تار و پودی از جنس گیاه قرن!!

تهیه و تنظیم : خانم فاطمه ماکویی

از آنجا که رشته ی تحصیلی من بی ارتباط با صنعت نساجی نیست تصمیم گرفتم کاربرد گیاهان را در این صنعت بررسی کنم.

در این مقاله سعی شده در مورد کاربرد الیاف گیاهی آگاو و نحوه ی استخراج آن مطالبی بیان شود

این نوشتار ترجمه شده از مقاله ای لاتین است که در سال ۲۰۱۵ نشر داده شد.(در برخی از سطور متنهایی اضافه شده که در متن اصلی مقاله نبوده است.) در پایان لینک مورد نظر برای دسترسی به متن اصلی مقاله عنوان شده است. امید است مورد عنایت شما عزیزان واقع شود.

گیاه آگاو:

این گیاه در اصل بومی مکزیک، آریزونا و تگزاز است اما در سراسر دنیا به عنوان یک گیاه زینتی کشت میشود.آگاو امریکن در بسیاری از مناطق جهان بومی شده است .

آگاو دارای حدود ۲۷۵ گونه است.

گیاهان آگاو در طول خطوط راه آهن، کنار جاده ها ، رودخانه ها و مانند یک پرچین و حصار در سرتاسر سرزمین های خشک مناطق جهان رشد میکنند.

امروزه این گیاه درمناطق نسبتا کم بارش کشت میشود  . آگاو امریکن قابلیت رشد در خاکهای نامناسب را داراست و خشکی را تحمل میکند، همچنین در خاک گلدانی با زه کشی شنی خوب قابل رشد است.

با توجه به گزارشات Moris  در سال ۲۰۰۶، آگاو امریکن گیاهی است که به خوبی در خاکهای قلیایی، اسیدی و خنثی با زهکشی مناسب، رشد میکند. این گیاه دارای برگهای گوشتی،خاردار و گسترده ای است که میتوان هم در بیرون از منزل و هم داخل منزل از آن نگهداری کرد.طول برگها به ۵/۱ تا ۸/۱ متر میرسند! برگها عموما دارای حاشیه های پرتیغ هستند که یک خار محکم در نوک برگها وجود دارد.

برگهای آگاو دارای یک نوار مرکزی با حاشیه های سفید یا زرد است که از پایه به راس برگ کشیده شده اند.

اسامی رایج آگاو امریکن عبارتند از:  گیاه قرن، آلوعه امریکن یا عود امریکایی ( Maguey) (در برخی از منابع به علت مرگ گیاه بعد از گلدهی از آن با نام ققنوس یاد کرده اند.)

گیاه آگاو رشد کندی دارد و فقط یکبار به گل مینشیند و در طول گلدهی سنبله ای از آن رشد میکند و تعداد زیادی گلهای زردِ لوله ای شکل تولید میکند، طول سنبله ممکن است به ۴/۲ تا ۶/۷ متر برسد! بعد از باز شدن گلها و میوه دادن ،گیاه اصلی می میرد اما غالبا از قاعده ی ساقه ، گیاه جدیدی می روید.

گیاه آگاو مصرف خوراکی و درمانی هم دارد. بطوریکه از شیره ی آن میتوان در تولید مرباها، نان ها و مارمالات ها استفاده کرد.نوشیدنی به نام تکیلا هم از شیره ی این گیاه بدست می آید.

در هند آگاو امریکن خواص دارویی مهمی دارد بطوریکه آب تازه ی آن به عنوان یک ماده ی کاربردی در درمان کبودی های خارجی و هم چنین دندان درد استفاده میشود.(Moris -2006)

این گیاه علاوه بر مصرف خوراکی و دارویی در صنایع هم مورد استفاده قرار میگیرد صنعتی که علاقه ی خاصی به این گیاه دارد صنعت بزرگ نساجی است. چرا که پیدایش مشکلات زیست محیطی ، افزایش زباله ها و کاهش منابع تجدید ناپذیر کشورها را به سمتی سوق داد که به دنبال استفاده از مواد سبز باشند! که هم با محیط زیست سازگار باشند و هم تاثیرات تخریبی روی محیط زیست را کاهش دهند. بنابراین لازم است تا محصولاتی طراحی شود که در آنها از منابع طبیعی استفاده شده باشد یکی از این مواد پیشنهاد شده ،که با محیط زیست سازگاری دارد، استفاده از الیاف طبیعی است.

