مقالات

تأثیر شرایط اعمال نانو TiO2 ،برخواص فیزیکی الیاف پلی استر رنگرزی شده

محسن حسینخانی .بهروزميرزا *.محسن سرگُردان آراني1
1- عضوهيات علمي دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرری
2- عضوهيات علمي دانشگاه آزاد اسلامی واحدتهران جنوب

چكيده :
با توجه به خواص ویژه مواد در ابعاد نانو، این امر ما را بر آن داشت تا اثر نانو Tio2 را با ساختار هیدروفوب که برای کاهش اثراشعه UV برروی پارچه هایی ازجنس پلی استر هنگام رنگرزی تحت شرایط دمایی مختلف و غلظت های متفاوت استفاده می گردد را بررسی نموده وتأثیر شرایط اعمال فرایند را برخواص استحکامی ،خمشی و ثبات نوری مورد ارزیابی قراردهیم که نتایج اختلاف معنی داری را بین نمونه ها از لحاظ استحکام نشان داده است .

واژه كليدي: استحکام – نانو TiO2 – خمش – ثبات نوری

1. مقدمه
پرتو هایUV محدوده کمی از پرتوهای خورشید را شامل می شود،ولی به دلیل انرژی بسیار بالای فوتون های موجود، این طول موج از عمق نفوذ بیشتری برخوردار می باشد که این امر باعث تخریب ارگانیسم های زنده به ویژه پوست و منسوجات می گردد[1].در مورد اثر تخریبی این پرتو ها روی پوست می توان به بروز مشکلاتی چون پیری زودرس پوست ،التهاب ها ،افزایش ریسک ابتلا به سرطان پوست و آسیب جدی به DNA اشاره نمود [2].همچنین از اثرات تخریبی UV بر منسوجات می توان به شکسته شدن پیوند های بین ماکرومولکولهای پلیمر الیاف و اثر برخواص فیزیکی منسوج،مانند کاهش استحکام،و تخریب ساختمان رنگزا و در نتیجه کاهش ثبات ها اشاره نمود[3].
تحقیقات نشان می دهد که روند تولید الیاف مصنوعی مورد مصرف در نساجی رو به افزایش بوده به نحوی که امروزه تولید الیاف پلی استر از تولید الیاف پنبه بیشتر می باشد،که این امر ناشی از تنوع کاربرد پلی استر است که ضرورت بهبود خواص این لیف را توجیه می نماید.[4].
با توجه به مصرف Tio2 هنگام ذوب ریسی، بعنوان ماده کنترل کننده درخشندگی یا مات کننده ،مشخص گردیده که این ماده علاوه بر این خاصیت توانایی جذب اشعه UV را نیز دارد به نحوی که مانع از رسیدن این اشعه به پوست و اثر تخریبی آن بر بدن شده و همچنین سبب افزایش مقاومت خواص فیزیکی لیف می گردد[5].تحقیقات نشان داده که این امر به دلیل کم بودن سطح برخورد مؤثر بین اشعهUV و ذرات Tio2 بوده،که کوچک کردن ابعاد ذرات آن می تواند مفید واقع گردد[6].محققان به این نتیجه رسیده اند که ابعاد نانوی این ذرات می تواند مؤثرتر از ابعاد معمول آن باشد که این امر به دلیل افزایش مساحت سطح در واحد جرم آن بوده ،و مشخص گردیده که در ابعاد کوچک ، میزان انعکاس با طول موج تابیده شده نیز مرتبط است [7].

1-2- شستشو يا آماده سازي
در این تحقیق از پارچه 100 % پلی استر و از نوع تاری پودی با نمره نخ Ne 30 با تراکم 25 پود در سانتیمتر استفاده شد .نمونه هاي مورد آزمايش را براي برطرف نمودن ناخالصي ها و همچنين مواد آهاري و روغن هاي ريسندگي به منظور آماده سازی g/l 1 دترجنت و g/l 3 کربنات سدیم با L/R ،1/40 در دمای °C 70 بمدت 20 دقیقه عمل نموده سپس نمونه ها را آبکشی و آبگیری می نماییم .

