۴- حفره سازی(حباب سازی) ^[۴۳]
۲- ۵- ۶ رنگرزی به کمک امواج مافوق صوت
استفاده از سیستم مافوق صوت 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 وفرج دار منسوجات یا مواد رنگزا آزاد نماید. تاثیر امواج مافوق صوت روی رنگرزی به سه طریق زیر خواهد بود :
۱- انتشار:^[۴۴] شکسته شدن تجمعات مولکولی با وزن بالا که باعث انتشار یکنواخت مواد در سطح حمام کالا می شود.
۲- دفع گازها:^[۴۵] رها شدن گازهای گیر افتاده یا مولکول های هوا از سطوح خلل و فرج دار لیف به مایع و حباب های آزاد شده.
۳- نفوذ :^[۴۶] تسریع بخشیدن به نرخ نفوذ رنگ به داخل لیف با رخنه به داخل لایه محافظ لیف و تسریع در بر هم کنش بین رنگ و لیف.
۲- ۵- ۶- ۱ مکانیزم نفوذ
نفوذ رنگ به داخل لیف در محدوده امواج مافوق صوت افزایش می یابد. سرعت نفوذ رنگ به داخل لیف بسته به سایز مولکول رنگ و حالت فیزیکی لیف دارد، به عنوان مثال، هرچه مولکول رنگ کوچکتر و تورم لیف بیشتر باشد، تحرک مولکول های رنگ بیشتر و مولکول ها سریعتر می توانند به داخل لیف نفوذ نمایند.
تاثیرات انتشار و دفع گازها بافعالیت مکانیکی فرایند تخریب حباب افزایش می یابد. در حالی که تأثیر عملیات نفوذ ناشی از فعالیت مکانیکی و حرارت سطح لیف خواهد بود. وقتی رنگزا قابل حل در آب باشد.، فرایند مافوق صوت بیشتر از نقش یک تحریک کننده مکانیکی عمل می نماید، در حالی که برای پیگمنت ها، که در آب قابل حل نیستند، نقش اولتر اسوند انتشار پیگمنت ها (جلوگیری از تجمع ) و نفوذ آنها خواهد بود که این امر با روش های مرسوم قابل دستیابی نیست . نتایج رنگرزی متأثر از فرکانس تابش امواج مافوق صوت استفاده شده خواهد بود. پرتو افکنی در فرکانس های خیلی پایین در محدوده cps 50 تا۱۰۰ تاثیر چندانی ایجاد نخواهد کرد. فرکانس های در محدوده بین ۲۲ تا ۱۷۵ کیلو هرتز بیشترین تأثیر ها را در آزمایشات نشان داده است و بیشترین تأثیر برای ابریشم، پشم و نایلون گزارش شده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

فاکتور دیگری که می تواند بر نفوذ رنگ بداخل لیف تأثیر گذارد کیفیت فعالیت آن می باشد. رنگ به داخل منافذ لیف نفوذ می کند، که قبل از آن پر از آب بوده و همزمان مولکول رنگ توسط ماکرو مولکول های مجاور نیز به خود جذب می شود. بدلیل این جذب فقط یک بخش کوچکی از رنگ می تواند به صورت آزادانه بداخل لیف (منافذ ) وارد شود. مولکول های رنگ بیشترین زمان خود را به حرکت (ارتعاش) داخل و خارج شدن به منافذ می گذرانند قبل از اینکه روی سطح لیف جذب گردند. به دلیل همزمان بودن جذب سطحی و نفوذ، با کاهش نرخ جذب سطحی نفوذ نیز کاهش می یابد. هرچند بدلیل نیروی حباب زایی زیاد در محدوده امواج مافوق صوت مولکول های رنگ به سطح الیاف با سرعت سریع تر وارد می گردند چرا که آنها انرژی جنبشی بیشتری را دریافت می کنند. رنگ می بایست برای نفوذ در حالت فعال شده باشد. این حالت با انرژی امواج مافوق صوت حاصل می شود بدین صورت که مولکول های مرتعش با انرژی بحرانی^[۴۷] مورد نیاز برای شکستن تعادل ایستای^[۴۸] مجهز گردیده و در نتیجه اقدام به نفوذ می نمایند.