یکی از این محصولات گیاهی لیف آگاو امریکن است  میتوان از برگهای این گیاه الیاف تهیه کرد ، البته از سایر بخشهای این گیاه هم میتوان استفاده های زیادی کرد.از آنجا که در بهره برداری این گیاه میزان ضایعات صفر است گیاه اگاو امریکن توانسته است صنعتی بادوام و ماندنی را رقم بزند.

الیاف اگاو امریکن در مقایسه با سایر الیاف در رده ی الیافی با چگالی پایین و سختی بالا و قابلیت جذب رطوبت بالا ، قرار میگیرند.الیاف آگاو زیست تخریب پذیر و بلند هستند وهمین ویژگی باعث شده الیاف آگاو و تولیدات حاصل از آن یک منبع ماندنی باشند. در ادامه درباره ی نحوه ی استخراج الیاف آگاو امریکن و کاربرد این الیاف توضیحات مختصری عنوان شده است.

در راستای حفاظت از محیط زیست محققان صنعت نساجی علاقه ی خاصی به الیاف گیاهی مانند کتان هندی، موز، نارگیل و .. نشان داده اند. با اینکه الیاف نام برده در اکثر نقاط دنیا به راحتی در دسترس هستند اما برخی ازآنها هنوز قابل استفاده در صنعت نساجی نیستند. از بین گیاهان ،ثشآگاو امریکن منبع قدرتمندی برای تولید انبوه الیاف طبیعی است.الیاف گیاه اگاو امریکن با نام الیاف خنجری یا الیاف Pita  هم نامگذاری میشوند. این الیاف از جنس سلولز هستند. در تصویر زیر گیاه آگاو را میبینید.

   (تصویر ۱ – گیاه آگاو)

الیاف از برگهای گیاه آگاو امریکن تهیه میشوند. برگهای گیاه از سال سوم به بعد آماده ی برداشت هستند و برای استخراج الیاف برگهایی که طولشان کمتر از یک متر نباشد برداشت میشوند.

هر گیاه اگاو سالانه ۴۰ تا ۵۰ عدد برگ میدهد و چرخه ی زندگی این گیاه بالای ۸ تا ۳۰ سال است.

تنوع رنگ الیاف آگاو از شیری تا زرد طلایی است و به علت وجود ماده ی لیگنین ( Lignin ) ( ماده ی سلولز مانند و آلی که لیفهای سلولز را بهم وصل میکند) سطح لیف دارای زیردست سفت و سختی است.

هر ساله ۳۰۰ تن برگ در یک هکتار برداشت میشود که حدود ۶ تن الیاف از آن استخراج میشود.

نحوه ی استخراج الیاف اگاو امریکن:

برگهای گیاه بالغ جهت استخراج الیاف از مزارع برداشت میشوند . برگهای پایینی گیاه با یک ابزار تیز تحت زاویه ۴۵ درجه نسبت به خط عمود بریده میشوند .بعد از برداشت، برگها به کارخانه منتقل میشوند البته قبل از عملیات استخراج لیف باید تیغهای کناری برگها و خاری که در راس برگ است حذف شوند.

سه روش عمده ی استخراج الیاف عبارتند از :

• استخراج مکانیکی
• استخراج شیمیایی
• پروسه ی خیساندن الیاف

در همه ی این روشها الیاف استخراج شده پس از پایان عملیات قبل از آنکه خشک شوند شسته میشوند. عملیات خشک کردن الیاف مرطوب بسیار حائز اهمیت است چرا که کیفیت لیف را به شدت تحت تاثیر قرار میدهد. خشک کردن الیاف به صورت مصنوعی نسبت به خشک شدن در آفتاب نتایج بهتری به همراه داشته است.عموما الیاف در سایه خشک میشوند تا از رنگ پریدگی الیاف زیر نور خورشید جلوگیری شود.

بعد از خشک شدن الیاف، شانه شده و در درجه های مختلف انبار میشوند و به صورت عدل بسته بندی میشوند.

