دانشگاه آزاد اسلامی
واحد یادگار امام خمینی (ره) شهرری
دانشکده فنی مهندسی . گروه نساجی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ‹‹ M.S.c ››
گرایش : شیمی نساجی و علوم الیاف
عنوان :
بررسی خواص کالای پنبه ای اصلاح سطح شده با کرونا توسط نرم کننده های نانو سیلیکونی
استاد راهنما :
دکتر شیرین نوربخش
استاد مشاور :
دکتر مازیار پروین زاده
نگارش :
ساناز جعفری
تابستان 1393
سپاسگزاری :
شكر و سپاس پروردگار را كه بزرگترين اميد و ياور در لحظه لحظه زندگي است. بدين وسيله از استاد عزيز و گران مايه ام سركار خانم دكتر شیرین نوربخش كه از محضر پر فيض تدريسشان بهره ها برده ام و با پذيرفتن نظارت بر اين تحقيق اينجانب را مفتخر نمودند قدرداني صميمانه به عمل آورده از ايشان بابت زحماتي كه براي پيشبرد اين تحقيق كشيدند، سپاسگزارم . بديهي است بدون مساعدت و حمايت ايشان اين كار پايان نمي يافت. و با ابراز تشكر قلبي از جناب آقاي دكتر مازيار پروين زاده بابت تمامي زحمات،‌ راهنمايي ها و زماني كه در اختيار اينجانب گذاشتند. همچنين لازم مي دانم از جناب آقايان مهندس زيادي ، مهندس شبستري ، مهندس آصف و مهندس حنفي به خاطر راهنمايي ها و همكاري هايشان تشكر نمايم. و با امتنان بيكران از مساعدت هاي بي شائبه جناب آقاي دكتر نظري كه همواره راهنمايي هاي دلسوزانه خود را شامل حال من كردند. سپاس بي دريغ و خالصانه از خانواده عزيزم پدرم، مادرم ،‌خواهرم كه اگر حمايت ايشان نبود مسلما من در اين جايگاه نبودم.و در انتها تقدير و تشكر از همه دوستان عزيزم كه به نوعي من را در انجام اين مهم ياري نمودند.
با آرزوي موفقيت براي همگي.
تقدیم به :
پدرم به استواری کوه
مادرم به زلالی چشمه
و
خواهرم به صمیمیت باران
به پاس حمایت و عشق صادقانه اشان .
فهرست مطالب
عنوان شمارصفحه
فصل اول
چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………..1
1-1 پنبه ………………………………………………………………………………………………………………………………………2
1-1-1 ساختار لیف پنبه ………………………………………………………………………………………………………………..2
1-1-2 خصوصیات پنبه …………………………………………………………………………………………………………………3
1-1-3 مواد تشکیل دهنده الیاف سلولزی (پنبه) ………………………………………………………………………………..3
1-1-4 جذب رطوبت ……………………………………………………………………………………………………………………3
1-1-5 خواص شیمیایی …………………………………………………………………………………………………………………4
1-1-6 خواص فیزیکی ………………………………………………………………………………………………………………….4
1-2 مقدمه ای بر روش های اصلاح سطح ……………………………………………………………………………………….4
1-2-1 پلاسما……………………………………………………………………………………………………………………………….5
1-2-1-1 تاریخچه پلاسما………………………………………………………………………………………………………………5
1-2-2 مکانیزم عملیات پلاسما………………………………………………………………………………………………………..6
1-2-2-1 مکانیزم خوردگی…………………………………………………………………………………………………………….6
1-2-2-2 ایجاد اتصالات عرضی……………………………………………………………………………………………………..6
1-2-2-3 فعال سازی ……………………………………………………………………………………………………………………7
1-2-2-4 پوشش ………………………………………………………………………………………………………………………….7
1-2-3 کاربرد پلاسما در تکمیل منسوجات ………………………………………………………………………………………8
1-2-4 کرونا ………………………………………………………………………………………………………………………………..8
1-2-4-1 تخلیه الکتریکی کرونا …………………………………………………………………………………………………….8
1-2-5 مزایای استفاده از کرونا ……………………………………………………………………………………………………….9
1-2-6 عملیات سطحی ……………………………………………………………………………………………………………….10
1-3 مقدمه ای بر نرم کننده های شیمیایی………………………………………………………………………………………..11
1-3-1 تکمیل نرم کننده شیمیایی ………………………………………………………………………………………………….12
1-3-2 مکانیزم نرم کنندگی ………………………………………………………………………………………………………….13
1-3-3 نرم کننده های کاتیونی ……………………………………………………………………………………………………..17
1-3-4 نرم کننده آمفوتریک ………………………………………………………………………………………………………….18
1-3-5 نرم کننده غیر یونی …………………………………………………………………………………………………………..19
1-3-6 نرم کننده آنیونیک …………………………………………………………………………………………………………….20
1-3-7 نرم کننده راکتیو ……………………………………………………………………………………………………………….21
1-3-8 تکمیل های نرم کننده سیلیکونی …………………………………………………………………………………………22
1-3-8-1 سیلیکون ها در صنایع نساجی ………………………………………………………………………………………..22
1-3-8-2 سیلیکون ها در تولید الیاف ……………………………………………………………………………………………22
1-3-8-3 ترکیبات سیلیکونی ……………………………………………………………………………………………………….23
1-3-8-4 سیلیکون ها به عنوان مواد کمکی فرآیند ………………………………………………………………………….24
1-3-8-5 سیلیکون ها در پوشش الیاف …………………………………………………………………………………………25
1-3-8-6 اثر نرم کننده های ماکرو ، میکرو و نانو بر روی الیاف ……………………………………………………….25
1-3-8-7 پلی دی متیل سیلوکسان ………………………………………………………………………………………………..26
1-3-8-8 پلی دی متیل سیلوکسان های راکتیوی …………………………………………………………………………….26
1-3-8-9 سیلوکسان های کاربردی آمین ……………………………………………………………………………………….27
1-3-9 نرم کننده های الیاف و پرزدهی ………………………………………………………………………………………….28
1-3-10 انواع زیست محیطی نرم کننده های شیمیایی ……………………………………………………………………..29
1-3-10-1 سیلیکون ها در محیط …………………………………………………………………………………………………30
1-3-11 روش های ارزیابی و آزمایش …………………………………………………………………………………………..30
1-3-11-1 تست های مربوط به نرمی معمول ………………………………………………………………………………..32
فصل دوم
2-1 مواد مصرفی و تجهیزات ……………………………………………………………………………………………………….35
2-1-1 مواد مصرفی ……………………………………………………………………………………………………………………35
2-1-2 تجهیزات مصرفی………………………………………………………………………………………………………………35
2-2 روش کار ……………………………………………………………………………………………………………………………40
2-2-1 روش استفاده از کرونا و دستگاه کرونا ………………………………………………………………………………..40
2-2-1-1 تخلیه کرونا …………………………………………………………………………………………………………………40
2-2-2 آغشته سازی با نرم کننده …………………………………………………………………………………………………..41
2-2-3 خشک کردن نمونه ها ……………………………………………………………………………………………………….41
2-2-4 شستشوی مکرر خانگی …………………………………………………………………………………………………….41
2-3 آزمون نمونه ها …………………………………………………………………………………………………………………….42
2-3-1 آزمایش جذب آب …………………………………………………………………………………………………………..42
2-3-2 آزمایش مقاومت نمونه ها در برابر خمش ……………………………………………………………………………42
2-3-3 آزمایش میزان بازگشت از چروک نمونه ها ………………………………………………………………………….42
2-3-4 آزمایش ضریب اصطکاک ………………………………………………………………………………………………….43
2-3-5 اندازه گیری میزان سفیدی نمونه ها……………………………………………………………………………………..43
