الیاف کتان یا بزرک

کتان که برای پوشاک و منسوجات داخلی استفاده می شود،  از الیاف ساقه ای بلند و محکمی به دست می آید که در بخش های خارجی ساقه بزرک شکل می گیرند. کتان یک محصول زراعی چند منظوره است که در سراسر جهان و در آب و هواهای مختلف رشد می کند. ترجمه نام علمی این گیاه، “مفیدترین کتان” است که به چند منظوره بودن آن اشاره دارد. الیاف بزرک در کاربردهای صنعتی مثل کامپوزیت ها، ژئوتکستایل ها، عایق کاری و کاغذهای ویژه مورد استفاده قرار می گیرند. دانه های بزرک سرشار از روغن تخم کتان هستند که کاربرد گسترده ای در رنگ ها، لاک ها، لوازم آرایشی و لینولئوم دارند.

اخیراً دانه های کتان به عنوان یک غذای سالم با فواید غذایی حاصل از لیگین ها و اسید های چرب امگا ۳ شناخته شده اند. حتی بافت هسته چوبی (خرده چوب) که هنگام تمیز کردن الیاف دور ریخته می شود، برای تخته خرده چوب (نئوپان) و بستر حیوانات مورد استفاده قرار می گیرد. کتان که بخاطر راحتی و ظاهر متمایزش ارزشمند است، در صنعت نساجی مورد توجه قرار گرفته است. با افزایش تمایل جهت استفاده از الیاف طبیعی در مصارف مختلف صنعتی می توان امکان تأمین این کاربردها (مصارف) را از منابع سنتی و غیرسنتی کتان توسط الیاف بزرک فراهم کرد.

تاریخچه بزرک و کتان

طبق گفته ها، سابقه استفاده از بزرک به ۸۰۰۰ تا ۹۰۰۰ سال پیش، یعنی به ساکنان مناطق ساحلی باستانی دانمارک و ترکیه بر می گردد. با این حال استفاده از بزرک به عنوان پارچه اصلی در مصر باستان به وضوح مستند شده است و بارها به آن اشاره گردیده است. در حالی که بزرک برای اولین بار در مصر پرورش داده شده است، اما گمانه زنی هایی وجود دارد که ممکن است منشا این گیاه به مناطق دیگر (مثلا بین دریای بالتیک و دریای خزر) مرتبط باشد و متعاقبا از طریق چین یا هند به مصر رسیده باشد. سابقه استفاده از کفن های مصری  جهت پیچیدن مومیایی ها به مدت ۷۰۰۰ سال گزارش شده  است. قابل  ذکر است که کتان مرغوب در مقبره توت  عنخ  آمون (Tutankhamun) حدود ۳۵۰۰ سال دوام آورده است. کتان به همراه پشم، الیاف اصلی اروپا در قرون  وسطی و دوره رنسانس بوده اند و به طور گسترده برای پوشاک و کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می گرفتند.
تولید جهانی الیاف بزرک از ۸۰۳۳۸۷ تن در سال ۱۹۶۵ به ۶۳۶۰۶۷ تن در سال ۲۰۰۱ کاهش یافته است.