روش استخراج مکانیکی:

در طول تاریخ برگها به صورت دستی توسط مردم روستایی به الیاف تبدیل میشدند آنها برگها را با یک چاقو تکه تکه میکردند و با دست میکوبیدند تا حالت خمیری پیدا کند. این روش دستی هم بسیار وقت گیراست و هم نیروی انسانی زیادی لازم دارد .

امروزه الیاف گیری با بازدهی بالاتر توسط ماشین های الیاف گیری انجام میشود. در پروسه ی الیاف گیری ماشینی، برگها توسط چرخ دنده هایی خرد و فشرده میشوند و توسط یک چرخ در حال چرخش با تیغه های ضخیم تنظیم شده خرد وزده میشود تا جایی که از برگها تنها الیاف باقی بمانند . در برخی از ماشین ها برگها تا نیمه تغذیه میشوند و در برخی دیگر کل برگ به دستگاه داده میشود. در زیر شکل ماشین الیاف گیری آگاو را میبینید:

(تصویر ۲- الیاف گیری به روش ماشینی)

در این شکل برگهایی که به دستگاه تغذیه میشوند از بین دو چرخ که دارای شیارهای تیزی هستند عبور میکنند  و توسط غلتکی با تیغه های کند زده میشوند تا خرد شوند و الیاف بماند . الیاف توسط میله ای ثابت نگه داشته میشوند.

بعد از الیاف گیری الیاف توسط خشک کن های مکانیکی یا  نور خورشید خشک میشوند که این عمل خشک شدن باید بلافاصله بعد از بریدن برگها انجام شود چرا که در غیر اینصورت شیره ی درون برگها خشک شده و عملیات تمیز کردن لیف را سخت میکند.

روش استخراج شیمیایی:

در این روش الیاف با اسیدها ، بازها و آنزیم ها درگیر هستند. استفاده از اسیدها در استخراج الیاف سلولزیکی باعث هیدرولیز لیگنین و همی سلولز میشود و زنجیره های مولکولی را کوتاه تر میکند. اسید ها الیاف را به صورت رشته رشته در میآورند و همچنین درجه ی شفافیت رشته ها را بالاتر میبرند. باز ها هم به منظور حل کردن مواد سلولزی متشکل از بافتهای چوبی این الیاف استفاده میشوند. بازها هم مانند اسیدها باعث تفکیک پیوندهای بین لیگنین و سلولز میشوند و سطح پلیمریزه شدن را افزایش میدهند و از شکسته شدن و انفصال الیاف جلوگیری میکنند.

فرآیند خیساندن الیاف :

خیساندن روش خوبی برای استخراج الیاف است و باعث میشود مواد چسبی بین الیاف که در قسمت های آوندی هستند کم شود و بدون آسیب رسانی به الیاف سلولزی الیاف استخراج شوند . فرایند خیساندن باعث میشود تا رشته های الیاف و هسته ی چوبی به آسانی از یکدیگر جدا شوند.از آنجا که فرایند خیساندن یک فرایند زیستی است هم به رطوبت و هم به هوای گرم نیاز دارد.

خیساندن طبیعی:

روشی مناسب برای جداسازی الیاف از توده های لیگنوسلولزی است بدون اینکه به الیاف سلولزی آسیبی وارد شود خیساندن همچنین به منظور دورکردن میکروبها از اطراف الیاف گیاهی کاربرد دارد این پروسه تا سه هفته ادامه دارد. .فرایند خیساندن باعث میشود مواد چسبی ( صمغ مانند ) مثل پکتین و همی سلولز از اطراف الیاف جدا شوند. در فرایند خیساندن با کم شدن مقاومت ساختار ماده ی چسبناک داخل سلولی، برگها به تدریج نرم تر شده تا اینکه به مرحله ی تخمیر برسند و در این مرحله است که الیاف به راحتی از برگها استخراج میشوند.

دقت داشته باشید اگر فرایند خیساندن فراتر از نقطه ی تخمیر برسد کیفیت الیاف کاهش پیدا میکند.هم چنین اگرعمل خیساندن  کمتر از سه هفته انجام شود این زمان کمتر باعث میشود مواد چسبناک مثل پکتین به خوبی از سطح برگها و دیواره ی سلولی خارج نشوند و این امر باعث میشود استخراج الیاف مشکل شود. بنابراین فرایند خیساندن باید با دقت و در مدت معینی انجام شود تا از آسیب رساندن به الیاف جلوگیری شود.

