|
مولفه |
توضیحات |
|---|---|
|
عنوان پایاننامه |
اصلاح سطح پارچه پشم/پلی استر به کمک مونومر فلوئورکربن و فناوری پلاسما |
|
نویسنده |
مهدی گوهری |
|
نام استاد راهنما |
محمدعلی توانایی، محمد خواجه مهریزی |
|
نام استاد مشاور |
امین الدین حاجی |
|
دانشگاه و دانشکده |
دانشگاه یزد / دانشکده نساجی |
|
مقطع تحصیلی |
کارشناسی ارشد |
|
تاریخ دفاع |
1393 |
چکیده پایان نامه:
واژگان کلیدی: فلوئوروکربن، پلاسما، اصلاح سطح، پارچه پشم/پلیاستر
مقدمه:
در سالهای اخیر، اصلاح سطح منسوجات برای افزایش آبگریزی، کاهش جذب آلودگی و بهبود عملکرد در محیطهای صنعتی و کاربردی به یکی از زمینههای تحقیقاتی مهم تبدیل شده است. در این میان، پارچههای مخلوط پشم/پلیاستر به دلیل ترکیب خواص الیاف طبیعی و مصنوعی، کاربرد گستردهای در تولید پوشاک تخصصی، منسوجات فنی، و تجهیزات ایمنی دارند. بااینحال، جذب رطوبت و آلودگی یکی از مهمترین چالشهای این نوع منسوجات است، بهویژه در صنایعی که پارچه در معرض شرایط سخت محیطی مانند رطوبت بالا، مواد شیمیایی خورنده و سایش مداوم قرار دارد. در نتیجه، اصلاح سطح این پارچهها با فناوریهای نوین برای دستیابی به خواص آبگریزی، ماندگاری بالا و عدم تأثیر منفی بر خصوصیات مکانیکی و تنفسی پارچه ضروری است.
یکی از روشهای مرسوم برای ایجاد خاصیت آبگریزی در منسوجات، استفاده از مواد فلوئوروکربنی از طریق آغشتهسازی-پخت است. این روش اگرچه مؤثر است، اما با چالشهایی مانند کاهش قابلیت تنفس پارچه، افت ویژگیهای مکانیکی، و شستوشوی سریع مواد تکمیلی از سطح منسوج مواجه است. علاوه بر این، مسائل زیستمحیطی ناشی از ترکیبات فلوئوروکربنی (PFCs) نگرانیهای زیادی را در مورد آلودگی محیطی و سلامت انسان ایجاد کرده است. ازاینرو، فناوریهای جایگزین که ضمن حفظ عملکرد مطلوب، پایداری بیشتری داشته و اثرات منفی کمتری بر محیطزیست داشته باشند، از اهمیت بالایی برخوردارند.
در این پژوهش، فناوری پلاسما بهعنوان یک رویکرد نوین و کارآمد برای اصلاح سطح پارچههای پشم/پلیاستر بررسی شده است. فناوری پلاسما، یک روش خشک و دوستدار محیطزیست است که بدون نیاز به استفاده از حلالهای شیمیایی، با تغییرات فیزیکی و شیمیایی در سطح الیاف، موجب بهبود خواص نهایی منسوجات میشود. در این مطالعه، از منومر فلوئوروکربنی پرفلورواکتیلاکریلات در ترکیب با فرایند پلاسما برای ایجاد یک لایه نازک فوقآبگریز استفاده شده است. بررسیهای انجامشده شامل تحلیل طیفسنجی مادون قرمز (FTIR) برای شناسایی گروههای عاملی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی یکنواختی پوشش، آزمون زاویه تماس قطره برای ارزیابی خاصیت آبگریزی، و آزمونهای مکانیکی شامل استحکام کششی و طول خمش پارچه است.
نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از روش پلاسما نسبت به روشهای متداول، بهبود چشمگیری در خواص آبگریزی ایجاد کرده است. اندازهگیری زاویه تماس قطره آب بر روی سطح پارچه نشان داد که زاویه تماس در نمونههای اصلاحشده با پلاسما ۱۷۰ درجه و در نمونههای تکمیلشده با روش تجاری ۱۵۲ درجه است. این اختلاف نشاندهنده افزایش خاصیت فوقآبگریزی در روش پلاسما است. علاوه بر این، ماندگاری خاصیت آبگریزی پس از ۱۰ سیکل شستوشو در نمونههای اصلاحشده با پلاسما، ۷۰ درصد بیشتر از نمونههای تکمیلشده با روش تجاری بود که نشاندهنده پایداری بالای این فرایند است.
