نانوتکنولوژی و پتانسیل آن در صنعت نساجی

صنعت نساجی یکی از آلوده کننده های بزرگ محیط زیست است. تولید مواد اولیه، ریسیدن آنها به شکل الیاف، پارچه بافی و رنگرزی؛ مستلزم استفاده از مقدار زیادی آب و مواد شیمیایی مثل آفات (برای پرورش محصولاتی مانند پنبه) است. مصرف کننده نیز به دلیل استفاده از آب، انرژی و مواد شیمیایی در فرآیندهای شستشو، خشکشویی و اتوکشی، و ریختن میکروپلاستیک ها به آبراه ها، تأثیرات زیست محیطی گسترده ای از خود بر جای می گذارد.

کمتر از نیمی از لباس های غیر قابل استفاده دور ریختنی، برای استفاده مجدد یا بازیافت جمع آوری می شوند، و فقط 1% از آنها به صورت لباس های جدید بازیافت می شوند؛ زیرا فناوری هایی که امکان بازیافت لباس ها را به لباس های جدید فراهم کرده اند، تازه در آغاز راه هستند. متاسفانه نگرانی های زیست محیطی بی شماری در رابطه با رشد صنعت نساجی وجود دارد.

لباسی که می پوشیم می تواند صدمات زیادی به محیط زیست وارد کند. خلق یک آینده پایدار برای رفع این نگرانی ها به کشف گزینه های دیگری نیاز دارد. نانوتکنولوژی یکی از این حوزه های نوظهور برای برخورد با مسئله پایداری و کشف امکانات جدید است.

نانوتکنولوژی (NT) با موادی سرو کار دارد که طول آنها از 1 تا 100 نانومتر (nm) متغیر است. یا بهتر بگوییم نانوتکنولوژی یک زمینه تحقیقاتی و نوآورانه است و به طور کلی بر ساخت «چیزها» یا مواد و دستگاه هایی متمرکز است که دارای مقیاس اتمی و مولکولی هستند. نانوذره کوچکترین ذره ای است که اندازه آن بین 1 تا 100 نانومتر می باشد.

نانوتکنولوژی دارای پتانسیل های زیادی در صنعت نساجی است. چرا که روش های رایج برای انتقال ویژگی های مختلف به پارچه، اغلب منجر به تغییرات دائمی نمی شوند، و پس از خشکشویی یا شستن لباس کارکرد خود را از دست می دهند. نانوتکنولوژی می تواند باعث افزایش دوام پارچه ها شود؛ زیرا نسبت سطح به حجم در ذرات نانو بالاست و این ذرات دارای انرژی سطحی بالایی هستند؛ از این رو با ارتقای میل ترکیبی پارچه ها، باعث افزایش دوام عملکردی آنها می شوند. علاوه بر این، روکشی از ذرات نانو بر روی پارچه ها، بر قابلیت تنفس یا لمس آنها تاثیر نمی گذارد.

نانوالیاف

بستر نساجی در معرض نانوذراتی مانند گرافین، نانو لوله های کربنی، و نانو ذرات مختلفی مانند نانوذرات فلزی و اکسیدهای دیگر (مثل اکسید روی) قرار می گیرد. به الیافی که به دلیل استفاده از نانو ذرات، دارای خصوصیات تقویت شده اضافی هستند، نانوالیاف (NANO-FIBERS) گفته می شود. نانوالیاف با روش های الکتروریسی و ریسندگی شکافتی (split spinning) تولید می شوند. یون های فلزی و الکتریسیته ساکن، نقش مهمی در ارتقای ویژگی های نانوالیاف دارند.

مزایای نانوالیاف

• خواص چند منظوره مانند فیلتراسیون خوب و نفوذپذیری بالا
• افزایش استحکام
• افزایش مقاومت در برابر ساییدگی
• قابلیت فیلتر کردن گازهای سمی و عوامل بیماری زا
• افزایش مقاومت کششی.

پارچه های ساخته شده از نانوالیاف به صورت طبیعی با چند ویژگی ارتقا می یابند. بعضی اوقات پارچه با ذرات نانو پوشانده می شود تا عملکرد و خصوصیات بهتری پیدا کند. نانو ذرات تلفیقی به سطح ذرات انرژی بخشیده و آنها را فعال می کنند.

