برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۰ تا ۱۳۹۷/۰۵/۲۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۰,۷۲۷
  • بازدید این ماه ۹۳
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۶۷
  • قبول شدگان ۱۲۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۷۶
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۹
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد نانوفناوری در فرایند تکمیل منسوجات

نخستین بار از نانوفناوری در صنعت نساجی و پوشاک، در مرحله تکمیل منسوجات با استفاده از نانوذراتی موسوم به نانودانه‌ها (Nano beads) استفاده شد؛ به این فرایند به اختصار نانوتکمیل (Nano finishing) اطلاق می‌شود. در سال‌های اخیر استفاده از مواد فوق‌ریزدانه که با استفاده از نانوفناوری تهیه می‌شوند، در فرایند تکمیل منسوجات مورد توجه فراوان قرار گرفته است. هدف از به کارگیری نانومواد یا تکمیل‌های نانومتری بر منسوجات، موظف کردن منسوجات برای ایفای خصوصیات مختلف نظیر مقاومت در برابر پرتو، خصوصیات ضدمیکروبی، خودتمیزشوندگی، کندسوزی، عطرآگینی و ... است؛ که این فرایند در منسوجات مختلف اعم از الیاف طبیعی نظیر پنبه، پشم، ابریشم و الیاف بشرساخت نظیر پلی‌استر، نایلون و اکریلیک قابل انجام است.
1. مقدمه
فرایند تکمیل در صنعت نساجی به هرگونه عملیات (به جز تولید منسوجات و رنگرزی)که در طول مسیر تولید منسوج سبب بهبود خواص یا ایجاد خصوصیت جدید در منسوج شود؛ گفته می شود. فرایند تکمیل منسوجات به دوگروه اصلی تکمیل مکانیکی و شیمیایی تقسیم بندی می شود.

1.1 تکمیل مکانیکی
تکمیل مکانیکی شامل استفاده از اصول فیزیکی نظیر اصطکاک، کشش، اعمال گرما و فشار بر منسوج است. روش های مختلف تکمیل مکانیکی در صنعت نساجی مورد استفاده قرار می گیرد که در این میان کالندر کردن (calendaring) یکی از پرکاربردترین روش ها محسوب می شود. در این روش منسوج از میان دوغلتک، تحت فشار و دمای مشخص عبور داده شده و به این ترتیب سبب ایجاد فشردگی، صافی، نرمی، یکنواختی، براقیت و... منسوج می شود.

2.1 تکمیل شیمیایی
گستره وسیعی از خصوصیات با استفاده از تکمیل منسوجات با مواد شیمیایی مختلف قابل ایجاد می باشد. از جمله مهم ترین روش های تکمیل شیمیایی می توان به پَد کردن (Padding){ به وارد کردن محلول به درون ساختار منسوج از طریق گذر منسوج از میان دو غلتک مماس پد کردن گفته می شود. فشار غلتک ها تعیین کننده میزان ماده وارد شده به بستر منسوج می باشد.}، رمق کشی (Exhaustion){فرایند جذب مواد موثراعم از رنگزا یا مواد تکمیلی از محلول توسط منسوج که براساس میزان تمایل(affinity) منسوج به آن ماده صورت می گیرد}، پوشش دهی (Coating){قرار دادن یک لایه با ضخامت مشخص در یک یا دو طرف منسوج با استفاده از روش های مختلف نظیر پوشش دهی چاقویی، کف و ...}، افشانه (Spraying) و استفاده از کف(Foam) اشاره کرد که در شکل 1 نمایی از برخی روش ها نشان داده شده است.

filereader.php?p1=main_cb8cc6171c945dd53    filereader.php?p1=main_10330cc6396299d58
filereader.php?p1=main_b71766ad2cea79117
شکل 1. برخی از روش های تکمیل شیمیایی منسوجات