ساختار و مواد شیمیایی کتان

الیاف ساقه ای در قسمت های بیرونی ساقه بین لایه بیرونی پوست و درونی ترین لایه بافت چوبی تولید می شوند. الیاف جدا شده و دسته های الیاف از نظر طولی در زیر میکروسکوپ، سفت و شکننده به نظر می رسند. ساختار ساقه در پوساندن که فرآیند جداسازی بخش های الیافی و غیرالیافی است، از اهمیت خاصی برخوردار است. طول الیاف  با توجه به موقعیت روی ساقه تغییر می کند. دسته های بیضی شکل، کیفیت بالای الیاف را نشان می دهند، در حالیکه دسته هایی که شکل نامنظم دارند، بیانگر کیفیت ضعیف الیاف هستند. لایه کامبیون نازک باعث جداسازی الیاف و هسته بافت ها می شود. این بافت های هسته متشکل از سلول های چوبی هستند که بخش “خرده چوب” تولیدشده در طول فرآیند پاکسازی الیاف را تشکیل می دهند.
کوتیکول ساقه کتان حاوی موم ها، کوتین و آروماتیک است. این ساختار به عنوان یک مانع برای محافظت از گیاهان در برابر ارگانیسم های مهاجم و از دست دادن آب عمل می کند. کوتیکول به شدت پوست بیرونی را پوشش می دهد و این رابطه باعث شکل گیری یک ساختار سخت و محکم می شود که بر سهولت پوساندن تأثیر می گذارد. در طی پوساندن، میکروارگانیسم ها از میان شکاف ها و گسستگی های درون کوتیکول وارد ساقه ها می شوند و تا حدودی بافت ها را تخریب می کنند، بنابراین حفاظ کوتیکول یا اپیدرمال را از الیاف جدا می کنند. تخریب ناقص مثل پوساندن ضعیف، این سد حفاظتی را ترک می کند، ولی باز هم الیاف متصل می مانند و در کاهش کیفیت نخ و الیاف مشارکت می کنند.
الیاف بزرک عمدتاً از سلولز تشکیل شده اند، اما ترکیبات حاوی پکتین ها، همی سلولز و فنولیک هم وجود دارند. در مقایسه با الیاف پنبه ای که حاوی ۹۵ % سلولز هستند، بزرک درصد پایینی از سلولز و درصد بیشتری از پکتین و همی سلولز دارد. به عنوان مثال،  در پوسانیده شدن گلوکز بزرک “آریانه” ، قند (650 میلیگرم در گرم وزنی خشک) غالب است، پس از آن مانوز (2/39 میلیگرم در گرم) و گالاکتوز (35 میلیگرم در گرم)؛ رامنوز ، زایلوس ، آرابینوز و اسید های ادراریک بیشترین سهم را دارند. برخلاف پنبه ، الیاف بزرک آغشته به روغن قرمز هستند که وجود موم را نشان می دهد.

تولید الیاف بزرک

بزرک را می توان برای الیاف و یا بذر بزرک رشد داد. بزرک محصولی از آب و هوای معتدل است که به طور کلی در مناطقی کشت می شود که در آن دمای روزانه بیشتر از ۳۰ درجه سانتیگراد باقی بماند. تولید بزرک، سازگار با محیط زیست است، چون تعداد مواد شیمیایی کمی برای تولید محصول زراعی مورد نیاز است. در تولید سنتی کتان مانند آنچه که در اروپا انجام می شد، گیاهان کتان در اوایل به صورت دستی و اکنون با تجهیزات مخصوص از خاک بیرون کشیده می شوند. گیاهان در زمانی که الیاف کتان کوتاه مورد نیاز است، به جای یک رشته بلند از کتان، می توانند با درو کردن برداشت شوند.

پوساندن

پوساندن که جداسازی یا شل شدن دسته های الیاف از بافت های غیرالیافی است، مشکل اصلی در فرآوری کتان محسوب می شود. در پوساندن، دسته های الیاف از پوست بیرونی کوتیکول شده و سلول های هسته چوبی جدا می شوند و به دسته های کوچک و الیاف نهایی تقسیم می شوند. کتان پوسانیده شده، منجر به الیاف صخیم تر می شود که به شدت با خرده چوب و تکه های کوتیکول آلوده می گردد، در حالی که پوساندن بیش از اندازه، به دلیل نازکی زیاد دسته ها یا حمله میکروبی به سلولز الیاف، می تواند استحکام الیاف را کاهش دهد. دو روش اصلی برای پوساندن، یعنی پوساندن با آب و پوساندن با شبنم وجود دارند که به طور سنتی طی هزاران سال برای جداسازی الیاف در صنایع نساجی و دیگر کاربردهای تجاری به کار گرفته شده اند.

تمیز کردن مکانیکی

در تولید سنتی کتان، تمیز کردن مکانیکی بعد از پوساندن است، چون این روش کمک می کند تا خرده چوب و پوست بیرونی کوتیکول شده از الیاف حذف گردد. در اولین مرحله تمیزکاری، ساقه ها با عبور از غلتک های شیاردار می شکنند و سپس الیاف را در فرآیند جداسازی (جداسازی الیاف ساقه ای از ساقه گیاه) برای زدودن خرده چوب، حلاجی می کنند و آنها را تکان می دهند. ماشین های جداسازی با گرفتن ساقه های شکسته و ابتدا حلاجی کردن قسمت های بالایی و سپس بخش های پایینی حاوی دسته ها و تیغه ها به تمیز کردن الیاف بلند اقدام می کنند. وقتی رشته بلند کتان حلاجی می شود، یک بخش کوتاه از الیاف، به نام تو (دسته الیاف فیلامنتی مصنوعی شبیه فتیله)، همراه با آلاینده ها جدا می شود و به طور جداگانه تمیز می گردد. پس از شکسته شدن ساقه ها، ماشین های مدرن ممکن است همتراز شوند و فرآیندهای دیگر را برای بهبود بهره وری جداسازی اجرا کنند. حفظ یکپارچگی الیاف بلند که قرار است به شکل نخ کتان ریسیده  شوند، بایستی در طول فرآیند تمیز کاری مکانیکی حفظ  شوند.
سپس بزرک حلاجی شده با استفاده از عمل شانه زنی که هکلینگ (شانه کردن کتان) نامیده می شود، آلاینده های کوچک تر را می زداید، الیاف بلند را از هم باز می کند و آنها را با هم همتراز می نماید، سپس دسته ها را بدون ایجاد آسیبی به طولشان، جدا می کند.

