1- مقدمه
توانایی الیاف سلولزی نظیر پنبه در پیوند با مولکول‌های آب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، مولکول‌های آب میان زنجیرهای سلولزی قرار گرفته و سبب تورم این الیاف می‌شوند. مولکول‌های آب فقط قادر به نفوذ به مناطق آمورف بوده و امکان دسترسی به مناطق بلوری ساختار سلولز را ندارند. به همین دلیل تورم به صورت ناحیه‌ای ایجاد شده و سبب اعمال تنش به ساختار الیاف سلولزی و در نهایت ایجاد چروک می‌شود. به این ترتیب زنجیرهای مولکولی سازنده الیاف جابه جا شده و این امر سبب شکسته شدن پیوندهای هیدروژنی مابین زنجیرها و ایجاد پیوندهای هیدروژنی در محل‌های جدید می شود. به همین دلیل استفاده از وسایلی نظیر اتو سبب جابه‌جایی مجدد زنجیرها و تثبیت جایگاه آن‌ها در محل دلخواه می‌شود. به خصوص زمانی که عمل پرس در حضور بخارآب انجام شود، حرکت زنجیرها روان‌تر شده و جابه‌جایی راحت‌تر صورت می پذیرد[1].


به طور معمول چروک در پارچه‌های پشمی و ابریشمی ایجاد نمی‌شود. زیرا پیوند بین زنجیرهای این الیاف پیوند بسیار قوی سیستین (S-S) بوده که به راحتی شکسته نمی‌شود. به علاوه، ساختار مارپیچی شکل الیاف پروتئینی بر خلاف ساختار تقریباً خطی الیاف سلولزی، سبب ممانعت در برابر سر خوردن و جابه جایی زنجیر الیاف می‌شود (شکل 2). اگرچه ابریشم به دلیل نداشتن پیوند سیستین قابلیت چروک پذیری اندکی دارد؛ استفاده از نانو دی اکسید تیتانوم (Nano titanium dioxide (NTO) سبب بهبودبازگشت از چروک ابریشم شده است[3].


2- روش‌های انجام تکمیل ضد چروک
در زمان‌های بسیار قدیم، استفاده از نشاسته به عنوان پوششی بر روی کالای پنبه‌ای به عنوان تنها روش شناخته شده در کاهش چروک پارچه‌ها شناخته می‌شد. امروزه تکمیل‌های ضد چروک تنوع بیشتری پیدا کرده و در دو دسته کلی قرار می‌گیرند:
1. روش‌های فیزیکی
2. روش‌های شیمیایی[1]

2-1- روش‌های فیزیکی
روش‌های فیزیکی عمدتاً در کاهش چروک پذیری تأثیرگذار بوده و نمی‌توانند به عنوان عامل بازدارنده از چروک عمل کنند. برخی از این موارد در ادامه عنوان شده‌اند.
1. مخلوط کردن با الیاف دیگر نظیر پلی استر: این فرآیند سبب کاهش چروک پذیری و افزایش استحکام پارچه پنبه‌ای می‌شود. اگرچه به دلیل تفاوت استحکام لیف پنبه و پلی استر امکان ایجاد پرز (pilling) بر روی پارچه وجود دارد. لذا به منظور برطرف نمودن پرزدهی می‌توان از رزین و نرم کن به طور هم زمان استفاده نمود.
2. تغییر در ساختار نخ در هنگام ریسندگی: با کاهش تاب در هنگام ریسندگی، انعطاف نخ بیشتر شده و میزان بازگشت پذیری پارچه از چروک افزایش خواهد یافت.
3. ضخامت الیاف: الیاف ظریف‌تر امکان چروک‌پذیری بیشتر و الیاف ضخیم تمایل کمتری به چروک شدن دارند.
4. ساختار پارچه: پارچه‌های تاری-پودی بیشتر از پارچه‌هایی با بافت حلقوی چروک می‌شوند. زیرا پارچه‌های حلقوی با داشتن ساختار فنر مانند، قابلیت ارتجاعی بیشتری دارند. تفاوت ساختار دو نوع پارچه در شکل 3 نشان داده شده است.

5. تغییر در تراکم پارچه: هرچه تراکم بافت پارچه بیشتر باشد، امکان چروک شدن آن بیشتر است[5].

