استفاده از پلاسما در تکمیل های نساجی

ترجمه: آزاده موحد

مقدمه

 بیشتر از بیست سال است که موسسات تحقیقات نساجی، فناوری پلاسما را برای اصلاح سطحی به کار می گیرند.

به گزارش سرویس ترجمه نساجی امروز، فناوری پلاسما یک جایگزین خشک و دوستدار محیط زیست برای تکمیل های تر است که بدون هیچ گونه آلایندگی باعث صرفه جویی در مصرف آب و انرژی نیز می شود. در سال های اخیر به دلیل افزایش نگرانی های زیست محیطی در بسیاری از فرایندهای تکمیلی تر، توجه بیشتری به فناوری پلاسما شده است.

پلاسما چیست؟

پلاسما گاز نسبتا یونیزه شده ای است که در آن الکترون ها از ملکول ها رها شده تا الکترون های آزاد و یون ها تشکیل شوند(شکل 1). پلاسما از طریق انرژی حاصل از میدان های الکتریکی ایجاد می شود. مردم معمولا تصور می کنند سه حالت اصلی از ماده وجود دارد: جامد، مایع و گاز اما در واقعیت چیزی بیشتر از این سه حالت است. پلاسما به عنوان چهارمین حالت ماده در نظر گرفته می شود.

حالت پلاسما متداول ترین حالت ماده در میان تمامی مواد شناخته شده در جهان هستی می باشد. اساسا ستاره ها از جمله خورشید در واقع توپ های عظیم پلاسمایی هستند. برای استفاده از پلاسما در تکمیل های نساجی روش های مختلفی وجود دارد: تخلیه الکتریکی، تخلیه کرونا و تخلیه مانع دی الکتریک.

برای تکمیل های نساجی استفاده از سیستم های مبتنی بر پلاسمای اتمسفری ترجیح دارد. این سیستم ها نسبت به سیستم های پلاسمای در خلا اقتصادی تر بوده و به طور مداوم نیز قابل اجراست. تخلیه کرونا یک روش تخلیه الکتریکی با اعمال ولتاژ بین دوالکترود در یک محیط غیررسانا مثل هوا می باشد(شکل 2). تخلیه مانع دی الکتریک در فشار اتمسفر و با اعمال ولتاژ بالا بین دو الکترود پوشیده شده با یک لایه دی الکتریک(عایق) انجام می شود. پلاسما با ایجاد یون ها و رادیکال های آزاد در دماهای پایین باعث آغاز واکنش های شیمیایی بر روی سطح مواد اولیه می شود بدون آن که باعث از بین رفتن زیرلایه شود.

فناوری پلاسما در صنعت نساجی

در کتاب های جامع و مقالات تحقیقاتی فراوانی به مبحث تکمیل های پلاسما در صنایع نساجی پرداخته شده است. در فرایندهای تر متداول، مواد شیمایی به اعماق الیاف نفوذ پیدا می کند ولی پلاسما تنها بر روی سطح عمل کرده و به ترتیب بر روی لایه های سطحی تاثیر می گذارد و اثری بر ساختار داخلی الیاف نساجی ندارد. بنابراین تکمیل پلاسما تغییر محسوسی در خواص فیزیکی-مکانیکی زیرلایه ایجاد نخواهد کرد.

تاثیر تکمیل پلاسما بر سطح منسوجات

تکمیل پلاسما باعث اصلاح ویژگی های سطحی منسوجات می شود. سطح منسوجات در خلا و در حضور گازهای نجیب نظیر هلیوم و آرگون تمیز و ناخالص ها از روی آن برداشته شده و برای انجام مراحل بعدی تکمیل آماده سازی می شود.

گروه های عامل در حضور گازهای واکنش پذیر غیرقابل پلیمریزه شدن، به سطح پارچه متصل می شوند. برای مثال پلاسمای اکسیژن می تواند باعث اتصال گروه های هیدروکسی به سطح منسوجات شود. در حضور گازهای واکنش پذیر قابل پلیمریزه شدن نیز پوشش های عامل با ته نشینی ماده اولیه پلیمری بر روی سطح قرار می گیرند(شکل 3).

با استفاده از فناوری پلاسما می توان عملکرد منسوجات را به شیوه های مختلفی تغییر داد. پلاسما می تواند باعث تبدیل سطوح آبگریز به سطوح آبدوست و برعکس شود که این به شرایط فرایند و نوع پلاسما بستگی دارد.