2-3-6 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ………………………………………………………………………………44
2-3-7 آزمایش طیف سنجی مادون قرمز FTIR/ATR …………………………………………………………………….45
فصل سوم
3-1 نتایج و بحث ……………………………………………………………………………………………………………………….46
3-1-1 ارزیابی میزان جذب آب ……………………………………………………………………………………………………46
3-1-2 ارزیابی مقاومت نمونه ها در برابر خمش …………………………………………………………………………….48
3-1-3 ارزیابی میزان زاویه بازگشت از چروک نمونه ها ………………………………………………………………….55
3-1-4 ارزیابی ضریب اصطکاک …………………………………………………………………………………………………..59
3-1-5 اندازه گیری میزان سفیدی نمونه ها …………………………………………………………………………………….61
3-1-6 بررسی ویژگی های میکروسکوپی ………………………………………………………………………………………63
3-1-7 ارزیابی طیف سنجی مادون قرمز FTIR/ATR ……………………………………………………………………. 71
نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………..75
پیشنهاد ………………………………………………………………………………………………………………………………………76
منابع ………………………………………………………………………………………………………………………………………….77
چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………………80
فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول 1-1تعدادی از تکمیل های آنیونیک ویژه …………………………………………………………………………….20
جدول 2-1 غلظت آغشته سازی نرم کننده………………………………………………………………………………………41
جدول 3-1 زمان جذب آب…………………………………………………………………………………………………………..46
جدول 3-2 زمان جذب قطره آب بر روی پارچه های کرونا شده و بدون کرونا با پوشش دهی نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی…………………………………………………………………………………………………………….47
جدول 3-3 زمان جذب قطره آب بر روی پارچه های کرونا شده و بدون کرونا با پوشش دهی نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی بعد از عملیات Laundering…………………………………………………………………48
جدول 3-4 طول خمش در جهت تار و پود…………………………………………………………………………………….49
جدول 3-5 طول خمشی در جهت تار و پود بر روی پارچه پنبه ای پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی……………………………………………………………………………………………………………………………50
جدول 3-6 طول خمشی در جهت تار و پود بر روی پارچه پنبه ای پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی بعد از عملیات Laundering……………………………………………………………………………….50
جدول 3-7 بازگشت از چروک در جهت تار و پود…………………………………………………………………………..56
جدول 3-8 بازگشت از چروک در جهت تار و پود بر روی پارچه پنبه ای پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی………………………………………………………………………………………………………………….56
جدول 3-9 بازگشت از چروک در جهت تار و پود بر روی پارچه پنبه ای پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی بعد از عملیات Laundering…………………………………………………………………57
جدول 3-10 ضریب اصطکاک در جهت تار……………………………………………………………………………………60
جدول 3-11 ضریب اصطکاک پارچه ها در جهت تار بعد از پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی……………………………………………………………………………………………………………………………………60
جدول 3-12 ارزیابی اسپکتروفتومتری پارچه پنبه ای خام وکرونا شده………………………………………………..61
جدول 3-13 ارزیابی اسپکتروفتومتری پارچه ها بعد از پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی…………………………………………………………………………………………………………………………………….62
جدول 3-14 ارزیابی اسپکتروفتومتری پارچه ها بعد از پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی بعد از عملیات Laundering……………………………………………………………………………………………………….63
فهرست اشکال
عنوان شماره صفحه
شکل 1-1 ساختار DSDMAC …………………………………………………………………………………………………….14
شکل 1-2 ابعاد مولکولی DSDMAC ………………………………………………………………………………………….. 15
شکل 1-3 ترسیم آرایش یافتگی نرم کننده روی سطح الیاف …………………………………………………………….16
شکل 1-4 ساختار شیمیایی نرم کننده کاتیونی………………………………………………………………………………….17
شکل 1-5 ساختار شیمیایی نرم کننده آمفوتریک………………………………………………………………………………19
شکل 1-6 ساختار پلی دی متیل سیلوکسان……………………………………………………………………………………..26
شکل 1-7 سیلیکون های اپوکسی ………………………………………………………………………………………………….27
شکل 1-8 ساختار آمینو سیلوکسان……………………………………………………………………………………………….. 27
شکل 1-9 روش غلتک برای سنجش ضریب اصطکاک……………………………………………………………………..32
شکل 1-10روش طول خمیدگی پارچه…………………………………………………………………………………………..33
شکل 2-1نمایی از دستگاه اسپکتروفتومتری انعکاسی………………………………………………………………………..35
شکل 2-2 نمایی از دستگاه طیف سنج مادون قرمز ………………………………………………………………………….36
شکل 2-3 نمایی از دستگاه میکروسکوپ SEM ……………………………………………………………………………..36
شکل 2-4 نمایی از دستگاه کرونا……………………………………………………………………………………………………37
شکل 2-5 نمایی از دستگاه مقاومت خمشی…………………………………………………………………………………….38
شکل 2-6 نمایی از دستگاه اندازه گیری زاویه بازگشت از چروک………………………………………………………38
شکل 2-7 نمایی از دستگاه ضریب اصطکاک…………………………………………………………………………………..39
شکل 2-8 نمایی از دستگاه استنتر…………………………………………………………………………………………………..39
شکل 2-9 شماتیک دستگاه کرونای مورد استفاده در تحقیق ……………………………………………………………..40
شکل 3-1 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و کرونا شده ( جهت پود ) …………………………………..51
شکل 3-2 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و کرونا شده ( جهت تار ) …………………………………..51
شکل 3-3 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و کرونا شده ( جهت پود )……………………………..52
شکل 3-4 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و کرونا شده ( جهت تار )………………………………52
شکل 3-5 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و بدون کرونا ( جهت پود )………………………………….53
شکل 3-6 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و بدون کرونا ( جهت تار )…………………………………..53
شکل 3-7 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و بدون کرونا ( جهت پود)……………………………..54
شکل 3-8 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و بدون کرونا ( جهت تار )…………………………….54
شکل 3-9 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و کرونا شده ………………………………………………………57
شکل 3-10 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و کرونا شده………………………………………………..58
شکل 3-11 پوشش دهی شده با نرم کننده سیلیکونی و بدون کرونا……………………………………. ……………..58