2-2- روش‌های شیمیایی
از آنجایی که خاصیت آب دوستی الیاف سلولزی علت اصلی ایجاد چروک در این منسوجات به شمار می‌رود، لذا به منظور جلوگیری از تاثیرات آب بر پیوندهای بین زنجیری سلولز، رویکردهای ذیل پیشنهاد می شود:
1. استفاده از رزین: این تکمیل با انسداد منافذ میان الیاف مانع دستیابی مولکول‌های آب به مناطق آمورف ساختار سلولزی، ثابت شدن زنجیر الیاف در محل اولیه خود و عدم جابه جایی و ایجاد چروک می شود.
2. استفاده از عوامل ایجاد پیوند عرضی (کراس لینک کننده ها): موادی که قابلیت ایجاد پیوند عرضی دارند، در زمان تکمیل منسوج وارد بخش نیمه کریستالی و آمورف سلولز شده و با ایجاد اتصال عرضی مانع از حرکت زنجیرها می‌شوند [1].

2-2-1- انواع رزین‌های به کار رفته در تکمیل ضد چروک
2-2-1-1رزین‌های دارای بنیان فرمالدئیدی:
1. فنول فرمالدئید: این رزین با ایجاد شبکه سه بعدی به روش پد-خشک-پخت(pad-dry-cure) بر روی منسوجات قابل استفاده است. با وجود این که مصرف این ماده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، اما به دلیل حضور مولکول کوچک و فعال فرمالدئید و حلقه فنولی از جمله مواد سمی و بودار به شمار می‌آید. ضمن اینکه این رزین سبب زبر شدن زیردست کالا شده و در اثر حرارت و نور منجر به زرد شدن کالا می‌گردد. لازم به ذکر است که به منظور کاهش اثر زبری ناشی از ترکیبات فرمالدئید، می‌توان از رزین‌های سیلیکونی و یا اکریلیکی با خاصیت نرم کنندگی استفاده نمود[6].

2. اوره فرمالدئید: اوره در مقایسه با فنول از زیست سازگاری بیشتری برخوردار است. با این وجود سمی بودن و رهایش فرمالدئید و زردی منسوجات در این ترکیبات نیز وجود دارد، از جمله مهم‌ترین معایب این ترکیبات ثبات شستشویی ضعیف و کاهش ثبات نوری رنگینه‌های مستقیم و راکتیو می‌باشد. ساختار شیمیایی این ترکیب در شکل 4 مشخص شده است[6].


3. ملامین فرمالدئید: واکنش فرمالدئید با ملامین (به جای اوره) منجر به ایجاد تری متیلول ملامین (TMM) یا هگزامتیلول ملامین (HMM) می‌شود. واکنش شیمیایی مربوط به این ترکیب در شکل5 ارائه شده است. این ترکیبات نیز همچون اوره فرمالدئید در حضور سلولز از قابلیت خودتراکمی برخوردار هستند، لیکن در مقایسه با ترکیبات اوره از حساسیت کمتری نسبت به هیدرولیز برخوردار هستند[8].


4. دی متیلول دی هیدروکسی اتیلن اوره (DMDHEU): این ماده که از واکنش فرمالدئید و 4،5 دی هیدروکسی اتیلن اوره حاصل می‌شود، به دلیل داشتن 4 گروه فعال، تمایل بیشتری برای واکنش با کالا دارد (شکل 6).این ماده به دلیل واکنش‌پذیری کمتر نسبت به ترکیبات مشابه DMU نیازمند کاتالیزور اسیدی بیشتری برای کسب بازده ضد چروک قابل قبول می‌باشد. واکنش‌پذیری کمتر منجر به ثبات شیمیایی بیشتر این ماده و عدم واکنش با منسوجات در حین فرایند انبارداری می شود[10].


5. 1، 3 دی متیلول اتیلن اوره (DMEU): از واکنش میان اتیلن اوره و فرمالدئید تهیه می‌شود. این ماده همچون رزین‌های اوره فرمالدئید بر ثبات نوری رنگینه‌های مستقیم و راکتیو تاثیر منفی دارد. از دیگر معایب این رزین می‌توان به ثبات شستشویی کم اشاره کرد. این ترکیب که دارای دو گروه فعال برای برقراری واکنش است با برقراری پیوند اتری وارد واکنش با سلولز می‌شود (شکل 7)[10].