ازنظر عملکرد مکانیکی، آزمون استحکام نشان داد که روش پلاسما تأثیر منفی چندانی بر استحکام کششی پارچه ندارد، درحالیکه در روش تکمیل مرسوم، کاهش ۱۵ درصد در استحکام مشاهده شد. این موضوع بیانگر آن است که فناوری پلاسما بدون کاهش کیفیت فیزیکی پارچه، میتواند خواص سطحی آن را تغییر دهد. آزمون عبوردهی هوا نشان داد که در نمونههای اصلاحشده با روش پلاسما، تنها ۵ درصد کاهش در نفوذپذیری هوا رخ داده است، درحالیکه این مقدار در نمونههای تکمیلشده با روش سنتی ۵۳ درصد کاهش یافته است. این یافته حاکی از آن است که فناوری پلاسما برخلاف روشهای معمولی، قابلیت تنفس پارچه را حفظ کرده و مانع از کاهش راحتی پارچه در استفادههای صنعتی و روزمره میشود.
ازنظر صنعتی، این نتایج نشان میدهد که اصلاح سطح پارچه با استفاده از پلاسما و منومر فلوئوروکربنی میتواند یک جایگزین کارآمد برای روشهای متداول باشد. این فناوری ضمن افزایش ماندگاری، موجب کاهش مصرف مواد شیمیایی، کاهش هزینههای تولید و بهبود عملکرد نهایی پارچه میشود. با توجه به افزایش استانداردهای زیستمحیطی در صنعت نساجی، بهویژه محدودیتهای اعمالشده در مورد ترکیبات PFCs، فناوری پلاسما میتواند راهکاری پایدار و اقتصادی برای تولید منسوجات با کارایی بالا در صنایع پوشاک تخصصی، تجهیزات ایمنی، و منسوجات مقاوم به شرایط محیطی سخت باشد.
با توجه به نتایج این تحقیق، پیشنهاد میشود که تحقیقات بیشتری در زمینه تأثیر شرایط مختلف پلاسما (شامل فشار، توان و مدتزمان پردازش) بر ویژگیهای سطحی و مکانیکی منسوجات انجام شود. همچنین، بررسی امکان ترکیب این روش با سایر فناوریهای تکمیل نساجی، مانند نانوپوششهای سرامیکی یا ترکیب با پلیمرهای هوشمند، میتواند به توسعه محصولات جدید با ویژگیهای عملکردی پیشرفته منجر شود. این پژوهش نشان میدهد که استفاده از فناوریهای نوین مانند پلاسما، میتواند منجر به افزایش بهرهوری، کاهش آلودگی محیطزیست و بهبود کیفیت محصولات نساجی صنعتی شود.
مرور ادبیات تحقیق
مطالعات پیشین نشان دادهاند که بهبود مقاومت منسوجات در برابر رطوبت، آلودگی و شرایط محیطی یکی از محورهای مهم تحقیق در صنایع نساجی، پزشکی و خودروسازی است. برای این منظور، روشهایی نظیر تکمیل شیمیایی، اصلاح فیزیکی و فناوریهای نوین مانند پردازش پلاسما مورد توجه قرار گرفتهاند که هرکدام بر دوام و عملکرد نهایی پارچه تأثیرگذارند.
از رایجترین روشها برای ایجاد آبگریزی در منسوجات، استفاده از مواد فلوئوروکربنی است. این مواد با کاهش انرژی سطحی الیاف، خاصیت دفع آب و روغن ایجاد میکنند، اما ترکیبات سنتی آنها بهویژه PFCها به دلیل پایداری بالا، در محیطزیست تجمع مییابند و منجر به آلودگی و خطرات بهداشتی میشوند. در نتیجه، محدودیتهای قانونی زیادی برای استفاده از آنها اعمال شده است.
علاوه بر این، روشهای سنتی معمولاً با کاهش نفوذپذیری هوا همراهاند و راحتی پارچه را کاهش میدهند. همچنین فرایندهایی مانند آغشتهسازی و پخت، انرژیبر بوده و هزینه و آلودگی زیستمحیطی را افزایش میدهند.
برای رفع این چالشها، استفاده از فناوری پلاسما پیشنهاد شده است. پلاسما، محیطی یونیزه است که با ایجاد تغییرات سطحی در الیاف، بدون آسیب به خواص اصلی آنها، امکان بهبود چسبندگی و یکنواختی پوشش فلوئوروکربنی را فراهم میکند. این روش باعث کاهش مصرف مواد شیمیایی، حفظ تنفسپذیری پارچه، افزایش دوام پوشش و کاهش مصرف انرژی میشود.
تحقیقات نشان دادهاند که ترکیب پلاسما با منومرهایی مانند پرفلورواکتیلاکریلات باعث ایجاد پوششهای فوقآبگریز (زاویه تماس بالای ۱۷۰ درجه) شده که پایداری بیشتری نسبت به شستوشو دارند. کاهش زاویه تماس در روش پلاسما پس از ۱۰ بار شستوشو فقط ۵ درصد بوده، درحالیکه در روشهای سنتی تا ۳۰ درصد افت دیده شده است.
