Categories: مقالات فرش ماشینی

کاربردهای فناوری نانو در صنایع نساجی

مقدمه: امروزه صنعت نساجی به یکی از زمینه های اصلی برای کاربرد فناوری نانو در تولید محصولات و بهبود فرایندها تبدیل شده است. تولید لباس ها و منسوجات خانگی خود تمیزشونده، ضد آب و ضد لک، ضد چروک و پوشاک محافظ در برابر اشعه ماوراءبنفش، بانداژهای حاوی نانوذرات نقره برای زخم های سوختگی و لباس های ورزشی ضد بو و ضد باکتری، شماری از تحولات ایجاد شده در صنعت نساجی با کمک فناوری نانو هستند.

به طور کلی نوآوریهای تاثیر گذار در بازار صنعت نساجی شامل مواردی است که یا توسعه محصولات جدیدی را مطابق با تقاضای مصرف کننده در پی داشته باشند و یا اینکه در با ایجاد تحول در فرآیندهای تولید، موجب کاهش قیمت ، افزایش ظرفیت تولید و ارتقاء کیفیت شوند.

درآینده نزدیک، نوآوری در تولید محصولات جدید تحول کلیدی خواهد بود که توسط فناوری نانو در صنعت نساجی ایجاد خواهد شد.

به کارگیری فناوریهای نوین توسط شرکتهای کوچک نساجی، به علت وجود مرزهای بسیار مستحکم و نفوذناپذیر این گونه فناوریها و نیز هزینه بالای تغییرات، بسیار دشوار است. به همین خاطر به نظر می رسد که شرکتهای بزرگ نساجی که دارای انواع مختلف محصولات هستند، در این عرصه پیروز میدان باشند. این فرصت رشد سریع، در اختیار بخش منسوجات فنی و محصولاتی مانند منسوجات نظامی و ورزشی است که قیمت تمام شده برای آنها زیاد مهم نیست. در زمینه ورود فناوری نانو به بازار پوشاک که حدود ۶۰ درصد بازار منسوجات را تشکیل میدهد، موانع زیادی وجود دارد. اما با این وجود، فناوری نانو موجب ارتقاء گسترده ای در واحدهای نساجی موجود خواهد شد که بیشتر این رشد در بخشهای غیرمتعارف خواهد بود.

ارزش بازار محصولات نساجی که از فناوری نانو استفاده میکنند، در سال ۲۰۰۷ در حدود ۶/۱۳ میلیارد دلار بوده است که براساس پیشبینیهایی صورت گرفته، درسال ۲۰۱۲ با یک افزایش سریع به ۱۱۵ میلیارد دلار خواهد رسید. بیشترین نرخ رشد، مربوط به محصولاتی غیر از محصولات خانگی و پوشاک است که در آنها، نیاز به بهبود کارایی و نه کاهش قیمت، پیشران بهره گیری روزافزون از فناوری نانو خواهد بود.

به هرحال، همه بازارها به طور یکسان از فناوری نانو تأثیر نخواهند پذیرفت و کاربردهای خاص از قبیل منسوجات نظامی و ورزشی، که قیمت تمام شده آنها اهمیت چندانی ندارد و «کیفیت» عامل تعیین کننده است، بیشترین میزان رشد را خواهند داشت. در ادامه برای آشنایی بیشتر با کاربردهای فناوری نانو در صنعت نساجی، به معرفی برخی از نقش های موثر این فناوری خواهیم پرداخت.

Nano-Textile-Breakthrough-Creates-Anti-Viral-Fabrics

بهبود عملکرد منسوجات خانگی با فناوری نانو

از جمله کاربردهای فناوری نانو در منسوجات خانگی می توان به نانو الیاف به کار رفته در روکش مبلمان، روکش معطر اثاثیه و سطوح خود تمیز شونده اشاره کرد. مطالعات حاکی از آن است که برای کارآمدی منسوجات خانگی و آنچه در اسباب منزل به کار میرود، توجه عمده، بیشتر بر رویکرد های جدید تکمیل پارچه و نیز فناوریهای پوشش دهی با آثار خارق العاده متمرکز است که همگی با کمک فناوری نانو انجام میشوند.

