مواد ضدمیکروب در صنعت نساجی

تهیه و تدوین: دکتر فرناز نایب مراد

طبقه بندی متفاوتی از مواد ضدمیکروب براساس کارایی، ساز و کار فعالیت ضد میکروب و ثبات شستشویی وجود دارد.

طبقه بندی عوامل ضدمیکروب بر اساس ساز و کار فعالیت ضدمیکروب:

از آنجایی که مــواد ضدمیکروب bound agents بــه محیــط پیرامــون منســوجات نفوذ نمیکنند، بنابراین احتمال مقاوم شــدن میکروارگانیزمها در برابر این عوامل اندک اســت. همچنین به دلیل پیوند شیمیایی، این گروه از عوامل ضدمیکروب در برابر شستشو مقاومتر از گروه leaching agents هستند.

با این وجود ثبات شستشـویی گواه پایداری خاصیت ضدمیکروب منســوج نیســت. زیرا جذب مــواد آلاینــده، میکروارگانیزمهای مرده یا ایجاد کمپلکس میان مواد تکمیل کننده و شـوینده های آنیونیک میتواند منجر به کاهش اثربخشی ضدمیکروب این منسوجات شود.

 

در صنعــت نســاجی، عدم آلودگی محیط زیســت، سلامت و ایمنی افراد بــه اندازه کارایی منســوجات ضدمیکــروب حائز اهمیت میباشــد. رهایــش مواد ضدمیکروب بــه محیط پیرامون میتواند بر سلامت موجودات زنده موثر باشــد. با این رویکرد، اســتفاده از مواد پیونددهنده به دلیل عدم رهایش ترکیبات به پیرامون مناسبتر میباشد.

نانوساختارهای ضدمیکروب مورد استفاده در نساجی
از آنجایــی میانگین اندازه انــواع باکتری در حدود چند میکرون (۱۰-۶ m) است، بنابراین استفاده از مواد ضدمیکروب با ابعاد نانومتری زمینــه به کارگیــری فنــاوری نانــو در ایجاد ترکیبات ضدمیکروب موثر را فراهم ســاخته است.

سازوکار ضدمیکروب
نانومواد به سطح جانبی زیاد این مواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگتر باز می گردد. تحقیقات نشان می دهند که کاهش ابعاد نانــوذرات با افزایش کارایی ضدمیکروب آنها ارتباط مستقیم دارد. فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات ناشــی از ســطح جانبی زیاد، ساختار کریســتالی غیرمعمول این ذرات و وجود مناطقی با احتمال واکنش بیشتر (لبه و گوشه نانوذرات) است.

به طور کلی شش رویکرد برای تاثیر نانو ذرات برمیکروارگانیزمهــا وجود دارد:

۱- تخریب دیواره سلولی و لایه پپتیدوگلیکان در اثر تماس مستقیم با نانوذرات
۲- رهایش یونهای سـمی

۳- اختلال در انتشار پروتئین در اثر تغییر pH و تغییر باز سطحی سلول
۴- تولید اکسـیژن فعال (ROS)

۵- تجزیه DNA ،RNA و پروتئیــن و تاثیر بر سنتـز پروتئیـن

۶- تولیـد اندک آدنوزین تری فسفات (ATP) ناشی از اسیدی شدن در اثر حضور ترکیبات اکسیژن

 

نانوذرات ضد میکروب پرکاربرد در صنعت نساجی در ادامه معرفی میشوند:
-نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم (TiO2)

نانوذرات دی اکســیدتیتانیوم از ویژگیهای منحصر به فردی نظیر ثبات و کارایی زیاد، ایمنی و قابلیت تاثیر بر طیف وســیعی از میکروارگانیزمهای بیماریزا برخوردار است. به این منظور از این نانوذرات در مصارفی نظیر خود تمیزشــوندگی، ضدمیکروب و محافظت در برابر پرتو فرابنفش اســتفاده میشود. دی اکسیدتیتانیوم با دارا بودن خاصیت فوتوکاتالیســتی قادر به تولید اکسیژن فعال است که این ماده قادر به اکسید کردن ترکیبات آلی موجود در سلول باکتری و تولید دی اکسیدکربن و آب میباشد.

-نانوذرات روی

نانوذرات روی در ســلولهای خورشیدی، حسگر، نمایشــگرها و کرمهای ضدآفتاب، جاذب پرتوفرابنفش، پوششهای ضدبازتاب نور،
ضدباکتری و فوتوکاتالیســت استفاده میشود. نانوذرات روی نسبت به نانوذرات نقره از مزایایی نظیر بهای کمتر، سفیدرنگی و خاصیت ضدپرتوفرابنفش برخوردار است.

