منسوجات کارآ دسته‌ای از منسوجات هستند که علاوه‌بر داشتن ویژگی‌های ذاتی منسوج، از ویژگی‌های ارزشمند دیگری مانند خودتمیزشوندگی، ضد‌میکروب، ضد‌آب و لکه، ضد‌آتش و... بهره‌مند هستند.
در این میان بازار تولید منسوجات خودتمیزشونده به سرعت در حال رشد است.
به گارش سایت نساجی امروز به نقل از صمت، پیش‌بینی می‌شود استفاده از منسوجات خودتمیزشونده به دلایل گوناگونی از جمله تمایل مصرف‌کنندگان به افزایش سطح پاکیزگی، بحران و کمبود آب و مصرف بی‌رویه مواد شوینده نفتی با رشد چشمگیری در آینده نه‌چندان دور روبه‌رو شود.
بر این اساس، به نظر می‌رسد بازار رو به رشد این محصولات در دنیا با پیشرفت‌های فناورانه سرعت بیشتری بگیرد و شاهد توسعه منسوجات خود تمیزشونده با بکارگیری فناوری نانو در سال‌های پیش رو باشیم. تحقیقات نشان داده است که امکان بقای برخی باکتری‌های بیماری‌زا بر سطوح پلیمری و منسوجات تا بیش از ۹۰ روز وجود دارد.
در این راستا، بکارگیری سطوح خودتمیزشونده، نه‌تنها افراد را از معرض ابتلا به بیماری‌های مختلف مصون نگه می‌دارد بلکه مانع ایجاد بوی نامطبوع، لکه و تخریب سطوح می‌شود.
بکارگیری فناوری نانو رویای داشتن منسوجات و پوشاک عاری از آلودگی را در مواردی از جمله پوشاک ورزشی، نظامی و منسوجات خانگی محقق ساخته است. سطوح خودتمیزشونده در دو بخش سطوح آب‌گریز و سطوح آبدوست مورد بررسی قرار می‌گیرند.
ابَر‌آب‌گریزها به بازار می‌آیند
با بهره‌گیری از فناوری نانو در آینده‌ای نه چندان دور، ابر‌آب‌گریزها هم به بازار می‌آیند. این ویژگی با اصلاح شیمیایی و هندسی سطح منسوجات حاصل می‌شود.
ایجاد ناهمواری‌های نانو و میکرومتری با استفاده از یک پوشش آب‌گریز سبب می‌شود آلودگی‌های سطح منسوج به‌راحتی در حضور آب از روی منسوج آب‌گریز غلتیده و جدا شود و به این ترتیب سطح منسوج تمیز باقی بماند. ایده ایجاد چنین محصولی از ساختار طبیعی برگ نیلوفر آبی الهام گرفته شده است.
سهولت حرکت قطره‌های آب روی سطح از جمله مکانیسم‌های شناخته شده برای ویژگی خودتمیزشوندگی در نمونه‌های طبیعی یاد شده است. قطره آب به دلیل زاویه تماس زیاد روی این سطوح به‌راحتی با حرکت دادن خواهد لغزید. این نوع حرکت به قطره آب امکان جارو کردن ذرات آلاینده و اضافی موجود بر سطح را می‌دهد.
روش‌های تولید
از آنجا که خاصیت آب‌گریزی و مـیزان ناهمواری سطح در ارتباط مسـتقیم با یکدیـگر هستند، ایجاد ناهمواری‌های نانومقیاس با استفاده از قراردادن نانوذرات با اندازه یکنواخت روی سطح امکان‌پذیر است.
استفاده از نمک‌های فلزی
از نانوذرات فلزی می‌توان برای ایجاد ناهمواری‌های نانومقیاس بر سطح منسوجات بهره برد. بهره‌گیری از نانوذرات فلزی علاوه‌بر ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی سبب بروز خواص دیگری از جمله ویژگی ضد‌میکروب و رسانش الکتریکی می‌شود.
استفاده از روش گرمابی از جمله روش‌های تکمیل پارچه پنبه‌ای با بهره‌گیری از نانوکریستال‌های اکسید روی به شمار میرود. در این روش پس از قرار دادن نانومیله‌های ZnO برای ایجاد زبری نانومقیاس بر سطح پارچه، از پوشش «دودسیل تری متوکسی سیلان» به منظور ایجاد خاصیت آب‌گریزی بر سطح استفاده می‌شود.
بکارگیری نانوذرات نقره برای ایجاد ناهمواری سطح علاوه‌بر خاصیت خودتمیزشوندگی سبب ایجاد خاصیت ضدمیکروبی سطح نیز می‌شود. به این منظور می‌توان از تکمیل پارچه پنبه‌ای با استفاده از نیترات نقره و هیدروکسید پتاسیم و سپس آب‌گریزکردن سطح با بهره‌گیری از اُکتیل تری‌اتوکسی سیلان استفاده کرد.
