mohamed, A., I. (2015). Singeing and mercerization effect of 100 % cotton combed ring-spun on some properties of the twisted yarn. International Journal of Advance Research in Science and Engineering, 4(12), 289–299.
Fatimah S, Ragadhita R, Al Husaeni DF, N. A. (2022). How to calculate crystallite size from x-ray diffraction (XRD) using Scherrer method. ASEAN Journal of Science and Engineering, 2(1), 65–67. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.%2017509/xxxxt.vxix
French, A. D. (2014). Idealized powder diffraction patterns for cellulose polymorphs. Cellulose, 21(2), 885–896. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0030-4
French, A. D., & Kim, H. J. (2018). Cotton Fiber Structure. In Cotton Fiber: Physics, Chemistry and Biology (pp. 13–39). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00871-0_2
Hilal, N., Gomaa, S., & Elsisi, A. (2020). Improving Dyeing Parameters of Polyester/Cotton Blended Fabrics by Caustic Soda, Chitosan, and Their Hybrid. Egyptian Journal of Chemistry, 63(6), 2–3. https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.25571.2498
Hossain, M. S., Islam, M. M., Dey, S. C., & Hasan, N. (2021). An approach to improve the pilling resistance properties of three thread polyester cotton blended fleece fabric. Heliyon, 7(4), e06921. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06921
Huang, T., Xu, F., Zhao, P., Wang, P., Zhang, F., & Zhang, G. (2022). A Novel Flame Retardant for Cotton Containing Ammonium Phosphonic Acid and Phosphonate Prepared from Urea. Journal of Natural Fibers, 19(15), 10910–10923. https://doi.org/10.1080/15440478.2021.2002779
Ilyas, R. A., Sapuan, S. M., & Ishak, M. R. (2018). Isolation and characterization of nanocrystalline cellulose from sugar palm fibres (Arenga Pinnata). Carbohydrate Polymers, 181, 1038–1051. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.11.045
Khenblouche, A., Bechki, D., Gouamid, M., Charradi, K., Segni, L., Hadjadj, M., & Boughali, S. (2019). Extraction and characterization of cellulose microfibers from Retama raetam stems. Polímeros, 29(1). https://doi.org/10.1590/0104-1428.05218
Kumpikaitė, E., Tautkutė-Stankuvienė, I., Simanavičius, L., & Petraitienė, S. (2021). The Influence of Finishing on the Pilling Resistance of Linen/Silk Woven Fabrics. Materials, 14(22), 6787. https://doi.org/10.3390/ma14226787
Lin, L., Jiang, T., Liang, Y., Zhu, W., Inamdar, U. Y., Pervez, M. N., Navik, R., Yang, X., Cai, Y., & Naddeo, V. (2022). Combination of Pre-and Post-Mercerization Processes for Cotton Fabric. Materials, 15(6). https://doi.org/10.3390/ma15062092
Manian, A. P., Braun, D. E., Široká, B., & Bechtold, T. (2022). Distinguishing liquid ammonia from sodium hydroxide mercerization in cotton textiles. Cellulose, 29(7), 4183–4202. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04532-7
Margariti, C. (2019). The application of FTIR microspectroscopy in a non-invasive and non-destructive way to the study and conservation of mineralised excavated textiles. Heritage Science, 7(1), 63. https://doi.org/10.1186/s40494-019-0304-8
Mihajlović, S., Vukčević, M., Pejić, B., Grujić, A. P., & Ristić, M. (2020). Application of waste cotton yarn as adsorbent of heavy metal ions from single and mixed solutions. Environmental Science and Pollution Research, 27(28), 35769–35781. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09811-z
Patil, S. S., Mahapatra, A., Gomare, V. D., Patil, P. G., Bharimalla, A. K., & Arputharaj, A. (2019). Effect of different mercerization techniques on tactile comfort of cotton fabric.
Ramachandran, T., & Thirunarayanan, A. (2015). Influence of Gas Yarn Singeing On Viscose Spun Yarn Characteristics. IOSR Journal of Polymer and Textile Engineering, 2(2), 34–38. https://doi.org/10.9790/019X-0223438
Ramaiyan, S., A., Subramanian, S. (2023). Comparison of characteristics of fabrics produced from singed and unsinged dyed yarns. Indian Journal of Fibre & Textile Research. https://doi.org/10.56042/ijftr.v48i3.6049
Remadevi, R., Gordon, S., Wang, X., & Rajkhowa, R. (2023). The effect of glycine treatment on the morphology and tensile properties of cotton yarn. The Journal of The Textile Institute, 1–7. https://doi.org/10.1080/00405000.2023.2240639
Vârban, R., Crișan, I., Vârban, D., Ona, A., Olar, L., Stoie, A., & Ștefan, R. (2021). Comparative FT-IR Prospecting for Cellulose in Stems of Some Fiber Plants: Flax, Velvet Leaf, Hemp and Jute. Applied Sciences, 11(18), 8570. https://doi.org/10.3390/app11188570
Wang, R., & Xiao, Q. (2020). Study on pilling performance of polyester-cotton blended woven fabrics. Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 15, 155892502096666. https://doi.org/10.1177/1558925020966665
Xia, Z., Wang, X., Ye, W., Xu, W., Zhang, J., & Zhao, H. (2009). Experimental Investigation on the Effect of Singeing on Cotton Yarn Properties. Textile Research Journal, 79(17), 1610–1615. https://doi.org/10.1177/0040517508099389