برخی از ویژگی های انتقال یافته عبارتند از:

1- دفع آب

ویژگی دفع آب از روی پارچه با استفاده از نانو ویسکرها (Nano-whiskers) به وجود می آید؛ آنها هیدروکربن هایی هستند که اندازه شان یک هزارم اندازه الیاف پنبه طبیعی است. زمانیکه نانو ویسکرها به پارچه اضافه می شوند؛ بدون تاثیری بر روی کاهش مقاومت پنبه، یک اثر کرکی (شبیه کرک های میوه هلو) به وجود می آید. فضاهای بین ویسکرهای موجود در پارچه از قطر قطره های آب کوچکترند، اما از مولکول های آب بزرگترند؛ بنابراین آب در بالای ویسکرها و سطح پارچه باقی می ماند. با این حال اگر به سطح پارچه فشار وارد شود؛ هنوز هم ممکن است آب از طریق پارچه عبور کند. این نوع از مهندسی سطح که قابلیت تکرار رفتار آب گریز را دارد؛ می تواند در توسعه مواد شیمیایی خاص برای تولید پارچه های مقاوم در برابر آب و لکه مورد استفاده قرار بگیرد. این پارچه ها علاوه بر این موارد، دارای ویژگی های مکمل مطلوبی مانند تنفس، نرمی و راحتی نیز هستند.

2- محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش

لباس های محافظت شده در برابر اشعه ماوراء بنفش از پوست در برابر پرتوهای زیانبار خورشید محافظت می کنند. مسدود کننده های آلی UV، علاوه بر غیر سمی بودن، در هنگام قرار گرفتن در معرض حرارت بالا و اشعه ماوراء بنفش از نظر شیمیایی پایدار هستند. با این حال مسدود کننده های UV غیر آلی، حاوی نیمه رساناها هستند. دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی که هم اندازه ذرات نانو و نیمه رسانا نیز می باشند، در جذب و پراکندگی اشعه ماوراء بنفش نسبت به ذرات با اندازه معمولی کارآیی بیشتری دارند؛ از این رو می توانند به خوبی از نفوذ اشعه ماوراء بنفش جلوگیری کنند. این امر ناشی از این واقعیت است که ذرات نانو دارای سطح جرمی و حجمی بزرگتری نسبت به مواد معمولی هستند و همین امر موجب افزایش اثربخشی حفاظت آنها در برابر اشعه ماوراء بنفش می شود. تنها قسمت رویی پارچه در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرد؛ بنابراین برای محافظت بهتر در مقابل این اشعه، لازم است که تنها سطح رویی پارچه با ذرات نانو پوشانده شود. از روش سل – ژل برای ادغام ذرات نانو بر روی سطوح می توان استفاده کرد. اسپری کردن (با استفاده از هوای فشرده و تفنگ افشانه ای) سطح پارچه با ذرات نانو، یک روش جایگزین برای اعمال ذرات نانو است.

3- ضد میکروبی

برای ادغام خواص ضد باکتریایی از ذرات نقره به اندازه نانو، دی اکسید تیتانیوم، اکسید روی، تری کلوسان و کیتوسان استفاده می شود. نانو ذرات نقره دارای سطح نسبی بسیار بزرگی هستند؛ این امر باعث افزایش سطح تماس آنها با باکتری ها و قارچ ها شده، و اثرات ضد میکروبی و ضد قارچی آنها را ارتقا می دهد. نانو ذرات نقره بسیار واکنش پذیر هستند و از غلظت های کم 0.0003% تا 0.0005% نیز خواص ضد میکروبی خود را نشان می دهند. تماس ذرات با باکتری ها و قارچ ها، بر متابولیسم سلولی آنها تاثیر منفی می گذارد، و رشد سلولیشان را مهار می کند. در ضمن این ذرات می توانند از تکثیر و رشد آن دسته از باکتری ها و قارچ هایی که باعث عفونت، بو، خارش و زخم می شوند نیز جلوگیری کنند.

برخی از نانو ذرات ضد میکروبی مصنوعی عبارتند از:

• تری کلوسان (Triclosan): یک بیسفنول کلردار و ماده مصنوعی غیر یونی حاوی طیف گسترده ای از عوامل ضد میکروبی است که عمدتاً یا فقط دارای خواص ضد باکتریایی هستند و یا تواماً دارای ویژگی های ضد قارچی و ضد ویروسی نیز می باشند.
• کیتوسان (Chitosan): یک بیوپلیمر طبیعی است که به عنوان یک عامل ضد باکتری، ضد قارچ، ضد ویروس، غیر آلرژیک و زیست سازگار کارآمد مورد استفاده قرار می گیرد.
• نانو ذرات ZnO: به دلیل خاصیت ضد باکتری و انسداد اشعه ماوراء بنفش، به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

