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 ۱,۴۰۳
  • بازدید این ماه ۴۴
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربردهای ویژه مواد نانوساختار در تکمیل منسوجات

با توسعه فناوری نانو، استفاده از محصولات نانوساختار در نساجی و صنایع مختلف به منظور بهبود خواص و برطرف کردن مشکلات ناشی از مواد شیمیایی سمی و ناپایدار، در حال گسترش است. تقاضا برای افزایش ایمنی در جامعه انسانی و حساسیت بالای دستگاه‌ها و لوازم زندگی بشر اهمیت کاربرد مواد نانوساختار را افزایش داده است. در این مقاله به بررسی خواص و انواع روش‌های عمل کردن نانوساختارها بر روی منسوجات و همچنین خواص ویژه‌ منسوجات حاصل از به کارگیری برخی از مواد نانوساختار، پرداخته خواهد شد.
1. شرح مقاله
1.1 نانوساختارها
نانوساختارها به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم و اندازه کوچکشان دارای خواص فیزیکی-شیمیایی ویژه ای هستند. نانوساختارهای فوتوکاتالیستی مانند دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی غالبا به دلیل حساسیت بالای فوتوکاتالیستی، غیرسمی، ارزان، دوستدار محیط زیست، و بی‌خطر بودن برای زندگی موجودات زنده به طور گسترده ای در صنایع مختلف به خصوص نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

1.2 روش های نوین سنتز درجای نانوذرات و به کارگیری آنها بر بستر منسوجات
سنتز درجای نانوساختارها بر الیاف و پارچه، ویژگی های ارزنده ای همچون راحتی و ارزانی، قابلیت بالا برای تجاری شدن و رهایش کمتر نانوساختار در محیط، کاهش مراحل سنتز و به کارگیری نانوساختارها و مواد اولیه کمتر را به همراه دارد. سنتز درجای نانوساختارهایی مانند دی‌اکسید تیتانیوم به دلیل محدودیت دمای بالا مورد نیاز برای سنتز، کمتر به صورت سنتز درجا بر روی پارچه استفاده شده است. در ادامه به برخی از روش های جدید سنتز درجای نانوساختارها بر پارچه و روش های جدید پیاده‌سازی نانوذرات بر منسوجات اشاره خواهد شد.
در یک پژوهش طی روشی ساده و ارزان قیمت، نانوذرات اکسید مس/اکسید روی به منظور بهبود خواص بر روی پارچه پنبه ای به صورت درجا سنتز شد که روش سنتز در شکل ‏1 نشان داده شده است [1].


filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: روش سنتز نانوذرات اکسیدمس/اکسید روی بر روی پارچه پنبه ای

همچنین سنتز زیستی نانوساختارهای اکسید روی بر پارچه پنبه‌ای از طریق فعالیت بیولوژیکی آمونیاک از اوره تولید شده از باکتری (the ureolytic bacterial species Serratia ureilytica) گزارش شده است [2].
در روشی دیگر، از ساختار سلولزی به عنوان بستری مناسب برای حمایت از سنتز درجا نانوذرات اکسید مس استفاده شده است. بدین ترتیب که ساختار سلولزی در محیط قلیایی نمک مس را احیا نموده و خلل و فرج موجود بر پارچه سلولزی باعث پایداری و عدم تجمع ذرات می شود. به عبارتی دیگر سلولز مانند نانوراکتوری به منظور کنترل اندازه و مورفولوژی ذرات عمل می کند تا مرحله رشد ذرات در ابعاد نانویی متوقف شود. شکل 2 طرح‌واره سنتز نانوذرات اکسید مس بر پارچه پنبه‌ای را نشان می دهد [1][3].


filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: شماتیک سنتز نانوذرات اکسید مس بر پارچه پنبه‌ای

از روش‌های پیش آماده‌سازی منسوجات به منظور افزایش فعالیت گروه های سطحی با استفاده از عملیات فیزیکی از جمله پلاسما، ریز موج (مایکروویو) و عملیات شیمیایی از جمله هیدرولیز قلیایی، آنزیم زدن و اکسیداسیون سطح یا استفاده از سطح فعال های آنیونی و کاتیونی به منظور جذب بیشتر نانوذرات استفاده می‌شود.
در روشی از نانوذرات اصلاح شده به منظور بهبود خاصیت جذب منسوج و افزایش خواص نانوذرات استفاده شده است. به عبارتی دیگر در ابتدا نانوذرات با روش هایی اصلاح می شوند و سپس بر سطح منسوج به کار گرفته می شوند. برای مثال نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم تجاری با آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان اصلاح شده است. سپس نانوذرات اصلاح شده بر روی پارچه پلی استری پیوند کوالانسی برقرار می کنند. پارچه عمل شده با نانوذرات اصلاح شده دی‌اکسید تیتانیوم خواص خودتمیزشوندگی بالا، ضد میکروبی قوی و پایداری زیادی دارد [4].
برخی پژوهشگران چند فرآیند تکمیلی را به طور همزمان با استفاده از نانوذرات در یک مرحله انجام داده اند تا با صرفه‌جویی در زمان و انرژی به ترکیبی از خواص مورد نظر دست یافته و برخی از اثرات منفی عملیات تکمیل به صورت جداگانه کاهش یافته یا از بین برود. برای مثال هیدرولیز قلیایی پارچه پلی استری در طول عمل کردن نانونقره/ نانو دی‌اکسید تیتانیوم به منظور رسیدن به پارچه هیدرولیز شده با خواص ضدمیکروبی و خودتمیزشوندگی انجام شده است. اگرچه عملیات هیدرولیز قلیایی بر پارچه پلی استری به منظور دست یافتن به زیر دست مناسب، افزایش فعالیت سطحی و آب‌دوستی انجام می شود اما کاهش خواص مکانیکی از نتایج منفی آن است. در حالی‌که استفاده از نانوذرات در حین انجام عملیات هیدرولیز قلیایی علاوه بر ایجاد زیر دست مناسب، خواص ضدمیکروبی و خودتمیزشوندگی بالا، میزان جذب نانوذرات را نیز افزایش داده، اتیلن گلایکول تولید شده حین عملیات نیترات نقره را به نانوذرات نقره تبدیل می کند و حتی استحکام فیزیکی پارچه افزایش می یابد [5].
به منظور افزایش پایداری نانوذرات بر پارچه، بایندر پلی اکریلاتی، رزین سیلیکونی، پلی ساکاریدها، پلی کربوکسیلیک اسیدهایی مانند بوتیل تترا کربوکسیلیک اسید، سیتریک اسید، ساکسینیک اسید، و مالئیک اسید برای افزایش ثبات شستشویی نانوذرات استفاده می شود. این مواد همچنین می توانند بر عملکرد نانوذرات تاثیر گذاشته و خواص کاربردی آن ها را افزایش دهند. مثلا رزین سیلیکونی بر سطح پارچه پنبه ای عمل‌آوری شده با نانوذرات نقره، علاوه بر افزایش پایداری و ثبات شستشویی، خواص ضدمیکروبی و خودتمیزشوندگی را نیز افزایش می دهد [6].
استفاده از مواد آلی مانند کیتوسان، آلجینات، کربوکسیلیک اسیدها، فولیک اسید و ... در کنار نانومواد باعث خواص ویژه، بهبود خواص و یا کاهش خواص مضر نانومواد می شوند. حضور مواد آلی در کنار نانوذرات فوتوکاتالیستی با کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی نانوذرات منجر به کاهش اثر تخریب و تجزیه فوتوکاتالیستی بر پوست و منسوجات شده و با دیسپرس کردن نانوذرات منجر به کاهش تجمع ذرات، افزایش ثبات شستشویی نانوذرات بر منسوجات، و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پارچه تکمیل شده می شوند.
برای مثال سنتز نانوساختارهای اکسید مس/اکسید روی بر سطح پارچه پنبه ای با استفاده از فولیک اسید در حضور نمک های فلزی به منظور افزایش محافظت در برابر پرتوهای فرابنفش انجام شده است. این روش تکمیل در مقایسه با سنتز نانوذرات اکسید مس/اکسید روی بر پارچه پنبه ای بدون فولیک اسید محافظت بیشتری در برابر پرتو فرابنفش نشان می دهد. از سوی دیگر نانوذرات اکسید مس/ اکسید روی در حضور فولیک اسید، دیسپرس شدن و توزیع بهتری را با اندازه ذرات کوچکتر نشان می دهد [1].

1.2.1 اصلاح چندگانه منسوجات
اصلاح خواص سطحی منسوجات با نانوساختارها منجر به ایجاد خواص جدید یا بهبود خواص منسوجات بدون تغییر در راحتی و خواص مکانیکی منسوجات می¬شود. در این زمینه تلاش برای تولید منسوجات با خواص چندگانه با استفاده از نانوساختارها در حال افزایش است. تکمیل چندگانه منسوجات معمولا به منظور رسیدن به خواص اصلاح شده از نظر محافظت، راحتی و پایداری انجام می شود. علاوه بر این، تکمیل چندگانه منسوجات به منظور ایجاد خواصی همچون ضدمیکروبی، ضدالکتریسیته ساکن، پایداری اتوکشی، ضدآب، ضد گرد و خاک، ضد چروک، محافظ در برابر پرتو فرابنفش، و خودتمیزشوندگی انجام شده است [7].
برای مثال نانوذرات نیمه‌هادی اکسید مس/اکسید روی با استفاده از نمک های فلزی در محلول قلیایی همراه با پارچه پنبه ای سنتز درجا شده است. نمونه تکمیل شده، خواص ضدمیکروبی، محافظت در برابر پرتو فرابنفش، و جذب گوگرد محلول در آب بالایی نشان داده است. همچنین پارچه تکمیل شده با نانوذرات دو جزیی اکسیدمس/اکسید روی در مقایسه با نانوذرات تک فلزی اکسید مس و اکسید روی اثر هم‌افزایی از خود نشان داده است[1].
در ادامه به بررسی برخی از کاربردهای خاص نانومواد در تکمیل منسوجات اشاره خواهد شد.


filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3: کاربردهای ویژه تکمیل نانوذرات بر منسوجات


1.2.2 حذف رنگ از پساب رنگی توسط منسوجات تکمیل شده با نانوذرات
به دلیل کمبود منابع آبی و به منظورکاهش مصرف انرژی و حفظ محیط زیست، استفاده از نانوساختارهای فوتوکاتالیستی در بی‌رنگ کردن پساب کاربرد فراوانی یافته است. در این میان به دلیل خروج، غیرفعال و تخریب شدن نانوساختارهای فوتوکاتالیستی در پساب، محققان از روش هایی به منظور حفظ نانوساختارها بهره برده اند. تحقیقات گسترده ای به بررسی اثر خودتمیزشوندگی پارچه تکمیل شده با نانوساختارهای فوتوکاتالیستی به منظور بی‌رنگ کردن پساب انجام شده است. برای این روش مزایایی از جمله تخریب رنگ پساب در نور روز، کاهش مصرف نانوذرات، عدم وجود نانوذرات در پساب، تکرارپذیر بودن، و حفظ محیط زیست از رهایش نانوذرات گزارش شده است [8].

1.2.3 آبدوستی
با پوشش لایه ای از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم بر سطح آبگریز پارچه پلی استری، می‌توان به اثر فوق آبدوستی بعد از نوردهی رسید. بدین ترتیب مشکل پاک نشدن سطح آبگریز پارچه پلی استری از چربی، چرک و آلودگی به راحتی برطرف می شود. همچنین با قرار گرفتن پارچه تکمیل شده در برابر نور خورشید، گروه های هیدروکسیل بر سطح تولید می شود که توانایی جذب آب را بر سطح پارچه افزایش می دهد [9].

1.2.4 خواص مکانیکی
استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان کاتالیست باعث افزایش بازگشت از چروک پارچه ها شده است. نانوذرات اکسید مس/ اکسید روی، به دلیل بار جزیی مثبت، از توانایی پیوند با پارچه پنبه ای با بار جزیی منفی برخوردارند. در اثر این پیوند، استحکام الیاف عمل شده با نانوذرات افزایش می یابد. از سوی دیگر فوتوکاتالیست ها با ایجاد گروه های هیدروکسیل بر سطح خود باعث برقراری پیوند هیدروژنی با گروه های هیدروکسیل منسوج شده و در نتیجه استحکام را افزایش می دهند. هر چند که در برخی از گزارش ها به کاهش استحکام در اثر عمل کردن پارچه با نانوذرات اشاره شده است. این اختلاف نظر در مورد استحکام پارچه عمل شده، به مواد و روش تکمیل بر پارچه باز می گردد [1].

1.2.5 حسگر
سنتز درجای نانوذرات اکسید مس بر پارچه پنبه¬ای به عنوان حسگر چشمی برای تشخیص آمونیاک و هیدروژن پراکسید در دمای اتاق (کمتر از یک ثانیه) گزارش شده است. استیک اسید به عنوان عامل کاهنده، رنگ اکسید مس بر پارچه را به حالت اول بر گردانده و قابلیت کاربرد چندباره از آن را ایجاد می‌کند [3].

1.2.6 ضدبید
نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم با سیتریک اسید به منظور خاصیت ضدبید (mothproofing) در مقابل بید لاروا فرش (larvae of carpet beetle,Anthrenus verbasci) بر روی پارچه پشمی عمل‌آوری شد. در این روش، سیتریک اسید ثبات شستشویی، ضد نمدی شدن و خواص ضدمیکروبی پارچه عمل شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم را بهبود می بخشد [10].

1.2.7 عملیات سفیدگری نوری
عملیات سفیدگری بر منسوج خام از طریق پخت با مواد اکسنده و کاهنده انجام می شود. عمل کردن پارچه پنبه ای آهارزدایی شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان نانو فوتو شستشو (nano photo scouring) و نانو فوتو سفیدگری (nano photo bleaching) برای تخریب ناخالصی های آبگریز و مواد رنگی از جمله پکتین، واکس و پیگمنت های طبیعی پارچه استفاده شد. پارچه پنبه ای در حمام فراصوت شامل نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان فوتوکاتالیست و سیتریک اسید به عنوان عامل کراسلینک کننده و سدیم هیپوفسفیت به عنوان کاتالیست و سدیم دودسیل سولفات به عنوان دیسپرس کننده عمل شده است. ادعا شده که این عملیات مزایای ویژه ای از جمله افزایش آبدوستی و سفیدی حتی بعد از 5 بار شستشو و سفیدگری و پخت نوری در یک مرحله بدون استفاده از آب فراوان را دارد [11].
در پژوهشی دیگر از نانوذرات فوتوکاتالیست بر پارچه پشمی خام به منظور نانو فوتو سفیدگری استفاده کردند. نانوذرات فوتوکاتالیست دی‌اکسیدتیتانیوم و اکسید روی بعد از 7 روز نوردهی با نور خورشید سبب شدند پیگمنت های طبیعی پارچه پشمی تخریب شده و رنگ سفید پایداری ایجاد شود [12].

1.2.8 جلوگیری از تل شدن پارچه
کاهش نرخ تل شدن (pilling rate) پارچه کشباف پنبه/پلی استری با استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم، سیتریک اسید و هیپوفوسفیت سدیم بدست آمده است. ادعا شده که پارچه عمل شده با این نانوذرات خواص چندگانه ای از جمله تاخیر در شعله، ضد تل شدن، آبدوستی، خودتمیزشوندگی، ضدمیکروبی و محافظت در برابر پرتوهای فرابنفش را داراست [7].

1.2.9 مقاومت در برابر حلال قلیایی
ادعا شده که پارچه پشمی عمل شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم/ بوتان تترا کربوکسیلیک اسید در حمام فراصوت مقاومت بالایی در برابر حلال قلیایی و آبدوستی مناسبی را بدست آورده است. افزایش آبدوستی در عملیات قلیایی با حضور نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم بهبود می یابد. همچنین کاهش استحکام در مقابل عملیات قلیایی، به دلیل ایجاد پیوند بین زنجیره های پپتیدی پشم با گروه کربوکسیلیک کراسلینک کننده بوتان تترا کربوکسیلیک اسید، چشمگیر نخواهد بود و پایداری پارچه پشمی در برابر عملیات قلیایی بهبود می یابد [9].

2. بحث و نتیجه گیری
در دهه اخیر، پیشرفت های مهمی در حوزه تولید و به کارگیری نانوساختارها در صنعت نساجی و پلیمر صورت گرفته است. امروزه، نانوساختارهای متفاوتی برای غلبه بر محدودیت های مواد تکمیلی متداول به کار گرفته شده اند. با پیشرفت نانوفناوری کاربرد این مواد به منظور رسیدن به اصلاح منسوجات با خواص چندگانه بیش از پیش مدنظر پژوهشگران قرار گرفته است. از این‌رو در این مقاله به پیشرفت ها و کاربردهای ویژه نانومواد در حوزه نساجی پرداخته شد.

منابـــع و مراجــــع

[1] S.A. Noorian, N. Hemmatinejad, A. Bashari, One-Pot Synthesis of Cu 2 O/ZnO Nanoparticles at Present of Folic Acid to Improve UV-Protective Effect of Cotton Fabrics, Photochem. Photobiol. 91 (2015) 510–517. doi:10.1111/php.12420.

[2] P. Dhandapani, A.S. Siddarth, S. Kamalasekaran, S. Maruthamuthu, G. Rajagopal, Bio-approach: Ureolytic bacteria mediated synthesis of ZnO nanocrystals on cotton fabric and evaluation of their antibacterial properties., Carbohydr. Polym. 103 (2014) 448–55. doi:10.1016/j.carbpol.2013.12.074.

[3] A. Sedighi, M. Montazer, N. Samadi, Synthesis of nano Cu2O on cotton: Morphological, physical, biological and optical sensing characterizations., Carbohydr. Polym. 110 (2014) 489–98. doi:10.1016/j.carbpol.2014.04.030

[4] D. Pasqui, R. Barbucci, Synthesis, characterization and self cleaning properties of titania nanoparticles grafted on polyester fabrics, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 274 (2014) 1–6. doi:10.1016/j.jphotochem.2013.08.017.

[5] V. Allahyarzadeh, M. Montazer, N.H. Nejad, N. Samadi, In situ synthesis of nano silver on polyester using NaOH/Nano TiO 2, J. Appl. Polym. Sci. 129 (2013) 892–900.

[6] R. Dastjerdi, S. a. Noorian, Polysiloxane features on different nanostructure geometries; nano-wires and nano-ribbons, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 452 (2014) 25–31

[7] S. Hashemikia, M. Montazer, Sodium hypophosphite and nano TiO2 inorganic catalysts along with citric acid on textile producing multi-functional properties, Appl. Catal. A Gen. 417-418 (2012) 200–208. doi:10.1016/j.apcata.2011.12.041

[8] D. Wu, M. Long, Realizing visible-light-induced self-cleaning property of cotton through coating N-TiO2 film and loading AgI particles., ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (2011) 4770–4.

[9] M. Montazer, E. Pakdel, M.B. Moghadam, The role of nano colloid of TiO2 and butane tetra carboxylic acid on the alkali solubility and hydrophilicity of proteinous fibers, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 375 (2011) 1–11

[10] A. Nazari, M. Montazer, F. Jafari, M. Dehghani-Zahedani, Optimization of wool mothproofing with nano TiO 2 using statistical analysis, J. Text. Inst. (2013) 1–10

[11] M. Montazer, S. Morshedi, Nano photo scouring and nano photo bleaching of raw cellulosic fabric using nano TiO2., Int. J. Biol. Macromol. 50 (2012) 1018–25

[12] M. Montazer, M.M. Amiri, R.M.A. Malek, In Situ Synthesis and Characterization of Nano ZnO on Wool: Influence of Nano Photo Reactor on Wool Properties., Photochem. Photobiol. 89 (2013) 1057–1063.