شکل 3- 12 پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی و بدون کرونا……………………………………………..59
شکل 3-13 تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه پنبه خام با بزرگنمایی 2500…………………………………64
شکل 3-14 تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمونه پنبه کرونا شده با بزرگنمایی 2500………………………..65
شکل 3-15 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه بدون کرونا و پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 2500 …………………………………………………………………………………………………65
شکل 3-16 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه بدون کرونا و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 20000………………………………………………………………………………………………..66
شکل 3-17 تصویر میکروسکوپ الکترونی از اندازه نانو در سطح الیاف پنبه بدون کرونا و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 20000……………………………………………………………………………66
شکل 3-18 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 2500………………………………………………………………………………………………….67
شکل 3-19 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 20000………………………………………………………………………………………………..67
شکل 3-20 تصویر میکروسکوپ الکترونی از اندازه ذرات نانو از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ با بزرگنمایی 20000 ………………………………………………………………..68
شکل 3-21 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه بدون کرونا و پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی 4٪ بعد از عملیات Laundering با بزرگنمایی 2400 ……………………………………………………68
شکل 3-22 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه بدون کرونا و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ بعد از عملیات Laundering با بزرگنمایی 20000………………………………………………….69
شکل 3-23 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده سیلیکونی 4٪ بعد از عملیات Laundering با بزرگنمایی 2500 …………………………………………………….69
شکل 3-24 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ بعد از عملیات Laundering با بزرگنمایی 20000 ………………………………………………….70
شکل 3-25 تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح الیاف پنبه کرونا شده و پوشش دهی با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪ بعد از عملیات Laundering با بزرگنمایی 20000…………………………………………………..70
شکل 3-26 طیف FTIR/ATR پارچه پنبه ای خام و کرونا شده ………………………………………………………..72
شکل 3-27 طیف FTIR/ATR پارچه پنبه ای خام و پوشش دهی شده با نرم کننده میکرو سیلیکون 4٪……………………………………………………………………………………………………………………………………………..72
شکل 3-28 طیف FTIR/ATR پارچه پنبه ای خام و پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪……………………………………………………………………………………………………………………………………………..73
شکل 3-29 طیف FTIR/ATR پارچه پنبه ای کرونا شده و پوشش دهی شده با نرم کننده میکرو سیلیکونی 4٪………………………………………………………………………………………………………………………………73
شکل 3-30 طیف FTIR/ATR پارچه پنبه ای کرونا شده و پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی 4٪……………………………………………………………………………………………………………………………………………..74
چکیده :
یکی از فرآیندهای مهم در تکمیل کالای نساجی بهبود زیر دست در منسوجات است . تکمیل نرم کننده لطافت مطلوبی را برای پارچه فراهم کرده و خواص آن را بهبود می بخشد و اهداف اصلی نرم کننده ایجاد کاهش الکتریسیته ساکن ، نرمی بیشتر ، مقاومت در برابر سایش و همواری می باشد . نوع طبقه بندی نرم کننده ها براساس ساختار یونی آن ها است که از انواع آن می توان نرم کننده آنیونی ، کاتیونی ، غیر یونی و سیلیکونی را نام برد . از نظر اندازه مولکولی نرم کننده سیلیکونی به ذرات ماکرو ، میکرو و نانو تقسیم می شوند . که در این پژوهش هدف مقایسه بین نرم کننده سیلیکونی و نانو سیلیکونی بر روی پارچه پنبه ای اصلاح سطح شده با کرونا و کرونا نشده است . بدین منظور پارچه های پنبه ای با غلظت های 1٪ ، 2٪ ، 3٪ و 4٪ از نرم کننده های سیلیکونی و نانو سیلیکونی پوشش داده شده اند. مقاومت خمشی ، ضریب اصطکاک ، جذب آب و بازگشت از چروک اندازه گیری شد . مقاومت خمشی ، ضریب اصطکاک و جذب آب با افزایش غلظت نرم کننده کاهش یافته و بازگشت از چروک نمونه ها با افزایش غلظت نرم کننده افزایش یافته است . در مورد ویژگی های اسپکتروفتومتری انعکاسی ، در نمونه هایی که اصلاح سطح شده و پوشش دهی شده با نرم کننده نانو سیلیکونی هستند افزایش سفیدی و کاهش زردی مشاهده می شود . با استفاده از میکروسکوپ SEM ذرات نانو و اصلاح سطح پارچه توسط کرونا قابل مشاهده است . نمونه های پوشش دهی شده با نرم کننده های نانو سیلیکونی و کرونا شده خواص بهتر و نتیجه مناسب تری را در مقایسه با نرم کننده سیلیکونی و بدون کرونا نشان می دهد .
کلمات کلیدی : نرم کننده ، کرونا ، پنبه ، نانو سیلیکونی ، طول خمش ، جذب آب
1-1پنبه :
1-1-1ساختار لیف پنبه:
پنبه خالص ترین سلولز یافته شده در طبیعت می باشد. مولکولهای سلولز پنبه از پلیمرهای خطی که حاوی حداقل 5000 واحد ایندروگلوکز می باشند تشکیل می گردد. معمولاً این مولکولها در حالت جامد به شکل صفحات مسطح می باشند و در حضور آب این صفحات به طور منظم به هم چسبیده می شوند ولی در بعضی مواقع آنها از این حالت مسطح تبعیت نمی کنند و چین خوردگی های زنجیر بعضی الیاف سلولزی مشاهده می گردد. مولکولهای سلولز پنبه به صورت کاملاً گسترده و به موازات محور فیبریلها قرار دارند. مطالعات به وسیله جذب نور مادون قرمز نشان می دهد که اغلب گروههای هیدروکسیل موجود در زنجیر سلولز با یکدیگر پیوند هیدروژنی برقرار می سازند، ولی هنوز چگونگی حالت تشکیل این پیوندهای هیدوژنی به طور دقیق معلوم نشده است]1[ .
ضخامت سطح وقتی می تواند تشکیل گردد که بین گروههای هیدروکسیل اتمهای اکسیژن در زنجیرهای مجاور پیوند هیدروژنی بیشتری برقرار گردد. پیوند بین صفحات مولکولها احتمالاً به وسیله نیروهای واندروالس حاصل می شود. باید اضافه نمود که از پیوند مولکولهای آلفا گلوکز زنجیر خطی مستقیم که قابلیت تشکیل لیف سلولزی را داشته باشند بدست نمی آید بلکه مواد سلولزی دیگری مانند نشاسته حاصل می شود. دیوار اولیه از پوسته ای به ضخامت μ1/0 تحت زاویه مشخصی نسبت به محور لیف تشکیل شده است.دیواره ثانویه از لایه های متعددی تشکیل شده که این دیواره متراکم تر از دیواره اولیه بوده و دسته های فیبریلی آن در طول لیف ، جهت آرایش، زاویه فیبریلهای خود را نسبت به محور لیف عوض می کنند و این تغییر در آن محل موجب تاب دار شدن لیف پنبه می گردد.
