نانوتکنولوژی در صنعت نساجی

مقدمه

امروزه مفهوم لباس در حال تغییر است و ارائه لباس‌های هوشمند در هفته‌های مد نیویورک، لندن و پاریس در حال افزایش است. طراحان لباس تمایل زیادی به استفاده از به‌روزترین فناوری‌ها و تلفیق آن‌ها در طراحی خود دارند از جمله استفاده از لباس‌هایی بر پایه اولدها و مواد انطباقی در عملکرد یا استفاده از پارچه‌های نانو که ویژگی‌های جادویی به لباس می‌بخشد. علاوه بر طراحان لباس، خواننده‌ها، هنرمندان و فعالان در صنعت مد نیز علاقه‌ی فراوانی به مواد جدید از خود نشان می دهند زیرا تفاوت چشمگیری میان آن‌ها و افراد عادی از نظر سبک پوشیدن لباس ایجاد می‌کند. طراحان پیشرو در استفاده از فناوری در صنعت مد عبارتند از: Ralph Lauren, Diane von Furstenberg Hussein Chalayan, Zac Posen, Rebecca Minkoff, Richard Nicoll, and Iris van.

پنبه یکی از الیافی است که به‌طور گسترده در همه جای دنیا در تولید پارچه لباس مورد استفاده قرار می گیرد زیرا جذب بالا، نرمی و قابلیت تنفس پذیری مناسبی دارد. به‌کارگیری این الیاف در کاربردهای غیر کلاسیک دارای محدودیت‌هایی است زیرا استحکام و دوام پایینی داشته و قابلیت اشتعال نیز دارند. هم‌چنین به‌راحتی چروک می‌شوند. می‌توان الیافی سنتز کرد که ویژگی ضد باکتریایی و مقاومت به تنش بالایی داشته باشد اما در مقایسه با الیاف پنبه راحت و نرم نیستند. توسعه‌ی الیاف جدید با ترکیبی از ویژگی‌های الیاف طبیعی و مصنوعی از دهه‌ی ۱۹۴۰ پا به عرصه‌ی ظهور گذاشت. هرروزه تقاضای افراد برای بهبود رنگ، شکل، بافت این الیاف افزایش می‌یافت. جالب است بدانید وسایل الکترونیکی و اپتیکی انعطاف‌پذیر قابلیت قرار دادن و تلفیق در داخل الیاف پارچه را دارند. این الیاف و پارچه‌ها در پزشکی کاربردی اند به‌عنوان‌مثال برای نظارت بر عملکرد بدن و متابولیسم.

منسوجات با فناوری نانو

از فناوری‌های پیشرو که پیش‌تر نیز به آن اشاره شد، فناوری نانو در پارچه است. مزیت مواد نانو ناشی از ایجاد عامل‌هایی بدون تغییر در نرمی و راحتی پارچه‌ی زمینه است. مواد نانو مهندسی‌شده به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که پارچه ویژگی‌های اولیه خود را از دست ندهد و درعین‌حال علائم حساسیت‌زا نیز برای فرد ایجاد نکند. این پارچه ها دارای ویژگی‌هایی مانند آب‌گریز بودن، ضد باکتریایی، ضد چروک بودن، رفتارهای ضد استاتیکی و... هستند. همه‌ی این ویژگی با استفاده از فناوری نانو بدون هیچ‌گونه تأثیری بر تنفس پذیری منسوج یا تغییر در بافت آن ایجاد می‌شود. چنین موادی می‌تواند به شکل پوشش‌های سطحی، پرکننده‌ها یا فوم‌ها باشند.

دفع روغن و آب

دفع آب یا آب‌گریز شدن منسوج از طریق نانوویسکرهایی که حاوی هیدروکربن‌ها هستند و ۳ برابر کوچک‌تر از الیاف‌های پنبه‌ای معمول اند حاصل می شود. نانوویسکرها با الیاف پنبه تلفیق شده و اثری شبیه به نیلوفر آبی ایجاد می کنند. در واقع، فضاهایی خالی میان ویسکرها نسبت به قطره‌های آب کوچک‌تر بوده اما از مولکول‌های آب بزرگ‌ترند. بنابراین کشش سطحی بالا باعث می‌گردد قطره آب بروی سطح باقی بماند. هم‌چنین، ایجاد ویژگی آب‌گریز بودن می‌تواند با ایجاد ساختارهای سطحی سه‌بعدی بروی پارچه از طریق افزودنی‌هایی به شکل ژل یا پوشش با لایه‌های نانو ذرات نیز در منسوجات ایجاد شود. به وجود آمدن پستی‌وبلندی بروی سطح پارچه، ویژگی فوق آب‌گریزی به آن می دهد بدون آن که تأثیری بر مقاومت سایشی و نرمی آن می‌تواند به وجود بیاید.

از جمله نانو ذراتی که در این فناوری کاربرد دارند، نانو ذرات سیلیکا هستند که در ترکیب با عوامل آب‌گریزی و برای انتقال این ویژگی به منسوجات مورد استفاده قرار می‌گیرد. اندازه‌ی نانو ذرات سیلیکای سنتز شده با روش سل-ژل در این فرآیند حدود ۱۴۳ تا ۳۷۸ نانومتر است. پارچه‌های پنبه‌ای به کمک نانو ذرات سیلیکا و عوامل آب‌گریزی زاویه‌ی تماسی بیش از ۱۳۰ درجه ایجاد می‌کنند. برای پارچه‌های دفع‌کننده‌ی روغن زاویه‌ی تماس می بایستی ۱۳۱ درجه باشد.