با پیشرفت نانوفناوری، چشم انداز جدیدی در تکمیل شیمیایی منسوجات ایجاد شد؛ که با استفاده از مواد با ابعاد بزرگ تر دستیابی به خصوصیاتی نظیر خودتمیزشوندگی امکان پذیر نبود. استفاده از پوشش های نانومتری بر منسوجات تاثیر نامطلوب بر زیردست و خواص اصلی منسوجات تکمیل شده ندارد. برای مثال روش سُل ژل در دمای کم و یا استفاده از نسـل جدید رزیـن های پلیمری، استفاده از فـناوری پلاسما و روش لایـه نشانی خودآرا (self assembling layer-by-layer) قابلیت های جدیدی را در زمینه تکمیل شیمیایی منسوجات فراهم آورده است[1].

2. استفاده از نانوفناوری در تکمیل منسوجات
با استفاده از نانوفناوری امکان ایجاد خصوصیات جدید در منسوجات فراهم آمده است که برخی از این خصوصیات در شکل 2 نشان داده شده است.

filereader.php?p1=main_76fc44cc3c7739b06
شکل 2. برخی خصوصیات منسوجات عمل شده با نانوساختارها

نانوساختارهای مورد استفاده در تکمیل منسوجات از نظر نحوه عملکرد به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند.

• ویسکرها (Whiskers)
در طبیعت، زنجیرهای سلولزی به صورت بلورهای فشرده (ویسکر) آرایش می یابند؛ که این ساختار از طریق پیوندهای هیدروژنی درون و میان مولکولی تثبیت می شود و به این سبب در آب و اکثر حلال های آلی انحلال ناپذیر هستند. واژه "ویسکر"به نانوالیاف میله ای شکل بلوری گفته می شود[2].

filereader.php?p1=main_7215479fbb5429338
شکل 3. ویسکرها با استفاده از عامل اتصال دهنده به سطح الیاف متصل شده و سبب تغییر خواص الیاف می شوند.

از جمله کاربردهای تکمیل منسوجات با استفاده از ویسکرها می توان به دافع آب و لک کردن منسوجات بدون تغییر در میزان قابلیت تنفس(عبور هوا) منسوجات اشاره کرد. از این رو در مقایسه با منسوجات تکمیل شده با رزین از مقبولیت بیشتری برخوردار می باشند.

filereader.php?p1=main_bad5b4036fffbd72b
شکل 4. نمونه ای از منسوج تکمیل شده با نانوویسکرها

از جمله مزایای استفاده از ویسکرها برای تکمیل منسوجات می-توان به ایجاد خاصیت دافع آب،روغن و لکه، ثبات شستشویی قابل توجه، مقاوم ساختن پارچه در برابر چروک پذیری، حفظ قابلیت عبور هوا از پارچه و حفظ نرمی و زیردست (handle){احساس ناشی از لمس پارچه توسط فرد ارزیاب} طبیعی الیاف اشاره کرد[3].

• توری ها(nets)
قرارگیری الیاف در مرکز (هسته) توری های نانومتری با ساختار مولکولی سه بعدی، امکان تغییر خواص الیاف بشرساخت نظیر پلی استر را فراهم آورده و به این الیاف زیردستی مشابه پنبه یا لینن می بخشد. خاصیت موئینگی ایجاد شده، سبب جذب و انتشار سریع رطوبت بدن را فراهم کرده و خشک شدن سریع منسوج سبب خنک شدن و راحتی فرد استفاده کننده از این لباس می شود.

filereader.php?p1=main_2cbf0d901f0c138ac
شکل 5. نمایی از استفاده از نانوتوری روی الیاف به منظور بهبود خواص الیاف بشرساخت

• لفاف ها(wraps)
لفاف های نانومتری با دربرگرفتن الیاف به صورت کامل سبب تغییر و بهبود خواص الیاف می شوند. این نوع تکمیل سبب افزایش استحکام، بهبود ثبات رنگ، جلوگیری از چروک پذیری و مقاومت در برابر الکتریسیته ساکن می شود. در شکل 6 طرح واره ای از یک لیف درون لفاف نانومتری و یک شلوار تهیه شده از پارچه معمولی و پارچه تکمیل شده با الیاف یاد شده پس از 50 بار شستشو نشان داده شده است[3].

