الیاف سويا، خواص، فرایندها و کاربردها

پس از تقریبا صد سال توسعه الیاف مصنوعی شیمیایی که به تدریج در قرن بیست و یکم توسعه یافتند. علیرغم این که الیاف مصنوعی شیمیایی (پلی استر، اکریلیک و نایلون) دارای ویژگی های مختلف هستند، اما دارای نقاط ضعفی نیز هستند:

الف. الیاف مصنوعی به منابع نفتی تکیه دارد.

ب. بعضی از محصولات تولید آلودگی می کنند.

ج. راحتی محصولات حاصل از الیاف مصنوعی کمتر از الیاف طبیعی است.

برای غلبه بر نقاط ضعف الیاف مصنوعی،

الف. استفاده از منابع طبیعی ، کشاورزی، دامداری و جنگلداری، که فراوان و ارزان هستند.

ب. استفاده از فرایندهای تولیدی که باید عاری از آلودگی و زیست سازگار باشند.

ج. برای بدن انسان راحت و سلامت باشند.

یکی از الیافی که دارای تمام ویژگی های فوق است، الیاف حاصل از سویا است. سویا، لیف سالم و راحت قرن 21 است که در حال حاضر، تنها کشورهای صنعتی در توسعه و تولید آن بشدت سرمایه گذاری کرده اند .

اعتقاد بر این است گیاه سویا که به طور عمده برای دانه های آن کشت می شود به طور گسترده ای حدود، 4000-5000 سال پیش در چین بوجود آمد. سویا از هزاران سال پیش یکی از غذاهای اصلی کشورهای شرقی بوده است. آنها مانند کازئین غنی از پروتئین هستند .

در آمریکا، Soyabeans در حال حاضر در مقادیر زیادی به عنوان منبع روغنهای خوراکی و پروتئین کشت می شود. بسیاری از تلاش ها برای تبدیل این پروتئین به الیاف نتیجه های بسیار خوبی را در برداشته. شرکت فورد موتور پیشگام این زمینه است؛ تولید آن در سال 1939 آغاز شد و تا سال 1942 به بیش از سه تن در هفته رسید.

در حال حاضر، ایالات متحده آمریکا در تولید سویا با 46 درصد به عنوان رهبر جهانی در بازار تبدیل شده است. کشورهای دیگر با تولید سویای بالا عبارتند از برزیل (20٪)، آرژانتین (14٪) و چین (9٪).

 الیاف پروتئین سویا (SPF) Soyabean  Protein Fiber یک نوع لیف گیاهی بازسازی شده است که به طور مستقیم از منابع گیاهی به جای منابع حیوانی تهیه شده است. سویا تنها لیف پروتئینی گیاهی قابل تجدید است که امروز می توانیم لمس کنیم. SPFیک لیف منحصر به فرد است که با 16 نوع اسید آمینه جهت سلامتی و تغذیه کننده پوست مفید است.

تولید الیاف سویا:

سویا با پروتئین بالا (حدود 35٪) در ایالات متحده آمریکا و کشورهای شرقی رشد می کند. میوه سویا منبع ارزان و قابل دسترس پروتئین برای تولید الیاف را فراهم می کنند.از 100 کیلوگرم بقایای سویا می توان 40 کیلو گرم پروتئین استخراج کرد.

 پنج مرحله اصلی برای تولید الیاف سویا :

استخراج روغن :

ابتدا لوبیای سویا تمیزشده ، ترک خورده و خرد می شود. پس از این مرحله در دمای 70 درجه سانتیگراد ، میوه سویا در هگزان برای پاک کردن روغن قرار میگیرند.این روغن با فشردن سویا خارج میشود.

لوبیا بدون روغن به عنوان وعده غذایی شناخته می شود. روغن یک محصول با ارزش است و از این رو باید در مراحل تهیه جدا شود. باقی مانده های بدون روغن سویا جهت حذف حلال یه یک لوله بخار پوشانده شده منتقل می شوند.

استخراج پروتئین:

جداسازی پروتئین از سویای بدون روغن، با شستن آن در قلیایی رقیق مانند سولفیت سدیم 1٪ به مدت یک ساعت تا نیم ساعت انجام می شود.پروتئین در قلیا حل شده و جدا سازی می شود پروتئین به وسیله اسید جذب می شود.از اینرو اسید سولفوریک اضافه شده وpH محلول را به 4.5 میرسانند. این PHدر نزدیکی نقطه ایزو الکتریکی پروتئین سویا است، یعنی پروتئین در حداقل حلالیت قرار میگیرد و به همین ترتیب رسوب خواهد داد و پروتئین سویا بصورت یک پودر کرم سفید جدا می شود.

