مقاله نانو در نساجی

[Astraea 25,351]

امروزه بشر، به دلیل ارتقای آگاهی اش از بهداشت و سلامت فردی، نیازهای متفاوت و جدیدی را می طلبد و انتظار دارد تا محیط اطراف، وسایل، لباس ها و هر آنچه كه او با آن ها سروكار دارد، عاری از هرگونه آلودگی، ناپاكی و بوی بد باشد. از این بین منسوجات محل مناسبی برای رشد باكتری ها و قارچ ها هستند و در صورت وجود رطوبت، حرارت و تغذیه كافی در منسوجات، باكتری ها در آن ها رشد كرده و موجبات بیماری، عفونت و بوی بد را فراهم می آورند؛ پوشش تخت های بیمارستانی، ماسك های پزشكی، چسب های زخم و... كه بهترین شرایط رشد باكتری و میكروارگانیسم ها در این مكان ها است.

سال های متمادی است كه صنعت نساجی، پارچه های ضدباكتری و ضدقارچ را جهت مصارف پزشكی، بهداشتی، ضدعفونی و تصفیه آب، به منظور مهار كردن باكتری ها و اثرات عفونی آن ها عرضه نموده و در صدد آن بوده است تا منسوجاتی را تولید نماید كه علاوه بر قدرت بالای ضدباكتری، ثبات خوبی در برابر شستشوهای خانگی و بیمارستانی داشته باشد.

 

تامدت ها، منسوجات ضدباكتری به شیوه ای سنتی و با استفاده از یك سری مواد شیمیایی تولید می گردید كه این مواد شیمیایی علاوه بر اینكه سمی و بدبو بودند، پایداری كمی نیز بر روی منسوج داشته و پس از شستشوهای مكرر از بین می رفتند و خواص ضدباكتری منسوج نیز از دست می رفت؛ لذا محققان در جستجوی روشی بودند تا منسوجاتی را تولید كنند كه علاوه بر خاصیت ضدباكتری، ثبات شستشویی بالایی نیز داشته باشند.

قدم های ارزشمندی دراین راستا برداشته شد اما نتیجه كاملا رضایت بخشی حاصل نمی گشت تا این كه با ظهورفناوری نانو، دریچه ای جدید به روی صنعت نساجی و نیز سایر صنایع گشوده شد

فناوری نانو، علم نوینی است كه با استفاده از آن، مولكول ها و اتم های منفرد را به منظور ایجاد ساختارهای لایه ای در ابعاد نانومتر دستكاری می كنند.

با ورود علم نانو در صنعت نساجی، علاوه بر تولید نانو مواد اولیه این صنعت نظیر نانو الیاف و نانو رنگدانه ها، منسوجات نیز تحت یك سری عملیات تكمیلی دراین ابعاد قرار گرفتند، كه اصطلاحاً به این عملیات (Nano finishing) گفته می شود.

فناوری نانو، تعریف جدیدی را برای منسوجات ضدباكتری ارائه داده و اساس تولید این منسوجات را از نو بنا نهاده است. درحیطه فناوری نانو، به منظور تولید منسوجات ضدباكتری به جای مواد شیمیایی از نانو ذرات استفاده می شود و مواد شیمیایی ضدباكتری جایگاهی در فناوری نانوندارند.

 

فناوری نانوقابلیت‌های متنوعی به نساجی داده است؛ به این صورت كه ما می‌توانیم نانوذرات خاصی را روی پارچه قرار دهیم یا به عبارت دیگر نوعی تكمیل نانومتریك روی پارچه انجام دهیم تا به پارچه یك ویژگی تعریف شده مانند ضدلك یا آنتی‌باكتریال بودن را بدهیم.

جالب است بدانید كه در ضدلك كردن پارچه‌ها از خواص طبیعی برخی گل‌ها كه به آن خاصیت گل بنفشه می‌گویند استفاده شده است. محققان با مطالعه برگ گل‌ها متوجه شده‌ا‌ند كه روی سطح آنها برجستگی‌هایی در سطح نانو وجود دارد كه مانع نفوذ آب در گل‌ها می‌شود. در پارچه‌ها هم از همین خاصیت طبیعی الگوبرداری شده است.

امروز، محققان به این حقیقت دست یافته اند كه اگر فلزات و اكسیدهای فلزی در مقیاس نانو تولید و یا تا مقیاس نانو خرد شده و به فرم پودر درآورده شوند، آنگاه این مواد به قدری واكنش پذیر و فعال می شوند كه هیچ موادی جز خود آن ها را نمی توان با آن ها جایگزین نمود.

