مقاله کاربرد نانوتکنولوژی در تولید منسوجات با کارایی

تعداد صفحات: ۱۲ | قابل ویرایش

مقدمه

این مقاله خلاصه ای از تحولات اخیر نانوتکنولوژی در حوزه نساجی شامل شکل گیری و تکمیل منسوجات است. در این مبحث تلاش شده است تا جزئیات دو جنبه ی فنی مطرح، یعنی استفاده ی مستقل از ساختارهای در مقیاس نانو و بکارگیری تکنیک های مخصوص برای ایجاد نانوساختارها در مواد نساجی روشن شود.

نانوتکنولوژی ، فن آوری نوین میان رشته ای است که در دهه ی اخیر باعث شکوفایی و جهش عظیم در بسیاری از حوزه ها شامل علوم مواد ، مکانیک ، الکترونیک ، نور ، پزشکی ، پلاستیک ، انرژی و هوا فضا شده است . اثرات عمیق نانو تکنولوژی به عنوان یک محرک عظیم در جهت نیل به انقلاب صنعتی دوم در مطرح شده است.

پیشوند” نانو” در نانوتکنولوژی  از واژه ای یونانی به معنای “بسیار ریز” ( dwarf ) اقتباس شده است . دانشمندان از این پیشوند جهت نشان دادن ^۹- ۱۰ یا یک بیلیونیم استفاده می کنند . یک نانومتر معادل یک بیلیونیم متر است که حدود ۰۰۰/۱۰۰ بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است.

کوشش های نانو تکنولوژی در جهت دستکاری در اتم ها ، مولکول ها و ذرات در مقیاس نانو با شرایط دقیق وکنترل شده و به منظور ساخت و ایجاد موادی با سازمان بنیادی جدید و خصوصیات نوین هدف گذاری شده است.

نانوتکنولوژی برپایه ی ” همگذاری اتمی ” است که برای اولین بار به طور رسمی در سال ۱۹۵۹ به وسیله ی فیزیکدانی به نام ریچارد فینمن مطرح شد. نانوتکنولوژی ، یک فناوری ” از پایین به بالا” و به معنای توانایی در ایجاد واحدهای کوچک و دقیق مواد است که از این رو با آنچه در کارخانجات تولیدی به عنوان فرایند” از بالا به پایین ” مرسوم است تفاوت بنیادینی دارد . بنابراین محصولات منتجه نقصان کمتر و کیفیت بالاتری را دارند.

کاربرد نانو تکنولوژی در تولید الیاف مرکب

الیاف مرکب با ساختار نانو هنوز در ابتدای راه پیشرفت قرار دارد این در حالی است که در آینده کاربردهای بیشتری این مواد را شاهد خواهیم بود . در الیاف مرکب نانوفیلرهایی (پر کننده) نظیر نانو ذرات ( رس ، اکسیدهای فلزی و کربن ) ، نانوالیاف گرافـیتی ( GNF ) و نانـو تیـوب های کربن ( CNT ) بکار می روند. علاوه بر این الیاف مرکب با ساختار نانو را می توان از طریق فرآیند شکل گیری فوم (Foam-Forming) و بدون استفاده از نانوفیلرها  تولید کرد.

کارکرد اصلی نانو فیلرها افزایش استحکام مکانیکی و ارتقاء خصوصیات فیزیکی نظیر رسانایی و رفتارآنتی استاتیک می باشـد . به علـت محـدوده ی وسیع سطـحی ، نـانو فـیلرها می توانند بر هم کنش مناسبی را با ماتریس پلیمری ایجاد نمایند . این احتمال که نانوفیلرها در حرکت زنجیره ی پلیمری دخالت کنند و از این رو باعث کاهش قابلیت حرکتی زنجیرها شوند وجود دارد.

در صورت توزیع یکنواخت این مواد درماتریس پلیمر ، نانو ذرات قادرند نیرو را منتقل کرده ، سختی و مقاومت سایشی را افزایش دهد . نانوالیاف قابلیت تقلیل تنش وارده به ماتریس پلیمری و افزایش استحکام کششی الیاف مرکب را دارند.