با استفاده از فناوری نانو، می توان سطوح خود تمیز شونده ضد آب و ضد لک را برای منسوجات خانگی تهیه کرد. همچنین با استفاده از نانو ذرات اکسید روی، اکسید مس یا محلول اکسید روی و یا نانو ذرات نقره می توان موادی برای استفاده در اثاثیه منزل تهیه نمود که ضد میکروب و ضدبو بوده و در مقایسه با بسیاری از محلول های شیمیایی کنونی با محیط، زیست سازگارتر باشند.

استفاده از جوهر نانوی ایرانی در تولید موکت و روسری

استفاده از روش پوشش دهی با نانو ذرات فلزی در پرده های خانگی ضمن ایجاد خاصیت عایق بندی حرارتی، موجب افزایش محافظت در برابر پرتوهای فرابنفش میشود و خانه ای با محیطی گرم تر، نرم تر و راحت تر ایجاد میکند. همچنین پارچه های پوشش داده شده با نانو لایه های SiO2 ضد آب و ضد حریق هستند و موجب افزایش ایمنی در شرایط اضطراری میشوند. مزیت این روش آن است که این نانولایه ها بدون استفاده از هر گونه مواد افزودنی شیمیایی و فقط با نیروهای جاذبه مولکولی یا اتمی به پارچه می چسبند و به این ترتیب ویژگیهای جدیدی مانند ضد آب بودن، حفاظ الکترو مغناطیسی و جلوگیری از تابش امواج فرابنفش و عایق بندی حرارتی بالا در این پارچه ها ایجاد میشوند.

نکته قابل توجه در این نانو روکش های فلزی آن است که اضافه کردن فیلم فلزی به ماده پایه در شفافیت یا کیفیت ظاهری و گذردهی آن نسبت به هوا تأثیری ندارد و عبور پرتوهای فرابنفش، مرئی، فروسرخ و امواج الکترو مغناطیسی از ماده پایه کاهش مییابد. همچنین با توجه به رسانا بودن این پوشش، الکتریسیته ساکن در منسوجات ایجاد نمیشود.

ساختار الیاف لباس های خود تمیز شونده

استفاده از فناوری نانو در لباس ها

به کارگیری فناوری نانو در عملیات تولید یا تکمیل پارچه، قطرات مایع نمی توانند درون لباس های تولید شده با این پارچه ها، نفوذ کنند.این اثر شبیه اثر موجود در برگ های نیلوفر آبی است که با یک لایه واکس به ضخامت یک نانومتر پوشیده شدهاند. در این گل، قطرات آب روی این برگ ها به صورت دانه های کوچک درآمده و با لغزیدن روی سطح، آلودگی و گرد و غبار را نیز با خود می برند. مولکول های فرآوری شده با فناوری نانو نیز می توانند مایعات را جذب کرده یا حرکت داده، لک و آلودگی را دور کنند.

این خاصیت را می توان روی پارچه های نخی یا نخی / پلیمری برای رفع لک در کاربردهای درون منزل همانند لک سس گوجه فرنگی، قهوه، چمن یا روغن ایجاد کرد و در عین حال امکان تنفس را برای پارچه حفظ نمود. این فرآیند برای پوشاک بچه ها، لباس ورزشی، یا یونیفورم ها ایده آل است.

کاربرد فناوری نانو در منسوجات بهداشتی

ترمیم سوختگی و درمان عفونت های ناشی از سوختگیهای شدید و برطرف کردن بوی نامطبوع منسوجات به خصوص منسوجات بیمارستانی از جمله کاربردهای فناوری نانو در منسوجات بهداشتی یه شمار میرود.

جوراب های ضد بو/ ضد باکتری

ذرات نقره که اندازه حدود ۵ نانومتر دارند به واسطه اندازه کوچک، سطح مؤثر آنها نسبت به حجم خیلی زیاد است و در نتیجه تماس آنها با قارچ یا باکتری ها در حالت استفاده از مقادیر یکسان نقره افزایش مییابد. نانونقره ایمن، بسیار فعال، غیر حساسیت زا و آب دوست بوده و برای فرد پوشنده لباس قابل تحمل و راحت است. نانو نقره در تماس با قارچ یا باکتری ها، بر روی متابولیسم آنها اثر گذاشته و رشد سلول را مختل میکند.

چون نانو نقره تنفس و تحولات اساسی سیستم انتقال الکترون و انتقال ماده را در غشای سلولی میکروب متوقف میکند، در نتیجه مانع رشد و تکثیر باکتری و قارچ هایی که سبب بوی بد پا، خارش پا، عفونت قارچی و زخم پاشنه پا میشوند، میشود و این ذرات می توانند تا ۵۰ بار شستشو داخل الیاف باقی بمانند.

