بخشی از مقاله
چکیده
هدف ازاین پژوهش ساخت نانوذرات سیلیکای متخلخل می باشد که در ترکیب با رنگ ترموکرومیک قابلیت ترکیب بعدی با منسوجات را یافته است. نانوسیلیکاها تحت شرایط قلیایی در حضور ماده فعال سطحی هگزادسیل تری متیل آمونیوم کلرید تهیه شده و در ترکیب با ماده ارگانوسیلان دی متیل اکتادسیل - -3]تری متوکسی سیلیل - پروپیل[ آمونیوم کلرید - - C18-NTMS به قابلیت رسیدند. این رنگ با نانوذرات سیلیکای متخلخل به دو روش متفاوت ترکیب گردید: فشرده سازی هم زمان با سنتز ماده، و پیوندزنی با ماده حاصله، یعنی با افزودن رنگ طی یا بعد از سنتز نانوسیلیکا به ترتیب انجام می شود.
نانوسیلیکاهایی که به کمک رنگ ترموکرومیک به قابلیت درآمده اند به طور موثری روی پارچه نخی تثبیت گردیده و آزمایش هایی برای تایید مقاومت در مقابل شستشو انجام گردید. بعد از شستشو، کاهش جزئی در مقدار سیلیکا مشاهده گردید، ولی بیشتر آن روی پارچه باقی ماند. پارچه هایی که به قابلیت درآمدند تغییر رنگ را در شرایط مختلف از خود نشان دادند.
مقدمه
مواد ترموکرومیکی توجه قابل ملاحظه ای را هم در صنعت و هم در علم به خود جلب کرده است. ترکیب رنگ های ترموکرومیک با منسوجات می تواند اثر تغییر رنگ جالبی را همراه با حسگری تغییرات محیطی و نیز تقویت محافظت در مقابل اشعه UV را داشته باشد.
قابلیت بخشیدن به منسوجات برای ارائه خصوصیات جدید می تواند با استفاده از تکنولوژی های جدید طی تولید نخ یا از طریق اصلاحات پس از تولید در سطح فیبرها طی مرحله روکش کاری حاصل شود. مواد در مقیاس نانو نظیر نانوذرات سیلیکا، نانوذرات تیتانیوم اکسید، و نانولوله های کربنی به صورت داربست های احتمالی برای تولید منسوجات کاربردی با عملکرد بهبود یافته ای برای هزاران کاربرد، و گسترش دامنه کاربرد آن ها و در عین حال با حذف خصوصیات آن ها نظیر ظاهر، بافت و دوام در مقابل شستشو پدیدار گردیدند.
گروه های تحقیقاتی بی شماری در کار تهیه نانوسیلیکاهای متخلخل به قابلیت درآمده به وسیله روش فشرده سازی هم زمان با سنتز ماده و دارای ثبات کلوئیدی بالا، بارگیری بالای گروه های فعال و اندازه ذره یکنواخت فعالیت دارند.
ابداع منسوجات جدید با کارایی بالا از توجه زیادی برخوردار شده است و انگیزه آن تقاضا برای پارچه هایی بوده که دارای خصوصیات بهبود یافته نظیر ویژگی ترموکرومیکی و فتوکرومیکی می باشد. تثبیت رنگ ها در نانوذرات سیلیکا قبل از ترکیب شان با سوبستراهای پارچه ای یک فرایند نوآورانه می باشد که باعث افزایش قابلیت ثبات رنگ و نیز دوام رنگ و مقاومت رنگ می شود. در واقع، در متون علمی گزارش شده است که دوام رنگینه نسبت به رنگبری را می توان به وسیله ترکیب آن با حالت سل سیلیکاها چه به شکل اصلاح نشده و چه اصلاح شده به کمک ترکیبات ارگانوسیلان قابل پیوند عرضی بهبود داد. در عوض، رنگینه ها را می توان با عوامل فعال کننده مناسبی قبل از واکنش شان با پیش سازهای سیلیکا اصلاح نمود تا ذرات سیلیکای تقویت شده با رنگینه حاصل گردد.