همواره الهام گرفتن از طبیعت به بشر برای پیشبرد علم کمک شایانی بوده است. به‌عنوان‌مثال ریزساختار پرهای اردک دارای ساختاری چند مقیاسی بوده که روغن آغشته برای دفع آب دارند. این ساختار برای ایجاد آب‌گریزی در پارچه‌ها از طریق پوشش پنبه و منسوجات پلی استر با کیتوسان ساخته شده است.

منسوجات روغن گریز و دافع روغن نیز تولید شده‌اند. پارچه‌های پلی استر می‌تواند با نانو رشته‌های سیلیکون پوشش داده شود تا ویژگی‌های روغن گریزی را به دست آورد. ویژگی آب‌گریزی و روغن گریزی به‌صورت هم‌زمان می‌تواند بروی منسوج ایجاد شود. به‌عنوان‌مثال با ایجاد الیاف پنبه‌ای اشباع شده از ذرات سیلیکا، پستی‌وبلندی دو برابری بروی سطح آن‌ها ایجاد می‌شود. سپس با اعمال هیدروفوبیزاسیون با دی متیل سیوکسان زاویه‌ی تماسی حدود ۱۵۵ درجه برای قطره آب ایجاد می‌شود. برای روغن گریز کردن آن ذرات سیلیکا بر روی الیاف، تحت عملیات خاصی قرار گرفته و دارای زاویه تماس ثابتی برابر با ۱۴۰ درجه و زاویه برگشت ۲۴ درجه برای قطرات روغن می گردد.

ویژگی‌های ضد استاتیک

الیاف سنتز شده مانند پلی استر و نایلون بار استاتیکی دارند زیرا این الیاف آب‌دوست نیستند. از طرف دیگر، الیاف سلولزی به دلیل داشتن رطوبت زیاد، بارهای استاتیک را محدود می‌کنند و اجازه حرکت به آن‌ها نمی‌دهند. نانو ذرات تیتانیا، ویسکرهای اکسیدروی و... برای دادن ویژگی ضد استاتیک به منسوجات سنتز شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مواد از نظر الکتریکی رسانا بوده و بارهای انباشته بروی بافت را پراکنده می‌کنند. علاوه بر این، نانو سل سیلان ویژگی‌های ضد استاتیک را از طریق جذب رطوبت هوا به‌واسطه‌ی گروه‌های هیدروکسیل افزایش می دهد. این غشا تشکیل نواحی باردار شده با بار الکتریکی را محدود می‌کند. این روش برای پراکنده کردن بارهای الکتریکی، روش نسبتاً مناسبی است زیرا با شستشو از بین نمی‌رود.

پوشش با روش سل-ژل نیز می‌تواند زمانی که عملیات سطحی برای اعمال ویژگی‌های ضد استاتیک انجام می‌شود، ویژگی‌های آب‌گریزی را نیز ایجاد کند. یعنی تلفیقی از ویژگی‌های ضد استاتیک و آب‌گریزی به پارچه داده شود. در حقیقت گروه‌های آب‌گریز در فصل مشترک هوا-الیاف تشکیل می‌شوند درصورتی‌که مناطقی با عمق بیشتر آب‌دوست هستند. منسوجات پوشش داده‌شده با این روش آب‌گریز بوده اما حاوی رطوبت در ناحیه‌های عمیق‌تر پوشش است که ویژگی‌های ضد استاتیکی ایجاد می‌کند. نانو ذرات اکسید روی برای دادن ویژگی ضد استاتیکی کاربرد دارند. نانو ذرات اکسید روی با روش رسوب‌گذاری مستقیم با استفاده از کلرید روی ثابت بروی پارچه‌های پلی استر قرار می‌گیرند.

ضد چین‌وچروک

مولکول‌های سلولز در پنبه زمان گذشتن از بخش‌های بلوری و بی‌شکل الیاف به طور خطی سازمان‌دهی می‌کنند. پیوندهای هیدروژنی مولکول‌های سلولز را در موقعیت خود نگه می‌دارند. به‌محض اعمال نیرو به الیاف‌ها زنجیره‌های سلولزی از موقعیت اولیه خود خارج می‌شوند و پیوندهای هیدروژنی دوباره در موقعیت جدید شکل می‌گیرند.

نانو پوشش‌ها درعین‌حال که نرمی پارچه را حفظ می‌کنند مانع چروکیدگی می‌گردند. به‌طور متداول پارچه‌ها، با به‌کارگیری رزین در برابر چین‌وچروک مقاوم می شوند. به‌هرحال این امر، منجر به کاهش مقاومت کششی الیاف، مقاومت در برابر سایش و رنگ‌پذیری می‌گردد. برای اعمال مقاومت در برابر چین‌وچروک الیاف ابریشمی و پنبه‌ای از نانوذرات استفاده می کنند. به عنوان مثال، نانو ذرات تیتانیا با اسید کربوکسیل کاتالیستی برای تشکیل اتصال‌های عرضی میان مولکول‌های سلولزی و گروه‌های اسیدی است که منجر به ضد چروک شدن پارچه می شود.

در پایان

علم و فناوری نانو در همه‌ی صنایع اندک‌اندک در حال گسترش و پیشروی است. صنعت نساجی نیز از این قاعده مستثنا نبوده و نانو فناوری توانسته است برخی از مشکلات آن را برطرف یا بهبود بخشد. منتظر مقاله‌های بعدی من درباره کاربرد علم نانو در حوزه‌های دیگر باشید!