فشار تابش امواج مافوق صوت روی سطح لیف فاکتور دیگر است، که بر روی پروسه نفوذ تأثیر دارد. بر روی ساختار کریستالی لیف حالت نرم شدگی ایجاد می گردد که هر چند زود گذر است اما اهمیت زیادی در افزایش سرعت نفوذ دارد. بنابراین، آزمایشات نشان می دهد که با حضور تابش امواج مافوق صوت جذب سطحی در درجه حرارت کمتر صورت می پذیرد (در مقایسه با عدم حضور تابش امواج مافوق صوت).
۲- ۵- ۷ تجهیزات مورد نیاز برای ایجاد تابش امواج مافوق صوت
مبدل و تبدیل کننده^[۴۹] یا حمام شستشو^[۵۰] دو جزء مهم از تجهیزات امواج مافوق صوت هستند. ژنراتور جریان متناوب ۵۰ تا ۶۰ هرتز را به انرژی الکتریکی با فرکانس بالا تبدیل می نماید. این انرژی الکتریکی به یک مبدل انرژی تغذیه گردیده که در نتیجه انرژی مذکور به ارتعاش مکانیکی تبدیل می شود. مبدل انرژی به صورت طولی شروع به ارتعاش نموده و امواج تولید شده را به محیط مایع منتقل می نماید. همانطور که امواج تولید و تکثیر می گردند عملیات ایجاد و متلاشی شدن حباب ها^[۵۱]روی می دهد. ماشین رنگرزی اولیه (آزمایش) برای رنگرزی ممتد نخ و پارچه طراحی گردید . سیستم مذکور مشتمل بر تانک^[۵۲]، سیستم حمل^[۵۳] و ریز پردازنده^[۵۴] برای کنترل فرایند است. تانک مافوق صوت به ابعاد ۶۰×۹۲ سانتیمتر بوده و ظرفیت حدود ۲۰۰ لیتر را دارد. درجه حرارت می تواند تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد با کنترل ترمواستاتیک رسانیده شود .
۲- ۵- ۸ رنگرزی به کمک امواج مافوق صوت دارای مزایایی می باشد:
۱- ذخیره انرژی با رنگرزی در درجه حرارت های پایین تر و زمان کمتر.
۲- بهبود محیط زیست 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 “حدادیان تفت،۱۳۸۷".
در تحقیقی که کمل^[۵۵] و همکاران با رنگهای طبیعی بر روی پارچه پنبه با بهره گرفتن از مافوق صوت انجام داده اند، نتایج حاضر اشاره به شرایط مطلوب رنگرزی پارچه پنبه ای در شرایط مافوق صوت و رنگهای طبیعی دارد. همچنین پارچه رنگرزی شده از خواص های ثباتی خوبی برخوردار بودند “Kamel.M.M.et,al.2007″.
