روغن مناسب جهت منسوجات بی بافت اسپان لیث بهداشتی

 

مقدمه
در بین روشهای مختلف تولید منسوجات بی بافت، روش اسپان لیث Spunlace یا همان ایجاد اتصال در منسوج به وسیله جت آب یکی از جدیدترین روشها می باشد که به واسطه ویژگیهای خاص خود توانسته است نقش ویژه ای در بین سایر روشها داشته باشد و از سرعت رشد بسیار قابل توجهی (بالاتر از متوسط رشد) در بازار نساجی برخوردار شود.
همانند بسیاری از روشهای تولید منسوجات بی بافت، الیاف مورد استفاده در این روش نیز بایستی قبل از عملیات کاردینگ و تولید لایه به روغن ریسندگی Spin Finish مخصوصی آغشته شوند. مسلماً با توجه به نوع کاربرد نهایی منسوج و مواد اولیه مورد استفاده از آن، ترکیبات مختلفی در ساخت این روغنهای ریسندگی مورد استفاده قرار می گیرند تا خصوصیات مکانیکی مدنظر در حین فرآیند کاردینگ و فرآیندهای بعدی مخصوصاً اتصال با جت آب در لایه ایجاد شود.

یکی از مزایای بسیار ویژه تولید منسوجات بی بافت به روش اسپان لیث قابلیت استفاده از الیاف طبیعی نظیر پنبه و الیاف بشرساخت بازیافتی نظیر ویسکوز در آن است. با توجه به اینکه مهمترین کاربرد منسوجات بی بافت تهیه شده از الیاف ویسکوز تولید دستمالهای بهداشتی می باشد به همین دلیل روغن مورد استفاده در فرآیند تولید آنها بایستی از خصوصیات بهداشتی مناسبی نیز برخوردار باشد تا در حین حفظ خاصیت آبدوستی لایه با پوست بدن انسان نیز سازگار باشد (شکل ۱).

شکل۱- دستمال بهداشتی

مهمترین قسمتهای فرآیند تولید منسوجات بی بافت اسپان لیث عبارتند از: تولید لایه، ایجاد اتصال در لایه به وسیله جت آب، آبگیری و خشک کردن لایه و بازیافت و فیلتراسیون آب که در روغن مورد استفاده در ابتدای فرآیند در کلیه این قسمتها تاثیری از خود بر جا می گذارد (شکل ۲).

شکل۲- نمای شماتیک فرآیند تولید منسوجات بی بافت اسپان لیث- گروه آندریتز

همانگونه که گفته شد در ابتدای فرآیند و قبل از ورود الیاف به درون دستگاه کاردینگ، بایستی الیاف با امولسیون روغن آغشته شود. معمولاً درصد میزان برداشت روغن ( % OPU = Oil Pick Up ) بایستی در پایینترین حد نگهداشته شود که این مساله از ۲ لحاظ بسیار حائز اهمیت است:
– با توجه به اینکه معمولاً روغنهای ریسندگی نسبت به الیاف مورد استفاده گرانتر می باشند همواره به دلایل اقتصادی بایستی مصرف آنها را در پایینترین حد نگهداشت.
– روغنهای ریسندگی به دلیل ترکیب شیمیایی خود تمایل زیادی به ایجاد کف در تماس با آب دارند که این موضوع نیز در فرآیند اسپان لیث مساله ساز است.
از طرف دیگر بایستی حد روغن در میزانی باشد که خصوصیات مدنظر از آن نظیر روانسازی حرکت الیاف در طی فرآیند تولید لایه و یا ایجاد چسبندگی بین الیاف در لایه نیز تامین شود.
معمولاً درصد میزان برداشت روغن های خوب و درجه ۱ بازار (روغنهای آلمانی) در این فرآیند در حد ۰.۱۰% الی ۰.۱۵% می باشد که با رعایت این حد می توان عملیات کاردینگ تولید لایه را بدون مشکل انجام داد و انتظار لایه ای بی بافت با خصوصیات مطلوب نیز داشت.