با اینکه فرایند خیساندن برگها زمان بیشتری نیاز دارد ولی مقرون به صرفه است. دو روش رایج خیساندن وجود دارد : یکی خیساندن در آب و دیگری حالت مه پاش کردن برگها در زمانهای مختلف است.

در روش خیساندن در آب برگهای گیاه آگاو در آب غوطه ور میشوند (آب رودخانه ، دریاچه یا حوض) و در روش مه پاش برگها در سطح دشت یا مزرعه پهن میشوند بطوریکه رطوبت باران یا شبنم برای خیساندن آنها فراهم باشد!

الیاف بدست آمده با روش خیساندن در آب در مقایسه با روش پهن کردن در مزرعه دارای طول بیشتر، یکنواختی بیشتر و کیفیت بهتری هستند.

خیساندن آنزیمی:

همانطور که از نام این فرایند پیداست از آنزیم ها به منظور سست شدن مواد پکتین موجود در دسته های الیاف استفاده میشود.الیاف به دست آمده ازاین روش نرم تر هستند. این روش سریعتر از روش قبلی است و چون محلول آنزیمی استفاده شده، چندین بار قابلیت مصرف دارد این روش بسیار مقرون به صرفه است. پکتیناز ( آنزیم های تجزیه کننده ی پکتین) یکی از آنزیم هایی است که در این روش استفاده میشود. آنزیم ها به منظور سرعت بخشیدن به فرایند خیساندن مورد استفاده قرار میگیرند برای مثال ۵/۱ یا ۳ یا ۵ گرم در یک لیتر آب میتوان استفاده کرد. آنزیمهای سلولزی باید درهر پروسه ی خیساندن در اختیار الیاف قرار بگیرند تا به خوبی قدرت بین لیف ها و پکتین ها را کاهش دهند.در ادامه شکل نهایی الیاف آگاو را مشاهده میکنید:

ارزیابی الیاف آگاو امریکن:

آگاو به علت درشت و قوی بودن الیافش مورد توجه قرار گرفته است به همین علت الیاف آگاو نسبت به کنف مانیلا دارای برتری و انعطاف پذیری بیشتری هستند.

این الیاف سلولزی طبیعی در گروههایی با جذب رطوبت بالا تا %۹، چگالی کم ( ۳۶/۱ g/cm3  ) و سختی بالا  در حدود ۱۶ تا ۴۱ CN/tex  دسته بندی میشوند.

الیاف بدست آمده انعطاف پذیر، یکنواخت و درخشان هستند و همانند دیگر الیاف شناخته شده ی سلولزی دارای مشخصه ی سوختن هستند. الیاف آگاو امریکن حاوی ۷۳ تا ۷۸ % سلولز هستند. سطح الیاف با لیگنین پوشیده شده است که  با حذف لیگنین الیاف انعطاف پذیر، یکنواخت و درخشان میشوند. طول الیاف آگاو بسیار بلند است و دارای طول متوسط ۶۵۲ میلی متر و چگالی طولی میانگین tex  ۲۴ هستند.بطور کلی الیاف طبیعی ماهیت آبدوستی دارند و این امر در الیاف آگاو با جذب رطوبت %۹ آشکار شد.

الیاف آگاو تا حد زیادی در خصوصیات با هم متفاوت هستند این الیاف وقتی در معرض اسید و باز قوی قرار میگرند از هم متلاشی میشوند اما در برابر اسید و باز ضعیف مقاوم هستند. در شکل زیر تصویر َa مقطع طولی لیف- تصویر b مقطع عرضی لیف – c لیف اولیه به صورت تکی، آگاو امریکن نشان داده شده است.

(تصویر سوم- مقاطع لیف آگاو)

با بررسی الیاف آگاو با یک میکروسکوپ الکترونیکی (SEM) میتوانیم نوارهای طولی که در طول الیاف گیاه مشخص هستند را مشاهده کرد. لیف آگاو دارای یک ساختار مرکب است.الیاف در تصویر c  با ماده ی مومی و چسبناک مانند لیگنین و همی سلولز در کنار هم نگه داشته شده اند. سطح لیف هم با این ماده پوشیده شده است.به علت وجود این روکش طبیعی الیاف آگاو امریکن وقتی در معرض برخی فاکتورهای خارجی مثل اسید و بازها قرار میگرند مقاومت بالایی از خود نشان میدهند.