هدف این مقاله سنتز و قابلیت بخشی به نانوذرات سیلیکا به کمک رنگینه ترموکرومیکی بوسیله دو روش متفاوت می باشد. تست های اولیه نتیجه تثبیت آن ها روی پارچه نخی با استفاده از سیلیکاهای به قابلیت درآمده توسط رنگینه ترموکرومیکی انجام پذیرفت.
نانوذرات سیلیکا تحت شرایط قلیایی در حضور یک ماده فعال سطحی سنتز گردیده و با رنگ ترموکرومیک به وسیله فرایند قابلیت سازی پس از سنتز ماده - پیوند زنی پس از سنتز ماده - و تکنیک فعالسازی در محل - فشرده سازی در زمان سنتز ماده - دارای قابلیت گردیدند. تفاوت این دو روش این است که در تکنیک اول نانوسیلیکا تهیه گردیده و بعد با رنگینه به قابلیت در می آید درحالی که در تکنیک دوم رنگ به مخلوط واکنش طی سنتز نانو ماده اضافه می گردد.
سرانجام اینکه، نانوسیلیکاهای به قابلیت درآمده با رنگ ترموکرومیک حاصل با پارچه نخی ترکیب شده تا خصوصیت ترموکرومیک را بدست دهد. تغییر رنگ و مقاومت به شستشو در پارچه های حاصل نیز بررسی گردید. از طریق این شیوه عملیاتی تلاش داریم روی تقویت مقاومت رنگ به شستشو و نیز افزایش دوام و ماندگاری خصوصیات رنگ ترموکرومیک را مورد مطالعه قرار دهیم. طبق متون علمی، پیش بینی شده که تکنیک کپسول سازی رنگینه ها روی نانوذرات سیلیکا قبل از ترکیب آن با پارچه باعث تقویت ماندگاری رنگ و مقاومت در برابر شستشو می گردد.
روش آزمایش
مواد
محلول آبی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم کلرید - CTAC, 25 wt% - ، تری اتانول آمین - TEA' 99,5% - ، تترا اتیل اورتوسیلیکات - TEOS' 99% - ، محلول دی متیل اوکتادسیل - -3]تری متوکسی سیلیل - پروپیل[ آمونیوم کلرید C18-NTMS, 42 wt% - در متانول - ، آمونیوم نیترات - NH4 NO3' 99% - ، و هیدروکلریک اسید HCl, 37% - ، درجه آنالیز - از شرکت 1 Sigma-Aldrichخریداری گردید. اتانول از شرکت Carlo Erba و متانول با درجه گرادیان HPLC از شرکت VWR تهیه گردید. رنگینه ترموکرومیکی - جوهر از نوع - Chromicolor Aqualite Ink توسط شرکت 2HORQUIM تهیه گردید.
کلیه مواد شیمیایی به شکل اولیه و بدون هیچ گونه تخلیص اضافی به کار گرفته شد. آب مقطر با قابلیت هدایت پذیری در یک دستگاه Milli-Q Millipore با منافذ میلیمتری بدست آمد.
پارچه نخی که خصوصیات ذیل را داشت: 100 درصد نخ که برای رنگ آمیزی تهیه شده بود - تار 3726 نخ، پود 52 نخ - ، که قبلا آهارزدایی و رنگ زدایی شده بود.
تهیه نانوذرات سیلیکا
نانوذرات سیلیکای متخلخل که با ارگانوسیلان C18-NTMS به قابلیت درآمده بود با روش فشرده سازی همزمان با سنتز ماده بین TEOS و ارگانوسیلان با استفاده از ماده TEA به عنوان پایه و ماده CTAC به عنوان الگو سنتز گردید که از روش های اتخاذ شده از متون پیروی می کرد - رفرانس 13 و . - 14 یک محلول استاک - مادر - به ترتیب ذیل تهیه گردید: 64,0 mL آب - 3,55 mol - ، 10,5 mL اتانول - 0,179 mol - ، و 10,4 mL ماده - 7,86 mmol - CTAC با هم ترکیب شده و برای ده دقیقه در درجه حرارت اتاق هم زده شد.