۲- ۵- ۹ استخراج با امواج مافوق صوت
همانطور که در قسمت قبل توضیح داده شد توسط امواج مافوق صوت حباب هایی تشکیل می شوند، رشد می کنند و سرانجام متلاشی می شوند و تولید جت های مایع ( جریان های سریع ) با سرعت بالا را می کنند. جت های مایع ضربه شدیدی را به سطح جامد می زنند. همچنین هنگام متلاشی شدن حباب در مرکز آن گرادیان دمایی ایجاد می شود و باعث بالا رفتن دما و در نتیجه افزایش ضریب نفوذ می شود که در نهایت باعث افزایش انتقال جرم می شود. عوامل مکانیکی فراصوت نفوذ بیشتر حلال داخل بافت سلولی ماده را القا می کند و باعث بهبود انتقال جرم می شود. امواج صوتی در استخراج می تواند دیواره های سلولی بیولوژیکی را تخریب کند و آزاد شدن محتویات درونی آن ها را آسان کند. بنابراین تخریب کارآمد سلولی و انتقال جرم مفید به عنوان دو فاکتور اصلی هستند که ما را در جهت استخراج با قدرت امواج صوتی هدایت می کند “Luque Garcia J.L.and Castro.M.D.2003″. با بررسی کردن نمایش های زیر الکترونی^[۵۶] ، دلیل اثرات مکانیکی فراصوت مهیا می شود، که بیشتر تخریب دیواره های سلولی و آزاد شدن محتویات سلول نشان داده می شود. در مقایسه با شیوه های مرسوم، امواج صوتی باعث تخریب دیواره سلولی در یک مدت زمان کوتاه می شود و عصاره گیاهی در طول دیواره سلولی نفوذ می کند. مشخصات گیاهی مثل مقدار رطوبت، اندازه ذره و حلال استفاده شده به منظور بدست آوردن استخراج کارآمد و موثر، مهم هستند. به علاوه فاکتورهای زیادی از اثر امواج صوتی شامل فرکانس، فشار، دما و زمان امواج صوتی نیز وجود دارند “Romdhane,M.,and Gourdon,C,2002″.
فواید و معایب استخراج با امواج مافوق صوت عبارتند از: این استخراج در مقایسه با شیوه های مرسوم ارزان، ساده و کارآمد است. مزیت اصلی استفاده امواج صوتی در استخراج جامد -مایع شامل افزایش بازده استخراج و سینتیک سریع تر است. امواج صوتی می توانند دمای فرایند را کاهش دهند و اجازه استخراج ترکیبات ناپایدار در برابر حرارت را دهند. در مقابل شیوه های جدید استخراج مثلا استخراج با حلال کمک شده با امواج ماکروویو، دستگاه های امواج صوتی ارزان تر و عملیاتش ساده تر است. به علاوه استخراج کمک شده با امواج صوتی، شبیه استخراج سوکسله می تواند با هر حلالی برای استخراج محدوده وسیع متفاوتی از ترکیبات استفاده شود “Kaufmann.B.et,al.2001″.
طی تحقیقی که برای استخراج و رنگرزی پشم با رنگزای طبیعی لاک به کمک امواج مافوق صوت و به روش متداول توسط کمل و همکاران انجام گرفت قدرت رنگی، رنگ استخراج شده از لاک که منشاء طبیعی دارد به کمک امواج مافوق صوت و با روش معمول مقایسه و بررسی شد. نتایج حاصل از استخراج رنگ به کمک امواج مافوق صوت نه تنها دارای قدرت رنگی مؤثرتری نسبت به شرایط معمول می باشد، همچنین در دمای کمتر و زمان کوتاه تر استخراج انجام گرفت. در این آزمایش اثر pH رنگ، غلظت رنگ، قدرت مافوق صوت، زمان رنگرزی و درجه حرارت مورد بررسی قرار گرفت و نتایج با روش معمول مقایسه شد. نتایج حاصل خواص ثباتی خوبی برای پارچه های رنگرزی شده نشان می دهد. ایزوترم جذب رنگ نیز افزایش جذب رنگ در فاز دوم رنگرزی آلتراسونیک (انتشار) را نشان می دهد"Kamel.M.M.et, al.2004″.
در تحقیق دیگری که توسط رستگاری و همکاران بر روی ” رنگرزی پشم با پوست پیاز به عنوان یک رنگ طبیعی با بهره گرفتن از روش مافوق صوت و روش معمول ” را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج حاصل از استخراج رنگ نشان می دهد که مافوق صوت قدرت گرمایشی موثر در عملیات استخراج دارد و استخراج در درجه حرارت کم و زمان کوتاه انجام شد. همچنین اثر مافوق صوت،pH حمام رنگرزی و درجه حرارت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که رنگرزی در شرایط مافوق صوت نسبت به روش معمول دارای قدرت رنگی بیشتر و خواص ثباتی رنگ کالای پشمی خوب بوده است “Rastkari.N.et,al.2008″.
