برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۶,۶۰۴
  • بازدید این ماه ۸۴
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۷۶
  • قبول شدگان ۵۴
  • شرکت کنندگان یکتا ۴۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۶
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

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

تکمیل ضد بوی منسوجات با استفاده از نانومواد

تولید منسوجات ضد بو یکی از بخش های صنعت نساجی است که از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است. این امر بازتاب تمایل مصرف کنندگان به حفظ بهداشت، طراوت و حس پاکیزگی است. به ویژه در بخش های خاصی از صنعت نساجی مانند پوشاک ورزشی، لباس زیر، جوراب و کفش این امر اهمیت بیشتری یافته است؛که در میان روش های متعدد، استفاده از فرایندهای تکمیل و به کارگیری نانومواد راهکار مناسبی برای حصول این هدف به نظر می رسد.
1- مقدمه
در زندگی روزمره انواع مختلفی از بوهای نامطبوع نظیر بوی ناشی از سوخت و ساز بدن، سن، بوی ناشی از آلایـنده ها و سیگار وجود دارد. از نظر شیمیایی بوهای نامطبوع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند:
1. اسیدهای چرب مانند بوی بدن، عرق بدن و ...
2. ترکیبات نیتروژنی نظیر ادرار، بوی ماهی و...
3. ترکیبات گوگرددار مانند مدفوع و ....
ترکیبات شیمیایی ایجاد کننده بوی نامطبوع بدن انسان به طور خلاصه در شکل 1 نشان داده شده است [1].

filereader.php?p1=main_ccd3beaf04f96a5f3
شکل 1. ترکیبات ایجاد کننده بوی بد نامطبوع بدن انسان

امروزه فناوری خوشبوسازی در حال توسعه روزافزون می باشد. در میان روش های مختلف، روش فیزیکی (جذب بو از طریق کربن فعال)، روش شیمیایی (تبدیل بو به رایحه های معمول) و معطر سازی (استفاده از ترکیبات معطر) برای از بین بردن بوهای نامطبوع پیشنهاد می شوند. با افزایش شمار افرادی که به بوهای نامطبوع حساسیت دارند، لزوم استفاده از فناوری خوشبوسازی در صنعت نساجی ضروری به نظر می رسد.

2- تعریق و ایجاد بوی نامطبوع
نواحی از بدن که دارای بیشترین میزان تعریق می باشد در شکل 2 نشان داده شده است.
در بدن انسان حدود 2.6 میلیون غده عرق وجود دارد. که 20% از این غدد در ناحیه پا قرار دارند. غدد عرق بدن به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
• غدد عرق Eccrine که تقریباً در سراسر بدن با تراکم مختلف توزیع شده اند. ترشحات آبی خارج شده از این غدد همراه با 1-0.2% مواد قابل انحلال در آب نظیر لاکتات سدیم و پتاسیم، اوره، آمونیاک، آمینو اسید سرین، اورنیتین، سیترولین، اسید اسپاریک، فلزات سنگین، ترکیبات آلی و آنزیم های پروتئولتیک سبب خنک شدن و تنظیم دمای بدن می شود.


filereader.php?p1=main_76fc44cc3c7739b06
شکل2. نواحی حضور غدد عرق Eccrine در بدن انسان

• غدد عرق Apocrine که در نواحی زیربغل، نشمین گاه و پا وجود دارند. این غدد نقش قابل توجهی در سرمایش بدن ندارند ولی به دلیل ترشح آب، نمک، پروتئین ها و اسیدهای چرب علت اصلی ایجاد بو هستند. این غدد پیش از سن بلوغ غیرفعال هستند. تغییرات هورمونی در دوران بلوغ سبب افزایش سایز و آغاز فعالیت این غدد می شود. ترکیبات خروجی از این غدد مواد مغذی برای باکتری های موجود بر روی پوست به شمار می آیند. باکتری های موجود بر پوست، مو و پوشاک، پروتئین های حاصل از ترشحات غدد Apocrine را تجزیه کرده و آنها را به اسیدهای چرب تبدیل می کنند. اسیدهای چرب حاصل با ساختار مولکولی کوچکتر، قابلیت تبخیر داشته و به این سبب به مشام می رسند.
میزان تعریق در بدن یک انسان بالغ حداکثر حدود 1 لیتر در ساعت بوده که در شرایط اقلیم گرم بیابانی این میزان به حدود 2تا 3 لیتر در ساعت افزایش می یابد [2, 3].

filereader.php?p1=main_7215479fbb5429338
شکل3. نواحی حضور غدد عرق Aprocrine در بدن انسان

3- روش های کنترل بوی نامطبوع در منسوجات
از آنجایی که تعریق با کنترل دمای بدن نقش مهم و اجتناب ناپذیری در سلامت و ایجاد احساس راحتی در انسان ایفا می کند، بنابراین کنترل معایب ناشی از این فعالیت طبیعی بدن باید از روش های دیگری انجام شود. در شکل زیر دو رویکرد مختلف به منظور کنترل بوی نامطبوع منسوجات ناشی از تعریق نشان داده شده است[4, 5].

filereader.php?p1=main_a42b5430700ef13c2
شکل 4. روش های کنترل بوی نامطبوع در منسوجات

جلوگیری از ایجاد بوی نامطبوع در منسوجات با استفاده از مواد ضد باکتری امکان پذیر است، که این مبحث در بخش منسوجات ضد میکروب بررسی شده است.
به طور کلی نانومواد جاذب بوی نامطبوع در منسوجات را می توان در گروه های ذیل تقسیم بندی نمود:
1. سیکلودکسترین ها
2. نانو ذرات کربن فعال
3. نانو ذرات خاکستر بامبو
4. پلیمرهای قاصدکی

3-1 سیکلودکسترین ها
سیکلودکسترین ها (CD)، اولیگوساکاریدهای درشت حلقه و معمولاً دارای 6، 7 یا 8 واحد گلوکوزیدی هستند و به ترتیب با عناوین α ،β وγ سیکلودکسترین نامیده می شوند [6].

filereader.php?p1=main_44a50f07b4bdc5774
مولکول های کوچکی که عنوان "مهمان" به آنها اطلاق می شود، قادر به ورود در حفره داخلی سیکلودکسترین ها و تشکیل کمپلکس های درهم جا (Inclusion complexes) با "میزبان" خود هستند. به دلیل پیوند 4C1در واحدهای گلوکوپیرانوز، تمام گروه های هیدروکسیل نوع دوم در یکی از طرفین حلقه و گروه های هیدروکسیل نوع اول در سمت دیگر حلقه قرار می گیرند. حلقه در واقع یک استوانه و به بیان صحیح تر یک مخروط ناقص دوجداره است. آنالیز پرتو ایکس سیکلودکسترین ها نشان می دهد که گروه های هیدروکسیل نوع دوم (C2 وC3) در لبه پهن تر حلقه و گروه های هیدروکسیل نوع اول (C6) در سمت دیگر و سایر هیدروژن های مربوط به C3 و C5 و اکسیژن های اتری، درون ساختار مخروطی سیکلودکسترین قرار گرفته اند. همین امر سبب آب دوست شدن قسمت بیرونی و ایجاد حفره غیرقطبی در وسط مولکول شده است.
سیکلودکسترین ها را می توان در مرحله تولید الیاف و یا تکمیل منسوجات مورد استفاده قرار داد. یکی از اهداف استفاده از این مواد، جذب بوی نامطبوع موجود در منسوجات می باشد.

filereader.php?p1=main_2cbf0d901f0c138ac
شکل5. چگونگی عملکرد سیکلودکسترین به عنوان جاذب بو

یکی از خصوصیات طبیعی سیکلودکسترین ها، امکان قرارگیری مولکول ها روی یکدیگر است. این امر احتمال جذب مولکول های ترکیبات بودار را افزایش می دهد. از سوی دیگر هنگامی که مولکول های بو توسط ساختار سیکلودکسترین جذب می شود، تغییر شـکل ساختار مخروطی این ماده امکـان نگه داری موثرتر مولکول های بو را فـراهم می آورد. با این وجود مشکلاتی برای استفاده از سیکلودکسترین ها برای ضد بو کردن منسوجات وجود دارد. مولکول های ترکیبات بو ممکن است دارای شکل و اندازه های متفاوتی باشند، اگر مولکول های ترکیبات بو بسیار کوچک باشند، می توانند به راحتی از حفره میانی سیکلودکسترین عبور کنند و اگر بسیار بزرگ باشند امکان ورود به حفره داخلی سیکلودکسترین وجود ندارد. بنابراین فقط ترکیباتی که دارای سایز مشخصی باشند در این حفره قرار می گیرند.

filereader.php?p1=main_d5fb53ca86c694b56
شکل 6. نحوه عملکرد پارچه های تکمیل شده با سیکلودکسترین

چالش دیگر در استفاده از سیکلودکسترین ها نحوه اتصال سیکلودکسترین ها به منسوجات می باشد. ایجاد اتصال شیمیایی سبب افزایش ماندگاری سیکلودکسترین بر روی منسوجات می شود. Szejtli و همکارانش در سال 1980 موفق به ثبت روشی شدند که سیکلودکسترین را به الیاف سلولزی (متورم شده بر اثر عملیات قلیایی)، با استفاده از اپی کلروهیدرین به عنوان ماده واسط، از طریق پیوند کووالانسی متصل می کرد [7].

3-1-1 روش های اتصال سیکلودکسترین به منسوجات
1. اصلاح شیمیایی سیکلودکسترین به منظور اتصال به سطح الیاف
2. به کارگیری مواد واسط چند عاملی به منظور اتصال کووالانسی سیکلودکسترین به سطح الیاف[8].


جدول 1 .روش های تثبیت بتا-سیکلودکسترین بر منسوجات

روش

مواد

سیکلو دکسترین

مواد شیمیایی

واکنش­ها­ و شرایط اعمال بر منسوجات

اتصال عرضی

پنبه، پشم، پلی استر، پلی­آمید، پلی اکریلونیتریل

β-CD

بوتان تترا کربوکسسیلیک اسید و سیتریک اسید

β-CD + BTCA همراه با کاتالیزور سدیم هیپوفسفیت، تثبیت در دمای°C 170 به مدت 3 دقیقه در اسیدیته 2.7

سلولز (پنبه)

β-CD

اپی کلروهیدرین

سلولز متورم در شرایط قلیایی به مدت 2.5 ساعت در دمای °C60

پنبه

β-CD

رنگینه­های راکتیو

رنگینه+الکترولیت+ β-CD به مدت 15 دقیقه در دمای°C 40 +کربنات سدیم به مدت 10 دقیقه در دمای °C 50 و تثبیت در حضور سود به مدت 45 دقیقه

گرافت

پنبه

MCT- β-CD

بوتیل اکریلات و پتاسیم پرسولفات به عنوان آغازگر

گام 1: پلیمریزاسیون MCT- β-CD + بوتیل اکریلات+پتاسیم پرسولفات به مدت 3 ساعت در دمای °C65 و حفظ شرایط به مدت 18 ساعت در دمای °C30،شستشو در اتانول و خشک کردن در استون در دمای°C50

گام 2: پد کردن در دما و اسیدیته های  مختلف

پلی آمید

MCT- β-CD/ β-CD

گلایسیدال متاکریلات وپتاسیم پرسولفات و سولفات مس

پارچه+ 3% محلول پتاسیم پرسولفات به مدت 20 دقیقه و شستشو و خشک کردن+ گلایسیدال متاکریلات+ سولفات مس+ 3 قطره شوینده در دمای °C75 به مدت 1 ساعت و شستشو+ بتاسیکلودکسترین+سود  در دمای °C80

پلی پروپیلن

β-CD

پنبه/ تنسل

N-متیلول اکریل آمید

β-CD

یون سریم

سریک آمونیوم نیترات + 1% اسید نیتریک به مدت 20 دقیقه + NMA-β-CD در اتمسفر آرگون به مدت 40 دقیقه

تثبیت راکتیو

پنبه/تنسل

MCT- β-CD

-

MCT- β-CD +کربنات سدیم، حرارت دهی در آون به مدت 5 تا 15 دقیقه در دمای °C170-130

روش رنگرزی دیسپرس

پلی­آمید، پلی استر، پلی اکریلونیتریل

مشتقات غیریونی

β-CD

-

اسیدیته 6-4، دمای  °C130

سُل-ژل

پنبه

β-CD

تتراهیدروکسی سیلان و 3- گلایسیدیل اکسی پروپیل تری متوکسی سیلان

گام 1: آماده سازی محلول سل-ژل، امولسیون به مدت 15 دقیقه  با 500 دور بر دقیقه و تکان دادن به مدت 8 ساعت در دمای °C40

گام 2: بتا سیکلودکسترین اضافه شده و پارچه به صورت مرطوب پد می­شود.

اتصال آنزیمی

پنبه

Tyr- β-CD

تیروسیناز

گام1: آمین دار کردن پنبه، رنگری پنبه با رنگینه دارای گروههای آمین (RB 5) و احیا به وسیله سدیم هیدروسولفیت به مدت 2 ساعت در دمای °C80

گام 2: اتصال Tyr- β-CD به پارچه در اسیدیته 7.5 در دمای محیط به مدت 2 ساعت

اکستروژن پلیمری

پلی استر، پلی آمید

β-CD

-

اختلاط 1:1 پودر با  β-CD


3-2 نانوذرات کربن فعال
در سال های اخیر از کربن فعال در صنایع مختلف نظیر تصفیه آب، صنایع غذایی، پزشکی و محیط زیست استفاده می شود. استفاده از کربن فعال یکی از موثرترین روش های حذف بوی نامطبوع به حساب می آید. در همین راستا استفاده از کربن فعال در منسوجات نیز مورد توجه قرار گرفته است.

filereader.php?p1=main_1f6577576bbe1b50d
شکل 7. نحوه عملکرد پارچه های تکمیل شده با نانوذرات کربن فعال

فرایند جذب بوی نامطبوع توسط کربن فعال یک فراینـد فیزیکی است و کربن فـعال توانایی به دام انداختن مولکول های ترکیبات بوی متصاعد شده از بدن را دارا می باشد. یکی از ویژگی های کربن فعال، وجود روزنه ها و شیارهای بسیار ریز در ساختار این ماده است که موجبات درگیری با مولکول های بو را فراهم می آورد. اعمال گرما سبب جدایش مولکول های به دام افتاده در ساختار کربن فعال می شود که چنین دمایی در حین شستشو و خشک کردن منسوجات فراهم می شود. شایان ذکر است که کربن فعال از سطح مخصوص بسیار زیادی برخوردار است. Shasanka Sekhar در تحقیقات خود نشان داد که یک گرم کربن فعال برای پوشاندن سطح تقریباً دو زمین تنیس کافی است. بنابراین نه تنها تمام مولکول های ترکیبات بو در چرخه فعال سازی مجدد از کربن فعال جدا می شوند، بلکه وجود فضاهای خالی بسیار زیاد در ساختارکربن فعال امکان جذب مولکول های بوی بسیارزیادی را در فاصله زمانی میان چرخه های فعال سازی متوالی فراهم می آورد.
از دیگر دلایلی که سبب استفاده زیاد این ماده در منسوجات برای کنترل بوی بد بدن شده است، توانایی این ماده در جذب دامنه وسیعی از مولکول ها و ترکیبات بو با اندازه های متفاوت است. در تحقیقاتی که توسط دکتر Don Thompson در دانشگاه ایالت کارولینای شمالی انجام شد، حضور بیش از هزار ترکیب متفاوت در کفش به اثبات رسید که ناشی از تعرق پا می باشد. وجود چنین تنوعی در ترکیبات ناشی از عرق بدن تنها در ناحیه پا، تعدد ترکیبات ناشی از تعرق بدن در کل نواحی بدن و دشواری یافتن ماده ای برای جذب تمام این نوع ترکیبات را نشان می دهد. به همین سبب و به دلیل توانایی کربن فعال در جذب این ترکیبات متنوع این ماده به عنوان جاذب جهانی شهرت یافته است [9].

3-3 نانوذرات خاکستر بامبو
از گذشته های دور، گیاه بامبو برای درمان بیماری‌های مختلف استفاده می‌شد. با این که بامبو یک گیاه بومی آسیا می‌باشد اما امروزه در سرتاسر نقاط دنیا گسترش یافته است. بامبو علی رغم قد بسیار بلندی که دارد به عنوان یک درخت در نظر گرفته نمی‌شود؛ در حقیقت این گیاه دائمی چوبی شکل، متعلق به خانواده‌ی گیاهان علفی بوده و بلندترین علف جهان محسوب می‌شود. از این گیاه به منظور تهیه الیاف سلولزی بازیافتی بامبو استفاده می شود. همچنین از پودر خاکستر بامبو به منظور بهبود کیفیت الیاف مصنوعی نظیر پلی استر استفاده می شود.

filereader.php?p1=main_e51f2bf5dfb3777d2
شکل 8. نحوه تولید الیاف با استفاده از خاکستر بامبو

خاکستر بامـبو از طریق فرایند پیـرولیز گیاهانی با بیش از پنج سال سن در کوره و در دمـای 1200-800 درجه سانتی گراد تهیه می شود. خاکستر بامبو را می توان از دو منبع متفاوت تهیه نمود.
1- گیاه اولیه بامبو شامل ساقه، برگ و ریشه.
2- ضایعات حاصل از برش بامبو
منافذ بسیار ریز موجود در نانوذرات خاکستر بامبو امکان حبس ترکیبات بو را فراهم آورده و به این ترتیب نه تنها به عنوان جاذب بوی بد منسوجات، بلکه به عنوان جذب کننده ترکیبات بوی موجود در محیط قابل استفاده می باشد.

filereader.php?p1=main_8e3a081d385e40178
شکل 9. تصویر SEM از ساختار حفره ای خاکستر بامبو

3-4 پلیمرهای قاصدکی
از جمله فناوری های قابل استفاده در کنترل بوی بد منسوجات با استفاده از نانومواد، به کارگیری فناوری گیرانداختن ترکیبات بو در یک ساختار پلیمری است. این فناوری نخستین بار توسط شرکت Milliken در سال 1865 به بازار عرضه شد. این شرکت طی سال های متمادی موفق به توسعه و پیشرفت این فناوری و ثبت اختراعات بین المللی متعدد در این زمینه شد. این فناوری نخستین بار به عنوان یک فناوری خانه داری و برای پاکیزه نگه داشتن و کنترل بوی نامطبوع فرش ها و مبلمان منزل مطرح شد. در سال های اخیر از این فناوری در صنعت پوشاک و به منظور جذب بوی بدن استفاده شده است.
روش به کار گرفته شده در این فناوری، الهام گرفته شده از ساختار قاصدک و استفاده از یک توده پلیمری حاوی شاخه های بسیار ریز می باشد. هنگامی که فرد پوشاک مبتنی بر این فناوری را بر تن می کند، مولکول های ریز بو که از بدن شخص رها شده است توسط ساختار قاصدک به دام می افتد. به منظور زدودن این ترکیبات از ساختار پلیمر قاصدکی به کارگیری روش های معمول شستشوی منسوجات پیشنهاد می شود و به این ترتیب منسوج برای استفاده مجدد آماده خواهد شد. این قابلیت مهم ترین ویژگی پلیمرهای قاصدکی به شمار می رود. با این حال طول عمر کم و امکان جذب مقدار محدودی از ترکیبات بو از جمله معایب این ترکیبات به شمار می روند. با این حال شرکت هایی که از این فناوری در پوشاک نظامی بهره گرفته اند، ثبات شستشویی محصول خود را تا 25 بار شستشو اعلام نموده اند.

filereader.php?p1=main_b538e884faf52297c
شکل 10. نحوه عملکرد پارچه های تکمیل شده با پلیمرهای قاصدکی

4- بحث و نتیجه گیری
در طول سال های اخیر با ظهور فناوری های نوین، تحولات چشم گیری در عرصه محصولات مختلف و به طور خاص منسوجات و پوشاک به وجود آمده است. استفاده از فناوری نانو منجر به بهبود کارایی منسوجات و معرفی منسوجات با قابلیت های جدید شده است. در این میان منسوجات ضد بو به عنوان نیاز بشر به پاکیزگی توجه زیادی را به خود معطوف داشته است. 

منابـــع و مراجــــع

1.The Chemistry of Body Odours – Sweat, Halitosis, Flatulence & Cheesy Feet. 2014 4/7/2014]; Available from: http://www.compoundchem.com/2014/04/07/the-chemistry-of-body-odours-sweat-halitosis-flatulence-cheesy-feet/

2. Dove, L.L. Understanding Eccrine Sweat Glands. [cited 11 October 2010; Available from: HowStuffWorks.com.

3. Wilke, K., et al., A short history of sweat gland biology. International Journal of Cosmetic Science, 2007. 29(3): p. 169-179.

4. M. Sarıısık, S.O.a.S.A. Odor Adsorption Kinetics on Modified Textile Materials Using Quartz Microbalance Technique. in the International Congress on Advances in Applied Physics and Materials Science. 2012. Antalya 2011: ACTA PHYSICA POLONICA A.

5. functionality assessment for textile:Deodorization testing, N.Q.e. center, Editor.

6. Voncina, B. and V. Vivod, Cyclodextrins in Textile Finishing. Eco-Friendly Textile Dyeing and Finishing. 2013.

7. Buschmann, H.J., D. Knittel, and E. Schollmeyer, New Textile Applications of Cyclodextrins. Journal of inclusion phenomena and macrocyclic chemistry, 2001. 40(3): p. 169-172.

8. Usha Rashmi Bhaskara-Amrit, P.B.A.a.M.M.C.G.W., APPLICATIONS OF b -CYCLODEXTRINS IN TEXTILES. AUTEX Research Journal, 2011. 11(4): p. 94-101.

9. odor control technology, S.-L. Technologies, Editor. p. 6.