تهیه محلول ریسندگی:

محلول ریسندگی با حل کردن پروتئین استخراج شده در محلول قلیایی تهیه می شود. از کاستیک سودا برای انحلال استفاده می شود.

این محلول به وسیله خلاء فیلتر شده و هوادهی می شود تا تمام ذرات غیر محلول و حباب های هوا را از بین ببرد. پس از تصفیه، محلول در دمای محیط قرار داده میشود. در طول دوره استراحت محلول، محلول چسبناک تر می شود و سازگاری مناسب را برای ریسندگی پیدا می کند.

تشکیل الیاف:

الیاف سویا با روش ترریسی تولید میگردد. عملیات ریسندگی شامل راه اندازی ریسندگی از طریق اسپینرت است. اسپینرت شامل چندین سوراخ است و در حمام انعقاد قرار دارد. حمام انعقاد حاوی 2٪ اسید سولفوریک و 15٪ سولفات سدیم یا کلرید سدیم است.

عملیات بعدی

کشش دادن جهت سخت شدن الیاف ضروری است. کشش را می توان در حمام جداگانه ایی انجام داد لازم به ذکر است در حالی که رشته ها نرم است کشش در رشته ها با آرایش یافتگی مولکول ها باعث افزایش قدرت و دوام رشته ها می شود. سخت شدن را می توان با فرمالدئید انجام داد تا رشته ها قدرت و انعطاف بیشتری پیدا کنند. عملکرد الیاف نیز می تواند از طریق hydroformylation تثبیت شود.

سپس الیاف تحت رطوبت و حرارت جهت خشک شدن قرار می گیرند و پس از آن به طول مورد نظر بریده می شوند. سپس برای حمل و نقل آماده می شوند.

خواص الیاف سویا:

الیاف سویا دارای قدرت کمی هستند و در هنگام رطوبت 69 درصد از تناسیتی خود را از دست می دهند. این الیاف دارای ظرافت خوب،  گرانروی کم، مقاومت کششی بالا و مقاومت خوب در برابر محیط اسیدی و قلیایی است. سویا شبیه به الیاف طبیعی مانند پشم، ابریشم است. با این تفاوت که این لیف جدید به مراتب ارزان تر از ابریشم واقعی است و می تواند جایگزین ابریشم شود.

عملکرد جذب رطوبت آن به پنبه معادل است و نفوذ پذیری آن بسیار بهتر از پنبه است و باعث راحتی بیشتر می شود.

جدول 1: خواص الیاف سویا و مقایسه آن با دیگر الیاف طبیعی

Properties	Soyabean	Silk	Wool	Cotton
Tenacity g/den	0.25-0.8	1-1.5	1.5-2.0	2-5.5
Elongation ,%	50	25-45	25-40	6-10
Density gm/cm3	1.29	1.34-1.38	1.33	1.50-1.54
Moisture regain , %	8.6	11.0	14-16	9
Acid resistance	excellent	excellent	excellent	Bad
Alkali resistance	good	good	bad	Excellent
Resistance to moth/fungus	good	Resistance to fungus but not to moth	Resistance to fungus but not to moth	Resistance to moth but not to fungus
U.V resistance	good	bad	bad	good
Dry breaking extension %	18-21	14-25	25-35	7-10

قدرت شکستن یک فیلامنت از الیاف سویا بیش از 3.0 cN / dtex است، یعنی بالاتر از قدرت پشم، پنبه و ابریشم و برابر با الیاف مصنوعی مانند پلی استر است.

ظرافت آن  می تواند حتی به 0.9 dtex برسد. مدول اولیه الیاف پروتئین سویا (SPF) بسیار زیاد است، جمع شدگی آن درآب جوش پایین است و پایداری خوبی دارد. عملکرد ضد چین و چروک آن نیز برجسته است و به راحتی و به سرعت خشک می شود. الیاف پروتئین سویا (SPF) دارای خواصی مناسبی برای پوست انسان است. رنگ طبیعی لیف سویا به رنگ زرد کمرنگ و  بسیار شبیه رنگ ابریشم است.