بسیاری از مواد شیمیایی ناپایدار ضد باکتری به دلیل سمیتشان باید با احتیاط حمل شده و استفاده شوند اما نقره خاصیت ضد باکتری طبیعی و بی ضرری دارد که دانشمندان آن را از یونانی ها و رمیهای باستان فراگرفته اند. در حال حاضر اضافه کردن نقره یک راه حل عمده برای ایجاد خاصیت ضد باکتریایی است ولی الیاف روکش دهی شده با نقره گران بوده و استفاده از آنها مشکل است.

با این وجود نانوذرات نقره بر این مشکلات فائق آمده اند. نانوذرات نقره خاصیت ضدباکتریایی پایداری ایجاد میکنند بدون آنکه بر انعطاف پذیری، تنفس پذیری، یا قابلیت رنگ پذیری الیاف یا پارچه ها تأثیری بگذارند. علاوه بر نقره نانوذرات دیگری نیز هستند که اثرات ضد باکتریایی و ضد بو بر روی منسوجات دارند ازجمله اکسیدهای روی، مس، محلول اکسیدروی، از جمله کاربردهای ضد باکتریایی در الیاف می توان به آسترهای بدون بوی کفش، لباس ها و جوراب های بدون بو اشاره کرد.

جوراب های ضد بو/ ضد باکتری

بانداژهای حاوی نانو ذرات نقره برای زخمهای حاصل از سوختگی

ترکیبات ضد میکروبی نقره برای سالها به عنوان داروی ترمیم سوختگی و درمان عفونت های ناشی از سوختگیهای شدید مورد استفاده قرار می گرفته است که در عین حال از آثار جانبی از قبیل تغییر رنگ دادن پوست و آسیب رساندن به سلول ها برخوردار بوده است و البته باکتریهای مقاوم می توانند دوره درمان این نوع داروها را بی تاثیر کنند.

استفاده از فیلترهای نانویی در ایجاد اتاق های تمیز

اتاق های تمیز که با هدف کنترل نفوذ ذرات در یک بخش ایجاد میشوند و نقش حیاتی در تحقیقات بیوتکنولوژی و بیلولوژیکی در حوزه کشاورزی و صنایع غذایی دارند، می توانند از فیلترهایی که با استفاده از فناوری نانو بهبود پیدا کرده اند، استفاده کنند.این فیلترها به دلیل منافذ بسیار ریز و نانوکاتالیست های نشانده شده روی سطح خود، کنترل نفوذ ذرات و سطح استریلیزاسیون را بالا برده و شرایط محیطی را برای ایجاد یک CleanRoom واقعی ایجاد میکنند.

البسه نظامی با عملکرد بالا

تولید الیاف مستحکم و هوشمند با بهره گیری از فناوری نانو تحولات زیادی را در تولید منسوجات نظامی ایجاد میکند. این نخ ها تقریباً به محکمی الیافی هستند که در جلیقه های ضدگلوله مورد استفاده قرار می گیرند ضمن آنکه ویژگیهای جالب توجه و ارزشمند زیاد دیگری دارند. بر خلاف الیاف و نخ های معمول ، استحکام این نخ ها هنگام بافندگی و عملیات گردبافی کاهش نمییابد. این نخ ها در دماهای بسیار بالا و شرایط غیرمعمول شیمیایی ، استحکام و انعطاف پذیری خود را حفظ میکنند.

انواعی از نانو مواد نیز می توانند به روشی جالب از نیروهای نظامی در برابر گلوله، ترکش و موج انفجار محافظت کنند. این مواد حاوی مجراهای مملو از نوعی سیال هستند که به سرباز اجازه میدهند به سادگی به اطراف حرکت کند. اما وقتی با برخورد گلوله به آن شوک وارد میشود، مایع خصوصیات خود را تغییر میدهد و سخت میشود. در نتیجه، برخورد یک گلوله تنها یک ضرب دیدگی جزئی ایجاد میکند.