بکارگیری نانولوله‌های کربنی
علاوه‌بر نانوذرات فلزی از نانولوله‌های کربن(CNTs) نیز می‌توان برای ایجاد ناهمواری‌های نانومقیاس بر سطح منسوجات بهره برد. با قرار دادن منسوج پنبه‌ای در سوسپانسیون نانولوله کربن می‌توان ساختاری ناهموار بر سطح پنبه ایجاد کرد.
استفاده از ترکیبات سیلانی
بهره‌گیری از فرآیند سُل‌ژل به منظـور تکمیل منسوجـات بـا ترکیبات سیلانی روش دیـگری برای ایجاد سطوح ابَرآب‌گریز است.
چنانچه از ذرات سیلیکا بر روی پارچه پنبه‌ای آمین دار شده استفاده شود، گروه‌های آمین با پلی دی متیل سیلوکسان دارای یک عامل اپوکسی واکنش می‌دهد. در این تکمیل باوجود ایجاد سطح ابَرآب‌گریز، به دلیل حضور ذرات با ابعاد یک میکرون بر سطح پارچه، نرمی و انعطاف‌پذیری پنبه دستخوش آسیب نمی‌شود.
اصلاح سطح با بهره‌گیری از پلاسما
پلاسما حالت چهارم ماده و متشکل از مخلوطی از یون‌ها، رادیکال‌های آزاد و ذرات تهییج شده است که به دو گروه اصلی پلاسمای حرارتی و سرد تقسیم‌بندی می‌شود. به دلیل انرژی بالا در پلاسمای حرارتی، این روش فقط برای مواد معدنی پایدار مانند فلزات و اکسیدهای فلزی استفاده می‌شود.
پلاسمای سرد به دلیل دمای پایین‌تر برای سطوح حساس‌تر مانند پلیمرها منسوجات پیشنهاد می‌شود. تغییرات ایجاد شده در سطح در اثر افزوده یا جدا شدن ذرات از سطح است.
پلاسما برای ایجاد خراش سطحی، فعال‌سازی، پیونددهی ماده ثانویه به سطح و پلیمریزاسیون روی سطح به کار میرود که ایجاد خراش سطحی یا نشاندن نانوذرات برای ایجاد ناهمواری سطحی برای تولید منسوجات خودتمیزشونده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش رسوب‌گذاری بخار شیمیایی تقویت‌شده با پلاسما(PECVD) روشی مناسب برای ایجاد پوشش نانومتری بر سطح منسوجات است. برای مثال، روش CVD برای پوشش‌دهی نانومقیاس سطح پارچه پنبه‌ای با سیلیکون و در پی آن ایجاد یک لایه فلوروکربنی با بهره‌گیری از روش پلاسما بر سطح پارچه، سبب ایجاد پارچه پنبه‌ای ابرآبگریز می‌شود.
همچنین گزارش شده رسوب‌نشانی فیلم نازکی از تفلون با استفاده از روش لیزر پالسی سبب ایجاد ناهمواری‌های نانومتری بر سطح سلولز و آب‌گریز شدن سطح پنبه می‌شود.
روش خودآرایی لایه‌لایه
در این روش هر لایه بر سطح قبلی که از بار مخالف برخوردار است قرار داده می‌شود. برخلاف روش‌های دیگر پوشش‌دهی مانند غوطه‌وری یا پَد کردن، در این روش کنترل ضخامت لایه بر منسوج با تغییر تعداد لایه‌های ایجاد‌شده امکان‌پذیر است.
به منظور ابرآبگریز کردن منسوج پنبه‌ای از لایه‌نشانی متوالی پلی‌الکترولیت و نانوذرات سیلیکا و در پی آن عملیات فلوروآلکیل سیلانی استفاده می‌شود. با رسوب‌نشانی سه لایه، زاویه تماس بیش از ۱۵۰ درجه حاصل می‌شود و با افزایش تعداد لایه‌ها این زاویه افزایش می‌یابد. تکمیل انجام شده تا ۳۰ بار شستوشوی ماشینی پایدار خواهد ماند.
منسوجات خودتمیزشونده
دانشمندان با الهام از خاصیت فتوسنتز در گیاهان، موفق به کشف پدیده الکترولیز آب در اثر تابش نور شدند. آنها دریافتند که واکنش‌های نوری-شیمیایی در محلول الکترولیت آبی حاوی دی‌اکسید تیتانیوم(آند) و پلاتینیوم(کاتد) در اثر تابش پرتوفرابنفش، می‌تواند منجر به تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن شود. همین امر سبب معرفی مواد فوتوکاتالیست دوستدار محیط‌زیست به عنوان عواملی برای ایجاد تجزیه آلودگی در اثر تابش نور خورشید شد.