خصوصیات و طبقه بندی الیاف کتان

برای کتان متداول بلند که در منسوجات استفاده می شود، تعدادی از عوامل نیز به طور ذهنی توسط مسئول درجه بندی باتجربه مورد بررسی قرار می گیرند که این عوامل شامل وزن و استحکام می شوند.

مقایسه مقادیر رنگ CIELAB از الیاف کتان

چشم انداز آینده

کتان در حدود 2 الی 3 درصد از بازار منسوجات مصرفی را به خود اختصاص داده است، در حالیکه سهم پنبه از این بازار در حدود 65 درصد است. با این حال به خاطر راحتی، فرم پارچه و ظاهر منحصر به فردی که کتان دارد، سهم آن در بازار همچنان ادامه خواهد داشت. صنعت مد به احتمال زیاد به تعیین یک حالت تناوبی در استفاده و ارزش از الیاف کتان و بزرک برای منسوجات ادامه خواهد داد و بر این موضوع نیز تأکید می کند. ترکیبات بزرک و پنبه هر دو به عنوان ترکیبات درونی و بزرک استفاده شده به عنوان نخ های تار به محبوب شدن در ایالات متحده همچنان ادامه خواهند داد که یک مسئله مهم تلقی می گردد.
احتمال می رود که بیش ترین ارزش نهایی الیاف کتان در آینده به عنوان الیاف پنبه ای برای منسوجات متمایز و به  عنوان الیاف صنعتی برای مواد بدون بافت و کامپوزیتی ایجاد گردد. الیاف پنبه ای کتان با پنبه و الیاف دیگر در منسوجات ترکیب می شود و در تجهیزات پیشرفته و کارآمد ریسندگی استیپل کوتاه، به نخ  ریسیده می گردد.
ایجاد پنبه از طریق کتان به روش های متفاوتی از فرآوری کتان متداول بلند نیاز دارد و هرگونه فرآیند جدید پوساندن باید مزایای این موقعیت را در نظر گیرد. بزرک و دیگر الیاف طبیعی برای کامپوزیت های تقویت شده نیازمند خواهند بود و جایگزینی الیاف شیشه ای با بزرک، صرفه جویی های زیادی را در هزینه های انرژی امکان پذیر می سازد. همچنین این الیاف مزایایی را در محیط زیست از طریق قابلیت تجزیه زیستی فراهم می کنند و فرصت هایی را برای محصولات زراعی جدید در کشاورزی ارائه می دهند.
برای بهبود کیفیت و سازگاری الیاف بزرک جهت توسعه کاربرد الیاف کتان به روش های شیمیایی یا پوساندن آنزیم از نظر تجاری نیاز خواهد بود. اگر چنین روش هایی مقرون  به  صرفه باشند، می توانند تولید را فراتر از مناطقی که در حال حاضر آب و هوای آن باعث محدود کردن پوساندن با شبنم شده اند، گسترش دهند. موقعیتی که آنزیم ها به خواص مناسب برای کاربردهای ویژه اعمال می کنند نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. پوساندن بهبود یافته ممکن است مقادیر زیادی از مزایای دانه کتان را به عنوان محصولی از صنعت تخم بزرک موجود در اروپا و آمریکای شمالی در نظر بگیرد.
تخم بزرک با مشکل فزاینده زیست  محیطی برای دفع مواجه است، اما به احتمال زیاد برای کتان متداول بلند این مسئله آشکار نخواهد شد. تخم بزرک می تواند یک منبع ارزش افزوده را در سطح کشاورزی برای استفاده در طیف وسیعی از مواد کامپوزیتی و بدون بافت فراهم کند.