الیاف آگاو دارای بخش های بی قاعده ، غیرعادی و بیضی شکل هستند و دارای یک حفره ی بزرگ (لومن) با یک ساختار ستاره ای به شکل مربع و مخروطی شکل ظاهر شده اند.

طول الیاف :

الیاف آگاو امریکن از الیاف سلولزی سیزال بلندتر هستند. اگر با دست تمام طول غلاف روی الیاف حذف شود طول رشته الیافهای بدست آمده از غلافهای میانی ممکن است از ۸/۲ متر تجاوز کند.

قطر الیاف:

الیاف آگاو امریکن به صورت دسته ای آماده میشوند بطوریکه تعداد زیادی از رشته های الیاف توسط ماده ی مومی شکل در کنار یکدیگر قرار میگیرند. ضخامت الیاف با تصاویر میکروسکوپی تعیین شده و چیزی حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ میکرومتر بوده . به علت دسته ای بودن الیاف ، الیاف آگاو امریکن تسبتا ضخیم هستند.

خصوصیات جذب رطوبت:

الیاف آگاو امریکن خاصیت آبدوستی دارند این الیاف بیشتر از وزن خود آب جذب میکنند مقدار رطوبت نگه داشته توسط الیاف آگاو حدود ۸ تا ۹% است که همانند دیگر الیاف سلولزی است.

ارزیابی دستی وبصری :

در ارزیابی دستی و بصری الیاف آگاو امریکن ، شکل الیاف، رنگ ، زیردست( نرمی، زبری و..) به صورت بصری ارزیابی میشوند.

شکل فیزیکی:

الیاف آگاو امریکن دراز ، استوانه ای شکل و به طور کلی در یک نقطه حالت مخروطی شکل هستند و یک سمت آنها ضخیم تر است.

رنگ الیاف:

رنگ الیاف آگاو امریکن از سفید تا متمایل به زرد متغیر است. رنگ الیاف بستگی به ترکیب  و زمان فرایند استخراج الیاف دارد. الیافی که بر اثر خیساندن تیره شده بودند را  میتوان تحت فعالیت باکتریایی به رنگ قهوه ای روشن ظاهرا طبیعی رنگبری کرد.

پخش نور :

الیاف آگاو امریکن دارای سطح نامنظمی هستند لذا نور را در جهات مختلف پخش میکنند.

زیردست:

وقتی الیاف آگاو امریکن را لمس کنید درمیابید که الیافی سخت و بادوام هستند! الیاف خشک آگاو امریکن سفت، خشن، زبر و دارای سطح سخت هستند که همه ی الیاف در حالت خشک این خصوصیات را دارند. به طور کلی وقتی الیاف مرطوب میشوند انعطاف پذیرتر ، یکنواخت تر و لغزنده تر میشوند.

تست سوزاندن:

هنگامیکه نمونه ی لیف آگاو نزدیک شعله میسوزد رنگ شعله روشن است در شعله سوختن با یک شعله ی زرد روشن ادامه پیدا میکند. حتی بعد از آنکه شعله حذف شد سوختن لیف ادامه میابد. بوی حاصل از سوختن الیاف آگاو امریکن شبیه بوی سوختن کاغذ است. الیاف آگاو امریکن وقتی در معرض دمای بالاتر از ۱۰۸ درجه سانتی گراد قرار میگیرند نازک و شکننده میشوند. در کل رفتار سوختن الیاف آگاو امریکن شبیه سایر الیاف سلولزی طبیعی است.

خصوصیات کششی:

سختی الیاف آگاو در حدود ۱۶-۴۱ CN/Tex است.ازدیاد طول الیاف تا حد گسیختگی و پارگی حدود ۴-۲ % است .

خصوصیات تنشی بالای این لیف نشان میدهد که لیف آگاو استحکام کافی را برای الیاف مورد استفاده در صنعت نساجی داراست. چنین استدلالی وجود دارد که قدرت الیاف آگاو احتمالا به علت درجه بالای فرایند کریستالیزه و پلیمریزاسیون سلولزی است که این امر شاید به علت مدت زمان زیادی است که طول میکشد تا گیاه رشد کند.