ساز‌کار ترکیبات فتوکاتالیست
ماده فتوکاتالیست، ماده‌ای حساس به نور است که در اثر دریافت انرژی نور خاصیت اکسیداسیون قدرتمندی از خود بروز می‌دهد. مبنای ساز‌کار مواد فتوکاتالیست بر تهییج شدن و انتقال الکترون‌های مدار ظرفیت به مدار هدایت در اثر جذب انرژی معادل یا بیش از اختلاف انرژی این دو مدار استوار است.
ترکیباتی مانند SrTiO۳، SnO۲، ZrO۲، ZnO، ZnS، CdSe، CdTe، WO۳ و Fe۲O۳ به دلیل اختلاف انرژی کم میان مدار ظرفیت و هدایت و قابلیت جذب نور به عنوان مواد فتوکاتالیست شناخته شده‌اند.
با این وجود، در میان آنها دی‌اکسید تیتانیوم(TiO۲) به دلیل مزیت‌های متعدد نسبت به سایر مواد فتوکاتالیست، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. دی‌اکسید تیتانیوم از قابلیت اکسایش قوی و پایداری شیمیایی مطلوبی در اثر تابش نورخورشید برخوردار است.
از نظر اقتصادی، تیتانیوم یکی از عناصر فراوان در زمین به شمار میرود که سهولت و فراوانی دسترسی به این ماده موجب پایین بودن بهای این ماده ارزشمند شده است. دیاکسیدتیتانیوم غیرسمی است و به عنوان رنگدانه در محصولات آرایشی، رنگ‌ها و حتی مواد افزودنی خوراکی به کار میرود.
دیاکسیدتیتانیوم که با عنوان اکسید تیتانیوم ۴ ظرفیتی یا تیتانیا نیز شناخته می‌شود، به ۳ حالت کریستالی آناتاز، روتایل، و بروکیت وجود دارد که در این میان نوع آناتاز از فعالیت فتوکاتالیستی بیشتری برخوردار است.
خودتمیزشونده منسوجات پروتئینی
به دلیل محدودیت‌های ناشی از ترکیب شیمیایی، مقاومت حرارتی و پایداری نوری منسوجات پروتئینی، تحقیقات پیرامون تکمیل خودتمیزشونده این منسوجات کمتر انجام شده است. برخلاف پنبه، ساختار شیمیایی منسوجات پروتئینی با حضور کمتر از ۵۰ درصد گروه‌های عاملی سطحی، همچون کربوکسیلیک و هیدروکسیل، برای اتصال دیاکسیدتیتانیوم چندان مناسب نیست به همین دلیل به کمک روش‌های اصلاح سطح همچون پلاسمایRF، پلاسمایMW پرتودهی فرابنفش در خلأ و... امکان ایجاد گروه‌های عاملی دارای بار منفی بر سطح الیاف پشم/ نایلون وجود. افزودن گروه‌های کربوکسیلیک به مکان‌های فعال پشم از جمله گروه‌های کربوکسیلیک، هیدروکسی، آمینو و تایول، واکنش‌پذیری زنجیره اصلی الیاف پشم را بهبود می‌دهد.
همچنین در تحقیقات اخیر، تولید الیاف کامپوزیتی حاوی نانوذرات TiO۲ به جای تکمیل الیاف تولید شده پیشنهاد شده است. برای مثال، می‌توان به تولید الیاف پلی‌پروپیلن حاوی نانوذرات TiO۲ با استفاده از روش ذوب‌ریسی اشاره کرد.
با این وجود، افزایش کارآیی منسوجات تهیه شده به روش‌های عنوان‌شده اخیر به تحقیقات بیشتری نیازمند است. الیاف خودتمیزشونده حاوی نانومواد فتوکاتالیست در منسوجات بی‌بافت، برای مصارف بهداشتی مانند دستمال کاغذی و فیلترهای خودتمیزشونده به کار می‌روند.
منسوجات با خواص چندمنظوره
رفع انواع بوهای نامطبوع مانند بوی حاصل از تعریق، کفش، وسایل نقلیه و دود سیگار و لکه‌های حاصل از انواع نوشیدنی‌ها، روغن و آلاینده‌های محیطی در منسوجات در بیشتر مواقع به شستوشوی معمولی یا خشکشویی نیازمند است که سبب صرف هزینه، استفاده از آب و مواد شوینده می‌شود.