ضخامت فیبریلهای موجود در سلولز در حدود nm20 می باشد و از تجمع این فیبریلها یک دسته فیبربل به ضخامت nm200 حاصل می شود که می توان آنها را به وسیله میکروسکوپ نوری مشاهده کرد. این دسته فیبریلها با نیروی بسیار ضخیمی به یکدیگر متصل شده اند که به راحتی از هم گسسته می شوند. در مطالعه با اشعه X نشان داده شده است که 58 تا 60% از گروههای هیدروکسیل پنبه دارای پیوندهای هیدروژنی منظم و 40% دیگر غیر منظم می باشد]1[.
1-1-2خصوصیات پنبه:
از خصوصیات مهم این الیاف ، استحکام زیاد در پارچه، داشتن قدرت و قابلیت انعطاف در مقابل هرگونه عملیات ریسندگی و بافندگی و تمایل به جذب رنگهای متفاوت است]2[.
1-1-3 مواد تشکیل دهنده الیاف سلولزی (پنبه):
صرف نظر از سلولز که تقریباً 88-94% از وزن الیاف پنبه را تشکیل می دهد مواد دیگری نظیر پکتین، واکس، پروتئین در این لیف وجود دارد. مولکولهای آب قادر هستند که در شبکه سلولزی پنبه نفوذ کنند و در فواصل فیبریلها قرار می گیرند. با ایجاد پیوندهای هیدروژنی با گروههای موجود در سلولزی نیز مقداری آب جذب می شود. مولکولهای آب جذب شده در هر حال در فواصل فیبرها ایجاد فشار می کنند و سبب کاهش سختی ساختمان سلولزی لیف می شود]2[. در واقع آب جذب شده در پنبه عمل ساده نرم کننده را انجام می دهد، که فیبریل های مولکولهای سلولز تحرک بیشتر می یابند، در نتیجه در اثر اعمال نیروی خارجی تغییر شکل و تغییر مکان زنجیرهای سلولز بیشتر می شود. کیفیت جذب آب در پارچه پنبه ای که منجر به تورم الیاف و نخ می شود باعث جمع شدگی پارچه می شود]2[.
1-1-4 جذب رطوبت:
میزان رطوبت بازیافتی پنبه در رطوبت نسبی 65% ، معادل 7% است و قابلیت نگهداری آب توسط این لیف 50% می باشد. دانسیته الیاف پنبهg⁄〖cm〗^3 35/1 است]3[.
1-1-5 خواص شیمیایی :
حلالهای پنبه در محیط آبی هیدروکسید کوپرآمونیوم، کوپراتیلن دی آمین، اتیلن دی آمین کادمیم می باشد . الیاف پنبه در آمیدها و مواد اکسید کننده قوی تجزیه شده و از بین می روند در حالیکه حلالهای آلی تاثیر خاصی بر این الیاف ندارند]3[.
1-1-6 خواص فیزیکی :
سطح مقطع لیف پنبه حالت لوبیایی شکل دارد و مغز لیف به صورت خط دیده می شود. طول متوسط الیاف طبیعی پنبه حدود 14-36 میلیمتر و قطر آن 15-20 میکرون می باشد. استحکام لیف حدود 3-6 گرم بر دنیر و ازدیاد طول آن تا حد پارگی 5-7 درصد است. مولکولهای سلولز به دلیل داشتن سه گروه هیدروکسیل می توانند با مولکولهای آب، پیوند هیدروژنی برقرار کنند. لیف پنبه به دلیل اینکه از نظر تئوری هر واحد سلولز می تواند سه مولکول آب را جذب کند، جاذب مناسب آب است]1[.
1-2 مقدمه ای بر روشهای اصلاح سطح :
همواره اصلاح سطح منسوجات مد نظر بوده است و از اصلاح سطح برای تغییر ترکیبات و یا تغییر ساختار خواص الیاف استفاده می شود. هدف از اصلاح میتواند موارد زیر باشد:
بدست آوردن خواص جدید
تاثیر گذاری روی بعضی خواص مطلوب
از بین بردن خواص منفی ، مانند کاهش نپ و افزایش ظرفیت جذب رنگ ، مواد شیمیایی و آب .
مشکل اساسی این است که یک اصلاح ایده آل که همه ی خواص منفی را از بین برده و خواص مثبت را جایگزین کند ، وجود ندارد. به همین دلیل است که روش های اصلاح سطحی مختلفی وجود دارد. با وجود تعدد روش های اصلاح سطح هنوز طبقه بندی خاصی برای آنها مشخص نگردیده است.بعضی محققین آنها را به دو گروه تقسیم کرده اند یک دسته آنهایی که ترکیب شیمیایی الیاف را تغییر می دهند (اصلاح شیمیایی) و دیگر آنهایی که ساختار الیاف را تغییر می دهند و به (اصلاح فیزیکی) معروف هستند [8] .
1-2-1 پلاسما:
1-2-1-1 تاریخچه پلاسما:
در سال 1923 ميلادي لانگ ميور (Long Muir) و تنگس (Tonx) دو فيزيكدان آمريكايي اعلام نمودند كه پلاسمای گازي است كه اكثر اتمها يا مولكولهاي آن يونيزه شده باشد.اصولاً پلاسما يك حالت ماده از درجه حرارت1000 به بالا مي باشد و اين همان حالتي از ماده است كه اكثر اجرام سماوي مانند خورشيد از آن تشكيل شده اند. پلاسما فراوان ترين حالت ماده در جهان است و اصولاً اجرام سماوي را كه منبع حرارت هستند، توده هاي متراكم پلاسمايي ناميده اند. طبقه فوقاني جو نيز از پلاسما تشكيل شده، به همين خاطر آن را يونوسفر مي نامند] 9[.
در تعاريف علمي، پلاسما گاز يونيزه شده اي است كه قسمت هاي زيادي از اتمهاي آن يك يا چند الكترون خود را از دست داده باشند و به يونهاي مثبت تبديل شوند. محيط پلاسما شامل الكترونهاي آزاد، راديكال ها، يونها ، تشعشعات ماوراء بنفش ، مادون قرمز و تعداد زيادي اجزاي برانگيخته مختلف مي باشد ]10[.
پلاسما حالت خاصی از ماده است چرا که خواص یکنواخت و منحصر به فردی دارد. یونیزه شدن یا واژه (Ionized) اشاره به وجود یک یا چند الکترون آزاد دارد که با اتم و مولکول ها پیوند برقرارنمی کنند.و همین سبب می شود که پلاسما را از لحاظ الکتریکی هادی بدانیم. پلاسما با حرارت دادن و یا یونیزه کردن گاز توسط جدا کردن الکترون ها از اتمهای خنثی ایجاد می شود. در گاز معمولی هر اتم شامل تعداد مساوی از شارژ مثبت و منفی میباشد . بارهای مثبت در هسته توسط الکترونهایی با بار منفی احاطه شده و هر اتم از لحاظ الکتریکی خنثی است . یک گاز وقتی پلاسما می شود که با اعمال یک حرارت افزوده و یا دیگر انرژی ها ، تعدادی از اتم های آن ، بعضی یا تمام الکترون های خود را رها کنند. برای جداسازی الکترون از اتمهای خنثی و تشکیل پلاسما انرژی لازم است که این انرژی می تواند از منابع مختلف مانند حرارتی ، الکتریکی ، نوری (فرابنفش ، نور مرئی یا لیزر) باشد. پلاسما توسط میدانهای مغناطیسی و الکتریکی شتاب داده و کنترل می شود [11] .