نحوه عملکرد جلیقه ضد گلوله چگونه است؟

همچنین با استفاده از نانو حسگرها در لباس های نظامی، می توان بسیاری از تهدیدهای شیمیایی و بیولوژیکی را شناسایی و با آنها مقابله کرد. اگر این حسگرها خطری را تشخیص دهند، منافذ لباس بسته خواهند شد و از سرباز محافظت میشود. همچنین این لباس در مورد تشخیص بسیاری از مواد سمی، هوشمندانه عمل میکند و اگر مقدار معینی ماده سمی وارد لباس جنگی شود، آزمایشگاهی کوچک می تواند خطر را تشخیص داده و پادزهر را به درون رگ سرباز تزریق کند.

البسه نظامی با عملکرد بالا

فناوری نانو در الیاف و نخ

نانو الیاف+ الیاف کامپوزیتی نانو ساختار = الیاف نانویی

نانو الیاف: روش اصلی تولید نانوالیاف الکتروریسندگی میباشد. در این روش جریان پلیمر (محلول یا مذاب) از طریق ایجاد اختلاف پتانسیل بین محلول و جمع کننده ریسیده و کشیده میشود.الیاف کامپوزیتی نانوساختار: الیاف کامپوزیتی نانوساختار از پرکننده های نانومقیاس مانند نانوذرات (خاک رس، اکسیدهای فلزی و دوده)، نانوالیاف گرافیتی و نانولوله های کربنی استفاده میکنند. به علاوه الیاف ادغام شده نانوساختار به جای استفاده از پرکننده های نانومقیاس می توانند از طریق فرآیند تولید اسفنج ساخته شوند. ویژگی اصلی پرکننده ها افزایش استحکام مکانیکی و ارتقاء خواص فیزیکی میباشد

نانو الیاف و نانوذرات کربنی

نانوالیاف کربنی و نانوذرات دوده (کربن سیاه)، می توانند مقاومت کششی الیاف کامپوزیتی را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهند که علت آن، زیاد بودن نسبت ابعادی این مواد میباشد. از طرف دیگر نانوذرات دوده نیز می توانند مقاومت سایشی و سختی یا اصطلاحاً چقرمگی آن را افزایش دهند. هر دو ماده دارای مقاومت شیمیایی و رسانایی الکتریکی بالایی هستند. چند پلیمر تشکیل دهنده الیاف که به عنوان ماتریس استفاده شدهاند عبارتند از پلی استر، نایلون و پلی اتیلن. میزان وزنی پرکننده ها بین ۵-۲۰ درصد وزنی میباشد.

نانو الیاف و نانوذرات رس

نانو ذرات رس یا نانوپوسته ها حاوی انواع مختلفی از آلومینوسیلیکات های آبدار بوده و هر کدام در ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری متفاوت هستند. نانوذرات رس دارای مقاومت الکتریکی، حرارتی و شیمیایی بوده و علاوه بر این، توانایی ممانعت از عبور پرتو ماوراء بنفش را دارند. الیاف کامپوزیتی پرشده با رس خواص ضدحریق، ضد UVو ضد خوردگی را از خود نشان میدهند.
۱۲- نانوالیاف و نانوذرات اکسیدفلزی

ذرات نانومتری TiO2, Al2O3, ZnO, MgOخوشههایی از اکسید فلزات را تشکیل میدهند که خصوصیات فتوکاتالیستی، هدایت الکتریکی و جذب نور ماوراء بنفش را از خود نشان داده و عوامل شیمیایی یا زیستی را با استفاده از نور اکسید میکنند. از این خواص می توان در تولید منسوجات نظامی و بهداشتی استفاده کرد. الیاف نایلونی تولید شده با استفاده از اکسیدروی دارای خاصیت ممانعت از عبور UVو نیز کاهش الکتریسیته ساکن میباشد. الیافی که نانوذرات TiO2/MgO در آن نفوذ کرده است می تواند خاصیت استریل کردن خودش را داشته باشد.

نانو الیاف و نانولوله های کربنی

کاربردهای بالقوه نانولوله ها شامل الیاف کامپوزیتی رسانای الکتریسیته و مستحکم، ذخیره سازی انرژی و ابزارهای بازیافت انرژی، حسگرها و نمایشگرهای انتشار میدانی است. الیاف کامپوزیتی پلی وینیل الکل-SWNT به روش ریسندگی بر مبنای انعقاد تهیه شده است. این الیاف ۲۰ برابر سخت تر از یک سیم فولادی با وزن و طول مشابه و ۴ برابر سخت تر از ابریشم و ۱۷ برابر بیشتر از الیفا کولار که در جلیقه های ضد گلوله به کار میرود، می باشند. کاربردهای آتی این الیاف می تواند در زمینه قلاب یا کابل ایمنی، پوشش های ضد انفجار و عایق سازی در برابر امواج الکترومغناطیس خواهد بود.