2 -2- رنگرزي واعمال نانو
جهت آزمایش به منظور اعمال نانو Tio2 ،از پودر این ترکیب با میانگین اندازه ذرات کمتر از 50 نانومتر و سطح مخصوص کمتر از 35 متر مربع بر گرم ، با خاصیت سطحی آبگریزی، استفاده شده است و جهت رنگرزی از رنگ Disperse Blue 56 استفاده گردید .شرایط آزمایش طبق دستورالعمل بیان شده در جدول 1 و شکل 1 می باشد .

نانو Tio2
رنگ دیسپرس
دیسپرس کننده
اسید استیک
L/R
درجه حرارت
زمان(دقیقه)
کد آزمون

0.1%
1%
1%
1.5%
1/20
100

45
A

1%
1%
1%
1.5%
1/20
100

45
B

0.1%
1%
1%
1.5%
1/20
130
45
C

1%
1%
1%
1.5%
1/20
130
45
D

تخلیه و آبکشی کالا رنگ و مواد کمکی ونانو
شکل 1-گراف رنگرزی واعمال نانو
4-2- آزمایشات استحکام
به منظور اندازه گیری استحکام از هر کد نمونه پارچه ، پنج نمونه در نظر گرفته شد ونمونه ها در جهت تار با دستگاه اینسترون مورد آزمایش و اندازه گیری قرار گرفتند که میانگین نتایج پنج عدد به دست آمده در جدول 2 و شکل 2 آورده شده است .

جدول 6- میانگین نتایج آزمایش استحکام (Kg/f) نمونه های مورد آزمون

کد نمونه ها	Strain (Cm)	Stress (Kg/f)
A	39.56	38.24
B	35.64	38.8
C	37.94	42.8
D	36.2	41.6

شکل2-نمودار تغییرات استحکام (برحسب کیلو گرم نیرو ) و ازدیاد طول تا پارگی
همچنین برای بررسی بیشتر تأثیر روش اعمال نانو ، تست طول خمش نیز با دستگاه ساخت شرکت شرلی نیز بر روی نمونه ها انجام گرفت که برای هر کد ده تست طبق متد استاندارد در جهت تار و ده تست در جهت پود انجام شد و میانگین اعداد به دست آمده، برای محاسبه سختی انعطاف استفاده گردید که نتایج آن در جدول 3 آورده شده است.

سختی انعطاف
(N.mμ)

طول خمش
(mm )

کد
نمونه

پود

تار

پود

تار

7.10
6.95
4.27
6.11

6.20
6.33
5.21
6.48

17.95
17.83
15.16
17.08

17.16
17.29
16.20
17.42

با توجه به جدول 3 مشخص می گرددکه افزایش درجه حرارت و میزان غلظت نانو در آویزش تاثیر گذار بوده به نحوی که افزایش درجه حرارت در غلظت های پائین نانو مانند نمونه C سبب کاهش طول خمش و یا افزایش آویزش گردیده و در غلظت های بالا اثر مانند نمونه D طول خمش افزایش داشته یا آویزش کاهش می یابد .
همچنین تست ثبات نوری نیز بر روی نمونه ها انجام گرفت .روش آزمون طبق متد معرفی شده ISO و نتایج با مقیاس خاکستری ارزیابی شد که نتایج آن در جدول 4 آورده شده است .که برای مقایسه بهتر می توان از اطلاعات موجود در کالرایندکس استفاده نموده که طبق این اطلاعات ثبات نوری این رنگ با مقیاس خاکستری برابر 5-4 بوده که می تواند برای مقایسه استفاده گردد.