دیگر خصوصیات  فیزیکی و شیمیایی الیاف مرکب به خصوصیات ویژه ی نانو فیلر مورد مصرف بستگی دارد . توزیع نانو فیلرها در ماتریس های پلیمری از طرق مکانیکی و شیمیایی از عوامل مهم در ایجاد کیفیت بالا درالیاف مرکب با ساختار نانو محسوب می شود .

اگرچه بعضی از این نانوفیلرها مانند خاک رس ، اکسیدهای فلزی و کربن در دهه های پیشین نیز به عنوان میکروفیلر در تولید مواد کامپوزیتی مورد استفاده قرار می گرفتند اما کاهش اندازه ی این مواد تا مقیاس نانو باعث افزایش کارایی و ظهور بازار جدیدی برای این مواد شده است.

ذرات نانویی خاک رس

ذرات نانو یا نانوپرکهای خاک رس از مجموعه ای از آلومینو سیلیکات های آبدار می باشند . از این نوع نانوذرات خاک رس می توان به سیلیکاتهای لایه ای طبیعی مانند مونت موری لونیت (Montmorillnite) و سیلیکاتهای لایه ای سنتزی مانند مگادیت (Magadiite) ، میکا (Mica) ، لاپونیت (Laponite) فلوروهکتوریت (Flurohectorite) اشاره کرد .

هر کدام از این مواد دارای ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی متفاوتی هستند . نانو ذرات خاک رس دارای مقاومت الکتریکی ، شیمیایی و گرمایی بوده و توانایی بلوکه کردن اشعه ی UV را دارند . از این رو الیاف کـامـپوزیتی تقـویت شده با نانو ذرات خاک رس خـواص ضـد آتش ، ضـد UV و ضد خـوردگی را از خـود بروز می دهند.

نانو ذرات خاک رس از نوع اسمکتیت (Smectite) و مونت موری لونیت به دو دلیل استعداد بیشتری برای مصرف در ساختارهای مختلف دارند : اول اینکه این مواد به وفور در طبیعت یافت می شوند و از نقطه نظر کانی شناسی خلوص بالایی داشته و دارای قیمت پائینی هستند ، دوم اینکه ساختار شیمیایی آنها به گونه ای است که با انجام اصلاحات سطحی با پلیمرهای آلی سازگار می شـوند .

برای مـثال نانوذرات Montmorillnite  ( بنتونیت )به عنوان بلوکه گر اشعه یUV در لیف کامپوزیتی نایلون بکار گرفته شده است . با افزودن  تنها ۵ % وزنی خاک رس ، بهبود خصوصیات مکانیکی همچون افزایش ۴۰ % استحکام کششی ، ۶۸ % مدول کششی ، ۶۰ % استـحکام خمشی و ۱۲۶ % مـدول خمـشی را در الـیاف مرکب شـاهـدیم.

نانو ذرات اکسید فلزی

نانو ذرات TiO_۲ ، Al_۲o_۳ ، Zno ، Mgo گروهی از اکسیدهای فلزی هستند که دارای قابلـیت های فتوکاتالیتیکی ، هدایت الکتریکی و جذب UV  بوده و همچنین توانایی فوتواکسیداسیون در مقابل مواد شیـمیایی و  عوامل بیولوژیکی را دارند .

تحقیقات گسترده در زمینه ی کاربردهای نانو ذرات اکسید فلزی برخواص ضد باکتری و خود ضد عفونی کننده و همچنین کارکردهای بلوکه گر اشعه ی UV برای بکارگیری در ادوات نظامی محافظتی و محصولات بهداشتی غیرنظامی متمرکز شده است . الیاف نایلون حاوی نانو ذرات Zno دارای سپر حرارتی در برابر UV بوده و میزان تمایل به ایجاد الکتریسیته ی ساکن درآن کاهش یافته است. لیف کامپوزیتی با نانو ذرات Tio_۲/Mgo دارای عملکرد خود استریزاسیون می باشد.