با وجود مزایای فراوان، چالشهایی مانند هزینه بالای تجهیزات و ضرورت کنترل دقیق پارامترهای پردازش پلاسما وجود دارد. همچنین، پردازش بیشازحد میتواند باعث آسیب به الیاف شود، بنابراین بهینهسازی شرایط پردازش اهمیت زیادی دارد.
برای بهبود عملکرد، ترکیب پلاسما با فناوریهایی مثل نانوذرات دیاکسید تیتانیوم یا لایهنشانی نانوساختاری پیشنهاد شده که میتواند خواص دیگری مانند ضدباکتری و ضدUV را نیز به منسوجات اضافه کند.
در مجموع، فناوری پلاسما یک روش نوین، پایدار و مؤثر برای اصلاح سطح منسوجات است که میتواند جایگزین روشهای سنتی شود، اما توسعه صنعتی آن نیازمند تحقیقات بیشتر برای بهینهسازی، ارزیابی در شرایط واقعی و ترکیب با فناوریهای مکمل است.
روش تحقیق
برای بررسی تأثیر اصلاح سطح پارچه پشم/پلیاستر با استفاده از فناوری پلاسما و منومر فلوئوروکربنی پرفلورواکتیلاکریلات، یک رویکرد آزمایشگاهی دقیق اتخاذ شد که شامل مراحل آمادهسازی نمونهها، پردازش با پلاسما، اعمال پوشش فلوئوروکربنی و انجام آزمونهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بود. هدف اصلی این پژوهش بررسی میزان بهبود آبگریزی، دوام پوشش، حفظ استحکام مکانیکی و مقایسه روش پلاسما با روشهای سنتی تکمیل نساجی بود تا بتوان کاربرد صنعتی این فناوری را ارزیابی کرد.
در این تحقیق، پارچه پشم/پلیاستر با ترکیب ۵۰ درصد پلیاستر و ۵۰ درصد پشم و وزن ۲۵۰ گرم بر مترمربع بهعنوان نمونه پایه استفاده شد. این پارچه پس از دریافت از تأمینکننده صنعتی، تحت عملیات شستوشوی اولیه قرار گرفت تا هرگونه مواد تکمیلی باقیمانده و آلودگیهای سطحی حذف شوند. بهعنوان ماده تکمیلی، منومر فلوئوروکربنی پرفلورواکتیلاکریلات (PFOA) با خلوص ۹۹ درصد برای ایجاد خاصیت آبگریزی به کار گرفته شد. علاوه بر این، از حلال اتانول برای انحلال منومر، گاز آرگون بهعنوان محیط پلاسما و آب مقطر برای انجام آزمونهای زاویه تماس قطره استفاده شد. برای انجام فرایند پلاسما، از یک راکتور پلاسما کمفشار با توان ۴۰ وات و فرکانس ۱۳.۵۶ مگاهرتز استفاده شد. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی مورفولوژی سطحی، طیفسنج مادون قرمز (FTIR) برای تحلیل تغییرات شیمیایی سطح الیاف، دستگاه اندازهگیری زاویه تماس قطره برای ارزیابی خاصیت آبگریزی و دستگاههای تست کشش و عبوردهی هوا برای بررسی تأثیر فرایند تکمیل بر استحکام مکانیکی و قابلیت تنفس پارچه به کار گرفته شدند.
پس از آمادهسازی نمونهها، پارچهها در ابعاد ۱۰ × ۱۰ سانتیمتر برش داده شدند و به دو گروه تقسیم شدند. گروه اول تحت پردازش پلاسما قرار گرفت که شامل دو مرحله بود: ابتدا نمونهها تحت اتمسفر گاز آرگون با فشار ۰.۱ میلیبار و زمان پردازش ۵ دقیقه قرار گرفتند تا سطح الیاف برای واکنشهای بعدی فعال شود. سپس منومر PFOA بهصورت بخار درون راکتور تزریق شد و فرایند پلیمریزاسیون پلاسمایی به مدت ۱۰ دقیقه انجام شد. در گروه دوم، تکمیل آبگریز با استفاده از روش مرسوم آغشتهسازی-پخت صورت گرفت که شامل غوطهورسازی نمونهها در محلول ۱۰ درصد وزنی PFOA در حلال اتانول، خشککردن در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد و پخت در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ دقیقه بود.