الیاف آگاو به علت قدرت کششی خوب برای مبلمان ، پارچه ها، فرشها، حصیرهای کف، قالیچه ها و.. مناسب هستند.

در تصویر ۴  تغییرشکل کششی الیاف آگاو به ترتیب در سطح جزیی(a) ، متوسط(b) و گسیختگی (c) را مشاهده میکنید :

(تصویر چهارم- تغییر شکل کششی لیف آگاو)

خصوصیات شیمیایی:
اجزای اصلی الیاف آگاو عبارتند از : سلولز، لیگنین، پکتین، موم ها، مواد محلول در آب و…

ترکیبات شیمیایی الیاف طبیعی (مانند آگاو) به فاکتورهای گوناگونی مثل نوع خاک استفاده شده، شرایط آب و هوایی، سن گیاه، و… بستگی دارد. خصوصیات هر یک از موارد ذکر شده در خصوصیات الیاف تاثیرگذار است.در جدول(۱)  ترکیبات شیمیایی الیاف آگاو امریکن شرح داده شده است:

جدول ۱- درصد مواد تشکیل دهنده لیف آگاو

تاثیر مواد شیمیایی مختلف روی الیاف آگاو امریکن:

الیاف آگاو امریکن در اسیدها و بازهای ضعیف مستحکم هستند و اسیدها و بازهای ضعیف تاثیری روی ساختار و سختی الیاف آگاو امریکن ندارند.الیاف آگاو امریکن را میتوان با اطمینان خاطر در سفید کننده ها ، دترجنت ها ( مواد شوینده) و رنگهایی که ماهیت اسید و بازی ضعیف دارند ، قرار داد.

اما الیاف آگاو امریکن در اسید ها و بازهای قوی حل شده یا از شکل طبیعی خود خارج میشوند. اتصال زنجیره ای بین الیاف دراسیدهای قوی سست میشود بطوریکه اسید منجر به سست شدن قدرت کششی الیاف میشود.سدیم هیپوکلریت در سفیدکنندگی الیاف نتیجه بخش است اما بعد از مدت طولانی الیاف سست شده و از هم میپاشند. این موضوع نشان میدهد که محلولهای اکسیداسیون مثل سدیم هیپوکلریت فقط باید به صورت سرد و رقیق و مطابق با دستورالعمل تولید کننده استفاده شوند.

بنابراین شوینده های کلردار باید برای یک بازه ی زمانی کوتاه استفاده شوند و بعد از استفاده از مواد کلردار باید به صورت کامل با آب شسته شوند تا موجب آسیب زدن به الیاف نشوند.

و اما کاربردهای الیاف آگاو:

الیاف آگاو امریکن قدرت کششی بالایی از خود نشان دادند و چگالی کمی دارند به همین خاطر در طول تاریخ از آنها در ساخت ریسمانهای چندلا و طناب ماهیگیری و اهداف کشاورزی استفاده می شده. بعلاوه این الیاف میتوانند برای محصولات توری ، فرشها، قالیچه ها، حصیرها، کیف، گونی، نخ ماهیگیری، پرده، زین اسب، پر کردن کوسن، قلم موی نرم، سبد بافی، دستبند، پیشانی بند، صندل، موارد تزیینی، پوشاک و .. استفاده شوند.

همچنین از الیاف درجه پایین تر کاغذ تولید میشود. الیاف آگاو امریکن همچنین در سوزن دوزی چرم نیز کاربرد دارند.

الیاف آگاو امریکن برای اهداف صنعتی نیز قابل استفاده هستند و این پتانسیل را دارند که به صورت ترکیبات خوبی در منسوجات بی بافت به کار گرفته شوند( موکت  و دستمال کاغذی نمونه ای از منسوج بی بافت هستند)

در بیوپلاستیک، ژئوتکستایل، فرشها، الیاف تخته ها، تخته دارت و تولیدات مبل هم میتوان از الیاف آگاو امریکن بهره برد.

منبع:

برای دسترسی به متن مقاله ی اصلی به لینک زیر مراجعه کنید

www.mdpi.com/2079-6439/3/1/64/pdf

منابع تصاویر بدون شماره:

http://www.prota4u.org/protav8.asp?p=Agave+sisalana

http://www.blueagaveforum.com/tequila/agave_culture.htm