-نانوذرات نقره
نقــره از قدیمیترین ترکیبات ضدمیکروب اســت. در حال حاضر تحقیقات زیــادی بر خواص ضدباکتری و چندگانــه نانوذرات نقره انجام شــده اســت. نقره در مقایســه با برخــی مواد ضدمیکروب آلــی که دارای اثرات مخرب بر ســلامت انسان است، از مواد ضدمیکروب ایمن به شــمار میرود.

در حال حاضر خاصیت ضدمیکروب نقره علیه بیش از ۶۵۰ گونه میکروارگانیزم بیماری زا شناخته شده است. یونهای نقره از قابلیت تخریب پروتئین، غشــاء و ایجاد اختلال در تنفس سلولی باکتری برخوردار میباشد.

-نانوذرات طلا

نتایــج حاصل از تحقیقات اخیر، نانــوذرات طلا را به عنوان یک ماده ضدمیکروب موثر معرفی نموده اســت. خاصیت ضدقارچ این نانوذرات در برابر آکنه و شــوره ســر و عدم مقاوم شدن باکتری نسبت به این ماده سبب به کارگیری این نانوذرات در صنایع آرایشــی شده اســت. خاصیت ضدباکتری این نانوذرات علیه دو باکتری Escherichia coli و Salmonella typhi به اثبات رسیده است .

-نانوذرات مس

از دیرباز مس و ترکیبات مس به عنوان مواد ارزان قیمت و موثر در تولید مایعات ضدعفونی کننده و منسوجات ضدمیکروب به
کارگرفته می شدند. مهمترین چالش در اســتفاده از نانوذرات مس، تولید نانوذرات مس پایدار است. زیرا این نانوذرات در هوا یا محیط مرطوب به سرعت به کاتیون مس اکسید میشوند.

 

نانوساختارهای طبیعی ضدمیکروب:

١-کیتوسان: مــادهای طبیعــی، غیرســمی و ضدمیکروب اســت که از پوســته سختپوســتانی نظیر میگــو، خرچنگ و… تهیه میشــود. خاصیت ضدباکتــری و قارچ ایــن ماده ناشــی از گروههای کاتیونی (بارمثبت) موجود در این ترکیـب میباشد که امکـــان اتصـــال با بار منفـــی موجود بر سطح سـلول را فراهـم آورده و مانـع رشد باکتـری و قارچ میشوند.

٢-سریسین: سریسین ابریشم،یک پروتئین درشت مولکول طبیعی اســت که از پیله کرم ابریشم اســتحصال شــده و ٣٠-٢۵% پروتئین ابریـــشم را تشــکیل میدهد. این مــاده که به عنوان پوشـــش فیامنت ابریشـم (فیبـروئین) عمل میکنــد، در مراحل صمغگیری از روی الیاف ابریشــم زدوده میشــود. از این ماده به منظــور بهبود خواص برخــی الیاف مصنوعی اســتفاده میشــود.

٣-عصاره نیم: عصاره نیم ازدرخت (آزاد درخــتAzadiracta indica) کــه در مناطق گــرم و مرطوب میروید مشتق شده اســت و حاوی چندین ترکیب حشرهکش و ضـــدمیکروب طبیعی اســت. ترکـــیبات موثر این گیــاه در تمام بخـــشهای گیــاه یافت میشــود، لیکن از دانه، برگ و ریشــه این درخــت برای تهیه عصــاره نیم اســتفاده میشــود. از این ماده برای تکمیل ضدمیکروب پارچه پنبه، پنبه/پلی اســتر و پشم استفاده شده است .

۴-رنگینه های طبیعی: برخی ازرنگینه های طبیعی تهیه شده از گیاهان مختلف از خاصیت ضدمیکروبی برخوردار هســتند. بــرای مثال رنگ حاصل از انار به دلیل وجود مقادیر قابل توجه تانن Tanninاز خاصیت ضدمیکروب برخوردار اســت. منابــع گیاهی حــاوی نفتوکینون نظیر حنا، گــردو از خاصیت ضدباکتــری و قارچ برخوردار هستند .

استفاده از زردچوبه به منظور رنگرزی و تکمیل پارچه پشمی سبب ایجاد خاصیت ضدمیکروب در این منسوج شده است. اســتفاده از مــواد ضدمیکروب طبیعی دیگر نظیــر آلوئه ورا، عصاره درخت چای، عصــاره گل کاه خاردار و اکالیپتوس نیز برای ضدمیکروب کردن منســوجات گزارش شده است . در سالهای اخیر از فناوری نانو در تولید حاملهای نانومتری نظیر نانوکپســولها به منظور افزایــش ماندگاری و کارایی مواد ضدمیکروب طبیعی استفاده شده است.