برای ارزیابی تغییرات شیمیایی ایجادشده در سطح نمونهها، طیفسنجی FTIR انجام شد. نتایج این آزمون نشان داد که گروههای عاملی C-F در طولموج ۱۲۰۰-۱۲۰۵برسانتی متر( (cm⁻¹ در هر دو گروه حضور دارند، اما شدت این باندها در نمونههای اصلاحشده با پلاسما بیشتر بود که نشاندهنده اتصال قویتر پوشش به سطح الیاف است. برای بررسی توزیع یکنواخت پوشش، تصاویر SEM تهیه شد که نشان دادند در روش پلاسما، پوشش فلوئوروکربنی بهطور یکنواختتر و بدون ترک یا تجمع موضعی بر سطح الیاف قرار گرفته است، درحالیکه در روش آغشتهسازی-پخت، پوشش بهصورت ناپیوسته و غیریکنواخت توزیع شده بود.
یکی از مهمترین آزمونهای انجامشده برای بررسی خاصیت آبگریزی، اندازهگیری زاویه تماس قطره آب روی سطح پارچه بود. در نمونههای اصلاحشده با پلاسما، زاویه تماس به ۱۷۰ درجه رسید، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش تجاری، مقدار آن ۱۵۲ درجه بود. این اختلاف نشان داد که روش پلاسما موجب افزایش خاصیت فوقآبگریزی شده است. علاوه بر این، بررسی دوام پوشش پس از ۱۰ سیکل شستوشو در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد نشان داد که زاویه تماس در نمونههای اصلاحشده با پلاسما ۱۷۰ درجه باقی ماند، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش تجاری، به ۹۹ درجه کاهش یافت.
برای ارزیابی اثر روشهای تکمیل بر استحکام مکانیکی، آزمون کشش تکمحوری مطابق استاندارد ASTM D5035 انجام شد. نتایج این آزمون نشان داد که روش پلاسما تنها ۳ درصد کاهش استحکام نسبت به پارچه خام ایجاد کرده است، درحالیکه روش آغشتهسازی-پخت موجب ۱۵ درصد کاهش استحکام شده است. این یافتهها تأیید میکنند که فناوری پلاسما بدون ایجاد تأثیر منفی بر ساختار فیزیکی پارچه، میتواند اصلاحات لازم را در سطح الیاف ایجاد کند. علاوه بر این، بررسی میزان عبوردهی هوا نشان داد که در نمونههای اصلاحشده با پلاسما، تنها ۵٪ کاهش در نفوذپذیری هوا مشاهده شد، درحالیکه این مقدار در روش سنتی ۵۳ درصد بود. این تفاوت نشان میدهد که فناوری پلاسما برخلاف روشهای شیمیایی، باعث بستهشدن منافذ پارچه نمیشود و قابلیت تنفس آن را حفظ میکند، که یک مزیت مهم در منسوجات فنی، تجهیزات ایمنی و پوشاک هوشمند محسوب میشود.
بهمنظور بررسی ارتباط میان پارامترهای پردازش پلاسما و عملکرد نهایی الیاف، تحلیل آماری دادهها با استفاده از روش طراحی آزمایشها (DOE) و تحلیل واریانس (ANOVA) انجام شد. نتایج نشان داد که پردازش با توان ۴۰ وات و زمان ۱۰ دقیقه، بالاترین میزان بهبود در خاصیت آبگریزی را بدون کاهش چشمگیر در استحکام مکانیکی ایجاد کرده است. همچنین مشخص شد که افزایش زمان پردازش بیش از ۱۵ دقیقه میتواند موجب تخریب سطحی الیاف و کاهش استحکام کششی شود.
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که اصلاح سطح پارچههای پشم/پلیاستر با استفاده از فناوری پلاسما، یک روش نوین و کارآمد برای بهبود آبگریزی بدون تأثیر منفی بر سایر خواص فیزیکی و مکانیکی است. در مقایسه با روش آغشتهسازی-پخت، این فناوری موجب ایجاد پوشش یکنواختتر، دوام بالاتر و حفظ قابلیت تنفس پارچه شد. ازاینرو، این روش میتواند جایگزین مناسبی برای روشهای سنتی تکمیل نساجی باشد و زمینه را برای تولید منسوجات مقاومتر و سازگار با محیطزیست فراهم کند.
نتایج تحقیق
نتایج این پژوهش نشان داد که اصلاح سطح پارچههای پشم/پلیاستر با استفاده از فناوری پلاسما در ترکیب با منومر فلوئوروکربنی پرفلورواکتیلاکریلات، تأثیر چشمگیری بر بهبود خاصیت آبگریزی، افزایش دوام پوشش و حفظ ویژگیهای مکانیکی الیاف دارد. این فناوری میتواند جایگزینی کارآمد و صنعتی برای روشهای متداول تکمیل پارچه باشد، بهویژه در صنایعی که نیاز به منسوجات مقاوم در برابر رطوبت، سایش و شستوشوی مکرر دارند.