بعد، مقدار 4,1 mL از ماده - 0,031 mol - TEA به محلول بالا اضافه گردید، که منجر به مقدار pH حدود 11 گردید. بعد، 60 mL از این محلول در یک حمام روغن تا درجه حرارت 60 درجه سانتیگراد حرارت دیده شد، و به آن مقدار 4,35 mL از ماده TEOS - 19,5 mmol - و 0,92 mL از ماده - 3,9 mmol - C18-NTMS به حالت قطره قطره - در عرض 2 تا 3 دقیقه - تحت شرایط هم زدن شدید اضافه گردید. بعد از 2 ساعت، سوسپانسیون تا درجه حرارت اتاق خنک سازی گردید و بعد به آن 150 mL متانول افزوده شد.
رسوب حاصل برای مدت 15 دقیقه با سرعت 14 هزار rpm سانتریفیوژ گردید. نمونه تهیه شده با فرمول نشان داده خواهد شد
دو نمونه دیگر، که با فرمول و نشان داده می شود - جدول - 1، بدون افزودن C18-NTMS و CTAC_SiO2 به مخلوط واکنش به ترتیب تهیه گردید.
عصاره گیری از الگو و یا شستشوی سیلیکای متخلخل یعنی نمونه های و با عملیات ذیل انجام گردید: نانوسیلیکای سانتریفوژ شده در 150 mL محلول آمونیوم نیترات اتانولی - 0,25M - مجددا پاشیده شد و مجددا برای 1 ساعت تحت جریان برگشتی قرار گرفت. این عملیات مجددا تکرار گردید. برای جایگزینی یون های امونیومی در این ساختار، این عملیات با مقدار 150 mL از یک محلول اتانولی هیدروکلریک اسید - 0,14 M - تکرار گردید. بعد از سانتریفیوژ، رسوب در 150 mL اتانول مجددا پاشیده شده و بعد برای 15 دقیقه با سرعت 14 هزار rpm دو بار سانتریفوژ گردید. مواد نهایی در یک آوون با درجه حرارت 80 درجه سانتیگراد خشک گردید.
جدول -1شرایط آزمایشی برای سنتز مواد مختلف
در مورد نمونه ، بعد از سانتریفوژ رسوب با 150 mL اتانول - با هم زدن شدید - شستشو گردید و بعد برای 5 دقیقه با سرعت 14000 rpm سانتریفیوژ گردید. این عملیات یک بار دیگر هم تکرار شد. نانوماده حاصله سرانجام در یک آوون در درجه حرارت 80 درجه سانتیگراد خشک گردید.
قابلیت دهی به نانوذرات سیلیکا با رنگینه ترموکرومیکی
نمونه برای قابلیت دهی با رنگینه ترموکرومیک انتخاب گردید چرا که یک ناحیه سطحی قابل قبولی را با یک روش تهیه سر راست در مقایسه با نمونه هایی که در آن CTAC به کار رفته، نشان داده است.
قابلیت سازی با روش فشرده سازی هم زمان با سنتز ماده: نانوذرات سیلیکا که با رنگینه قابلیت سازی شده بودند با پیروی از شیوه های عملیاتی مشابه آن هایی که در قسمت - تهیه نانوذرات سیلیکا - برای نمونه نشان داده شد، با افزودن رنگینه به محلول مادر - استاک - قبل از گرم سازی آن سنتز گردید. نمونه قابلیت سازی شده با رنگینه ترموکرومیکی نامیده می شود. دو نمونه دیگر به نام و به همان شیوه نمونه ولی به ترتیب با غلظت رنگینه ده برابر کمتر و بالاتر تهیه گردید