شکل ۳- جت آب فرایند اسپان لیث

در فرآیند اسپان لیث ایجاد اتصال در بین الیاف لایه به وسیله جتهای آب با فشار زیاد انجام می شود.
(شکل ۳)
تقریباً بطور همزمان با عبور لایه از مقابل جتهای آب، به کمک سیستم مکش آب اضافی که در این حالت آغشته به روغن ریسندگی نیز شده است از لایه خارج می شود تا از ایجاد حالت غوطه وری الیاف در آب جلوگیری شود و این آب اضافی به سیستم بازیافت آب منتقل می شود.
در سیستم بازیافت ابتدا به کمک عملیات فیلتراسیون خرده های الیاف و یا هرگونه مواد ناخالصی فیزیکی از آب جدا می شود و سپس این آب به مخازن نگهداری هدایت می شود. با توجه به حجم زیاد این مخازن و هوادهی آب درون آنها، پتانسیل ایجاد کف در این مخازن بسیار زیاد می باشد. بدون شک برطرف کردن این میزان کف از درون مخازن کار راحتی نیست و بایستی حتماً از مواد ضدکف استفاده شود.

البته بایستی توجه داشت که حتی در حین فرآیند پاشش آب به وسیله جت بر روی لایه بی بافت نیز امکان تشکیل کف وجود دارد که این مساله نیز بر روی راندمان عملیات آبگیری به وسیله مکش تاثیر می گذارد.
در طی ۳ دهه گذشته روغنهای زیادی به عنوان روغن ریسندگی مناسب جهت فرآیند تولید لایه بی بافت اسپان لیث مورد استفاده قرار گرفته اند که به ترتیب زمان ورود به بازار به شرح ذیل می باشند:

۱. استرهای پلی گلایکول (PEG): مهمترین مشکل این روغنها قابلیت کف کنندگی زیاد آنها بود
۲. استرهای پلی گلایکول به همراه مواد ضدکف: مهمترین مشکل این روغنها قیمت نسبتاً بالای آنها به همراه کاهش چسبندگی الیاف در لایه بی بافت می باشد.
۳. استرهای پلی گلایکول اصلاح شده همانند روغن IH55
گروه سوم از روغنهای ریسندگی که هم اکنون در بازار مورد استقبال قرار گرفته است از لحاظ کلی دارای همان ساختار استر پلی گلایکولی می باشد با این تفاوت که با انجام اصلاحاتی در ترکیب شیمیایی آن از میزان قابلیت کف کنندگی آن در حد قابل توجهی کاسته شده است. به عبارت دیگر این ترکیب به صورت ذاتی کف کننده نیست و در ساخت آن از ترکیباتی نظیر سیلیکونها و یا سیلوکسانها استفاده نشده است. یکی دیگر از مزایای آن قابلیت زیست تخریب پذیری عالی آن در مقایسه با ترکیبات حاوی سیلیکون، کاهش میزان آلایندگی سیستمهای تصفیه و انتقال آب و همچنین قابلیت تمیزکردن بهتر این سیستمها در صورت عبور آب حاوی این مواد می باشد.

یکی از مشکلات رایج در هنگام استفاده از ترکیبات سیلیکونی تمایل بسیار زیاد آنها جهت ته نشینی مجدد بر روی الیاف و منسوج می باشد که خصوصیات کیفی لایه بی بافت نهایی را دستخوش تغییر و نایکنواختی می نمایند. علاوه بر این ترکیبات سیلیکونی به صورت ذاتی گرانقیمت بوده و استفاده از آنها منجر به افزایش هزینه تولید می شود.
از همه مهمتر اینکه استرهای پلی گلایکولی هیچگونه خاصیت حساسیت زایی بر روی پوست انسان ندارند که این مساله در هنگام استفاده از آنها در سیستم اسپان لیث به منظور تولید دستمالهای بهداشتی بسیار حائز اهمیت است.

آزمایش مقایسه ای
به منظور درک بهتر از تفاوت خصوصیات روغنهای ریسندگی مختلف و تاثیر آنها بر روی فرآیند تولید منسوجات بی بافت به روش اسپان لیث تعدادی آزمایش مقایسه ای بر روی لایه تهیه شده از الیاف ۱.۳ دسی تکسی ویسکوز با طول ۳۸ میلیمتر انجام شد که نتایج آنها در تصاویر ۴ الی ۷ آمده است.
در اولین آزمایش خصوصیات کف کنندگی روغنهای مختلف با یکدیگر تحت روش استاندارد اروپایی مورد مقایسه قرار گرفت.
یکی از نتایج بسیار مهم این آزمایش، ضعف عملکردی استفاده از مواد ضدکف در ترکیب روغنهای نسل اول و دوم می باشد. این مواد تمایل زیادی به ته نشینی بر روی سطح الیاف دارند و نمی توان آنها را مجدداً به خوبی غیر فعال نمود و یا در فرآیند بازیافت آب اسپان لیث آنها را به صورت امولسیون درآورد.