4- ضد الکتریسیته ساکن

ترکیبی است به منظور کاهش یا حذف تجمع الکتریسیته ساکن که عمدتاً ناشی از اثر برق مالشی است برای عمل آوری مواد یا سطوح آنها مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجاییکه الیاف مصنوعی دارای خواص ضد الکتریسیته ساکن ضعیفی هستند، می توان از ذرات نانو برای ارتقای این ویژگی در آنها استفاده کرد. ذراتی در اندازه نانو مانند دی اکسید تیتانیوم، ویسکرهای اکسید روی و نانو اکسید قلع آنتیموان (AT) می توانند خواص ضد الکتریسیته ساکن را به الیاف مصنوعی منتقل کنند. چنین موادی باعث می شوند تا بارهای ساکن جمع شده بر روی پارچه، به صورت موثری متفرق شوند.

5- مقاومت در برابر چروک شدن

به منظور مقاوم کردن پارچه ها در برابر چروک شدن، معمولاً از رزین در قالب روش های رایج استفاده می شود. با این حال محدودیت هایی در استفاده از رزین وجود دارد که از جمله آنها می توان به کاهش مقاومت کششی الیاف، مقاومت در برابر ساییدگی، کاهش جذب آب و قابلیت رنگ پذیری، و کاهش قابلیت تنفس پذیری پارچه ها اشاره کرد. برای غلبه بر این محدودیت ها از نانو ذراتی مانند دی اکسید تیتانیوم و سیلیکا استفاده می گردد که به ترتیب باعث افزایش مقاومت الیاف پنبه و ابریشم در مقابل چروک شدگی می شوند.

اینها تنها برخی از ویژ گی های پیشگامانه هستند که توسط ذرات نانو به منسوجات منتقل می شوند. اما تنها این موارد نیست؛ نانوتکنولوژی پتانسیل پیشرفت هایی دارد که فراتر از تصور ما هستند. محققان بر این باورند که نانوتکنولوژی می تواند در سال های آینده به خلق فرصت های جدید کمک کند. منسوجات خود تمیز شونده یکی از این موارد هستند:

6- منسوجات خود تمیز شونده

پارچه ها با استفاده از نانوتکنولوژی می توانند به خودی خود تمیز شوند. از روش های مختلفی برای جلوگیری از چسبندگی خاک به منسوجات و انتشار آلودگی ها از سطح آنها استفاده می گردد. منسوجات دارای سطح زبر، گزینه بهتری برای خود تمیز کنندگی هستند. انرژی جنبشی افت ذرات خاک بر روی پارچه می تواند نتیجه مثبتی به بار بیاورد. نانو ذراتی که در حفره های سطوح زبر منسوجات قرار می گیرند؛ مانع از نفوذ خاک به داخل الیاف منسوجات می شوند. الکترون های موجود در نانو ذرات با سوراخ های موجود در بستر منسوجات ترکیب می شوند. در نتیجه رادیکال های اکسیژن و هیدروکسیل تشکیل می شوند. از آنجاییکه هر دو ناپایدار هستند با خاک و آلاینده ها ترکیب شده و آنها را از بین می برند.

منسوجات خود تمیز شونده در موارد زیر کاربرد دارند:

• منسوجات پزشکی
• اثاث یا لوازم داخلی منزل
• لباس زیر
• منسوجات دفاعی

نتیجه گیری

نانوتکنولوژی به احتمال زیاد زمینه ساز انقلاب بعدی خواهد بود. این فناوری مرزها را درنوردیده و آنها را پشت سر گذاشته، و به چندین حوزه راه پیدا کرده و آرام آرام به صنعت نساجی نیز رسوخ نموده است. نانوتکنولوژی با پتانسیل های بسیار بالایی که در این حوزه دارد، قطعاً موجی به راه خواهد انداخت. مهمترین مزیت نانوتکنولوژی، مبارزه با ضایعات منسوجات و آلودگی است.

یک تحقیق نشان داده که سالانه حدود 95 میلیون تن پسماند نساجی تولید می شود. این آمار بسیار عظیم است؛ چرا که تقریباً 5% از زباله هایی که سالانه در محل های دفن زباله تخلیه می شوند را به خود اختصاص می دهد. نانوتکنولوژی می تواند با صرفه جویی در منابع و محیط زیست، این مسائل را حل کند. این چالش ها قبل از اینکه خیلی دیر شوند؛ به روش های جدیدتری نیاز دارند. نانوتکنولوژی به دلیل مزیت های فراوان، مدت ها در صنعت نساجی باقی خواهد ماند، و روز به روز بیشتر و بیشتر رشد خواهد کرد.