تحقیقی دیگری توسط هاریشس^[۵۷] و همکاران بر روی “بررسی تکنیک های مختلف برای استخراج رنگ طبیعی از پوست انار به کمک امواج مافوق صوت ” انجام شد. در این طرح زمان های متفاوت برای استخراج،pH های مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند. سپس رنگرزی بر روی لیف های پشم و پنبه و ابریشم مقایسه شد نتایج نشان داد که تکنیک آلتراسونیک بهره وری را افزایش می دهد. دمای آن برای پشم و پنبه مناسب بوده اما برای ابریشم بازدهی نداشته است. همچنین خواص ثباتی پشم بسیار خوب و خواص پنبه تنها رضایت بخش بود ” Harishc .T.,et.al.2010″.
طی تحقیق دیگری که توسط پرادپ^[۵۸] انجام شد، به کار گیری روش استخراج مافوق صوت برای استخراج رنگینه (یا ماده رنگزا) از انواع کوکب با روش سنتی و استفاده از حلال مقایسه شده است. طبق نتایج بدست آمده مشاهده شد که عصاره گیری به کمک اولتراسونیک کارایی بیشتری در مقایسه با استخراج به روش حلال دارد. همچنین رنگ استخراج شده با FTIR و UV اسپکتروفتومتر مورد مطالعه قرار گرفت. رنگ استخراج شده برای رنگرزی خامه پشم نیز استفاده شد، که معمولا در صنعت فرش مورد استفاده است. ویژگیهای ثبات مناسب خامه های رنگ شده مفید بودن آن را در صنعت نساجی و رنگرزی هماهنگ با محیط زیست به اثبات می رساند “Pradeep.K.M.et,al.2012″.
از مقالات مطالعه شده به نظر می رسد امواج مافوق صوت برای استخراج گیاهان و رنگرزی انواع مختلفی از کالا ها کاربرد دارد. حفره سازی آلتر اسونیک سرعت استخراج و رنگرزی راشتاب بخشیده و برداشت رنگ و قدرت رنگی را افزایش می دهد. در فرایند های رنگرزی با بهره گرفتن از مواد شیمیایی و انرژی حرارتی، میزان انرژی می تواند با بهره گرفتن از انرژی مافوق صوت کاهش یابد. درمیان فرآیندهای مربوط، استفاده از این روش برای رنگرزی بهتر می باشد و امکان کاهش آلودگی پساب وجود دارد.
۲- ۶ معرفی رنگزای روناس و کاربردهای آن
فرانسه: Rouge de tinturiers , Garance tinctoriale , Garance
انگلیسی: Madder
آلمانی:Faerberrote , Faerberroethe , Krapp
ایتالیایی: Garanza , Barba rossa , Arizzari , Robia dei tintori
فارسی: روناس
عربی: فوه^[۵۹] ، فوه الصباغین.
۲- ۶- ۱ تاریخچه ی روناس
ای دولف در کتاب صنایع دستی کهن ایران بیان کرده است: « روناس در ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد در درهﻯ سند در شهر « موهنجودارو » شناخته شده است و از آنجا نخست به خاورمیانه گسترش یافت” ای دولف ،۱۳۸۴". در « تورات» و همچنین نوشته هایی که از قبور فراعنه مصر به دست آمده است، مدارکی در مورد رنگرزی با روناس وجود دارد. همچنین آثاری از رنگ قرمز حاصل از ریشه روناس در یکی از مقبره های مصری متعلق به ۱۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح یافت شده است"دادگی، ۱۳۶۹، ص۸۸".