جدول 4- نتایج ثبات نوری نمونه ها با مقیاس خاکستری

شماره مقیاس خاکستری	کد نمونه
5-4	A
4	B
4	C
5-4	D

برای مقایسه دقیقتر داده های نتایج استحکام،از آزمون های آماری استفاده می کنیم[8]. برای این منظور ابتدا از نرم افزار آماری 16 SPSS استفاده نموده و داده های نمونه ها را به صورت مجزا وارد این برنامه می نماییم. روش آماری مناسب برای تحلیل این داده ها،آزمون ANOVA بوده که نتایج آن در جدول 5 آورده شده است که با توجه به مقدارSig. (ضریب معنی داری) ،تفاوت معنی داری بین میانگین های استحکام روشهای اعمال نانو بر روی نمونه ها ی مورد آزمایش وجود دارد. برای تحلیل تمامی داده ها به صورت همزمان و مشخص نمودن اختلاف بین میانگین داده های مورد آزمون از روش تحلیل دانکن (Duncan) استفاده گردید که نتایج آن در جدول 6 آورده شده است. بر طبق این جدول تفاوت معنی داری بین نمونه هایی که در دمای 130درجه سانتیگراد با غلظت های مختلف انجام گرفته، وجود داشته که هر دو در این روش در یک دسته قرارگرفته اند و نشان دهنده این است که افزایش درجه حرارت باعث افزایش استحکام خواهد شد به نحوی که تفاوت معنی داری را ایجاد خواهد نمود. این به این معنی است که اثر دما مؤثرتر از میزان مقدار ماده نانو می باشد.

جدول5-تحلیل میانگین استحکام نمونه های مورد آزمایش(ANOVA )


	Sum of Squares	df	Mean Square	F	Sig.
Between Groups	72.096	3	24.032	4.803	0.014
Within Groups	80.052	16	5.003
Total	152.148	19

جدول 6- مقایسه میانگین استحکام نمونه نخها با استفاده از روش دانکن (Duncan )


method	N	Subset for alpha = 0.05
method	N	1	2	3
A	5	3.82400E1
B	5	3.88000E1	3.88000E1
D	5		4.16000E1	4.16000E1
C	5			4.28000E1
Sig.		0.697	0.065	50.409

3.نتایج
از شکل2 و نتایج جداول 5و6 چنین برداشت می شود که در هنگام اعمال ترکیبات نانو هرچه دمای فرآیند افزایش یابد استحکام نسبت به دماهای پایین افزایش معنی داری پیدا خواهد نمود و افزایش مقدارترکیب تأثیرچندانی دراستحکام نخواهد داشت بنابراین میتوان گفت که یکی از راه های بهبود فرآیند اعمال نانو TiO2 افزایش دمای می باشد.
اما اگر لطافت و آویزش مد نظر باشد بهترین راه با توجه به نتایج جدول 3 در مقادیر کم، افزایش دما بوده و در غلظت های بالا کاهش دما می باشد که این نشان دهنده این است که ساختار مرفولوژیکی لیف تابع درجه حرارت و غلظت قرار می گیرد. ولی از لحاظ ثبات تغییرات فاحشی با توجه به جدول 4 اتفاق نخواهد افتاد .

1- Hilfiker, R; Kaufmann, W; reinsert, G; Schmidet, E;” textile research journal "; 1996; 61-70
2- Schindler,W.D ; Hauser, P.J; "Chemical finishing of textile" ; The textile Institute; 2004;157-159.

3- Tsatsaroni,E.G ; Eleftheridia,I.C ; " Dyes and pigments " 2004; 2004 ; 141-147

4-Vertommen, M.A.M.E; Nierstrasz, v.a; Van der veer, M; Warmoeskerken,M.M.C.G " journal of biotechnology " 2005 ; 370-386

5--Hilfiker, R ; Kaufmann, W; reinsert, G ; Schmidet,E ; " textile chemist and colorist " 1997;36-45

6-Astruc, D; "Nanoparticles and catalysis" willey-vch; 2007; 462-465

7-Wong ,Y ; Yuen , C ; leury , M ; ku ; s; Lam ,H ;" Autex research journal " vol.6 ; NO.1; 2006

8-فتوحی اردکانی .ا، "کتاب آموزشی SPSS 16 "، انتشارات آصال- شایگان،تهران، 1382.

Email:behrooz.mirza@yahoo.com,telefax:021-33580330