1-2-2 مكانيزم عمليات پلاسما
در يك راكتور پلاسما واكنشهاي شيميايي به دو دسته واكنش همگن و غير همگن، تقسيم مي گردد. واكنش هاي غير همگن بين ذرات پلاسما و سطح جامد كه در حال غوطه وري يا تماس با پلاسما هستند انجام مي شود ولي واكنش های همگن بين ذرات در فاز گازي اتفاق مي افتد كه به عنوان نتيجه اي از برخورد غير الاستيك بين الكترون ها و ذرات سنگين و يا بين تركيبات ذرات سنگين اتفاق مي افتد. ميدان مغناطيسي خارجي، انرژي الكترون ها را تأمين مي كند و الكترون ها نيز آن را به گاز منتقل مي كنند تا پلاسما را تحريك و نگهداري نمايد [9] .
عوامل فعال در محفظه پلاسما روي زمينه واكنش مي دهند و بسته به پارامترهاي مورد استفاده، ممكن است باعث تمييز كردن، تغيير سطح يا پوشش دادن سطح شوند [12] .اصلاح سطح پليمرها مي تواند از چهار طريق مكانيزم خوردگي (ablation) ، ايجاد اتصالات عرضي (cross linking) ، فعال سازي (activation) و پوشش (deposition) صورت گيرد [12] .
1-2-2-1 مكانيزم خوردگي:
توانايي پلاسما در شكستن باندهاي ضعيف كووالانسي توسط بمباران ذراتي با انرژي بالا، خوردگي نام دارد. در اثر اين بمباران مولكول هاي سطح تحت تأثير قرار مي گيرند. از نظر ساختار شيميايي هر نوع آلودگي در ساختار سطحي عموماً از باندهاي ضعيف C-H درست شده است، در نتيجه پلاسما قادر است با شكستن اين باندهاي ضعيف هر نوع آلودگي اهم از روغنها و مواد افزودني را از سطح پاك نمايد [12,13] .
1-2-2-2 ايجاد اتصالات عرضي:
پلاسما قادر به ايجاد اتصالات عرضي در زنجيره هاي مختلف مولكولي پليمرها و در نتيجه استحكام بخشيدن به آنهاست. عمليات پلاسما با گازهاي خنثي معمولاً براي ايجاد سطح قوي تر و سخت به كار گرفته مي شود. اين جنبه از پلاسما معمولاً در ساخت لوازم پزشكي از جمله لنزهاي بينايي كاربرد دارد [12,13] .
1-2-2-3 فعال سازي:
جايگزيني گروههاي مختلف سطوح پليمرها با گروههاي شيميايي فعال پلاسما، فعال سازي نام دارد. در طي اين فرايند، پلاسما باندهاي ضعيف سطوح پليمرها را مي شكند و سپس آنها را با گروه هاي فعال و پر انرژي مانند گروه هاي كربونيل، كربوكسيل و هيدروكسيل جايگزين مي كند. خصوصيات سطحي در طي اين فرآيند به خصوصيات گروه هاي فعال جايگزين شده بستگي دارد [12,13] .
1-2-2-4 پوشش:
در عمليات پوشش توسط پلاسما يك لايه نازك پليمري مي تواند عمليات پليمريزاسيون را توسط گاز روي سطح مورد نظر شكل دهد. اين لايه نازك مي تواند داراي خصوصيات متفاوت و خواص فيزيكي مختلفي باشد. در مقايسه با روشهاي مرسوم، عمل پوشش دار كردن توسط پلاسما، داراي اتصالات عرضي بسيار مستحكمتر ماده پوششي مورد نظر و سطح و همچنين چسبندگي بسيار بالا است [12,13] .
كاربرد عمليات اصلاح سطحي بسيار گسترده و متفاوت است و براي اكثر سطوح از جمله كامپوزيت ها ، منسوجات بي بافت ، الياف ، كاغذ ، پلاستيك ، فلز و سراميك استفاده مي گردد.
سه اثر اصلي وابسته به شرايط عمليات وجود دارد:
الف- اثر تمييزكنندگي: اين اثر بيشتر با تغييراتي در قابليت ترشوندگي و بافت سطحي همراه است. اين امر به طور مثال منجر به افزايش كيفيت چاپ ، برداشت رنگ ، چسبندگي و … مي شود.
ب- توليد راديكال: حضور راديكال هاي آزاد، واكنشهاي ثانويه مثل اتصالات عرضي را ايجاد مي كند. به علاوه، پليمريزاسيون به طريقه گرفت، همانند واكنش با اكسيژن براي توليد سطوح آبدوست قابل انجام است.
ج- پليمريزاسيون پلاسما: نشستن مواد پليمري جامد با خواص مورد نظر را بر روي زمينه امكان پذير مي سازد [14] .
1-2-3 كاربرد پلاسما در تكميل منسوجات:
فرايند تكميل مرطوب منسوجات بطور كلي فرآيندي است كه انرژي زيادي مصرف مي كند. تكميل منسوجات توسط پلاسما، در مصرف آب، مواد شيميايي و انرژي صرفه جويي كرده و به دليل نداشتن مواد اضافي و محصولات جانبي سمي نسبت به تكميل هاي شيميايي مرسوم مورد توجه شديد قرار گرفته است [9] .
بطور كلي مزاياي عمليات پلاسما نسبت به تكميل هاي شيميايي رايج عبارتند از:
بهينه سازي خواص سطحي مواد بدون تغيير خصوصيات داخل آن ها انجام مي شود.
خواص سطحي پليمرهايي كه به سختي با مواد شيميايي قابل تغيير هستند را مي توان به راحتي تغيير داد.
مصرف مواد شيميايي به دليل فرآيند فيزيكي بسيار پايين است.
فرآيند در يك سيستم بسته و خشك انجام شده و بسيار مطمئن و امن مي باشد.
فرآيند پلاسما سازگار با محيط زيست بوده و آلودگي شيميايي ندارد [9] .
در نهايت محدوديت هاي اين روش: اين تكنولوژي به واسطه احتياج به فشار پايين حين فرايند و در نتيجه نياز به تجهيزات مكش و ايجاد خلاء كه در صنايع نساجي مرسوم نيست دارد. از طرف ديگر مشكلاتي در زمينه توليد و قيمت تجهيزات وجود دارد. بيشتر انرژي مورد نياز براي فرآيند پلاسما صرف پمپ هاي سيستم هاي مكش مي شود. در صورتي كه اگر پلاسما در فشار اتمسفر به كار رود هزينه انرژي مصرفي بسيار كاهش مي يابد ]15,16[.