 

-فرایندهای ضدمیکروب کردن منسوجات:
به منظور ضدمیکروب کردن منســوجات از روشهای مختلفی نظیر افزودن ماده ضدمیکروب در مرحله تولید الیاف و یا تکمیل منسوجات استفاده میشود.

-الیاف مصنوعی ضدمیکروب یکی از روشهای تولید الیاف ضـدمیکروب، افزودن ترکیبـــات ضدمیکــروب در مرحله تولیـــد الیاف میباشــد. در روشهای مختلف تولیــد الیاف نظیر ذوبریســی، ترریسی، خشکریسی و الکتروریسی میتوان بــا افزودن مواد ضدمیکــروب به محلول یا مذاب ریســندگی، الیافی بــا خاصیت ضدمیکروب تولید کرد.

-تکمیل ضدمیکروب منسوجات الیاف طبیعی و منسوجاتی نظیر پارچه و منسوجات بیبافت که امکان ضدمیکروب کردن آنها در مرحله تولید الیاف وجود نداشته باشد

را میتوان در مرحله تکمیل، ضدمیکروب کرد.
١-منسوجات ضد میکروب:
نانوالیاف ضدمیکروب الکتروریســی به عنوان اصلی ترین روش برای تولید نانو الیــاف پیوســته در مقیــاس صنعتــی و محدوده وسیع قطر (از چند نانومتر تا چند میکرومتر) شناخته میشود.

در الکتروریســی امــکان افــزودن دارو و مــواد ضدمیکــروب به محلــول پلیمری به منظــور تولید نانو الیــاف حاوی این مــواد وجــود دارد.

٢-الیاف ضدمیکروب: افــزودن نانومــواد ضدمیکــروب در مرحلــه تولیــد الیــاف به منظــور تولید الیاف ضدمیکروب پیشنهاد شده است. به ایــن منظور در مــورد الیافــی که به روش ذوب ریســی تهیه میشوند. ماده ضدمیکروب در مرحلــه پیش از ذوب شدن به گرانولهای پلیمری افزوده شده و در اثر ذوب شــدن و اختاط به وسیله اکسترودر، مذاب یکنواختی حاوی مقدار مشخص ماده ضدمیکروب تهیه میشــود که پس از گذر از رشته ســاز به فیامنتهای ضدمیکروب تبدیل میشــوند.

از مزایای این روش اســتفاده از ماشینآلات ذوب ریســی برای تولید الیافی با خاصیت ضدمیکروب و عدم نیاز به تجهیزات اضافه است. از این روش برای تولید الیاف پلی استر و نایلون حاوی نانوذراتی نظیر نقره و روی استفاده میشود. تولید الیاف ضدمیکروب با اســتفاده از نانوذرات از طریق فرایند ترریســی نیز امکانپذیر است.

٣-پارچه های ضدمیکروب: ایــن محصــولات عموماً بــا فرایندهــای مختلف تکمیــل تولید میشــوند. برای تولیــد پارچه های ضدمیکــروب میتوان نانــوذرات را به رنگزای پارچه اضافه نمــود و پارچه در فرآیند رنگرزی یا چاپ عاملدار شــده و دارای خواص مورد نظر میشود. همچنین میتوان عامل ضدمیکروب را به مواد مورد اســتفاده در فرآیند تکمیل نهایی اضافه کــرد.

به منظور تکمیل پارچه با مواد ضدمیکروب نانومتری روشهای مختلفی وجود دارد که برخی از آنها :

-پوشش دهی لایه به لایه

-گرافت کردن پلیمری

-پد-خشک- پخت

-س ل – ژ ل

-رسوب نشانی فیزیکی با بخار PVD

-تکمیل ضدمیکروب پارچه

-رسوب نشانی اتمی

-رسوب نشانی شیمیایی با بخار CVD

تولیدچرم آنتی باکتریال : افــزودن نانوذرات ضدمیکــروب (معمولا نانوذرات نقــره) به چــرم بــا روشهای مــورد کاربــرد برای منسوجات متفاوت است.بدین منظور ازفرایند تخلیه الکتریکــی کرونا coronadischargeاســتفاده میشــود. در این روش،
گازهــای محیط توســط تخلیه الکترونــی کرونا به رادیکال، الکترون و یون تبدیل شــده و ذرات تهییج شده میتوانند سطوح پلیمری را تحت تاثیر واکنش شیمیایی و تخریب ساختار ســطحی قرار دهند.