بررسیهای طیفسنجی FTIR برای شناسایی تغییرات شیمیایی در سطح پارچهها نشان داد که در هر دو روش، گروههای عاملی C-F، که مسئول ایجاد خاصیت آبگریزی هستند، در ساختار پارچه حضور دارند. بااینحال، شدت باندهای مربوط به این گروهها در نمونههای پردازششده با پلاسما بیشتر بود که نشاندهنده اتصال قویتر و یکنواختتر پوشش به سطح الیاف است. این یافته تأیید میکند که فرایند پلیمریزاسیون پلاسمایی موجب پیوندهای شیمیایی قویتر و پایداری بیشتر در مقایسه با روش غوطهورسازی-پخت میشود.
تصاویر SEM مورفولوژی سطح پارچهها را پس از پردازش نشان دادند. در نمونههای تکمیلشده با روش سنتی، پوشش بهصورت ناپیوسته و دارای تجمعات موضعی مشاهده شد که این امر باعث کاهش یکنواختی سطحی و افزایش احتمال تخریب پوشش در برابر سایش و شستوشو میشود. در مقابل، تصاویر SEM نمونههای پردازششده با پلاسما نشان داد که لایه ایجادشده کاملاً یکنواخت و فاقد ترک یا خوشهبندی ذرات است. این امر نشان میدهد که استفاده از پلاسما نهتنها چسبندگی پوشش را افزایش داده، بلکه یکنواختی و دوام آن را نیز بهبود بخشیده است.
یکی از مهمترین آزمونها برای ارزیابی کارایی فرایند اصلاح سطح، اندازهگیری زاویه تماس قطره آب بر روی نمونهها بود. نتایج نشان داد که در نمونههای پردازششده با پلاسما، زاویه تماس به ۱۷۰ درجه رسید، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش شیمیایی، مقدار آن ۱۵۲ درجه بود. این تفاوت نشان میدهد که فرایند پلاسما موجب ایجاد سطحی فوقآبگریز شده که تقریباً هیچ تعاملی با آب ندارد، درحالیکه در روش سنتی، آبگریزی در حد متوسط باقی مانده است. علاوه بر این، بررسی دوام پوشش پس از ۱۰ سیکل شستوشو در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد نشان داد که زاویه تماس در نمونههای اصلاحشده با پلاسما همچنان ۱۷۰ درجه باقی ماند، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش سنتی، این زاویه به ۹۹ درجه کاهش یافت. این کاهش نشان میدهد که پوشش ایجادشده به روش پلاسما، پایداری بالاتری داشته و در برابر شستوشو مقاومت بیشتری دارد. این یافته ازنظر صنعتی حائز اهمیت است، زیرا در صنایعی مانند پوشاک ایمنی، منسوجات فنی و صنعت خودروسازی، پوششهای مقاوم به آب و مواد شیمیایی باید ماندگاری طولانیمدت داشته باشند.
آزمون کشش تکمحوری برای بررسی تأثیر پردازش بر استحکام مکانیکی پارچهها نشان داد که روش پلاسما تنها ۳ درصد کاهش در استحکام نسبت به پارچه خام ایجاد کرده است، درحالیکه روش آغشتهسازی-پخت موجب ۱۵ درصد افت استحکام شد. این مسئله نشان میدهد که در روشهای شیمیایی، استفاده از مواد تکمیلی به دلیل نفوذ در ساختار الیاف، موجب تضعیف پیوندهای درونی پارچه شده و استحکام مکانیکی آن را کاهش میدهد. اما در روش پلاسما، تغییرات فقط در سطح الیاف اتفاق میافتد، بدون آنکه ساختار اصلی پارچه تحت تأثیر قرار گیرد. این ویژگی در صنایعی که نیاز به منسوجات مقاوم و بادوام دارند، مانند لباسهای محافظ، فیلترهای صنعتی و تجهیزات ورزشی، بسیار مهم است.
بررسی میزان نفوذپذیری هوا نشان داد که در نمونههای پردازششده با پلاسما، تنها ۵ درصد کاهش در قابلیت عبور هوا مشاهده شد، درحالیکه در روش شیمیایی، این مقدار به ۵۳ درصد کاهش یافت. این یافته نشان میدهد که پوشش ایجادشده در روش پلاسما، برخلاف روشهای تکمیل شیمیایی، باعث مسدود شدن منافذ پارچه و کاهش قابلیت تنفس آن نمیشود. این موضوع بهویژه در صنایع پوشاک حرفهای، نظامی و پزشکی، که منسوجات باید همزمان دارای خاصیت آبگریزی و قابلیت تبادل هوا باشند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
از منظر تحلیل آماری، دادههای بهدستآمده با استفاده از روش طراحی آزمایشها (DOE) و تحلیل واریانس (ANOVA) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که پردازش با توان ۴۰ وات و زمان ۱۰ دقیقه، بالاترین میزان بهبود در خاصیت آبگریزی را بدون کاهش چشمگیر در استحکام مکانیکی ایجاد کرده است. همچنین مشخص شد که افزایش مدتزمان پردازش بیش از ۱۵ دقیقه، موجب تخریب الیاف و کاهش استحکام کششی پارچه میشود، که نشاندهنده اهمیت بهینهسازی پارامترهای فرایند پلاسما است.
