فصل اول
کلیات
۱- ۱ مقدمه
از زمانی که انسان های ابتدایی تلاش کردند به جهان اطراف خود رنگها را بیفزایند، از مواد رنگزای طبیعی برای رنگ کردن استفاده می کردند. رنگزاهای طبیعی حاصل از گیاهان و مواد معدنی از گذشته های دور توسط انسان ها به کار می رفتند. انسان های اولیه از رنگها برای آرایش ظاهر خود بهره می بردند و بدن خود را با آنها رنگ می کردند. با گذشت زمان، از بعضی رنگزاها به عنوان درمان برخی بیماری ها بهره می بردند. همچنین رنگزاهای طبیعی به غذاها و آشامیدنی ها نیز جذابیت خاصی می بخشید. مهمترین کاربرد رنگزاهای طبیعی زمانی آشکار شد که انسان فن ریسندگی و بافندگی را آموخت و از آنها جهت رنگرزی نخ برای تولید البسه و کفپوش استفاده کرد “منتظر و همکاران، ۱۳۸۸ ، ص ۱".

رنگرزی الیاف طبیعی پشم از گذشته دور به وسیله رنگرزان با رنگزاهای طبیعی محلی انجام شده است. این هنر و صنعت رنگرزی نسل به نسل انتقال یافته و با عجین شدن با هنر ایرانی به صورت یک اثر ملی و فرهنگی خود را در فرش دستباف نشان داده است “Montazer.M.2001 “. از مهمترین مواد رنگزای طبیعی که برای رنگرزی الیاف پشم، پنبه و ابریشم به کار می رود مواد رنگزای موجود در ریشه روناس^[۱] و برگ وسمه^[۲] می باشد. روناس در تمام زبانها مترادف رنگ قرمز است. از قرنها پیش روناس برای تهیه مواد رنگزای قرمز طبیعی در اروپا، آسیا و آمریکا کشت می شد “۲۰۰۷٫ Surowiec. I.,et, al “. در ایران روناس در استانهای آذربایجان، مازندران، یزد و بعضی از نقاط کرمان کشت می شود و به طور وحشی در تمام ایران رشد می کند. شایان ذکر است، بهترین نوع روناس در ایران در اطراف یزد شناسایی شده است. مواد رنگزایی که از روناس تهیه می شوند، در گروه مواد رنگزای هیدروکسی آنتراکینونها^[۳] دسته بندی می شوند و تنها تمایل به جذب الیاف دندانه^[۴] داده شده دارند “Cardon.D.2003 “.
روناس سابقه تاریخی طولانی دارد. به طوریکه تمام پوشش های ارتش ناپلئون و پوشش قرمز سربازان انگلیسی در قرنهای ۱۸ و ۱۹ با بهره گرفتن از این ماده رنگزا رنگرزی می شد. هنگامی که آلیزارین^[۵] مصنوعی در سال ۱۸۶۸ وارد بازار شد، کاربرد روناس به عنوان مواد رنگزای نساجی رو به زوال گذاشت. اما، مصرف آن تا به امروز متوقف نشده است. شایان ذکر است، روناس سابقه پزشکی نیز دارد، به طوریکه ریشه این گیاه برای درمان سنگ کلیه و مثانه استفاده می شده است ” Jager.I.et,al.2006″. کاربرد عمده مواد رنگزای تهیه شده از گیاه روناس در رنگرزی الیاف پشم، پنبه، ابریشم و چاپ آنهاست ” Cuoco.G.et,al.2009″. مطالعات کلاسیک اخیر نشان می دهد، مواد رنگزای استخراج شده از روناس ثبات شستشویی و نوری نسبتا خوبی دارند و مقدار این ثباتها برای الیاف پشم نسبت به دو لیف ابریشم و پنبه بیشتر است “Clementi.C.et, al.2007″.
