بخشی از مقاله
چکیده
فناوري نانو به منظور افزایش کارایی و ایجاد خواص نوین در محصولات به یاري علوم مختلف آمده است. تولیدکنندگان پوشاك همواره در پی راهکارهایی براي پیشی گرفتن از رقبایشان بودهاند و فناوري نانو این راه را در اختیار ایشان قرار میدهد. با استفاده از فناوري نانو میتوان ویژگیهاي اصلی منسوجات از قبیل نرمی، ماندگاري خواص، استحکام، قابلیت جذب رطوبت و غیره را بهبود بخشید و خواص کاربردي جدیدي نظیر ضد میکروبی، کندسوزي، ضد آب و لکه، خودتمیزشوندگی، محافظت در برابر پرتو و غیره در منسوجات ایجاد کرد. الیاف سلولزي نظیر پنبه از دیرباز در صنعت نساجی مورد استفاده قرار میگرفتند. امروزه با وجود پیشرفت و توسعه الیاف بشرساخت، همچنان الیاف سلولزي در زمره پرمصرفترین الیاف در تولید منسوجات به شمار میروند. یکی از مهمترین معایب استفاده از منسوجات سلولزي، عدم ثبات ابعادي و ایجاد چروك در ساختار منسوجات می باشد. از اوایل دهه بیستم میلادي تحقیقاتی به منظور ضدچروك کردن این منسوجات صورت گرفت. محققین استفاده از ترکیبات شیمیایی گوناگون نظیر رزینهاي فرمالدئید و پلیکربوکسیلک اسیدها را به منظور رفع این مشکل پیشنهاد کردند. در سالهاي اخیر با پیشرفت فناوري نانو، برخی مواد نانوساختار نیز به گروه ترکیبات ضد چروك اضافه شده است. در تحقیق حاضر به جمعبندي روشهاي مختلف تکمیل نانو بر روي منسوجات میپردازیم.
واژههاي کلیدي: فناوري نانو، چروك، تکمیل ضدچروك، الیاف بشرساخت، ثبات ابعادي.
مقدمه
پنبه ترکیبی از سلولز که یک پلیساکارید است، میباشد. زنجیرهاي سلولز بوسیله پیوندهاي هیدروژنی در جاي خود نگه داشته میشوند. در اثر اعمال یک نیروي زیاد روي الیاف زنجیرهاي سلولزي بر روي یکدیگر سر میخوردند. پیوندهاي هیدروژنی موجود بین زنجیرهاي سلولز در مقابل این سر خوردن مقاومت میکنند. اما به هرحال هنگامیکه سر خوردن اتفاق میافتد، پیوندهاي هیدروژنی در مکان جدید ایجاد میشوند که تمایل به نگهداري الیاف در حالت چروك و خمیدگی دارند.[1] در منسوجات بویژه پارچههاي پنبهاي، حضور گروههاي هیدروکسیل با قابلیت ایجاد پیوند هیدروژنی سبب ایجاد چروك در پارچه میشود. در حضور آب پیوندهاي هیدروژنی از محل قبلی خود باز شده و در محل جدید هک معمولاً مطلوب نیست، تشکیل میشوند که این امر سبب ایجاد چروك در پارچه خواهد شد. درگیر کردن گروههاي هیدروکسیل راهکاري براي ممانعت از ایجاد چروك در منسوجات میباشد. از ترکیبات نانوساختار در تکمیل ضدچروك منسوجات عمدتاًبه منظور تقویت خاصیت کاتالیزوري در ایجاد اتصال عرضی بین سلولز و عامل ایجاد پیوند عرضی استفاده میشود. با افزودن نانو ذرات به عامل ایجاد اتصال عرضی، نانو ذرات در مناطق آمورف الیاف نفوذ میکنند و با ایجاد پیوند هیدروژنی با مولکول لیف جابجایی زنجیرهاي مولکولی سلولز را محدود میکنند و از طرفی واکنش کاتالیستی تشکیل اتصال استر میان حلقه آنیدرید حلقوي و گروه هیدروکسیل سلولز را افزایش می دهد. برخی از این نانو مواد عبارتند از: نانو ذرات دياکسید تیتانیوم - TiO2 - ، نانو ذرات نقره - Ag - ، نانو ذرات سیلیکا - SiO2 - ، نانو ذرات روي - ZnO - ، نانو لولههاي کربن - CNT - و نانو ذرات کیتوسان.[2]
کاربرد نانو فناوري در فرآیند تکمیل منسوجات
نخستین بار از فناوري نانو در صنعت نساجی و پوشاك، در مرحله تکمیل منسوجات با استفاده از نانو ذراتی موسوم به نانو دانهها1 استفاده شد؛ که به اختصار به این فرآیند نانو تکمیل2 گفته میشود. در سالهاي اخیر استفاده از مواد فوق ریزدانه که با استفاده از فناوري نانو تهیه میشوند، در فرآیند تکمیل منسوجات مورد توجه فراوان قرار گرفته است. هدف از به کارگیري نانو مواد یا تکمیلهاي نانومتري بر منسوجات، موظف کردن منسوجات براي ایفاي خصوصیات مختلف نظیر مقاومت در برابر پرتو، خصوصیات ضد میکروبی، خودتمیزشوندگی، کندسوزي، عطرآگینی و ... است؛ که این فرآیند در منسوجات مختلف اعم از الیاف طبیعی نظیر پنبه، پشم، ابریشم و الیاف بشر ساخت نظیر پلیاستر، نایلون و اکریلیک قابل انجام میباشد. فرآیند تکمیل در صنعت نساجی به هرگونه عملیات - به جز تولید منسوجات و رنگرزي - که در طول مسیر تولید منسوج سبب بهبود خواص یا ایجاد خصوصیت جدید در منسوج شود، گفته میشود .[3]