در پاپیروس های مصری قرن سوم پیش از میلاد مسیح، نام این گیاه عنوان گردیده و در مورد آزمایشهای کنترل رنگ آن توضیحات زیادی آمده است. در یکی از پاپیروس های مصری در همین مورد مطلبی با این مضمون آمده است: « دانه هایی همراه با خمره ها که بوی نافذی دارد. دست های او با روناس به رنگ سرخ درآمده است، گویی که با خون آغشته شده است. مانند پرنده ای شکاری که خونین شده است، مانند اینکه گوشتش از زیر پوست نمایان شده است"Lichtheim.M.1974″.
همچنین « ابن حوقل » می نویسد: « و جزیرهﻯ بزرگ دیگری رو به روی رود کر و نزدیک باب است. این جزیره نیز بیشه ها و درختان و آبها دارد و از آن روناس به دست می آید و به همین سبب گروهی از شهر بردعه ( بردع ) بدانجا آمده، مدتی به تهیهﻯ روناس می پردازند، و آن را به ورهان و بردعه می برند و از آن بهره مند می شوند” ابن حوقل،۱۳۴۵، ص۱۲۹".
بازرگانی ونیزی که در سال ۹۱۳ ﻫ. ق. در ایران ساکن بوده است می نویسد: « در این شهر [خوی] رنگ سرخ لاکی به مقدار فراوان می سازند و آن را از ریشه های سرخی فراهم می کنند که در زیر زمین است و با بیل و کلنگ بیرون می آورند و سپس به هرمز می فرستند و از این ریشه ها برای ساختن و به کار بردن رنگ سرخ در غالب نقاط هندوستان بهره می جویند “امیری، ۱۳۴۹، ص۳۸۰". گیاه بیان شده همان روناس می باشد.
شاردن در سفرنامه اش به فراوانی آن در ایران اشاره کرده و عنوان می کند که از این گیاه برای رنگرزی و نقاشی استفاده می شود ” شاردن،۱۳۸۸".
این گیاه در استان های یزد، مخصوصا شهرستان های اردکان و بافق کشت می شود. جزو گیاهان اصلی تناوب زراعی مرسوم در این مناطق است و در رونق اقتصادی و درآمد کشاورزان و اصلاح خاک آنها نقش مؤثری دارد. در روزگاران قدیم در استان های آذربایجان (شرقی و غربی)، اردبیل، مرکزی، کرمان و فارس کشت می شده است و در استان فارس به عنوان یکی از گیاهان مرتعی وجود دارد که از نظر رنگ فاقد کیفیت است “میراب زاد اردکانی،۱۳۸۸".
۲-۶-۳ ترکیبات شیمیایی روناس
ماده رنگی ریشه روناس نام دارد. شماره روناس در کالرایندکس ۶- ۸ الی ۱۲ می باشد. ریشه روناس دارای مواد رنگی مختلفی می باشد.۲۳ جزء رنگی متعلق به گروه هیدروکسی آنتراکینون ها در ریشه وجود دارد. از میان اجزاء رنگی روناس تنها ۱۵ جز آن قدرت رنگدهی و ایجاد رنگ ثابت را دارد. مقدار هر کدام از این اجزاء در گونه های مختلف گیاه، متفاوت است و گاهی این مقدار خیلی جزئی است. بر اساس نوع و کمیت اجزای سازنده رنگ روناس و حضور یا عدم حضور بعضی از آنها، می توان تا حدودی به گونه گیاهی آن پی برد. گونه های گیاهی روناس شامل چهار گروه عمده هستند: روبیا تینکتروم^[۶۰]، روبیاپرگرنیا^[۶۱]، روبیا کوردیفولیا^[۶۲]، روبیا اکان^[۶۳] "امیری،۱۳۸۶،ص ۵۴ - ۵۶".