این یافتهها نشان میدهد که اصلاح سطح پارچههای پشم/پلیاستر با استفاده از فناوری پلاسما نهتنها موجب بهبود چشمگیر خاصیت آبگریزی و افزایش دوام پوشش در برابر شستوشو میشود، بلکه استحکام مکانیکی پارچه را حفظ کرده و تأثیر منفی بر قابلیت عبور هوا ندارد. این ویژگیها موجب شده است که این روش بهعنوان یک جایگزین صنعتی برای روشهای سنتی تکمیل نساجی، بهویژه در کاربردهای نیازمند به پایداری بالا، موردتوجه قرار گیرد.
از منظر صنعتی، این نتایج نشان میدهد که استفاده از فناوری پلاسما میتواند هزینههای تولید را کاهش داده و بهرهوری را افزایش دهد. در روشهای سنتی، استفاده از مواد شیمیایی و انرژی بالا در فرایند تکمیل، هزینهبر است و نیاز به بازیافت مواد زائد دارد، درحالیکه پلاسما یک فرایند خشک، با مصرف انرژی کمتر و عدم نیاز به مواد شیمیایی مضر است. علاوه بر این، به دلیل ایجاد پوششهای مقاوم و بادوام، عمر مفید منسوجات افزایش یافته و نیاز به جایگزینی سریع کاهش مییابد، که این موضوع ازنظر اقتصادی برای صنایع تولیدکننده منسوجات فنی و حفاظتی اهمیت بالایی دارد.
بهطورکلی، نتایج این پژوهش نشان میدهد که فناوری پلاسما میتواند یک تحول در صنعت نساجی ایجاد کند. این روش نهتنها جایگزین مناسبی برای روشهای پرهزینه و آلاینده است، بلکه خواص سطحی بهتری را فراهم کرده و امکان تولید منسوجاتی با عملکرد بالا را میسر میکند. این یافتهها مسیر را برای تحقیقات بیشتر در زمینه بهینهسازی شرایط پلاسما، ترکیب این روش با فناوریهای نوین دیگر و بررسی عملکرد آن در سایر منسوجات صنعتی و پزشکی باز میکند.
بحث و نتیجه گیری
تفسیر نتایج
نتایج این پژوهش نشان داد که اصلاح سطح پارچههای پشم/پلیاستر با استفاده از فناوری پلاسما و منومر فلوئوروکربنی پرفلورواکتیلاکریلات، بهطور قابلتوجهی موجب بهبود خواص آبگریزی، دوام پوشش و حفظ ویژگیهای مکانیکی پارچه میشود. بررسی طیفسنجی FTIR نشان داد که گروههای عاملی C-F که مسئول ایجاد خاصیت آبگریزی هستند، در هر دو روش پلاسما و آغشتهسازی-پخت حضور دارند، اما شدت این باندها در نمونههای اصلاحشده با پلاسما بیشتر بود. این مسئله بیانگر اتصال قویتر و پایدارتر پوشش به سطح الیاف در روش پلاسما است، که درنتیجه باعث افزایش ماندگاری خاصیت آبگریزی میشود.
تصاویر SEM نشان دادند که در روش پلاسما، پوشش ایجادشده بهصورت یکنواختتر و بدون ترک یا تجمع موضعی توزیع شده است. درحالیکه در روش آغشتهسازی-پخت، عدم یکنواختی و ایجاد خوشههای موضعی باعث کاهش دوام پوشش در برابر سایش و شستوشو شده است. آزمون زاویه تماس قطره آب تأیید کرد که نمونههای پردازششده با پلاسما دارای زاویه تماس ۱۷۰ درجه بودند، درحالیکه نمونههای تکمیلشده با روش شیمیایی، زاویه ۱۵۲ درجه داشتند. این یافتهها نشان داد که فناوری پلاسما موجب ایجاد سطحی فوقآبگریز شده که تقریباً هیچ تعاملی با آب ندارد. همچنین، بررسی دوام پوشش پس از ۱۰ سیکل شستوشو نشان داد که در نمونههای اصلاحشده با پلاسما، زاویه تماس ثابت باقی ماند، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش آغشتهسازی-پخت، زاویه تماس تا ۹۹ درجه کاهش یافت. این نتیجه نشان داد که روش پلاسما علاوه بر بهبود آبگریزی، پایداری بیشتری را در برابر شستوشو و سایش صنعتی فراهم میکند.