دفع آب و خاک

پنبه یک لیف آبدوست است. پس از عمل با پلاسمای اکسیژن سطح ویژه آن افزایش می یابد و آبگریز می شود. حضور هگزامتیل دیسیلوکسان(HMDSO) یا هگزافلورو اتان باعث تشکیل یک لایه پلیمری بر روی سطح پنبه شده و باعث نرم شدن زیردست آن می شود. افزایش چشمگیر زاویه تماس با آب باعث ایجاد خاصیت آبگریزی می گردد(شکل 4). دفع قطرات آب و در نتیجه از بین رفتن ذرات گرد و خاک با آن که  اثر لوتوس خوانده می شود نیز فلسفه وجود سطوح خودتمیز شونده است. نتیجه آن دفع آب و خاک از روی سطح می باشد.

استفاده از پلاسما برای ته نشین شدن یک لایه پلیمری سیلیکون می تواند جایگزین مناسبی برای تکمیل های شیمیایی تر با فلوروکربن ها باشد. این موضوع از اهمیت زیادی برخوردار است چون مدت زمانی است که انواع مشخصی از پرفلوروکربن ها(PFC) به ویژه آن هایی که دارای زنجیره بلند هستند نظیر پرفلورواکتانوییک اسید(PFOA) در لیست سیاه سازمان های صلح سبز و ZDHC قرار گرفته اند و استفاده عمدی از آن ممنوع شده است.

ترشوندگی

انجام تکمیل سطحی پلاسما بر روی انواع مختلفی از الیاف نظیر پلی استر، پلی پروپیلن و پشم باعث بهبود ترشوندگی در آن ها شده است. ترشوندگی به معنای توانایی نگهداری این الیاف در حفظ و نگهداری رطوبت در سطح است. در مورد الیاف مصنوعی نظیر پلی اتیلن ترفتالات(پلی استر) یا پلی پروپیلن نیز آبدوستی سطح به دلیل جذب اکسیژن بر روی سطح تا حد زیادی افزایش پیدا می کند.

مقاومت در برابر جمع شدگی و نمدی شدن در پشم

تکمیل های رایج ضدنمدی شدن اثرات منفی بر زیردست پارچه و همچنین محیط زیست بر جای می گذارد. پلاسمای اکسیژن باعث ایجاد خاصیت ضدنمدی در پشم می شود ضمن این که مشکلات فوق را هم ندارد. سطح پشم طبیعی به شدت آبگریز است. در نتیجه الیاف پشم در محیط های آبی تمایل به جمع شدن دارند و عملیات مکانیکی نیز باعث می شود آن ها به سمت انتهای ریشه خود حرکت کنند که این باعث جمع شدگی و نمدی شدن می شود. البته با تکمیل پلاسما لایه آبگریز اکسیده شده و تا حدی از بین می رود و پس از آن خاصیت ضد جمع شدگی و نمدی شدن در پشم ایجاد می شود.

از قدیم پشم را با محلول آبی کلرین عمل می کردند. اثر ضد جمع شدگی پلاسما در مقایسه با روش سنتی کمتر است اما در کنار تکمیل رزینی قابل قبول می شود(شکل 5). از آن جایی که پلاسما فاقد کلرین است هیچ گونه ترکیبات هالوژنی نیز آزاد نمی کند.

بهبود رنگ پذیری

فناوری پلاسما همچنین می تواند باعث افزایش تمایل منسوجات به رنگزاها شود. در نتیجه خود به خود باعث برطرف شدن بعضی از نگرانی های مربوط به فرایند های تر می شود. در زیر به بعضی از کاربردهای متعدد این فناوری در زمینه رنگرزی منسوجات اشاره شده است:

• پلی پروپیلن جزو الیافی است که به دلیل عدم وجود گروه های عامل رنگرزی آن دشوار است. زمانی که فرایند تخلیه مانع دی الکتریک پلاسما و پیوند بعدی با پلیمر اکریلیک اسید بر روی آن انجام می شود، خواص رنگرزی آن با رنگزاهای متداول اسیدی تا حد زیادی افزایش پیدا می کند.
• ترکیب پنبه/پلی استر معمولا طی یک فرایند طولانی و خسته کننده رنگرزی می شود. این ترکیب را می توان پس از عمل با کیتوسان و تخلیه کرونا در یک حمام رنگرزی و با استفاده از رنگزاهای راکتیو یا مستقیم مورد رنگرزی قرار داد و شدت رنگ نیز به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
• الیاف سلولزی به ویژه پنبه معمولا دارای رمق کشی پایین و تثبیت نامطلوبی هستند. تلاش های زیادی برای بهبود رنگ پذیری آن توسط کاتیونی کردن انجام شده که این کار اغلب با ایجاد نقاط کاتیونی توسط گروه های آمینو صورت می گیرد. بعضی از محققان از تکمیل پلاسما برای اتصال گروه های آمینو به سطح الیاف استفاده کرده اند تا به این وسیله خواص رنگرزی پنبه با رنگزاهای راکتیو را بهبود ببخشند. عمل با پلاسمای گاز آرگون و بعد غوطه ور سازی در محلول های آمین باعث بهبود قابل ملاحظه عمق رنگی می شود. تکمیل پلاسما با استفاده از مشتقات اپیکلروهیدرین تری متیل آمونیوم نیز نتیجه مشابهی دارد.
• پشم را می توان در صورت انجام عملیات اولیه تخلیه کرونا با مصرف انرژی کمتری(در دمای پایین تر) و در مدت زمان کوتاه تری رنگرزی کرد ضمن این که رمق کشی آن نیز بهتر می شود.