1-2-4 کرونا
1-2-4-1 تخليه الكتريكي كرونا:
اين حالت وقتي به وجود مي آيد كه فشار گاز برابر يا نزديك فشار اتمسفري باشد و ميدان مغناطيسي داراي ولتاژ بسيار بالا Kv) 15> ( و فركانس در محدوده KHz 40 – 20 باشد. تخليه الكتريكي كرونا پلاسمايي است كه از يك ميدان الكتريكي قوي كه توسط الكترودها به وسيله يك منبع ولتاژ بالا به وجود مي آيد، توليد مي گردد. سيستم توليد كرونا از دو الكترود هادي كه به وسيله فضاي محتوي گاز جدا شده و به يك منبع ولتاژ بالا متصل شده تشكيل شده است. هندسه الكترودها غير ايزومتريك (نامتقارن) است، مثلاً از يك الكترود سيمي در مقابل يك صفحه تخت يا سيلندر با قطر زياد تشكيل شده است. يونيزه شدن گاز در كروناها خيلي ضعيف است، دانسيته الكترون در آن در حدود 108 الكترون در سانتيمتر مكعب است. كرونا غيرحرارتي است و محتوي الكترونهاي آزاد با انرژي بالاست. ميزان تواني كه به كار برده مي شود به سطح مقطع سيم بستگي دارد.
1-2-5 مزاياي استفاده از کرونا :
هزينه پايين ماشين آلات
استفاده از فشار اتمسفري
بازده بالا
زمانيكه اين ولتاژ بسيار بالا توسط الكترودها به كار برده شود ممكن است باعث ايجاد جرقه و اشتعال در بين آنها گردد كه اين مشكل با قرار دادن عايق بر طرف مي گردد. در واقع براي بوجود آمدن تخليه هاله اي، يك ميدان با شدت بالا در يك الكترود بايد توليد شود. در اثر اين ولتاژ بالا الكترونها به سمت عايق شتاب مي گيرند، الكترونها در مسير حركت خود به سمت عايق با مولكولهاي هوا برخورد مي كنند و باعث شكل گيري يون هاي مثبت و الكترون هاي آزاد مي شوند. الكترون هايي كه با سطح برخورد مي كنند به واسطه ولتاژ بالايي كه دارند قادر به شكستن اتصالها مي باشند و در حين اين عمل راديكالهاي آزاد در سطح مورد نظر بوجود مي آيد. تخليه هاله اي حالتي از پلاسما است كه وقتي مواد عايق در منبع متناوب با ولتاژ بالا عمل مي شوند، تخليه بسيار سريع و به صورت رشته اي انجام مي گيرد [9و17] .
براي جلوگيري از سوراخ شدن و آسيب ديدن كالا، يك يا هر دو الكترود با صفحات دي الكتريك مانند سراميك و شيشه پوشش داده مي شوند. اين سيستم DBD (Dielectric Barrier Discharge) ناميده مي شود. كه از ويژگي هاي آن سطح عمل زياد، غيرحرارتي بودن آن است. DBD به وسيله منبع تغذيه AC با ولتاژ بالا با محدوده فركانس 100-1 KHz توليد مي شود [9] .
DBD به طور وسيعي براي اصلاح سطوح پليمري به كار برده مي شود. از بهترين ويژگي هاي DBD اين است كه تجزيه گاز در نقاط متعددي آغاز و با جريان هاي فيلامنتي (رشته اي) مستقل دنبال مي گردد
(ميكرو دشارژ ناميده مي شوند). مدت اين ميكرو دشارژها در حد نانو ثانيه است و به طور يكنواخت بر روي سطح عايق پخش مي گردد [18,19] .
1-2-6 عملیات سطحی:
کرونا به عنوان یک راکتور شیمیایی جهت عملیات سطحی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. تاثیرات اکسیداسیون و احیاء آن، ضد زنگ زدگی آن همواره در بخش تصمیمات رفتار های دشارژ الکترو شیمیایی مورد توجه قرار گرفته است . بسته به موادی که مورد عملیات قرار گرفته اند و خواص سطحی که مورد توجه است، پارامترهای دشارژ و اپراتوری پروسه، می تواند خیلی متفاوت باشد. از نظر صنعتی، یکی از خواص مهمی که از پلیمرها انتظار می رود ، خواص سطحی پلیمر است که به خصوص جهت افزایش رطوبت پذیری و خواص چسبندگی آن جهت چاپ ساده، رنگرزی ساده، پوشش دادن و غیره، مورد توجه است. محصولات دشارژ کرونا، انرژی اکتیواسیون خود را به وسیله شکستن زنجیرها و ایجاد رادیکالهای آزاد منتقل می کنند. آنها به سرعت با اجزاء دیگری که در محیط وجود دارند و یا توسط گاز ناشی از مواد به وجود می آیند، ترکیب شده و وارد عمل می شوند. پیوندهای قطبی و هیدروژنی با افزایش انرژی سطحی در این مسیر نیز شکل می گیرند. پیوندها میبایست از نوع C-O ، C=O ، C-O-O و COOH باشند و یا حداقل در مقدار متوسط 〖NO〗_3 ، NH ، NO و 〖NO〗_2 باشند. تاثیر کرونا بوسیله افزایش زمان و جریان تا رسیدن به نقطه ماکزیمم افزایش می یابد.]20[ آنگاه پروسه اکسیداسیون با پروسه دکربوکسیلاسیون برابر می شود و نشانه آن خروج مولکولهای گاز CO ، 〖CO〗_2 و H_2 است که از سطح بر می خیزند. تغییرات شیمیایی در سطح معمولاً با تغییرات در ساختار، مخصوصاً در مقدار کریستالیتی (کاهش) همراه است که باعث نسبت دادن آن به تعداد زیاد زنجیرهای مولکولی باقیمانده در سطح شود. دیگر پدیده غالبی که ممکن است بر تغییر شکل سطح تاثیر گذاشته و یا در آن شرکت کنند ، عبارتند از:
تغییرات دانسیته ، به طور مثال کاهشی که ناشی از پیوندهای اکسیژن بوده و یا افزایشی که ناشی از پیوندهای نیتروژن فعال می باشند. باعث تغییر شکل سطح و یا تغییرات تخلخلی می شود]20[.
به هم ریختن اجزاء سطح، باعث می شود که آنها در زیر نوک جریان تمرکز بیابند. چنانچه طول شکاف هوا و با اکسیژن کرونا کاهش یابد باعث می شود که ناحیه جریان بسیار کوچک شود و پیوندهای اکسیژن روی پلیمر به سرعت کاهش یابد.
1-3 مقدمه ای بر نرم کننده های شیمیایی:
تکمیل های نرم کننده یکی از مهم ترین فرایندهای شیمیایی نساجی می باشند. با نرم کننده های شیمیایی ، منسوجات می توانند به یک نرمی مناسب و قابل قبول برسند و قابلیت انعطاف بهتری دارند]21[.
بهبود کیفیت زیردست در منسوجات ، یکی از فرآیندهای مهم در تکمیل کالای نساجی است . نرم کننده های الیاف از مهم ترین ترکیب های مورد استفاده در فرآیند تکمیل بوده و با پوشش دهی روی منسوج ، باعث نرم تر شدن و کاهش الکتریسیته ساکن می شوند]4[.