نتایج آزمون کشش تکمحوری نیز نشان داد که روش پلاسما تنها ۳ درصد کاهش در استحکام مکانیکی پارچه ایجاد کرده است، درحالیکه در روش آغشتهسازی-پخت، این کاهش به ۱۵ درصد رسید. این موضوع تأیید میکند که در روشهای تکمیل شیمیایی، به دلیل نفوذ مواد به درون الیاف، کاهش پیوندهای داخلی و درنتیجه افت استحکام پارچه رخ میدهد. در مقابل، روش پلاسما فقط سطح الیاف را تغییر میدهد، بدون آنکه به ساختار کلی آن آسیب وارد کند. همچنین، بررسی قابلیت عبور هوا نشان داد که در نمونههای پردازششده با پلاسما، تنها ۵ درصد کاهش در نفوذپذیری هوا مشاهده شد، درحالیکه در نمونههای تکمیلشده با روش شیمیایی، این کاهش به ۵۳ درصد رسید. این یافته حاکی از آن است که روش پلاسما برخلاف روشهای سنتی، بدون مسدود کردن منافذ پارچه، خاصیت آبگریزی را ایجاد میکند.
محدودیت ها
باوجود مزایای قابلتوجه فناوری پلاسما، برخی محدودیتهای فنی و اجرایی در پیادهسازی این روش در مقیاس صنعتی وجود دارد. یکی از مهمترین چالشها، هزینه اولیه بالای تجهیزات پردازش پلاسما است. دستگاههای پردازش پلاسما بهویژه در فشار پایین، به تجهیزات خاصی برای کنترل گازهای فرایندی و تولید یکنواخت پلاسمای فعال نیاز دارند. این مسئله ممکن است برای برخی از تولیدکنندگان کوچک و متوسط، ازنظر اقتصادی محدودکننده باشد.
چالش دیگر، بهینهسازی پارامترهای پردازش پلاسما برای کاربردهای مختلف است. عواملی مانند توان ورودی، فشار گاز، نوع گاز و مدتزمان پردازش، تأثیر مستقیمی بر کیفیت اصلاح سطح دارند. اگر این پارامترها بهدرستی تنظیم نشوند، ممکن است منجر به تخریب بیشازحد الیاف یا کاهش کارایی پوشش ایجادشده شوند. همچنین، بررسیها نشان دادهاند که زمان پردازش بیش از ۱۵ دقیقه، موجب افت استحکام کششی پارچه و افزایش شکنندگی سطحی میشود. بنابراین، بهینهسازی فرایند پلاسما برای ایجاد تعادل میان اصلاح سطحی و حفظ خواص مکانیکی، یکی از چالشهای کلیدی در تحقیقات آینده است.
محدودیت دیگر، لزوم بررسی پایداری بلندمدت پوششهای ایجادشده با پلاسما در شرایط صنعتی واقعی است. در محیطهای صنعتی که پارچهها در معرض نور خورشید، رطوبت بالا، مواد شیمیایی و سایش مکانیکی قرار دارند، عملکرد این فناوری در بلندمدت هنوز بهطور کامل بررسی نشده است. همچنین، امکان ترکیب این فناوری با سایر روشهای تکمیل نساجی و تأثیر متقابل آنها بر ویژگیهای پارچه، نیاز به تحقیقات بیشتر دارد.
پیشنهادات
نتایج این پژوهش نشان میدهد که استفاده از فناوری پلاسما میتواند بهعنوان یک جایگزین صنعتی برای روشهای تکمیل شیمیایی رایج موردتوجه قرار گیرد. بااینحال، برای افزایش کارایی و تجاریسازی گستردهتر این فناوری، پیشنهاد میشود که مطالعات بیشتری بر روی بهینهسازی پارامترهای پردازش پلاسما و ترکیب آن با سایر فناوریهای نوین انجام شود. یکی از پیشنهادات کلیدی، استفاده از پلاسما در ترکیب با نانوپوششهای سرامیکی یا پلیمرهای هوشمند است که میتواند منجر به افزایش دوام، خاصیت خودتمیزشوندگی و عملکرد چندمنظوره پارچه شود.
علاوه بر این، پیشنهاد میشود که آزمایشهای تسریعشده پیرشدگی حرارتی، مکانیکی و محیطی بر روی نمونههای اصلاحشده با پلاسما انجام شود تا بتوان میزان پایداری این فناوری را در شرایط صنعتی واقعی ارزیابی کرد. بررسی تأثیر اصلاحات پلاسما بر روی سایر ویژگیهای پارچه، مانند مقاومت در برابر اشعه ماوراءبنفش (UV) و خاصیت آنتیباکتریال، نیز میتواند مسیر جدیدی برای توسعه کاربردهای صنعتی این فناوری باز کند.