از آن جایی که تکمیل های پلاسما تنها مربوط به سطح الیاف می شود، پیش بینی می شود ویژگی های مربوط به ثبات پارچه نظیر ثبات سایشی و ثبات رنگی در مقایسه با روش های رنگرزی متداول تا حدی تضعیف شود. البته در بیشتر موارد ثبات های قابل قبولی گزارش شده است.

آهارگیری

جداسازی مواد آهار تهیه شده از پلی وینیل الکل در فرایندهای نساجی از اهمیت زیادی برخوردار است. پلیمر پلی وینیل الکل قابل تجزیه به ذرات کوچک تری است که قابلیت حل شدن بیشتری در آب دارند. از فناوری پلاسما می توان برای جداکردن مواد آهار پلی وینیل الکل از الیاف پنبه استفاده کرد.

محافظت از الیاف آرامید

الیاف آرامید نظیر نومکس یا کولار الیافی با کارایی بالا بوده که به دلیل استحکام کششی زیاد و خاصیت کندکنندگی شعله در منسوجات فنی مورد استفاده قرار می گیرند. البته این الیاف مستعد هیدرولیز هستند. با تکمیل پلاسما و ته نشین شدن یک لایه محافظ بر روی سطح الیاف می توان بر این ضعف غلبه کرد. برای این کار می توان از پلاسمای هگزافلورواتان/هیدروژن استفاده کرد.

تکمیل های کارکردی

با استفاده از پلاسمای گازهای مختلف می توان کارکردهای مختلفی را در منسوجات ایجاد کرد. در این رابطه مقالات زیادی به چاپ رسیده است. برای مثال با استفاده از فناوری پلاسما می توان خصوصیات مختلفی را بر روی الیاف طبیعی نظیر پنبه ایجاد کرد نظیر کندکنندگی شعله، محافظت در برابر اشعه فرابنفش و مقاومت در برابر باکتری.

مصارف صنعتی

کاربردهای صنعتی پلاسما در بخش نساجی تا به امروز همچنان با محدودیت هایی مواجه است. بیشتر تلاش های صورت گرفته در این زمینه در مرحله تحقیق و توسعه می باشد. در زیر نام بعضی از شرکت هایی که این فناوری را به کار گرفته اند و زمینه فعالیت آن ها آورده شده است:

• آوندیل در آمریکا برای ایجاد خاصیت ضد آب و خاک در الیاف پنبه و ترکیب پنبه/پلی استر
• فریدنبرگ در آلمان برای پوشش دهی به منظور ایجاد کارکردهای مختلف
• اکشن لاندری در هند برای ایجاد ظاهر رنگ پریده در شلوار جین
• کولو آنگورا کاتج اینداستری در هند برای عمل بر روی الیاف آنقوره
• سویدوول در آلمان برای ایجاد خاصیت ضدنمدی در پشم
• تکستیل وردلانگ گرابر در اتریش برای تولید منسوجات فنی
• اشمیتز-ورک در آلمان برای تولید سایه بان با استفاده از تکمیل پلاسمای اتمسفری

نتیجه گیری

چیزی که مانع از به کارگیری گسترده فناوری پلاسما می شود جنبه های تجاری آن است. استفاده از این فناوری نیاز به سرمایه گذاری بر روی ماشین آلات و فناوری های جدیدی دارد که همچنان دانش کافی درباره آن در صنعت نساجی موجود نیست.

سایر نگرانی های موجود عبارتند از خطرات بالقوه مربوط به یکنواختی تکمیل و دوام اثرات آن پس از شستشوهای مکرر. مورد آخر با ایجاد اتصالات عرضی بین پلیمرها قابل رفع شدن است.

هم زمان با موفقیت های بیشتر و بیشتری که نصب آزمایشی فناوری پلاسما در این صنعت به همراه می آورد، مزایای زیست محیطی این فرایند خشک و کوتاه، عدم آلایندگی و صرفه جویی در مصرف آب و انرژی نیز به استفاده از آن در بخش های مختلف صنایع نساجی در آینده کمک خواهد کرد.