نانو فلزات و نانو اكسیدهای فلزی نظیر نانو نقره، نانو اكسید روی، نانو دی اكسید تیتانیوم و... دارای قابلیت های ویژه و منحصر به فردی از جمله قابلیت مهاركنندگی باكتری و قارچ می باشند كه همین موضوع سبب شده است تا در سال های اخیر، این نانو مواد گوی سبقت را از مواد شیمیایی ضدباكتری گرفته و خود را بعنوان بی نظیرترین مواد ضدباكتری معرفی كنند.

در زمینه‌های دیگر مثلادر پزشكی می‌توانیم در ساخت داربست‌های پزشكی كه نوعی نانوالیاف در ساخت آنها استفاده می‌شود محیطی ایجاد كنیم كه قسمت‌های آسیب‌دیده سریع‌تر و بهتر التیام پیدا كنند؛به عبارت دیگربا استفاده از الیاف نانو می‌توان زمان بهبود را كاهش داد یا از همین الیاف می‌توان به‌عنوان باند زخم استفاده كرد

 

كاربرد این نانو مواد تدریجا رواج یافت تا اینكه امروزه در صنعت نساجی با استفاده از نانو ذرات نقره، منسوجات با خاصیت فوق العاده قوی ضدباكتری و ضد بو و نیز با ثبات در برابر شستشوهای مكرر تولید شده است. مهندسین صنعت نساجی همزمان با ظهور فناوری نانو، روند جدیدی را در انجام تكمیل های نساجی به اجرا درآورده اند و با استفاده از روش های نوین، كه زائیده فناوری نانو است، نانو ذرات فلزی را بر روی الیاف نساجی تثبیت كرده و به آنها خواص بی نظیری اعم از ضدباكتری، ضداشعه ماوراءبنفش و... دادند.

 

 

در زمینه‌های دیگر مثلادر پزشكی می‌توانیم در ساخت داربست‌های پزشكی كه نوعی نانوالیاف در ساخت آنها استفاده می‌شود محیطی ایجاد كنیم كه قسمت‌های آسیب‌دیده سریع‌تر و بهتر التیام پیدا كنند؛به عبارت دیگربا استفاده از الیاف نانو می‌توان زمان بهبود را كاهش داد یا از همین الیاف می‌توان به‌عنوان باند زخم استفاده كرد.تفاوت الیاف درمقیاس نانومتری درخواص وکارایی آن ها بسیارموثراست .

با ایجاد یک تغییر کوچک درابعاد نانومتری پارچه ای که ازالیاف تولید می شودکاربرد متفاوتی خواهد داشت.

در ساخت باندهای زخم از پلیمرهای طبیعی خاص استفاده می‌شود كه به‌صورت الیاف نانو در‌آمده‌اند.

باندها ، هم خاصیت ضدعفونی دارند و مصرف آنتی‌بیوتیك‌ها را كاهش می‌دهند و هم سریع‌تر زخم را التیام می‌دهند و حتی درصورتی كه این پلیمرها جذب بافت‌های بدن شوند مشكلی برای بیمار ایجاد نمی‌كنند.

همچنین ما می‌توانیم نانوالیافی تولید كنیم كه قابلیت هدایت الكتریكی داشته باشند؛ یعنی در لیفی كه به ابعاد نانو است ذرات نانومتریكی مانند نانوتیوب‌های كربن اضافه كنیم. این الیاف هدایت الكتریكی غیرقابل مقایسه‌ای با دیگر هادی‌ها دارند و می‌توانند میلیون‌ها بار كارایی بیشتری داشته باشند.

با این الیاف می‌توان كامپوزیت‌های تقریبا عایق را به كامپوزیت‌های كاملا عایق تبدیل كرد و از آنها در صنایع مختلف استفاده كرد. در این بخش امروزه قادریم به جای استفاده از یك كلاف مثلا 5كیلوگرمی مسی از یك نانولیف چندگرمی برای انتقال جریان الكتریسیته استفاده كنیم.

[Astraea 25,351]

ذرات یون نقره در مقیاس نانو (نانوذرات نقره یا همان خواص ضد عفونی‌کننده یا آنتی‌باکتریال دارند. البته، خواص ضد عفونی‌کنندگی نقره از گذشته نیز شناخته شده بود. مثلاً قرا

ر دادن ظروف نقره‌ای بر روی جراحات زخمیان جنگ‌ها، یا نگه‌داری شیر و لبنیات در ظروف نقره‌ای از نمونه‌های خواص آنتی‌باکتریال نقره است که در زمان‌های گذشته نیز شناخته شده بود. اما کوچک شدن ذرات یون نقره موجب افزایش سطح نقره، و بنابراین افزایش واکنش‌پذیری آن می‌شود. پوشش دادن الیاف پارچه‌ها با نانوذرات نقره موجب ایجاد خواص ضد عفونی‌کنندگی در پارچه‌ها می‌شود. بدین ترتیب، باکتری‌ها و قارچ‌ها امکان رشد و تکثیر نمی‌یابند. این

ویژگی، در مورد لباس‌ها و پوشش‌هایی که بیشتر در معرض عرق کردن هستند، مانند جوراب و کفش، موجب می‌شود که این لباس‌ها و پوشش‌ها، علی‌رغم عرق کردن، بو نگیرند.هم اکنون چند شرکت ایرانی پارچه‌ها و لباس‌هایی تولید می‌کنند که با نانو ذرات نقره پوشش داده شده‌اند و خواص آنتی‌باکتریال دارند.

پوشش دادن الیاف پارچه‌ها با نانوذرات نقره موجب ایجاد خواص ضد عفونی‌کنندگی در پارچه‌ها می‌شود. بدین ترتیب، باکتری‌ها و قارچ‌ها امکان رشد و تکثیر نمی‌یابند. این ویژگی، در مورد لباس‌ها و پوشش‌هایی که بیشتر در معرض عرق کردن هستند

[Astraea 25,351]

[h=2]خواص پارچه های آنتی باکتریال[/h]به غیر از اینكه كالا ضدمیكروب می‌شود:

** بوهای نامطبوع را كاهش می‌دهد.

** كالا ضد الكتریسیته ساكن می‌شود.

** البسه حاوی نانونقره ، با حفظ توازن بیولوژیكی، تعادل بین طراوت پوست و محصول را در جریان فعالیت‌های ورزشی باعث میشود.

 

[h=2]كاربرد پارچه های آنتی باکتریال[/h]

* منسوجات جهت استفاده روزمره و پوشش‌‌های خاص

(لباس ضد حساسیت، دستمال، حوله، دستكش، لباس كار، عرق گیر، پیراهن، كیسه خواب، لباس زیر)

* منسوجات مورد مصرف در خودرو

(روكش‌های صندلی، موكت‌ها، سقف، ایزولاسیون، آفتابگیر، طاقچه عقب و ...)

* منسوجات بیمارستانی

(منسوجات بهداشتی ، باند و گاز ، روكش و پانسمان زخم ، روپوشها و روكشهای آزمایشگاهی ، بیمارستانی و اتاق عمل و ..)

* منسوجات نظامی (البسه و متعلقات سرباز ، چادرهای صحرایی )

* منسوجات ورزشی (اسكی – لباس شنا و لباس های ورزشی )

* و پوسته های تهویه مطبوع ، دیالیز ، كولر ، ماسك، ها و غشاهای تصفیه ی آب و پساب

* مسوجات خانگی ( فرش ، موكت ، مبل ، پرده ، رومیزی)

* منسوجات مصرفی در صنعت بسته بندی (بسته بندی مواد غذایی )

[Astraea 25,351]

همان طور که می دانیم قدمت صنعت نساجی به هزاران سال پیش باز میگردد. جایی که از پشم حیوانات با ساده ترین ابزار نخ ریسیده می شد و با ساده ترین روشها به پارچه مبدل می گردید. اما امروزه جایگاه این صنعت بسیار دگرگون شده و منسوجاتت نها شامل لباس نمی شوند، بلکه با تامل در دنیای پیرامون، متوجه استفاده انبوه از منسوجات در اطرافمان می شویم. در صنایع دفاعی، الکترونیک، کشاورزی، در امور عمرانی، تصفیه آب،تهیه مواد شیمیایی، کالاهای ورزشی، حمل و نقل، خودروسازی و پزشکی، صنایع غذایی، معماری و ساخت و ساز، هوافضا و صنایع کاغذ نیز از منسوجات استفاده می شود.

امروزه منسوجات با ریزترین آجربناهای مواد یعنی اتم ها ارتباط دارند. خصوصیات یک منسوج با ساختمان اتمی، مولکولی، زنجیره پلیمری، شبکه کریستالی و غیرکریستالی، تک رشته الیاف، نخ و ساختمانپارچه ارتباط دارد و مسیر اتصال ساختارهای بنیادی به کاربرد، مسیری است که صنعت نساجی سال ها است طی کرده است و در سال های اخیر نیز شاهد تحولات زیادی در این بخش بوده ایم.

 

نانوالیاف

اگر با دقت به لباس هایتان نگاهی بیاندازید اولین چیزی که توجه شما را جلب می کند، ساختمانی است که نخ ها در کنار هم ایجاد کرده اند. این ساختمان به یک شکل و حالت نیست. ساختمانی که در لباس ها وجود دارد به روش بافتی که پارچه بافته شده بستگی دارد. در مقیاسی کوچک تر نخ ها هستند که با چشم به راحتی دیده می شوند. الیاف ساختارهایی هستند که نخ را می سازند. دیدن الیاف در لباس کار آسانی نیست، به همین دلیل یک تکه نخ قرقره را برای دیدن الیاف برخلاف جهت تاب آن پیچ داده و آن را باز کنید.رشته های ظریفی که در کنار هم قرار گرفته اند، همان الیاف هستند.

 

الیاف (جمع لیف) یا فیبر ماده ای است که در عین انعطاف پذیری وظرافت، طول بلندی نسبت به قطرش دارد. نسبت طول به قطر لیف باید بیش از 1000 باشد تاآن را لیف بنامیم. الیاف از نظر فیزیکی به صورت کوتاه و قطعه قطعه یا بلند و یکسره هستند. آنها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. الیاف سلولزی پنبه از مهم ترینالیاف طبیعی به شمار می رود. الیاف مصنوعی را به این جهت مصنوعی می گویند که آنها راانسان ساخته است. امروزه صدها نوع لیف مصنوعی در سراسر دنیا تولید می شوند که هر یک ویژگیهای مختص به خود را دارند، تفاوت الیاف در مقیاس نانومتری(نانوالیاف) در خواصو کارایی آنها بسیار موثر است. با ایجاد یک تغییر کوچک در ابعاد نانومتری پارچه ایاز الیاف تولید می شود کاربرد متفاوتی خواهد داشت.

درابعاد نانومتری امکان تغییرات روی مولکول های زنجیره های پلیمریوجود دارد ومی توان خواص الیاف راتغییرداد.مولکول های تشکیل دهنده الیاف نساجی اکثرااز زنجیره های هیدروکربنی شکل گرفته اند

معمولا آرایش زنجیره های پلیمری در کنار هم (چه در الیاف طبیعی وچه در الیاف مصنوعی)مناطق کریستالی یاغیر کریستالی و به اصطلاح آمورف را ایجاد کند.مهمترین ویژگی های الیاف مربوط به رفتار الیاف دربرابرکشش ومیزان افزایش طول آن ها وهمچنینرفتارشان در برابرخمش (خواص مکانیکی الیاف) است.این خواص تا حدی مهم هستند که دربسیاری از مواردکاربرد الیاف براساس آن تعیین می شود.مثلا الیاف ضعیف به تنهایی دریک لباسیا کامپوزیت استفاده نمی شوند،مگر اینکه کارایی دیگری غیر از استحکام داشته باشند،برای مثال بتوانند رطوبت را جذب کنند.

 

 

درحال حاضر یک روش معمول در تولید نانوالیاف استفاده از الکتروریسندگی(درتولید نانوالیاف فرآیند الکتروریسی نسبت به سایر روشها برتری دارد. فرآیند الکتروریسیاز لحاظ سرعت تولید، تنوع، پیوستگی، سادگی، هزینه و تجاری‌سازی بر سایر روشها ارجح‌ترمی‌باشد.) است که جریان پلیمری (محلول یا مذاب) از طریق ایجاد اختلاف پتانسیلkv 20 بین محلول پلیمری و جمع‌کننده ریسیده و کشیده می‌شود. این روش که در تولیدمقادیر نانوالیاف لازم برای کاربردهای پژوهشی به‌کار گرفته می‌شود، نمایانگر کاربردهاییبرای پلیمرهایی است که قابلیت ریسندگی فاز مذاب یا فاز محلول را ندارند. تحقیقات اخیراثبات کرده است که نانو الیاف می‌توانند با استفاده از پلیمرهای دارای قابلیت ذوب ریسی و بوسیلة آمیختن روش‌های ریسندگی و طراحی پک ریسندگی تولید شوند. با این روش نتایج حاصل نانوالیاف حدود 100 nm تا 400 nm تولید شده است. مزیت روش ریسندگی فاز مذاب در تولید نانوالیاف، قابل مقایسه بودن بهره‌وری آن با الیاف حاصل از روش ذوب ریسی است.

آن دسته از الیاف نانو که با فرایند الکتروریسی بدست آمده به‌ طورقابل ملاحظه‌ای مقاومت و قابلیت هدایت گرمای پارچه را بعد از عملیات حرارتی مناسب بالامی‌برد. از این رو این نانو الیاف و نخ‌ها در قطعات منسوج الکترونیکی(منسوجات الکترونیکی(e-textile )، پارچه‌‌هایی هستند که از نخ‌‌های حامل اجزای الکترونیکی ساخته شده‌‌اند.

 

چارچوبی سه لایه از پارچه های الکترونیکی شامل اجزا، سیستم‌‌هاو کاربردها، می باشد:

 

* اجزا، عبارتنداز اجزای الکترونیکی که می‌‌توانند به پارچه‌‌ها متصل شوند مانند کلیدها، آنتن‌ها وحسگرها

 

* سیستم‌ها، عبارتنداز سیستم‌‌هایی که می‌‌توانند به پوشاک متصل شوند مانند شبکه حسگرها که در لباس جاسازی‌‌‌شده و فعالیت قلب را پایش می‌‌کنند.

 

* کاربردها، اهداف خاص کاربر یا بازار هستند مانند قابلیت دسترسی آسان به اطلاعات و سرگرمی‌‌ها در لباس‌‌های مد یا لباس‌‌های ورزشی) استفاده می‌شوند.

[Astraea 25,351]

خیلی اوقات رطوبت جمع شده در داخل کفش ها بسیار آزاددهنده است،به خصوص در فصل زمستان که امکان بیرون آوردن پا نیست. چکمه های بارانی در بیشتر مواردپلاستیکی هستند و مانند پلی استر رطوبت را دفع می کنند.

فضای داخل این چکمه ها مثل دیگ بخار برای پا ناراحت کننده است. به کمک فناوری نانو می توان ورود و خروج رطوبت در داخل کفش را کنترل کرد. لایه متخلخلی که از منسوجات بی بافت این کار را ممکن می کند. بی بافت ساختاری از الیاف است که همانطور که از نامش پیداست بافت مشخصی ندارد و الیاف به روش دیگری در هم تنیده شده اند. پارچه هایی مثل نمدها از این نوع بی بافت ها هستند و شاید قدمتشان بیشتر از پارچه های دیگر باشد. نمد از در هم تنیدن پشم گوسفندان تهیه می شود. اما بی بافت ها نسل جدیدی از پارچه ها هستندکه مستقیماً از الیاف تولید می شوند. چون مرحله تولید نخ و آماده سازی نخ برای بافتمراحل طولانی و پرهزینه ای است، مهم ترین برتری بی بافت ها قیمت ارزان تر برخی از آنهانسبت به پارچه های دیگر است.

یک بی بافت می تواند باایجاد یک اختلاف در مساحت سطحی پشت و روی پارچه، عبوردهی رطوبت را کنترل کند. این لایه ها در چکمه های بارانی مفید خواهد بود، کافی است بی بافت به عنوان یک لایه عبوری درکفش قرار گیرد. بی بافتی که به این منظور استفاده شده یک بی بافت فوق جاذب است. اینبی بافت نه تنها هوا را عبور می دهد، بلکه بسته به شرایط جوی مثل پارچه پنبه ای قادراست رطوبت هوا را نیز عبور دهد یا برعکس، جلوی عبور آن را بگیرد.

وقتی آب در مجاورت این پوشش قرار گیرد، ذرات دانه دانه ای که بصورت ثابتروی بی بافت ایجاد شده اند می توانند تا 400 برابر وزنشان آب را جذب کرده و بعد تخلیه کنند. جذابیت فوق العاده این مواد به خاطر ساختار مولکولی آنها است که ماده اصلی اسیدآکریلیک را دارد. تعداد بی شماری از این دانه ها در جاهای مختلف به ساختار بی بافتچسبیده شده است. در نتیجه ساختمان نرمی ایجاد شده است که آب محیط را به داخل شبکه پلیمری می کشد. در این حالت فضای محیط بی بافت آنقدر از آب سیر و اشباع شده است که دیگر نمیتواند اجازه نفوذ آب بیشتری را بدهد. در هوای گرم این لایه به هوا اجازه می دهد که به راحتی از کفش عبور کند.