2-2-1-2 ترکیبات ضد چروک غیر فرمالدئیدی
1. N, N’دی متیل-4،5 دی هیدروکسی اتیلن اوره DMeDHEU: از واکنش میان گلایکسال و N, N’ دی متیل اوره حاصل می‌شود (شکل 8). به دلیل ممانعت فضایی واکنش پذیری گروه‌های هیدروکسیل کاهش می‌یابد که این امر اتصال به سلولز را در شرایط سخت تری نظیر استفاده از کاتالیزور و دمای پخت زیاد امکان پذیر می‌سازد[10].

2. گلوتار آلدئید: از جمله اتصال دهنده های عرضی بدون فرمالدئید است که راندمان کمتری نسبت به سایر ترکیبات دارد (شکل 9).

3. پلی کربوکسیلیک اسیدها
این دسته از مواد بدون فرمالدئید بوده و با برقراری پیوند استری با سلولز واکنش می‌دهند. این ترکیبات بر خلاف ترکیبات فرمالدئیدی غیر سمی می‌باشند.واکنش کلی کربوکسیلیک اسیدها با سلولز برای ایجاد اتصال عرضی در شکل 10 نشان داده شده است [15].

کربوکسیلیک اسیدهایی که برای ایجاد پیوند عرضی با منسوجات استفاده می‌شوند عبارتند از :
1. سیتریک اسید (CA)
2. سوکسینیک اسید(SA)
3. مالئیک اسید(MA)
4. بوتان تترا کربوکسیلیک اسید (BTCA)
در میان کربوکسیلیک اسیدها، BTCA بهترین بازده ضدچروک را داشته و بیش از سایر اعضای این خانواده در صنعت نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این گروه به دمای پخت بالاتر و مقادیر زیاد کاتالیزورهای فسفری برای افزایش بازده نسبت به ترکیبات فرمالدئیدی نیازمند هستند. از جمله معایب این روش، استفاده از کاتالیزور گران قیمت هیپوفسفیت سدیم به مقدار زیاد است که می‌تواند منجر همچون یک ماده احیا کننده سبب رنگ بری رنگینه‌های گوگری و خُمی شود.

3- به کارگیری نانوساختارها در تکمیل ضد چروک
از ترکیبات نانوساختار در تکمیل ضد چروک منسوجات عمدتاً به منظور تقویت خاصیت کاتالیزوری در ایجاد اتصال عرضی بین سلولز و عامل ایجاد پیوند عرضی استفاده می‌شود. برخی ازاین نانو مواد در ادامه معرفی می شوند:

1. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO₂)
استفاده از نانوذرات تیتانیوم دی اکسید همراه با مواد دیگر که عمدتاً در دسته عوامل اتصال عرضی هستند، سبب بهبود چروک پذیری پنبه می‌شود. استفاده از ترکیب DMDHEU-nanoTiO₂ سبب ایجاد خاصیت ضد پرتو فرابنفش و بهبود استحکام پارگی پارچه نیز می‌شود. از مزیت‌های دیگر استفاده از نانو TiO₂به عنوان کاتالیزور، کاهش مقدار فرمالدئید آزاد ناشی از به کارگیری DMDHEU و رفع مشکل کاهش استحکام منسوجات سلولزی به دلیل استفاده از کاتالیزور تولید کننده اسید است. رویکرد دیگر برای تحلیل نقش نانو ذرات، قرارگیری نانو ذرات مابین الیاف است که سبب محدود شدن حرکت زنجیرهای سلولز شده و از این طریق از چروک شدن پارچه جلوگیری می‌نماید. این عملکرد در شکل 10 و 11 قابل مشاهده است[16].
ترکیب دیگری که در این گروه از تکمیل‌های نانو قرار می‌گیرد، استفاده از سُل نانو دی اکسید تیتانیوم می‌باشد که به روش سل-ژل و توسط پیش ماده تترابوتیل اورتوتیتانات (TBOT) و سیتریک اسید همراه با اتانول تولید می‌شود. استفاده از این ترکیب سبب ایجاد خاصیت ضد چروک و ضد پرتو فرابنفش همزمان، سفیدکنندگی و افزایش استحکام می‌شود. ایجاد پیوند عرضی استری بین سیتریک اسید و سلولز توسط آزمون FTIR و خاصیت ضدچروک از طریق آزمون بازگشت از چروک (Crease recovery angle)قابل ارزیابی است. در این روش مهم‌ترین عامل در میزان بازگشت از چروک، غلظت کاتالیزور سدیم هیپوفسفیت است و سیتریک اسیددر تهیه سل NTO نقش مهمی ایفا می‌کند . استفاده از نانو دی اکسید تیتانیوم(NTO) همراه با سیتریک اسید، ضمن افزایش احتمال اتصال عرضی، سبب ایجاد خاصیت ضد چروک مناسب در پنبه می‌شود[17]. واکنش ایجاد اتصال عرضی در شکل 11نشان داده شده است.