فام آبی نیز از جمله فام های مهم رنگی می باشد لذا ایجاد این فام بر روی نخ پشمی با بهره گرفتن از رنگزاهای طبیعی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. خوشبختانه از آنجایی که ایندیگو^[۶] می تواند از نمونه های متعدد گیاهی در نقاط مختلف دنیا به دست آید زودتر از سایر رنگزاهای طبیعی، استفاده وسیعی یافت. لغت “ایندیگو” به ماده آبی رنگ مشتق از برگ های گیاهان مختلف مثل وسمه اشاره دارد. “ ایندیکان “^[۷] ماده اولیه و منبع استخراج رنگزای ایندیگویی است که در برگ های تمام گیاهان دارای ایندیگو وجود دارد. رنگرزی با ایندیگو کاری دشوار است و قبل از اینکه رنگ دهد نیاز به عملیات های متعددی دارند ” Paul.J.B.1998″. برای رنگرزی با ایندیگو کافی است آن را با مواد احیا کننده، احیا کرد که لوکوی رنگ نامیده می شود و سپس به کمک قلیا به صورت محلول در آورد تا جذب لیف شود و پس از رنگرزی توسط اکسایش، رنگ را به صورت نا محلول درون لیف در آورده تا رنگ لیف ظاهر شود “Sandberg.G.1989 “. از آنجا که فرایند رنگرزی بر پایه مواد رنگزای طبیعی از نظر زیست محیطی و کاهش آلایندگی صنعتی دارای اهمیت بوده و به طور روز افزون نیز مورد توجه قرار می گیرند ما را مقید می سازد که روش های جدیدی که دارای حداقل آلودگی محیط زیست هستند استفاده نماییم. از جمله این روش های خاص و مدرن می توان به این موارد اشاره کرد: رنگرزی بدون آب، رنگرزی با CO2، رنگرزی با پلاسما^[۸]، رنگرزی با ماکروویو^[۹]، رنگرزی با امواج مافوق صوت^[۱۰]. در تحقیق حاضر به تفضیل شرایط رنگرزی در شرایط مافوق صوت پرداخته خواهد شد. با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از امواج مافوق صوت به عنوان یکی از مبانی اساسی علم فیزیک و کاربرد های وسیع آن در صنعت و پزشکی، پژوهشگران علم نساجی بر آن شدند تا از این امواج در صنعت نساجی نیز استفاده نمایند و این تحقیقات از دهه پنجاه آغاز و تاکنون نیز ادامه دارد و دستاورد این پژوهش ها استفاده وسیع از امواج فراصوت در فرایندهای شستشو، سفیدگری، مرسریزاسیون^[۱۱] و رنگرزی شده است. استفاده از سیستم فراصوت^[۱۲] در رنگرزی منسوجات می تواند به صورت زیر توضیح داده شود:
وقتی امواج مافوق صوت در سیستم مایع جذب می شوند پدیده ایجاد حباب روی می دهد. ایجاد حباب و متلاشی شدن آن می تواند گازهای گیر افتاده را از مایع یا سطوح خلل و فرج دار منسوجات یا مواد رنگزا آزاد نماید “حدادیان تفت،۱۳۸۷".
در این تحقیق به جهت بهبود فرایند استخراج^[۱۳] و رنگرزی کالاهای پشمی با رنگزاهای روناس و وسمه از روش استخراج و رنگرزی فراصوت در فرکانس ۵۰ تا ۶۰ کیلو هرتز استفاده شد. براساس مقایسه این تکنیک و روش رنگرزی رایج، افزایش جذب رنگ و ثبات رنگرزی در کالاهای پشمی رنگرزی شده مشاهده گردید.