نرم کننده ها اهمیت زیادی در تکمیل نساجی دارد؛ تقریبا هیچ بخشی از منسوج تولیدی بدون تکمیل نرم کننده بکار نمی رود. این تکمیل نرم کننده لطافت مطلوبی را برای پارچه فراهم کرده و عمل آوری را آسان تر و خواص پارچه را بهبود می بخشد. یک پارچه زیبا و نرم غالبا معیاری مشخص برای خرید یک پارچه است و بنابراین مهم ترین عامل برای بازیابی بسیاری از محصولات نساجی می باشد]22[.
هدف اصلی یک نرم کننده بهبود خواص زیبایی منسوجات است که به شرح زیر می باشد :
1)‌ لطافت مطلوب پارچه را مشخص می کند که معمولا با توصیفات احساسی مثل نرمی، همواری ، ارتجاعیت ، سفتی و خشکی بیان می شود.
2) اثر مثبتی بر روی ویژگی های فن آوری نظیر ضدالکتریسیته ساکن ، آبدوستی ، ارتجاعیت ، مقاومت در برابر سایش ، قابلیت دوخت دارد ]22[.
لطافت یک پارچه در یک احساس ذهنی توسط پوست زمانی حاصل می شود که یک پارچه با نوک انگشتان لمس و به آرامی فشار داده شود ]21[. احساس لمس پارچه تکمیل شده به عنوان لطافت منسوجات تعریف شده است. این ویژگی منسوجات معمولا در طی تکمیل آنها اصلاح می شود . تکمیل منسوجات بر تغییرات سختی و نرمی مواد نساجی اثرگذاشته و نرمی را در زمان پوشیدن افزایش می دهد. تغییرات دیگر در خواص منسوجات در طی فرایند پوشیدن پس از شستشوی آنها ظاهر می شوند]23[. به عنوان یک ابزار بازاریابی ، بهبود ظاهر پوشاک در موقع فروش خیلی کارآمد است و یک مشتری همواره ظاهر کلی پوشاک را ارزیابی می کند که غالبا بطور ناخودآگاه می باشد. این مورد یک عامل مشخص کننده برای فروش می باشد. انتخاب دقیق نوع اثر تکمیل نیز مهم است ]24[.
در طول دوره آماده سازی ، منسوجات می توانند خشک شوند زیرا روغن های طبیعی و واکس ها در آماده سازی های الیاف حذف شده اند. تکمیل با نرم کننده ها می تواند بر این نقص چیره شده و حتی نرمی اصلی را بهبود بخشد ]24[.
تکمیل های ضد چروک یا بشور و بپوش یک اثر سختی را بر روی پارچه می گذارد و به افزایش سختی و افت کیفیت منجر می شود. از این مهم تر استحکام در برابر پارگی کاهش یافته است. اضافه کردن یک تکمیل نرم کننده و روان کننده به حمام تکمیل با رزین نه تنها خواص پوشیدن پارچه را حفظ می کند ، بلکه می تواند خواص خیلی مطلوب را نیز ارائه کند ]24[.
1-3-1 تکمیل نرم کننده شیمیایی:
استفاده از تکمیل های نرم کننده اکنون همه گیر است. این کار با یک پیشرفت تجربی قابل توجه در فرآیند تولید پارچه انجام شده است. تکمیل ها از طریق چندین ماده شیمیایی مختلف برای رفع نیازهای مختلف تولیدکنندگان منسوجات انجام می شود ]24[.
ترکیبات شیمیایی اعمال شده بعنوان تکمیل های صنعتی تقریبا همواره برای چند عملکرد مورد نیاز هستند. یک محصول خانگی به عنوان یک محصول خیلی با کیفیت با زیردست خوب همراه با ویژگی های ضد الکتریسیته ساکن و راحتی در اطوکشی می باشد. فرمول های صنعتی کاربرد نرم کنندگی معمول را برای دوخت و مقدمات بافندگی ارائه می کنند ]24[.
فرمول های مورد استفاده برای تکمیل های منسوجات می توانند معیارهای انتخابی مختلفی بسته به روش مورد نظر کاربردی و سازگاری محصول مورد نیاز با مواد تکمیل غیرنرم کننده ی دیگر داشته باشند. سازگاری با ضد آب و مواد تکمیلی ضد چرک ممکن است لازم باشد. در تکمیل های بادوام از اسیدهای قوی و غلظت های الکترولیتی بالا به عنوان بخشی از فرایندهای کاتالیزه کردن استفاده می شود. یک تکمیل نرم کننده باید از ترکیبی مناسب شکل گیرد . ماهیت یونی محصول به دلایل کاربردی نظیر سازگاری با تکمیل های دیگر مهم است ، که احتمالا بر مواد رنگزا اثر می گذارد ]24[.
1-3 -2مکانیزم نرم کنندگی
نرم کننده ها اثرات مهمی را روی سطح الیاف برجای می گذارند. علاوه بر این ، مولکول های نرم کننده کوچک وارد الیاف شده و یک روان کنندگی را برروی پلیمر شکل دهنده الیاف با استفاده از کاهش دمای انتقال شیشه دارند ]21[.
نرم کننده ها حاوی یک یا دو زنجیره آب گریز بلند می باشند که معمولا هیدروکربن C18 می باشد. این مواد به یک گروه قطبی محلول آبی متصل می شوند تا یک آمفی فیل ( ماده ای که دارای دو بخش قابل حل و غیر قابل حل در آب می باشد ) را شکل دهند و بنابراین مولکول سطح فعال می باشند. برخلاف شوینده ها ، نرم کننده ها محلول آبدوست خیلی ضعیفی می باشند . کمبود زنجیره آلکیل آب گریز به انحلال بیشتر توسط غلظت میسل (CMC) منجر می شود. CMC (Critical Micelle Concentration) سطح فعال یا غلظت آمفی فیل در آب است . شروع شکل گیری میسل به آسانی با اندازه گیری خواص فیزیکی نظیر گرانروی ، چگالی یا هدایت الکتریکی در زمان افزایش غلظت نشان داده می شود . شکل گیری میسل ها نتیجه ماهیت قابل حل زنجیره های آلکیلی بلند و اثر آبگریزی می باشد. فعل و انفعال قوی بین مولکول های آب زنجیره های آبگریز آمفی فیل را به نزدیک ترین سطح می کشاند. ساختار میسل ها در یک ترکیب نرم کننده یک نسبت مهم کارایی به عنوان یک نرم کننده دارد. جذب بین زنجیره های آلکیل بلند در یک میسل کم است به طوری که هسته هیدروکربن می تواند به عنوان هیدروکربن مایع در نظر گرفته شود. میسل ها می توانند چندین شکل مثل کروی، مسطح، استوانه ای، دو سطحی را به خود بگیرند. این شکل ها به شرایط فیزیکی، مثل دما، اسیدیته و تمرکز الکترولیت بستگی دارد. مهم ترین پارامترها و عامل تعیین کننده ساختار میسلدار شکل هندسی مولکول آمفی فیل می باشد. حجم مولکولی، سطح شکاف رویی، طول زنجیره هیدروکربن مهم ترین پارامترها می باشند. در واقع، اضافه کردن زنجیره آلکیل C18 برای بیشتر رادیکال ها کارایی نرم کننده را ایجاد می کند . واقعیت این است که یک تکمیل نرم کننده در کالا باقی می ماند . ترکیبات کاتیونی بطور گسترده به عنوان بیواسیدها در شستشوها، پاک کننده ها، ضدعفونی کننده ها و نگه دارنده ها استفاده شده اند. بیواسیدهای کاتیونی خیلی قوی هستند و زنجیره های آبگریزی در دامنه C8 تا C16 دارند . آنها به داخل سطوح جذب می شوند اما هیچ اثر نرم کنندگی ایجاد نمی کنند یا مقدار آن ناچیز است. یک بخش خیلی کوچک از مولکول ها واکنش های خاصی را به نرم کننده های کاتیونی نشان می دهد اما تعداد آنها ناچیز است. با این وجود تکمیل های نرم کنندگی بطور گسترده در مورد کالاهای پزشکی نظیر بانداژها و چسب زخم استفاده می شود و در بسته بندی غذایی و محصولات بهداشتی نیز کاربرد دارد]24[ در بین تمامی ترکیبات بکار رفته به عنوان نرم کننده ها کارآمد ترین آن کلرید آمونیوم دی متیل دی استریل می باشد که غالبا DSDMAC نامیده می شود. به شکل یک ماده خام تجاری بطور گسترده وجود دارد که به عنوان کلرید آمونیوم چرب هیدروژن زدایی شده خالص (DHTDMAC ) در فرم 75 درصد ماده محلول حاوی گلیکول پروپیلن یا ایزوپروپانول می باشد ]24[. (شکل 1-1و 1-2)
.