نوع دیگری از این تکمیل، ضد چروک کردنکالای پنبه ای با استفاده از NTO و سوکسینیک اسید به عنوان عامل پیوند عرضی در معرض پرتو فرابنفش است. گروه کربوکسیل در ساختار اسید در اثر نور احیا شده و به گروه آلدئید تبدیل می‌شود. گروه آلدئید ایجاد شده با گروه هیدروکسیل سلولز پیوند عرضی داده و سبب کاهش چروک پذیری پنبه می‌شود.[18]
در روش دیگر، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم همراه با سیتریک اسید به عنوان عامل ایجاد اتصال عرضی و سدیم هیپوفسفیت به عنوان کاتالیزور در تکمیل ضد چروک کالای سلولزی استفاده شده است[19].
همچنین به کارگیری بوتان تتراکربوکسیلیک اسیدبه تنهایی [20](شکل 12) و یا همراه با سیتریک اسید و سدیم هیپوفسفیت و استفاده هم‌زمان از NTO سبب بهبود میزان بازگشت از چروک پارچه پنبه‌ای می‌شود. همانند موارد ذکر شده فوق، افزایش NTO در بیشتر شدن پیوند عرضی موثر می‌باشد. اگرچه، افزایش بیش از حد میزان NTO منجر به تجمع نانوذرات روی کالا یا داخل محلول شده و با افزایش ابعاد ذرات کارایی آن‌ها در بهبود بازگشت از چروک کاهش می‌یابد. همچنین ابعاد بزرگ‌تر ناشی از تجمع نانوذرات می‌تواند مانع از نفوذ ذرات به فواصل میان الیاف شده و احتمال ایجاد پیوندهای عرضی را کاهش دهد و به این ترتیب خاصیت ضدچروک مورد نظر حاصل نشود. نتایج نشان می‌دهند که اعمال همزمان حرارت و پرتوفرابنفش می‌تواند سبب بهبود خاصیت ضد چروک شود[21].


بوتان تتراکربوکسیلیک اسید با داشتن یک گروه کربوکسیل بیشتر از سیتریک اسید، کارایی بیشتری در ایجاد خاصیت ضدچروک کالای سلولزی دارد. سازوکار تشکیل پیوند عرضی بین سلولز و بوتان تتراکربوکسیلیک اسید به واسطه حضور NTO از طریق سازوکار حمله پروتون در شکل 13نشان داده شده است. همانطور که در تصویر مشخص است، ابتدا کربوکسیلیک اسید به نانوذرات متصل می‌شود. NTO تحت تابش فرابنفش یک الکترون (e-) و یک حفره (h+) ایجاد می کند (1). بوتان تتراکربوکسیلیک اسید دارای الکترون قابل اشتراک و حفره دارای بار مثبت است، بنابراین h+ باعث فعال شدن گروه کربونیل می‌شود (2). در مرحله بعد واکنش هسته دوستی اتفاق می‌افتد و اکسیژن به عنوان عامل هسته دوست سلولز به کربن با بار مثبت متصل می‌شود (3). در ادامه یک مولکول آب از ماده واسط حذف می‌شود (4). در نهایت h+ از محصول جدا شده و سبب ایجاد پیوند استری بین گروه کربوکسیل و سلولز می‌شود[21].



2. نانوذرات نقره (Ag)
استفاده از AgNO₃ همراه با احیاکننده و پایدار کننده سیتریک اسید/سدیم هیپوفسفیتبه منظور سنتز درجای نانونقره بر روی کالای پنبه‌ای و استفاده از نانو ذرات نقره همراه با عامل اتصال دهنده عرضی و همچنین سیلوکسان می‌تواند سبب ایجاد خاصیت ضدچروک بر روی کالا شود.در تحقیقات ذکر شده است که استفاده از نانوذرات نقره به تنهایی نیز تا حدی سبب بهبود چروک پذیری کالای پنبه‌ای خواهد شد[22].
استفاده هم زمان از نانو ذرات نقره و دی اکسید تیتانیوم از طریق ایجاد پیوند لیگاند اکسید فلز سبب تشکیل یک نانوآمیزه شده که از طریق پیوند کوالانسی به بستر منسوج متصل می‌شود. نتایج تحقیقات گویای آن است که استفاده از این نانوآمیزه در حضور بوتان تتراکربوکسیلیک اسید می‌تواند سبب بهبود خاصیت ضد چروک منسوجات سلولزی شود[23].