از نظر شیمیایی روناس دارای یک ماده ” ازته” است که نقش فرمان را دارد و تحت تاثیر این فرمان، مواد رنگی ایجاد می شوند. از تجزیه ی ریشه روناس مواد زیر بدست می آیند: گلوکزیدی به نام اسید روبریتریک^[۶۴]، روبیادین^[۶۵]، آلیزارین، پورپورین^[۶۶]، گلوکز و مواد دیگری همچون پکتیک، مواد رزینی و مواد چرب و غیره، وجود دارد. تحقیقات در سنتز رنگها نشان می دهند، ماده اصلی رنگی روناس، آلیزارین (۲-۱ دی هیدروکسی آنتراکینون) است. مهمترین خاصیت آلیزارین از لحاظ رنگرزی آن است که با اکسیدهای فلزات متفاوت ترکیب می شود و لاک های رنگین تولید می کند که در اسیدها و قلیاهای ضعیف حل نمی شود.
آلیزارین به فرمول C₁₄H₈O₄ و به وزن مولکولی ۲۰/۲۴۰ می باشد. که نخستین بار در سال ۱۸۲۳ میلادی به وسیله Colin و Robiguet شناخته شد. آلیزارین به حالت آزاد در ریشه خشک روناس وجود دارد؛ بطوری که با تأثیر دادن الکل جوشان، میتوان آن را استخراج نمود. آلیزارین به شکل کریستالهای زرد رنگ است که فاقد بو می باشند و در دمای ۲۹۰ درجه، ذوب می شود و میزان حلالیت آن در آب خیلی کم است ولی در محلول های قلیایی، حل می گردد. پورپورین بلورهای سوزنی شکل به رنگ نارنجی دارد. این ماده بیشتر از آلیزارین در آب جوش حل می شود.
شکل۲- ۲. فرمول شیمیایی آلیزارین
روبیادین به فرمول C₁₅H₁₀O₄ با وزن مولکولی ۲۳/۳۵۴ است و از بعضی از گیاهان روناس مانند روبیا تینکتوروم به دست می آید. سنتز آن به وسیله Jashi و همکارانش صورت گرفته است. روبیادین به صورت بلورهای سوزنی شکل درخشان به دست می آید که فاقد بو است و در دمای ۲۹۰ درجه ذوب می شود. در آب، سولفور دو کربن و آب آهک غیر محلول ولی در الکل، اتر و بنزن به مقدار زیاد حل می گردد ” میراب زاده اردکانی، ۱۳۸۸".
اسید روبریتریک به فرمول C₂₆H₂₈0₁₄ است و به شکل بلورهای سوزنی شکل زرد رنگ به دست می آید. این ماده در آب سرد، اتر و بنزن به مقدار کم، ولی در آب جوش الکل و اتر استیک، به مقدار زیاد حل می شود. در ۲۶۰ درجه ذوب می شود. در اسید سولفوریک و قلیائیات، با ایجاد رنگ قرمز ارغوانی حل می گردد. اسیدهای رقیق و فرمانی به نام روبیا آنرا طبق فرمول شیمیایی (۲-۱)، به آلیزارین و گلوکز تبدیل می نماید:
(فرمول ۲- ۱) C₂₆H₂₈O₁₄ + ۲H₂O C₁₄H₈O₄ + ۲C₆H₁₂O₆
پورپورین یا تری اوکسی آنتراکینون^[۶۷]، به فورمول C₁₄H₈O₅ است و به صورت بلورهای سوزنی شکل به رنگ زرد نارنجی به دست می آید. در گرمای ۲۵۶ درجه ذوب می شود. در الکل، اتر استیک، اسیداستیک و قلیائیات حل می گردد. محلول های قلیائی آن، رنگ قرمز دارد ولی محلول آن در آب باریت یا آب آهک، به رنگ قرمز ارغوانی است “زرگری،۱۳۶۱،ص ۵۴ تا ۵۷".

شکل۲-۳. ترکیبات شیمیایی ریشه روناس