با پایداری خوبی در برابر نور و عرق ، دارای درخشندگی و ثبات رنگی خوب در مقایسه با محصولات ابریشم واقعی است. پارچه ای که از الیاف پروتئین سویا خالص (SPF) بدست می آید دارای رنگ طبیعی و خالص و سطحی بدون پیلینگ است، همچنین از زیر دست عالی و آویزش بسیار خوبی برخوردار است .

پارچه های متشکل از الیاف سویا  و دیگر الیاف

1.سویا/کشمیر : پارچه های متشکل از الیاف سویا و کشمیر حالت پف داشته و برای شال،ژاکت و کت مناسب است.

2.سویا/ابریشم : این مخلوط دارای درخشش خوبی بوده و برای مصارف پارچه های چاپی ، لباس خواب ،پیراهن و لباس شب مناسب است.

3.سویا/پشم : این مخلوط جهت لباس های زمستانی ، ژاکت و پتو مناسب است.

4.سویا/پنبه : این پارچه ها دارای زیر دست خوب، جذب رطوبت عالی و مقاومت بهتری در برابر باکتری هاست و جهت لباس زیر ، لباس های نوزادی و حوله مناسب است.

5.سویا/الیاف مصنوعی : این پارچه ها دارای خواص ضد چروک خوب بوده و جهت پیراهن های ورزشی نیز مناسب است.

6.سویا / الیاف اسپاندکس: با اضافه کردن یک بخش کوچک از نخ های لایکرا می شود پارچه ایی الاستیک تر و مقاومتر بدست آورد.

عملیات شیمیایی بروی الیاف پروتئین سویا:

الیاف پروتئین سویا (SPF) دارای ساختار فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی از سایر الیاف طبیعی پروتئین است که در مراحل زیر انجام می شود:

1.آهارگیری:

روغن الیاف سویا، روان کننده ها و رنگدانه ها و سایر مواد افزودنی که به فرآیند تولید اضافه می شوند ابتدا باید حذف شوند. آهارگیری با استفاده از آنزیم، قلیای یا اکسیدکننده ها انجام می شود. از آنجا که لیف سویا در برابرکاستیک سودا صعیف است از مرسریزه کردن لیف باید اجتناب شود..آهارگیری با آنزیم با استفاده از دستور زیر انجام می شود:

Amylase enzyme 2-6 gpl.
Glauber Salt 2-3 gpl.
Wetting Agent 1 gpl .
Temperature 55 60 deg c.
Time 60 mins.

2.پخت و سفیدگری

رنگ الیاف سویا زرد کمرنگ است از ایرنرو جهت سفیدگری آن از مواد احیا کننده یا پراکسید هیدروژن استفاده می شود :

Hydrogen Peroxide 20-40 gpl.
Soda Ash 3-5 gpl.
Wetting Agent 2-3 gpl.
Stabilizer 3-8 gpl.
pH 11
Temperature 92-95 deg c.
Time 60-80 mins.

و یا

Rongolite 3-8 gpl.
Soda Ash 2-4 gpl.
Scouring Agent 1-2 gpl.
pH 11
Temperature 92-95 deg c .
Time 60-80 mins.

از سفیدکننده های نوری نیز می توان استفاده کرد.

3.رنگرزی

الیاف س.یا را می توان با رنگهای راکتیو ، رنگ های اسیدی، متال کمپلکس و بازیک رنگرزی کرد.در صنعت الیاف سویا با رنگ های راکتیو وینیل سولفون و بایفانکشنال همانند ویکسوز و پنبه رنگرزی می شوند.

استفاده ازالیاف پروتئین سویا (SPF):

پارچه ساخته شده از الیاف پروتئین سویایان نشان دهنده درخشش ابریشم واقعی است؛آویزش آن نیز بسیار خوب است، به مردم احساس ظرافت می دهد و مناسب برای پوست انسان بوده و جهت پیراهن با کیفیت بالا بسیار مناسب است.

پارچه بافته شده از الیاف پروتئین سویا دارای زیردست  نرم و صاف است و بافت سبک و نازکی دارد و حس ترکیب کردن ابریشم واقعی و کشمیر را دارد. با توجه به عملکرد جذب رطوبت و  عملکرد نفوذپذیری، عملکرد حفظ حرارت و عملکرد حرکتی، این الیاف به عنوان “الیاف سالم و راحت در قرن 21” نامیده می شود.