3. نانو ذرات سیلیکا (SiO₂)
استفاده از نانوذرات سیلیکا به عنوان بهبود دهنده خاصیت ضد چروک همراه با بوتان تتراکربوکسیلیک اسید به عنوان عامل ایجاد پیوند عرضی و کاتالیزور سدیم هیپوفسفیت، از جمله تکمیل‌های ضد چروک با مواد نانو ساختاراست. افزایش غلظت نانو ذرات سیلیکا در این تکمیل سبب بهبود خاصیت بازگشت از چروک و افزایش استحکام پارچه شده می‌شود. همچنین از این نانو ذرات همراه با اتصال دهنده‌های دیگری نظیر مالئیک انیدرید بر روی کالای ابریشمی استفاده شده است[15].

4. نانو ذرات روی (ZnO)
به کارگیری نانوذرات روی همراه با کاتالیزور سدیم هیپوفسفیت و عامل اتصال عرضی بوتان تتراکربوکسیلیک اسیدو یاسوکسینیک اسید سبب بهبود چروک پذیری پارچه پنبه‌ای می‌شود. تغییر عوامل مختلف واکنش نظیر غلظت نانو ذرات، غلظت کاتالیزور و دمای پخت در میزان بازگشت از چروک پارچه مؤثر خواهد بود[24].

5. نانولوله‌های کربن (CNT)
قرارگیری زنجیرهای بلند CNT بین زنجیرهای سلولز به ویژه در حضور عوامل ایجاد اتصال عرضی می‌تواند سبب ایجاد خاصیت ضد چروک در کالای پنبه‌ای شود. به عنوان مثال، استفاده از نانولوله‌های کربن چند دیواره همراه با سوکسینیک اسید به عنوان عامل اتصال دهنده عرضی و کاتالیزور سدیم هیپوفسفیت از طریق ایجاد پیوند عرضی بین نانو لوله کربن و زنجیرهای سلولزی سبب کاهش انعطاف زنجیرها و ایجاد خاصیت ضد چروک می شود[25].

6. نانو ذرات کیتوسان (Chitosan)
به کار بردن نانوذرات کیتوسان بر روی کالای پنبه‌ای سبب نفوذ این پلی کاتیون به داخل الیاف شده و امکان ایجاد اتصال بین زنجیرهای سلولزی را فراهم می‌آورد. به همین دلیل احتمال جابه جایی زنجیرها، شکستن پیوندهای هیدروژنی و ایجاد چروک کاهش می‌یابد. اگرچه استفاده از عامل اتصال عرضی همراه با استفاده از نانو ذرات کیتوسان برای کسب نتایج مطلوب ضروری به نظر می‌رسد. این در حالی است که استفاده از کیتوسان در ابعاد میکرو همراه با عامل اتصال دهنده عرضی سبب پوشانده شدن سطح شده و از ایجاد پیوندهای عرضی بین سلولز و عامل اتصال عرضی جلوگیری می‌نماید[26].

4- روش ارزیابی
ارزیابی تکمیل ضد چروک منسوجات از طریق اندازه‌گیری زاویه بازگشت پذیری از چروک (crease recovery angle) براساس استاندارد AATCC Test Method 66-2003 صورت می‌گیرد. در این آزمون پارچه تا شده به مدت یک دقیقه تحت بار ثابت (20 نیوتون) قرار گرفته و زاویه بازگشت از چروک آن پس از برداشتن وزنه و استراحت پارچه به مدت یک دقیقه اندازه گیری می‌شود (شکل 14)[22].


نتیجه‌گیری
با توجه به موارد ذکر شده در این جلسه به نظر می‌رسد استفاده از نانوساختارها در زمینه تکمیل ضدچروک منسوجات تاکنون به استفاده از این ترکیبات به منظور افزایش بازده روش‌های مرسوم ضد چروک کردن منسوجات محدود می‌شود. بدیهی است تحقیقات بیشتر برای بررسی نقش مواد نانوساختار مختلف در این زمینه ضروری به نظر می‌رسد.