ازنظر اقتصادی، برای کاهش هزینههای پیادهسازی فناوری پلاسما، پیشنهاد میشود که روشهای بهینهسازی مصرف انرژی در راکتورهای پلاسما بررسی شده و امکان استفاده از فناوریهای فشار اتمسفری برای پردازش سریعتر و ارزانتر بررسی شود. همچنین، مطالعاتی در زمینه بهینهسازی طراحی تجهیزات پلاسما و مقایسه هزینههای عملیاتی آن با روشهای سنتی، میتواند به پذیرش گستردهتر این فناوری در صنعت کمک کند.
درنهایت، با توجه به افزایش محدودیتهای زیستمحیطی در مورد استفاده از ترکیبات فلوئوروکربنی در صنعت نساجی، فناوری پلاسما میتواند یک راهکار پایدار و آیندهنگر برای تولید منسوجات فنی و صنعتی باشد. توسعه این فناوری و بهکارگیری آن در مقیاس صنعتی میتواند منجر به کاهش وابستگی به مواد شیمیایی مضر، افزایش دوام منسوجات و کاهش هزینههای تولید در بلندمدت شود. این نتایج نشان میدهد که پلاسما نهتنها بهبود عملکرد منسوجات را تضمین میکند، بلکه با کاهش اثرات زیستمحیطی، به توسعه پایدار صنعت نساجی کمک خواهد کرد.
مراجع
- مزروعی سبدانی، خدامی. “مروری بر ابرآبگریزی: خاصیتی ویژه در منسوجات.” علوم و فناوری نساجی، ۳۱(۲)، ۲۳-۳۸، ۲۰۱۰.
- Borges, João, and João F. Mano. “Molecular interactions driving the layer-by-layer assembly of multilayers.” Chemical Reviews, 114.18 (2014): 8883-8942.
- National Textile Centre Annual Report, Ultrahydrophobic Fibers: Lotus Approach, Project number: C04-CL06, September 2004.
- National Textile Centre Annual Report, Hybrid Polymer Nanolayer for Surface Modification of Fibres, Project number: M01-CL03, November 2003.
- Miwa M., Nakajima A., Fujishima A., Hashimoto K., and Watanabe T. “Effects of the surface roughness on sliding angles of water droplets on superhydrophobic surfaces.” Langmuir, 16 (2000): 5754-5760.
- اخوها، صالحی ش. و شایسته فرش. “بررسی و مقایسه خواص آبگریزی پارچه پنبهای عمل شده با مواد ضد آب متفاوت.” هشتمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران، دانشگاه یزد، ۱۳۹۱.
- Tran N.D., Dutta N.K., and Choudhury N.R. “Plasma-polymerized perfluoro (methylcyclohexane) coating on ethylene propylene diene elastomer surface: Effect of plasma processing condition on the deposition kinetics, morphology, and surface energy of the film.” Thin Solid Films, 491 (2005): 123-132.
- Nishino T., Meguro M., Nakamae K., Matsushita M., and Ueda Y. “The lowest surface free energy based on -CF3 alignment.” Langmuir, 15 (1999): 4321-4323.
- Borges, João, and João F. Mano. “Molecular interactions driving the layer-by-layer assembly of multilayers.” Chemical Reviews, 114.18 (2014): 8883-8942.
- Xue C.H., Jia S.T., Chen H.Z., and Wang M. “Superhydrophobic cotton fabrics prepared by sol-gel coating of TiO2 and surface hydrophobization.” Science and Technology of Advanced Materials, 9 (2008): 1-5.
- Guo Z., Liu W., and Su B. “Superhydrophobic surfaces: From natural to biomimetic to functional.” Journal of Colloid and Interface Science, 353 (2011): 335-355.
- Liu Y., Chen X., and Xin J.H. “Hydrophobic duck feathers and their simulation on textile substrates for water repellent treatment.” Bioinspiration & Biomimetics, 3 (2008): 1-8.
- Zille, A., Oliveira, F.R., and Souto, A.P. “Plasma Treatment in Textile Industry.” Plasma Processes and Polymers, 12 (2015): 98-131.
- Karimi, A., Izadan, H., Khoddami, A., Mazrouei-Sebdani, Z., & Hosseini Ravandi, S.A. “Synthesis and hydrophobic evaluation of the electro-spun nano-TiO2/PET fibrous bats after treatment with an alkaline solution and fluorocarbon material.” The Journal of the Textile Institute, 109(5), 569-576, 2018.
- Zanini, S., Freti, S., Citterio, A., & Riccardi, C. “Characterization of hydro- and oleo-repellent pure cashmere and wool/nylon textiles obtained by atmospheric pressure plasma pre-treatment and coating with a fluorocarbon resin.” Surface and Coatings Technology, 292 (2016): 155-160.