۱- ۲ ضرورت انجام تحقیق
امروزه در جهان پیشرفته و صنعتی حاضر با بهره گرفتن از روش های نوین تلاش بر این است که محصولات تولیدی با صرفه تری از نقطه نظر کمی و کیفی به دست آید. همانگونه که می دانیم فرش دستباف ایرانی از شهرت و محبوبیت قابل ملاحظه ای در جهان برخوردار است. در مورد هنر رو به زوال رفته رنگرزی نیز توجه به این امر لازم است که استفاده از روش های نوین به روز می تواند کاستی های در حال حاضر آن را جبران نماید. از جمله این روش های خاص و مدرن رنگرزی در شرایط مافوق صوت می باشد که از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :
۱- ذخیره انرژی با رنگرزی در درجه حرارت های پایین تر و زمان کمتر .
۲- بهبود شرایط محیط زیستی با کاهش مصرف مواد شیمیایی کمکی در فرایند .
۳- بهبود فرایند با امکان کنترل شید رنگی .
۴- کاهش تدریجی هزینه فرایند ، در نتیجه افزایش رقابت پذیری صنعت .
۵- استفاده مجدد از پساب های به جا مانده برای رنگرزی مجدد .
۶- استخراج بهتر ماده رنگزا از قسمت مورد نظر گیاه و در نتیجه استفاده بهینه از مواد رنگزای طبیعی .
۷- صرفه اقتصادی “احراری، ۱۳۸۶،ص ۱۸ - ۲۲".
۱- ۳ روش تحقیق
در واقع در این پروژه تحقیقاتی ما به کمک روش های آزمایشگاهی به نتایج مورد نظر دست خواهیم یافت. در گام نخست، شناسایی مشخصات دو گیاه روناس و وسمه و استخراج مواد رنگی از این گیاهان می باشد. بیشترین و مهم ترین روش استخراج رنگدانه از گیاهان روش های جوشاندن و خیساندن پودر قسمت های مورد نظر گیاه به همراه آب با توجه به وزن ماده رنگزا و قرار دادن آن به حالت سکون (برای رنگزا وسمه در مکانی تاریک) در زمان های متفاوت می باشد.
در این تحقیق برای استخراج ماده رنگزا و رنگرزی از دستگاه مافوق صوت استفاده می شود. امواج مافوق صوت برای افزایش سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی و افزایش فرآیندهای فیزیکی مانند پاک کردن، امولسیون^[۱۴]، استخراج، رنگرزی، عملیات های تکمیلی و …. استفاده می شود. همچنین امواج مافوق صوت با بهره گرفتن از مواد شیمیایی کمتر، سرعت رنگرزی و استخراج ماده رنگزا را افزایش می دهد و نتیجه بهتری نسبت به تکنیک های موجود در شرایط ضعیفتر را دارا می باشد “L.Wang.,et.al,2010″.
در این کار تحقیقاتی عصاره گیری رنگ از ریشه پودر شده روناس به همراه حلال های آلی به کمک دستگاه مافوق صوت انجام شد، سپس عمل تغلیظ صورت گرفت. برای وسمه استخراج ماده رنگزا به روش خیساندن برگ پودر شده وسمه صورت گرفت.
در مرحله دوم پروسه دندانه کردن کالای پشمی که با روناس رنگرزی می شدند توسط نمک های فلزی مهم مورد استفاده، از قبیل سولفات مضاعف آلومینیوم، کلرید قلع، دی کرومات پتاسیم و سولفات مس انجام شد.
مرحله سوم، پروسه رنگرزی آنها با غلظت های مختلف رنگینه های طبیعی روناس و وسمه یکبار به روش متداول و یک بار به کمک امواج مافوق صوت انجام شد.
مرحله چهارم، بررسی ثبات های شستشویی و نوری نمونه های رنگرزی شده با دو رنگزا روناس و وسمه در شرایط مافوق صوت.
مرحله پنجم،استفاده از دستگاه اسپکتوفتومتر انعکاسی و بررسی مولفه ها و قدرت رنگی کالاهای رنگرزی شده.
مرحله ششم، انجام آنالیز های FTIR و SEM بر روی نمونه ها.
مرحله هفتم ،تجزیه و تحلیل داده ها و نتیجه گیری.
۱- ۴ خلاصه ی فصل های تحقیق