الیاف طبیعی مانند پشم و ابریشم اغلب در معرض حمله میکروارگانیسم‌ها قرار می‌گیرند؛ استفاده از TiO۲ با ساز‌کاری مشابه تجزیه عوامل آلاینده، منجر به تجزیه هاگ قارچ‌های موجود بر الیاف می‌شود.
الیافی مانند پـلی‌‌استر، پشم و ابریـشم به دلیل حضور گروه‌های آروماتیک، پرتو فرابنـفش نور خورشیـد را جذب می‌کنند در حالی که الیافی مانند پنبه و نایلون این قابلیت را ندارند.
علاوه‌بر نوع الیاف، وزن متفاوت پارچه، رنگ، ساختار، تخلخل و انعطاف‌پذیری می‌تواند بر جذب یا انتشار پرتو فرابنفش موثر باشد. به دلیل قابلیت جذب پرتوفرابنفش به واسطه TiO۲، منسوجات تکمیل شده با این ماده، محافظت خوبی در برابر UV از خود نشان می‌دهند. از منسوجات یاد‌شده می‌توان برای تهیه پوشاک ویژه نوزادان، کودکان، سالمندان، لباس تابستانی و لباس کار در فضای باز و حتی سایبان استفاده کرد.
خودتمیزشونده‌ها در خانه
منسوجات خانگی خودتمیزشونده مانند دستمال‌های آشپزخانه، حوله حمام، پارچه‌های رومبلی و... از جمله کاربردهای جدید این منسوجات به شمار می‌روند.
علاوه‌بر حفظ پاکیزگی، جلوگیری از انتشار عوامل بیماری زا از جمله مزایای دیگر استفاده از این منسوجات به شمار میرود. با وجود انجام تحقیقات فراوان در زمینه بکارگیری از فناوری نانو در تولید منسوجات خودتمیز شونده، بازار تجاری این محصولات همچنان نوپاست.
پژوهش در ایران
در ایران چندین پروژه دکترا، کارشناسی ارشد و کارشناسی در دانشگاه‌های مختلف در زمینه خودتمیزشوندگی منسوجات انجام شده و مقاله‌های علمی حاصل از آنها به انتشار رسیده است که به برخی از آنها اشاره می‌شود.
*پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از کامپوزیت نانوذرات تیتانیوم/ آهن/ نقره الیاف پلی‌استری چندمنظوره را تولید کردند که دارای کاربردهایی در حوزه پزشکی است و فرآیند تولید آن آلودگی‌های زیست‌محیطی ندارد. پژوهشگران نساجی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات با بهره‌گیری از نانوکامپوزیت گرافن-دی‌اکسید تیتانیوم موفق به ایجاد ویژگی‌های برجسته‌ای در پارچه‌های پنبه‌ای از جمله رسانایی الکتریکی و خاصیت ضدمیکروبی عالی و خودتمیزشوندگی شدند و بدین طریق کیفیت پارچه‌های پنبه‌ای را بهبود بخشیدند.
* در تحقیقی که در دانشگاه امیرکبیر انجام شد، لکه‌بری از پارچه‌های پنبه، پلی‌استر و پشم با استفاده موضعی از محلول نانودی‌اکسیدتیتانیوم مورد بررسی قرار گرفته است.
* در تحقیقی که در دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شده، پارچه‌های پلی‌استری پوشش داده شده با پلی‌وینیل کلراید(پی‌وی‌سی) به عنوان متداول‌ترین ماده در ساخت سازه‌های پارچه‌ای بررسی شدند. ترکیبی از ماده‌ای با انرژی سطحی کم و نانوذرات به کار رفت، تا ناهمواری‌های موثری روی سطح پی‌وی‌سی ایجاد شود و با کاهش سطح تماس، موجب کاهش چسبندگی ذرات آلودگی و قطرات آب به سطح شود.
* بررسی تاثیر کرونا بر خواص خودتمیزشوندگی پارچه پنبه‌ای عمل شده با نانوذرات TiO۲ از مطالعات انجام شده در دانشگاه آزاد اسلامی یزد است. در این پژوهش از عملیات کرونا برای افزایش میزان چسبندگی نانوذرات TiO۲ روی کالا استفاده شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که با افزایش میزان شدت و زمان کرونا، میزان چسبندگی نانوذرات TiO۲ و همچنین خاصیت خودتمیزشوندگی روی کالای پنبه‌ای افزایش یافته است.
* پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی از سنتز نانوکامپوزیت سریسین ابریشم و نانوذرات TiO۲ و پوشش‌دهی این نانوکامپوزیت روی سطح منسوجات به منظور تکمیل چندگانه خودتمیزشونده، ضد پرتو فرابنفش و... استفاده کردند.