شکل 1- 1ساختار DSDMAC ]24[
شکل 1-2 ابعاد مولکولی DSDMAC ]24[
بنیادی ترین مدل برای عمل نرم کننده شامل تجزیه مولکول های کاتیونی مجزا بر روی بافت پارچه می باشد. تمامی پارچه ها یک پتانسیل منفی کم را در آب دارند که به عنوان پتانسیل زتا در سطح پارچه شناخته می شود. بار کاتیونی روی مولکول های نرم کننده به تمرکز آن در سطح پارچه منجر می شود. زنجیره های هیدروکربن نرم کننده در سطح قرار می گیرند که به عنوان نرم کننده لحاظ می شود . استحکام جانبی یا دوام لایه های نرم کننده مهم ترین عامل نرم کننده ها می باشد . برای دست یابی به انسجام مورد نیاز ، زنجیره های الکیل باید C18 باشد. انسجام و اصطکاک الیاف در درون نخ نیز یک نیاز مهم است طوری که سر خوردن امکان پذیر شود]24[.
شکل 1-3 ترسیم آرایش یافتگی نرم کننده روی سطح الیاف ]21[
آرایش فیزیکی مولکول های معمول نرم کننده بر روی سطح الیاف مهم و در شکل 1-3 نشان داده شده است. این جهت گیری به ماهیت یونی مولکول نرم کننده و آبگریزی نسبی سطح الیاف بستگی دارد. نرم کننده های کاتیونی خودشان را با انتهای بار مثبت در جهت الیاف بارگذاری شده منفی جهت می دهند، که یک سطح جدید از زنجیره های کربن آب گریز را ایجاد می کند که خواص نرم کنندگی و روان کنندگی عالی با نرم کننده های کاتیونی را فراهم می کند. از سویی دیگر، نرم کننده های آنیونیکی با انتهای بار منفی از سوی سطح الیاف با بار منفی دفع می شوند. این فرایند به آبگریزی بیشتر منجر می شود، اما نرم کنندگی کمتری از نرم کننده های کاتیونی دارد. جهت گیری نرم کننده های غیریونی به ماهیت سطح الیاف با بخش آب دوستی نرم کننده جذب شده توسط سطوح آب دوست و بخش آب گریز جذب شده توسط سطوح آب گریز بستگی دارد]21[.
1-3-3 نرم کننده های کاتیونی
نرم کننده های کاتیونی در بازار به عنوان نرم کننده صنعتی و خانگی حرف اول را می زند . محصولات صنعتی نیز عمدتا کاتیونی هستند .
شکل 1-4 ساختار شیمیایی نرم کننده کاتیونی ]21[
شکل 1-4 ساختارهای نرم کننده کاتیونی معمول مثل کلرید آمونیوم دی متیل N,N –دی استئاریل N,N (DSDMAC) را نشان می دهد. نرم کننده های کاتیونی بهترین نرم کننده ها هستند و بطور منطقی در برابر شستشو مقاوم هستند. آنها را می توان با استفاده از رمق کشی برای تمامی الیاف از طریق یک حمام نسبت بالای مایع به محصول اعمال کرد و یک سطح آبگریز و خواص مرطوب کنندگی مجدد ضعیف دارند، زیرا گروه های آبگریز خارج از سطح الیاف جهت گیری شده اند. آنها معمولا با محصولات آنیونی سازگار نیستند]21[.
چندین دلیل برای اهمیت کاتیون ها وجود دارد :
1) این مواد کارآمدترین مواد نرم کننده می باشند که بیشترین درجه نرم کنندگی را با یک وزن خاص
می دهند و مقادیر 2/0 درصد سطح فعال روی پارچه می تواند یک نرم کنندگی کامل را درپی داشته باشد .
2) فن آوری تولید بخوبی شکل گرفته ، قیمت ها مناسب و اقتصادی تر بوده و رقابت به حداقل می رسد .
3) یکی دیگر از ویژگی ها داشتن ظاهر مناسب پارچه است .
4) آنها خواص نرم کنندگی و ضد الکتریسیته ساکن مناسب برای الیاف دارند .
5) بسیاری از متغیرها با تغییر ساختار مولکولی یا با استفاده از فرمولاسیون امکان پذیر هستند.
تعداد زیادی از مولکول های کاتیونی ایجاد شده اند که برخی از آنها خواص مفیدی را همانند نرم کننده ها مثل آبدوستی پارچه ایجاد می کنند که غالبا به کارایی نرم کننده منجر می شود. بنابراین ویژگی های ذکر شده فوق برای تمامی کاتیون ها اعمال نمی شود. خالص بودن کاتیون ها مشخصا یک ویژگی مهم است ]24[.
1-3-4 نرم کننده آمفوتریک:
فرمولاسیون های استفاده شده برای مواد آمفوتری معمولا برای محصولات خاص با کاربردهای مشخص می باشند که یک لطافت مطلوب را فراهم کرده و معمولا با سفیدی سازگار می باشند و یک خاصیت آب دوستی مناسب و خواص ضد الکتریسیته عالی را از خود نشان می دهند. علاوه بر این ، نرم کننده های آمفوتری برای پوست خیلی حساس هستند و غالبا قابل تجزیه زیستی می باشند. دامنه کاربردی اصلی آن بهداشتی و پوشاک می باشد]22[.
شکل 1-5 ساختار شیمیایی نرم کننده آمفوتریک ]21[
خواص معمول اثرات نرم کنندگی



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید