برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

آمار مقاله
  • بازدید کل ۸,۵۹۹
  • بازدید این ماه ۸
  • بازدید امروز ۸
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۳۲
  • قبول شدگان ۸۷
  • شرکت کنندگان یکتا ۵۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۰
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

روش های تکمیل منسوجات با استفاده از نانوپوشش ها

نانوپوشش تکمیلی است که تغییراتی را در مقیاس نانو بر سطح منسوجات به وجود می آورد. این تغییرات می تواند با استفاده از قراردادن مواد نانوساختار یا ایجاد نایکنواختی های سطحی (زبری) (nano roughness) و یا لایه هایی با ضخامت نانومتری بر سطح منسوجات به وجود آیند.
1. مقدمه
پوشش های نانو می توانند متشکل از یک نوع نانوساختار و یا کامپوزیتی از چند نوع ترکیب نانوساختار باشند. بدین منظور می توان از ترکیبات آلی و معدنی متفاوتی بهره گرفت. دو رویکرد برای استفاده از نانوساختارها بر روی منسوجات وجود دارد
• در روش اول که به سنتز درجا معروف است، ماده نانوساختار در حضور منسوج سنتز شده و بدین ترتیب امکان ایجاد پوشش نانومتری بر سطح منسوج وجود دارد.
• در روش دیگر ابتدا ماده نانوساختار به صورت جداگانه سنتز شده و با استفاده از روش های فیزیکی و شیمیایی بر روی کالا پوشش داده می شوند. در صورت استفاده از ذرات از پیش سنتز شده، روش های مختلفی برای پوشش دهی منسوجات وجود دارد.
از سوی دیگر روش های متفاوتی برای ایجاد لایه های نانوساختار بر منسوجات وجود دارد که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

2. پوشش دهی منسوجات با استفاده از سنتز درجای نانوذرات
1.2. سنتز درجای نانوذرات مس بر سطح پارچه نایلونی

بدین منظور از نمک های مختلف مس به عنـوان پیش ماده استفاده می شود.. از آنجایی که ذرات مس نسبت به فرآیند اکسید شدن حساس هستند، همواره استفاده از ستیل تری متیل آمونیوم برمید (CTAB) به عنوان سطح فعال و ضد اکسید کننده (آنتی اکسیدان) و اسکوربیک اسید به عنوان احیاکننده پیشنهاد می شود. ایجاد نانوپوشش مس بر سطح نایلون سبب ایجاد خاصیت ضد میکروبی منسوج می شود. همچنین در این روش به دلیل ایجاد پیوندهای شیمیایی میان نانوذرات مس و زنجیرهای پلی آمیدی استحکام منسوج نایلونی افزایش می یابد[1].

filereader.php?p1=main_ccd3beaf04f96a5f3
شکل1. سنتز درجای نانوذرات مس بر سطح منسوج نایلونی[1]

2.2 . سنتز درجای نانوذرات نقره بر منسوج پنبه ای
نانوذرات نقره کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند، به ویژه اثر ضدمیکروبی این ذرات روی پلیمرها و منسوجات شناخته شده است. به منظور ایجاد پوششی از نانوذرات نقره بر سطح منسوجات، روش های مختلفی وجود دارد. در یکی از روش های پیشنهاد شده، ابتدا نیترات نقره در حضور قلیا به اکسیدنقره و سپس با استفاده از محلول آمونیاک به محلول نقره آمونیاکی تبدیل می شود. درادامه با افزودن پلی وینیل پیرولیدون به عنوان عامل احیا و پایدارکننده همراه با تابش پرتو فرابنفش نانوذرات نقره سنتز می شوند. با استفاده از این روش می توان اندازه نانوذرات نقره را بر بستر منسوج کنترل نمود. در شکل2 با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) می توان سطح پنبه پوشش داده شده و پوشش داده نشده را با یکدیگر مقایسه نمود. منسوج پنبه ای تکمیل شده به این روش از خاصیت ضد میکروبی و ثبات شستشویی قابل قبولی برخوردار می باشد[2].

filereader.php?p1=main_76fc44cc3c7739b06
شکل 2.الف) پنبه پوشش داده نشده ب) پنبه پوشش داده شده [2]

3. روش های پوشش دهی منسوجات با مواد نانوساختار
1.3. روش آغشته سازی(pad)

در این روش پارچه به مدت کوتاهی به محلول حاوی نانوذرات آغشته شده و سپس از طریق فشار بین دو غلتک ذرات به داخل بافت منسوج نفوذ می کنند. نحوه عملکرد این روش در شکل3 آمده است.

filereader.php?p1=main_7215479fbb5429338
شکل 3. روش آغشته سازی [5].
2.3. روش رمق کشی
در این روش منسوج در شرایط مشخص درون یک محلول قرار داده می شود و در این مدت مقدار زیادی از نانوذرات موجود در محلول را برداشت می کند که معمولاً این روش با اعمال حرارت و طی زمان طولانی تری نسبت به روش قبل صورت می گیرد.

3.3. روش افشانه نانوذرات بر سطح منسوجات
استفاده از افشانه روش دیگری برای تکمیل شیمیایی منسوجات با میزان کمتر مصرف آب نسبت به روش هایی نظیر آغشته سازی و رمق کشی است. در این روش می توان از یک یا دو افشانه برای پوشش دهی یک یا دوطرف منسوج استفاده نمود. نازل های افشانه باید به نحوی در امتداد عرض پارچه قرار داده شوند تا علاوه بر پوشش دهی سراسر پارچه، مناطق پوشش داده شده هم پوشانی نداشت باشند. در این روش نفوذ محلول در منسوج به میزان محلول استفاده شده برای افشانه و خاصیت ذاتی الیاف در جذب مایعات وابسته است. برای مثال در پارچه پنبه ای به دلیل قابلیت مناسب جذب مایعات، محلول مورد استفاده کمتر به سمت دیگر پارچه مهاجرت می کند، در صورتی که برای پلی استر یا سایر الیاف آبگریز ، امکان جذب مایعات توسط الیاف بسیار کم است و این عمل می بایست از طریق خاصیت موئینگی الیاف صورت پذیرد. در شکل 4 نمایی از یک سامانه تکمیل افشانه ای پارچه نشان داده شده است. از این روش برای پوشش دهی منسوجات با نانوذرات از پیش سنتز شده استفاده می شود[5].

filereader.php?p1=main_a42b5430700ef13c2
شکل 4. سامانه تکمیل افشانه ای پارچه[5].

4.3. لایه نشانی نانوذرات با استفاده از کف
روش لایه نشانی از طریق کف یکی از روش های تکمیل شیمیایی منسوجات است که با استفاد از آن به مقدار قابل توجهی در میزان مصرف آب صرفه جویی می شود. برای ایجاد کف، از یک ماده سطح فعال یا عامل ایجاد کف استفاده می شود. چگالی کف که از پارامترهای مهم در این روش است به نسبت حجم کف به حجم مایع اولیه گفته می شود. در کف هایی با چگالی کمتر نسبت به کف های با چگالی زیادتر، اندازه حباب های مایع بزرگ تر است. پایداری کف وابسته به استحکام دیواره حباب های مایع است و افزودن یک ماده غلظت دهنده یا پلیمر انحلال پذیر در آب که گرانروی مایع را افزایش دهد منجر به پایداری بیشتر کف می شود. کف های پایدار با استفاده از سیستم چاقویی یا غلتک پوشش دهنده دوار افقی، و کف های با پایداری متوسط با استفاده از سامانه تولید و اعمال همزمان کف بر روی منسوجات پوشش داده می شوند. پس از اعمال کف، پارچه از میان غلتک های تحت فشار و یا منطقه تحت خلاء عبور می کند تا حباب مایع ترکیده و مایع به داخل پارچه نفوذ کند[5].

filereader.php?p1=main_2cbf0d901f0c138ac
(الف) (ب)
شکل 5 سامانه پوشش دهی چاقویی کف (الف) و سامانه تولید و پوشش دهی همزمان کف(ب)[5].

از این روش برای پوشش دهی منسوجات با نانوذرات استفاده می شود. مزیت دیگر این روش، خشک شدن سریع منسوجات بدون نیاز به اعمال درجه حرارت زیاد است، که امکان استفاده از این روش را برای پوشش دهی منسوجات با نانوساختارهای حساس به دما فراهم می آورد.

5.3. نمونه هایی از پوشش دهی منسوجات با مواد نانوساختار
1.5.3. نانو پوشش دندریمری ( درخت سان)

دندریمرها دسـته ای از پلیمرهای پـرشاخه بوده که دارای تعداد زیادی گروه جانبـی هستند. پلی پـروپیلن ایمین و پلـی آمیدوآمین دو دندریمر پرکاربرد هستند که دارای گروه انتهایی آمین می باشند. این دندریمر ها در محیط اسیدی پروتون جذب کرده و بدین ترتیب، خواصی نظیر ضد میکروبی را از خود نشان می دهند که این خواص به نوع گروه های انتهایی دندریمرها وابسته است به منظور به کارگیری این ترکیبات بر روی سطح منسوجات می توان از روش رمـق کشی و یا پـد اسـتفاده نمـود، که در ایـن صورت نیـاز به استـفاده از یک عامـل اتصال دهـنده نظـیر پلـی کربوکسیلیک اسید می باشد. در شکل6 نحوه واکنش دسته ای از این ترکیبات که دارای گروه آمین انتهایی هستند، بر روی سطح سلولز نمایش داده شده است. نانو پوشش دندریمری با گروه انتهایی آمین منجر به ایجاد خواصی همچون ضد میکروبی، جذب بالای رنگ های آنیونیک، تاخیر در شعله پذیری و حبس نانو ذرات می شود. با استفاده از دندریمرها امکان حبس و رهایش ترکیبات مختلفی همچون دارو و کاتالیست ها بر روی پارچه وجود دارد[6].

filereader.php?p1=main_5bbeecc6a2d947bc6
شکل 6. مکانیزم های ممکن برای گرافت پلیمر درخت سان به سطح پارچه پنبه ای با استفاده از عوامل اتصال دهنده عرضی.


مرحله اول: اتصال عرضی به سلولز از طریق سیتریک اسید و گلوتاریک اسید و مرحله دوم: واکنش آمید شدن حرارتی[6]
2.5.3. نانوپوشش سیکلودکسترین
سیکلودکسترین ها ترکیباتی بر پایه گلوکز هستند. در صنعت نساجی از نوع بتا بیش از دو نوع دیگر سیکلودکسترین استفاده می شود. این ترکیب به دلیل قرارگیری گروه های هیدروکسیل در قسمت بیرونی مخروط، از قسمت بیرونی آب دوست بوده در حالی که قسمت درونی آن ها غیرقطبی می باشد. در شکل 7 زیر نمایی از این ترکیب ملاحظه می شود.

filereader.php?p1=main_1f6577576bbe1b50d
شکل7 .ساختار بتاسیکلودکسترین

تکمیل منـسوجات بتـاسیکلـودکسترین، امکان حبـس ترکیبات معطر، دارو و سایر ترکیـبات آب گریز را فراهـم می آورد. برای مثال در تحقیقی که از این ترکیب برای ایجاد خاصیت ضدمیکروب استفاده شده است. بتاسیکلودکسترین از طریق یک عامل اتصال دهنده همچون سیتریک اسید و کاتالیزوری مانند سدیم هیپوفسفیت بر روی پارچه سلولزی به روش رمق کشی متصل شد و سپس داروی سیپروفلوکساسین از طریق قرارگیری پارچه در محلول محتوی این دارو به مدت چند ساعت در دمای محیط، درون بتاسیکلودکسترین بارگذاری شد نتایج حاکی از ایجاد خاصیت ضد میکروب در منسوج تکمیل شده به این روش می باشد. نحوه اتصال بتاسیکلودکسترین و دارو در شکل 8 زیر نشان داده شده است [6].

filereader.php?p1=main_e51f2bf5dfb3777d2
شکل 8. نحوه واکنش و بارگذاری دارو درون بتاسیکلودکسترین[7]

3.5.3. نانو پوشش کربنی
کربن انواع مختلفی دارد که از این میان می توان به کربن بلک، نانولوله های کربنی (CNT)، گرافیت و الیاف کربن (CNF) اشاره نمود. در صورتی که از این ترکیبات برای پوشش دهی منسوجات استفاده شود، این امر سبب افزایش هدایت الکتریکی و استحکام کششی منسوج (به ویژه در مورد CNF و CNT) می شود. معمولاً اصلاحات مختلفی بر روی این ترکیبات برای ایجاد خواص مطلوب صورت می گیرد. در صورتی که این ترکیبات اصلاح نشوند، دارای حلالیت اندکی بوده و دیسپرس کردن آنها دشوار است. بدین منظور این ترکیبات را با گرو ه های فعال نظیر OH، NH2، COOH و... اصلاح می کنند. نانولوله های کربنی اصلاح نشده خاصیت آب گریزی دارد، که در اثر پوشش دهی منسوجات با این ترکیب خاصیت دفع آب ایجاد می شود. گرافیت به دلیل ساختار صفحه ای بهترین گزینـه برای ایجاد خاصیـت هدایت الکتریکی است زیرا ساختار صـفحه ای امکان انتقـال بهتر الکترون را فراهـم می آورد.
اکسید گرافن (GO) یک ترکیب ضد باکتری است که از این ترکیب برای ایجاد نانو پوشش ضد باکتری استفاده می شود. این نانو پوشش به سه روش جذب مستقیم، اتصالات عرضی شیمیایی و پیوند عرضی ناشی از پرتودهی تهیه که در هر سه روش ویژگی های ضد میکروبی مطلوبی حاصل می شود. در روش جذب مستقیم، جذب از طریق اعمال تنش در حمام فراصوت انجام می شود. تفاوت روش شیمیایی و پرتودهی در نحوه ایجاد اتصالات عرضی است. در حالت اول پیوند ها از طریق واکنش های شیمیایی و عوامل اتصال دهنده ایجاد شده اند در صورتی که در حالت دوم ذرات دیسپرس شده GO روی سطح قرار گرفته و از طریق پرتودهی به سطح متصل می شوند. در شکل 9 جزئیات این روش ها به صورت طرح واره نشان داده شده است [8].

filereader.php?p1=main_8e3a081d385e40178
شکل 9. تولید پارچه پنبه ای اصلاح شده با اکسید گرافن به روش جذب ، کراس لینک از طریق پرتودهی گاما و کراس لینک شیمیایی[8]

4.5.3 نانو ذرات رس
ذرات رس به طور معمول متشکل از سیلیکات آلومینیوم آب دار بوده و دارای ساختار لایه ای می باشند، این ترکیبات عمدتاً با ترکیبات آلی اصلاح شده و به این ترتیب امکان دیسپرس شدن درون پلیمرها را به دست می آورند. از مهمترین انواع ذرات رس می توان به montmorillon، chlorite، Betonite و... اشاره کرد. در صورت پوشش دهی منسوجاتی مانند پنبه یا پلی استر با استفاده از ترکیبات ذرات رس یا ذرات رس اصلاح شده، امکان ایجاد خصوصیات جدیدی نظیر کندسوزی در این منسوجات به وجود می آید. همچنین از این ترکیبات می توان برای حمل دارو و سایر ترکیبات فعال و حذف آلاینده های مختلف آب همچون ترکیبات آلی و معدنی و افزایش کیفیت آب استفاده کرد [9].
نانو ذرات رس و انواع اصلاح شده آن ها برای جذب رنگینه های آنیونیک، کاتیونیک و نانیونیک به کار برده می شوند. نانوذرات خاک رس به راحتی می تواند در شرایط نسبت حجم محلول به ماده جاذب 100:1، جذبی بالغ بر mg600 به ازای هر گرم ماده جاذب را انجام دهد. بنابراین پوشش دهی منسوج با نانوذرات رس منجر به جذب قابل توجه رنگینه و آب توسط منسوج خواهد [10].
نتیجه گیری
در این مقاله تلاش برآن بود که روش های مختلف پوشش دهی منسوجات با استفاده از نانوذرات بررسی و به مثال هایی از تکمیل منسوجات با نانوذرات مختلف اشاره شود. در بخش بعدی روش های مختلف اصلاح سطح منسوجات در ابعاد نانو به تفصیل بررسی خواهد شد.

منابـــع و مراجــــع

1.1. Komeily-Nia, Z., M. Montazer, and M. Latifi."Synthesis of nano copper/nylon composite using ascorbic acid and CTAB." Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 439 (2013): 167-175.

2. م., علی, م. ف., منتظر, م., شمعی, ع., رحیمی, م. عنوان مقاله: سنتز نانوذرات نقره روی پارچه پنبه ای با استفاده از پلی وینیل پیرولیدون به عنوان عامل کاهنده و پایدارکننده.‎1391، ص266-275،

3. 3. Chattopadhyay, D. P., and B. H. Patel."Improvement in physical and dyeing properties of natural fibres through pre-treatment with silver nanoparticles."Indian journal of fibre& textile research 34.4 (2009): 368.

4. 4. Dastjerdi, Roya, and MajidMontazer. "A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: focus on anti-microbial properties." Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 79.1 (2010): 5-18.

5. 5. Chemical Finishing (Slide), Copyright 2008-2011 North Carolina State University.

6. 6. Abkenar, S. S., &Malek, R. M. A. (2012). Preparation, characterization, and antimicrobial property of cotton cellulose fabric grafted with poly (propylene imine) dendrimer. Cellulose, 19(5), 1701-1714.

7. 7. Dong.c, Ye.y,HE.bAntibacterial modification of cellulose fibers by graftingb-cyclodextrin and inclusion with ciprofloxacin,”Cellulose, (2014) 21:1921–1932

8. 8. Zhao, J., Deng, B., Lv, M., Li, J., Zhang, Y., Jiang, H., ...& Fan, C. (2013).Graphene Oxide‐Based Antibacterial Cotton Fabrics. Advanced healthcare materials, 2(9), 1259-1266.

9. 9. Ghosh, A. (2011). Nano-clay particle as textile coating. Int J EngTechnol IJET-IJENS, 11(05), 40-43.

10. 10. Yang, Y., Han, S., Fan, Q., &Ugbolue, S. C. (2005).Nanoclay and modified nanoclay as sorbents for anionic, cationic and nonionic dyes. Textile research journal, 75(8), 622-627.