filereader.php?p1=main_5bbeecc6a2d947bc6
شکل 6. نمایی از الیاف و منسوجات دارای لفاف نانومتری

• سایر نانوساختارها
در صنعت نساجی نانوساختارهایی نظیر نقره، دی اکسید سیلیکون، دی اکسیدتیتانیوم، اکسید روی، اکسید (هیدروکسید)های آلومینیوم، نانوذرات خاک رس(nanoclay)، نانولوله های کربن، کربن بلک، اکسید (هیدروکسید) های مس، طلا، آهن و... بیشترین کاربرد را دارا می باشند. در شکل 7 برخی ویژگی های ناشی از استفاده از نانومواد در نساجی اشاره شده است[4].

filereader.php?p1=main_1f6577576bbe1b50d
شکل7. نانوساختارهای پرکاربرد در نساجی

با استفاده از نانومواد یا ساختارهای نانومتری امکان ایجاد عملکرد موردنظر در منسوجات وجود دارد. هنگامی که از نانومواد در فرایند تولید یا تکمیل منسوجات استفاده می شود؛ این مواد ممکن است به درون الیاف وارد شده و یا به صورت پوشش بر روی سطح لیف قرار گیرد(شکل 8)[4].

filereader.php?p1=main_38b628bd57a2d715a
شکل8. روش های قرارگیری نانومواد در منسوجات

3. تکمیل منسوجات با استفاده از نانومواد
با استفاده از نانومواد و ساختارهای نانومتری گستره وسیعی از خصوصیات را می توان در منسوجات به وجود آورد.در ادامه به معرفی برخی انواع تکمیل منسوجات اشاره می شود و در جلسه های آینده هریک از موارد به تفصیل شرح داده خواهد شد.

1.3. منسوجات ضدمیکروب، ضد بو و عطرآگین

منسوجات ضدمیکروب را می توان به سه گروه اصلی تقسیم بندی نمود:
• منسوجات با خاصیت فعال شوندگی در برابر نور(Photoactive): منسوجات تکمیل شده با دی اکسید تیتانیوم که در اثر جذب نور، الکترون های والانس به تراز انرژی بالاتر منتقل شده و سبب اکسیداسیون غشاء سلولی میکروارگانیزم ها می شود[5].
• منسوجات با موادضدمیکروب غیرقابل انتشار: موادضدمیکروب در ماتریس منسوج یا پوشش روی منسوج تعبیه می شوند. خاصیت ضد میکروبی ناشی از برهم کنش میان بارمثبت ماده ضدمیکروب و بار منفی غشاء سلولی میکروارگانیزم است که سبب انهدام و جلوگیری از رشد و تکثیر میکروب می شود.
• منسوجات با قابلیت رهایش موادضدمیکروب تعبیه شده در آن ها: در این حالت ماده ضدمیکروب نظیر تریکلوسان، نقره و مس منتشر شده و سبب جلوگیری از رشد میکروب می شوند[6].

2.3. منسوجات خودتمیزشونده
سه روش مختلف برای ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی در منسوجات مورد استفاده قرار می گیرد.
• در روش اول نانوذرات با قابلیت فوتوکاتالیستی ((TiO2 که بر سطح منسوج قرار داده می شوند از توانایی تجزیه لکه های آلی برخوردار هستند[7].
• در روش دوم با اَبَر آب گریز کردن سطح منسوجات با استفاده از نانولوله های کربنی، نانوذرات سیلیکا و کامپوزیت های پلیمری حـاوی فلوئـور(فلوئورواکریلات)/نانوذرات، قطرات آب که بر سطح منـسوج می لغزند؛ آلاینده های سطحی منسوج را جدا می کنند[8].
• ایجاد ساختارهای نانومتری بر سطح منسوج که مانع چسبندگی سطح شده و امکان دفع آلاینده های سطحی را فراهم می آورد. برای مثال می توان از ایجاد شبکه ای از SiO2 در هگزادسیل تری اتوکسی سیلان بر الیاف ویسکوز به روش سُل-ژل اشاره کرد[6].

filereader.php?p1=main_230ee1d539e04512a
شکل9. برآمدگی های نانوساختار بر سطح منسوجات مانع چسبندگی سطح می شود

. منسوجات جاذب رطوبت
از نانومواد می توان برای اصلاح سطح آب دوست منسوجات استفاده کرد که این امر سبب بهبود رنگ پذیری پارچه می شود. استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم که با روش رسوب نشانی لایه لایه روی سطح منسوج قرار داده شده است برای افزایش جذب آب منسوج پیشنهاد شده است. در این روش از نانوذرات TiO2 حاوی بار منفی و پلی دی متیل دی آلیل آمونیوم کلراید(PDAC) دارای بارمثبت برای لایه نشانی استفاده می شود[9].

4.3. منسوجات کندسوز
از نانوذرات رس(montmorillonite) ، Sb3O2 ، بوروسیلوکسان و نانولوله کربن برای کندسوز کردن منسوجات استفاده می شود. هرچند استفاده از نانوذرات در مرجله ذوب ریسی الیاف بشرساخت بیشتر گزارش شده است، با این وجود تکمیل منسوجات با استفاده از نانوذرات یاد شده نیز منجر به تولید منسوجات کندسوز می شود[10،11].

نتیجه گیری
از نانوذرات در تکمیل منسوجات به منظور ایجاد خواص متفاوت استفاده می شود. در این جلسه به اختصار به چند نوع از تکمیل منسوجات اشاره شد، در جلسه های بعد به تفصیل انواع تکمیل منسوجات با نانوذرات بیان خواهد شد.

منابـــع و مراجــــع

1. Roshan paul, functional finishes for textiles improving comfort, performance and protection, woodhead publishing series in textiles: number 156.

2. S. K. Bajpai, v. Pathak, navinchand, bhawna soni, cellulose nano whiskers (cnws) loaded-poly(sodiumacrylate) hydrogels. Part 1. Effect of low concentration of cnws on water uptake, journal of macromolecular science, part a: pure and applied chemistry (2013) 50, 466–477.

3. Ashish Kumar, Nano Finishes in Textiles, Novozymes South Asia Pvt Ltd

4. Bickel,M. and Som,C. (2011): nano textiles - Grundlagen und Leitprinzipien zur effizienten Entwicklung nachhaltiger Nanotextilien. www.empa.ch/plugin/template/empa/113719.

5. Daoud, W.A., J.H. Xin, and Y.H. Zhang, Surface functionalization of cellulose fibers with titanium dioxide nanoparticles and their combined bactericidal activities. Surface Science, 2005. 599(1-3): p. 69-75.

6. Mahltig, B., H. Haufe, and H. Bottcher, Functionalisation of textiles by inorganic sol-gel coatings. Journal of Materials Chemistry, 2005. 15(41): p. 4385-4398.

7. Daoud, W.A. and J.H. Xin, Low temperature sol-gel processed photocatalytic titania coating. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2004. 29(1): p. 25-29.

8. Liu, Y.Y., et al., Artificial lotus leaf structures from assembling carbon nanotubes and their applications in hydrophobic textiles. Journal of Materials Chemistry, 2007. 17(11): p. 1071-1078.

9. Krogman, K.C., et al., Automated process for improved uniformity and versatility of layer-by-layer deposition. Langmuir, 2007. 23(6): p. 3137-3141.

10. Beyer, G., Short communication: Carbon nanotubes as flame retardants for polymers. Fire and Materials, 2002. 26(6): p. 291-293.

11. Anna, P., et al., Intumescent flame retardant systems of modified rheology. Polymer Degradation and Stability, 2002. 77(2): p. 243-247.