شکل۴- نمودار میزان کف تولید شده در آزمایش EAB برای هر سه نوع روغن ریسندگی

نتایج نشان داده شده در شکل ۴ حاصل از آزمایش تولید کف به روش EAB می باشد. هرچند که این روش یک آزمایش استاندارد برای نشان دادن قابلیت کف کنندگی است اما مقیاس مناسبی جهت نشان دادن میزان کف تولید شده در حین فرآیند تصفیه و استفاده مجدد از آب نیست. به همین دلیل از روش آزمایشی دیسکهای ضربه زننده Disc Beating نیز جهت ارزیابی مقایسه ای استفاده گردید. در این آزمایش محلول آب حاوی امولسیون روغن ریسندگی توسط دیسکهای مشبکی هم زده می شود و میزان کف تولید شده اندازه گیری می شود. در این آزمایش که نتایج آن در نمودار شکل ۵ نشان داده شده است میزان و زمان برطرف شدن کف های حاصل از آزمایش نشان داده شده است. همانگونه که از این نمودار نیز مشخص است در ابتدای آزمایش هر سه نوع روغن ریسندگی دارای کف بودند که به تدریج و با افزایش زمان از میزان کف حاصل از نسل ۲ و ۳ کاسته شد ولی تغییر محسوسی در میزان کف استرهای پلی گلایکول مشاهده نشد.

شکل ۵- نمودار میزان و زمان از بین رفتن کف تولیدشده در روش دیسک های ضربه زننده برای هر سه نوع روغن ریسندگی

شکل ۶- نمودار میزان استحکام فتیله ریسندگی تولیدشده از الیاف حاوی هر سه نوع روغن ریسندگی

جهت سنجش میزان نیروی چسبندگی بین الیاف سنجش استحکام فتیله نخ تولید شده از دستگاه کاردینگ می باشد. هرچند این آزمایش در سیستم ریسندگی می باشد اما نتایج آن قابل تعمیم به تولید منسوجات بی بافت نیز می باشد. نتایج حاصل از این آزمایش که در نمودار شکل ۶ نشان داده شده است حاکی از آن است که میزان چسبندگی الیاف در فتیله حاوی روغن ریسندگی پلی گلایکول اصلاح شده بهتر از سایرین می باشد و استفاده از عوامل ضدکف سیلیکونی در کنار استر پلی گلایکول تاثیر منفی بر روی میزان چسبندگی بین الیاف دارد.
آزمایشات نشان می دهد که میزان خاصیت آبدوستی هر سه نسل روغن های ریسندگی تقریباً مشابه یکدیگر می باشد و هر دو پارامتر میزان نفوذ آب و میزان بالاکشیدن آب در لایه در هر سه مورد تقریباً مشابه یکدیگر است که این نتایج در نمودار شکل ۷ نشان داده شده است.

البته به منظور بررسی قابلیت سازگاری با پوست از لایه های تولید شده به روش اسپان لیث حاوی روغنهای ریسندگی مختلف جهت لایه رویین پوشک نیز استفاده شد و تحت آزمایشات مختلف اروپایی و آمریکایی قرار گرفت که نتایج تمام این آزمایشات در حد مطلوبی قرار داشت.

شکل ۷- نمودار میزان قابلیت آبدوستی لایه بی بافت تولیدشده دارای هر سه نوع روغن ریسندگی

جمع بندی
همانگونه که عنوان شد امروزه از روش اسپان لیث غالباً جهت تولید منسوجات بی بافت از الیافی نظیر پنبه و ویسکوز استفاده می شود که مهمترین کاربرد آنها در تولید دستمالهای آرایشی و بهداشتی می باشد.
از جمله مهمترین مسائل در این حوزه قابلیت سازگاری منسوج بی بافت با پوست انسان می باشد که باعث شده توجه بیشتری به مواد شیمیایی مورد استفاده در این روش صورت پذیرد.
البته در کنار این موضوع توجه به مسائل فرآیندی نظیر میزان تولید کف و قابلیت بازیافت و تصفیه آب نیز از جمله موضوعات مهم در انتخاب نوع روغن ریسندگی مورد استفاده در این فرآیند می باشد.

ماخذ:
Levaco “Hygiene Finish for Viscose Spunlace”, Chemical Fibers International, 4/2014, pp. 206-207.

تهیه و تنظیم: دکتر شاهین کاظمی- دکتری مهندسی شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

منبع: شماره ۲۹ مجله کهن

تلفن اشتراک: ۷۷۲۴۵۷۸۰-۰۲۱