نانو الیاف و نانو ذرات مقاوم در برابر عوامل شیمیایی و بیولوژیکی

این الیاف حاوی اجزایی فعال و جاذب میباشد. این مواد از نظر شیمیایی فعال، دارای خاصیت آفت کشی و جاذب عوامل شیمیایی می باشند. الیاف مورد استفاده شامل الیاف طبیعی، مصنوعی و یا ترکیبی از هر دو میباشد.

نانوالیاف چند جزیی

مهمترین نوع الیاف چند جزیی الیاف دوجزیی (شامل دو پلیمر) می باشند. مهمترین این الیاف عبارتند از:

-الیاف پوسته/هسته که بیشتر برای ساخت الیاف چسب به کار میرود.

-الیاف پهلو به پهلو که در ساخت الیاف حجیم که خود به خود موج دار میشوند به کار میرود.

-محصولات نوک دار که در محصولات مورد استفاده در فیلترهای خاص به کار میرود.

-محصولات بخش-بخش شده که با روشهای شیمیایی، حرارتی یا مکانیکی هر بخش به الیاف کوچک و مجزا تقسیم میشود.

-محصولات جزایر در دریا که در آن عموماً بخش دریا از بین میرود و فقط جزایر بسیار کوچک باقی می ماند.

-مخلوط های مختلف از دو یا چند نوع الیاف برای ساخت بعضی مواد ویژه به صورت نخ یا پارچه که مقاطع عرضی چندگانه دارند.

فناوری نانو در تکمیل نهایی پارچه – رنگرزی و پوشش دهی

اثر فناوری نانو در تکمیل پارچه عبارت است از ایجاد محصولات مبتکرانه و روشهای کاربردی جدید. به طور معمول مولکول های مجزا یا نانوذرات تکمیلی می توانند به صورت منفرد عمل کرده و محل هایی با جهت دهی خاص و مسیر ترمودینامیکی، الکترواستاتیکی و یا سایر موارد فنی را به صورت ویژه روی الیاف ایجاد نمایند. فناوریهای نانو در مقیاس نانو عبارتند از:

-پوشش های شیمیایی حسگر با حساسیت بالا
-پوشش های غیر فعال کننده سموم شیمیایی، ساخته شده از درخت سان/نانوذره
-پوشش های مقاوم به سایش و خوردگی
-کامپوزیت های پایه نانولوله های کربنی و الیاف کربن -پوشش ها و منسوجات کامپوزیتی عامل دار و بسیار محکم بر پایه نانولوله های کربنی -منسوجات حسگ/پاسخ دهنده -مواد مقاوم به برش -کامپوزیت های خود ترمیم شونده -مواد مقاوم به خستگی -پوشش ها/سطوح هوشمند

نانو ذرات در تکمیل پارچه

نانوذراتی مانند اکسیدهای فلزی و سرامیکک ها در تکمیل پارچه ها برای تغییر خواص سطحی و انتقال خصوصیات الیاف پارچه به کار میرود. ذرات نانومتری، سطح بیشتر و در نتیجه کارآیی بیشتری نسبت به ذرات بزرگتر دراند. همچنین نانوذارت شفاف بوده و رنگ و براق بودن الیاف پارچه را محو و تیره نمیکنند. یکی از معضلات جلوگیری از تجمع نانوذرات میباشد.

نانوذرات را می توان با روشهای پوشش دهی مانند افشانه یا الکترواستاتیکی به الیاف موجود در ساختار پارچه چسباند.

نانو ذرات در رنگرزی

افزایش قابلیت رنگ پذیری پارچه ها به روش پوشش دهی مواد جاذب بر روی پارچه ها صورت می گیرد. به عنوان مثال استفاده از امولسیون نانوذرات کیتوسان برای بهبود رنگ پذیری ابریشم. ایجاد لایه نانومتری کیتوسان بر روی ابریشم باعث افزایش سطح ابریشم به میزان چشمگیری میشود که قابلیت رنگ پذیری آن را به میزان ۱۰۰ تا ۲۰۰ برابر افزایش میدهد.

•مزیت اقتصادی این روش کاهش مصرف مواد رنگی میباشد.