روشهاي تکمیل منسوجات با استفاده از نانو پوششها
نانو پوشش تکمیلی است که تغییراتی را در مقیاس نانو بر سطح منسوجات به وجود میآورد. این تغییرات میتواند با استفاده از قرار دادن مواد نانو ساختار یا ایجاد نایکنواختیهاي سطحی و یا لایههایی با ضخامت نانومتري بر سطح منسوجات به وجود آیند. پوششهاي نانو میتوانند متشکل از یک نوع نانو ساختار و یا کامپوزیتی از چند نوع ترکیب نانو ساختار باشند. بدین منظور میتوان از ترکیبات آلی و معدنی متفاوتی بهره گرفت. دو رویکرد براي استفاده از نانو ساختارها بر روي منسوجات وجود دارد که عبارتند از:
الف -
که به سنتز درجا معروف است، ماده نانو ساختار در حضور منسوج سنتز شده و بدین ترتیب امکان ایجاد پوشش نانومتري بر سطح منسوج وجود دارد مانند سنتز درجاي نانو ذرات نقره بر منسوج پنبهاي. نانو ذرات نقره کاربردهاي گستردهاي در صنایع مختلف دارند، به ویژه اثر ضد میکروبی این ذرات روي پلیمرها و منسوجات شناخته شده است. به منظور ایجاد پوششی از نانو ذرات نقره بر سطح منسوجات، روشهاي مختلفی وجود دارد. در یکی از روشهاي پیشنهاد شده، ابتدا نیترات نقره در حضور قلیا به اکسید نقره و سپس با استفاده از محلول آمونیاك به محلول نقره آمونیاکی تبدیل میشود. در ادامه با افزودن پلیوینیل پیرولیدون به عنوان عامل احیا و پایدارکننده همراه با تابش پرتو فرابنفش نانو ذرات نقره سنتز میشوند. با استفاده از این روش میتوان اندازه نانو ذرات نقره را بر بستر منسوج کنترل نمود. در شکل 1 با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM - میتوان سطح پنبه پوشش داده شده و پوشش داده نشده را با یکدیگر مقایسه نمود. منسوج پنبهاي تکمیل شده به این روش از خاصیت ضد میکروبی و ثبات شستشویی قابل قبولی برخوردار میباشد .[4]
شکل :1 الف - پنبه پوشش داده نشده ب - پنبه پوشش داده شده [4]
ب -
ابتدا ماده نانو ساختار به صورت جداگانه سنتز شده و با استفاده از روشهاي فیزیکی و شیمیایی بر روي کالا پوشش داده میشوند. در صورت استفاده از ذرات از پیش سنتز شده، روشهاي مختلفی براي پوشش دهی منسوجات وجود دارد که به دو گروه اصلی تکمیل مکانیکی و شیمیایی تقسیمبندي میشود.
تکمیل ضد چروك کردن کالاي پنبهاي
الیاف سلولزي نظیر پنبه از دیر باز در صنعت نساجی مورد استفاده قرار میگرفتند. امروزه با وجود پیشرفت و توسعه الیاف بشر ساخت، همچنان الیاف سلولزي در زمره پرمصرفترین الیاف در تولید منسوجات به شمار میروند. یکی از مهمترین معایب استفاده از منسوجات سلولزي، عدم ثبات ابعادي و ایجاد چروك در ساختار منسوجات میباشد. از اوایل دهه بیستم میلادي تحقیقاتی به منظور ضد چروك کردن این منسوجات صورت گرفت. محققین استفاده از ترکیبات شیمیایی گوناگون نظیر رزین هاي فرمالدئید و پلی کربوکسیلک اسیدها را به منظور رفع این مشکل پیشنهاد کردند. در سالهاي اخیر با پیشرفت فناوري نانو، برخی مواد نانو ساختار نیز به گروه ترکیبات ضد چروك اضافه شده است. توانایی الیاف سلولزي نظیر پنبه در پیوند با مولکولهاي آب از اهمیت ویژهاي برخوردار است، مولکولهاي آب میان زنجیرهاي سلولزي قرار گرفته و سبب تورم این الیاف میشوند. مولکولهاي آب فقط قادر به نفوذ به مناطق آمورف بوده و امکان دسترسی به مناطق بلوري ساختار سلولز را ندارند. به همین دلیل تورم به صورت ناحیهاي ایجاد شده و سبب اعمال تنش به ساختار الیاف سلولزي و در نهایت ایجاد چروك میشود. به این ترتیب زنجیرهاي مولکولی سازنده الیاف جابجا شده و این امر سبب شکسته شدن پیوندهاي هیدروژنی مابین زنجیرها و ایجاد پیوندهاي هیدروژنی در محلهاي جدید میشود. به همین دلیل استفاده از وسایلی نظیر اتو سبب