این فرایند ســبب عاملدار شدن زنجیره های پلیمری چرم، ایجاد حفره های میکروسکوپی شده که جذب نانوذرات را امکانپذیر میسازد. سپس روغنی حاوی عاملهای ضدمیکروب بر سطح چرم پاشیده شده و در نهایت چرم ضدمیکروب تولید خواهد شد.

تکمیل ضدمیکروب محصولات نهایی:
به منظور ایجاد خاصیت ضدمیکروب در منسوجات تمام شده نظیر پوشــاک میتوان از روشهایی نظیر غوطه وری و افشــانه حاوی نانومــواد ضدمیکروب اســتفاده کرد. هرچند این روش یکی از ســاده ترین روشها برای تولید منســوجات ضدمیکروب است، لیکن عدم اتصــال نانوذرات به منســوجات منجربه سهولت رهایش این مواد میشــود. در نتیجه علاوه بر کاهش خواص موردنظر در منســوجات، ســبب آلودگی محیط زیســت و افزایش احتمال ورود این مواد به بدن انسان و ایجاد بیماریهای ناشی از حضور این ذرات در بدن میشوند.

مراجع
LeroueilPR,HongS,MeckeA,BakerJRJr,OrrBG,BanaszakHollMM.Nanoparticleinteractionwith 1 biological membranes: does nanotechnology present a Janus face. Acc Chem Res. 2007;40:335- .42 Moustafa M. G. Fouda (2012). Antibacterial Modification of Textiles Using Nanotechnology, A Search ٢ .for Antibacterial Agents, Dr. Varaprasad Bobbarala (Ed.) Enrique Lima et al, Gold nanoparticles as efficient antimicrobial agents for Escherichia coli 3 Prickly Chaff Flower 10 Jones 9 Danfloor 11 RadiciGroup 1٢ Bliss 13 Microban 14 Nucryst Pharmaceuticals Acticoat 15 and Salmonella typhi, Chemistry Central Journal 7:11 ,2013 Younsook Shinet al, Antimicrobial finishing 4 of polypropylene nonwoven fabric by treatment with chitosan oligomer, Journal of Applied Polymer .Science, 1999, Vol 74, No 12, pp. 2911–۲۹۱۶ Yamada H& Matsunaga A, Jap Pat 06-017373A, .1994 5 Wakabayashi S & M Sugioka, Jap Pat 06- 017372A, 1994 6
M.Joshietal,Antibacterialfinishingofpolyester/cottonblendfabricsusingneem(Azadirachta 7 indica): A natural bioactive agent, Journal of Applied Polymer Science , Vol 106, Issue 2, pp. 793–۸۰۰, ۲۰۰۷. Gupta,Deepti,LahaAnkur,,AntimicrobialactivityofcottonfabrictreatedwithQuercusinfectoria 8 .extract, IJFTR Vol.32(1), pp 88-92, 2007 Fang,J.,Wang,H.,Niu,H.,Lin,T.&Wang,X.(2010).Evolutionoffibermorphologyduring 9 .electrospinning. Journal of Applied Polymer Science, Vol.118, No.5, pp 2553-2561 Hong,K.H.(2007).Preparationandpropertiesofelectrospunpoly(vinylalcohol)/silverfiberwebas 10 .wound dressings. Polymer Engineering and Science, Vol.47, No.1, pp 43- 49

www.nami.org.hk 11 /http://www.sciencedaily.com 1٢ releases/2014/05/140512142213.htm MangeshD.TeliandRavindraD.Kale,PolyesterNanocompositefiberswithAntibacterialProperties, 13 )Advances in Applied Science Research, 2011, 2 .491-502:)4 AysinDuralEremetal,AntibacterialActivityofPA6/ZnONanocompositeFibers,TextileResearch 14 .Journal July 11, 2011 Idris,A;Majidnia,Z;Valipour,P;AntibacterialImprovementofLeatherbySurfaceModificationusing 17 Corona Discharge and Silver Nanoparticles Application, JournalofScienceandTechnology,Vol 5, No 2, 2013 MauroPollini,AlessandroSannino,AlfonsoMaffezzoli,AntonioLicciulli,Antibacterialsurface 16 .treatments based on silver clusters deposition, WO2007074484 A2, Jul 5, 2007 http://www.agactive.com/products.html [19] https://www.nanosilver.eu 18 Paolo Pianezza, Antibacterial neck-tie, US20090081268 A1, Mar 26, 2009 ٢۰ . http://www.jonesyarn.com/Products/ antimicrobial-yarn.html ٢۱ http://www.newlifeyarns.com ٢٢ www.danfloor.co.uk ٢۳