تولید نانوالیاف‌ ضد باکتری و حریق در کشور

پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب موفق به تولید منسوجات جاذب امواج الکترومغناطیس با خواص ضد باکتری، ضدحریق و مقاومت حرارتی بالا شدند.

به گزارش خبرنگار فناوری ایسنا، از ویژگی‌های اصلی این منسوج می‌توان به کاربرد آن در گستره وسیعی ‏از صنایع همچون نساجی، پزشکی و نظامی اشاره کرد‎.‎

نانولوله‌های کربنی دارای طول مستقیم و بار سطحی منفی هستند و به سبب فرم هندسی، نیروی واندروالسی و ‏هیدروفوبی بالا به شدت دچار تجمع می‌شوند. این امر بر روی خصوصیات و عملکرد نانولوله‌ها به شدت تاثیرگذار است. به ‏همین علت استفاده از نانولوله همراه با پلیمرها با مشکلاتی همراه است. از این رو پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی با قرار ‏دادن نانولوله‌های کربنی بر یک بستر مناسب و پس از پایدارسازی و تثبیت موفق به حل این مشکل شدند‎.‎

فربد علی محمدی با همکاری علی شمعی ، دو فارغ التحصیل کارشناسی ارشد رشته شیمی نساجی، با ‏همکاری دکتر مازیار پروین زاده گشتی از دانشگاه برن سوییس (‏University of Bern‏)، با استفاده از یک روش ‏کاملا نوین موفق به تهیه الیاف سلولزی پوشش داده شده با نانولوله شدند‎.‎

علی محمدی گفت: «ابتدا در این طرح مشاهده شد که ‏خصوصیات محیطی نانولوله‌های کربنی نیاز به تماس با محیط اطراف دارد و باید از حالت توده خارج شود، از این رو الیاف ‏به سبب نسبت سطح به حجم بالا گزینه بسیار مناسبی است، از سوی دیگر مشاهده شد که عموما در صنعت نساجی با ‏استفاده از یک نانو ماده، یک عملکرد خاصی حاصل می‌شود، به عنوان مثال پوشش دهی به‌وسیله‌ی نانوذرات نقره تنها ‏سبب ایجاد خصوصیت ضد باکتری می‌شود، در صورتی که با استفاده از نانولوله‌های کربنی چندین عملکرد ویژه در یک ‏محصول حاصل شده و به همین جهت سعی در یافتن راهی مناسب برای پوشش دهی منسوج صورت گرفت.

به گفته وی، در ‏بررسی‌های به عمل آمده مشاهده شد ساختار نانولوله‌های کربنی شباهت بسیاری به ساختار رنگزاهای مستقیم در صنعت ‏نساجی دارد و نهایتا روش مشابه، روش رمق کشی، برای جذب و پوشش دهی نانولوله‌های کربنی به کار گرفته شد.»‏

وی در ادامه به مراحل تولید این محصول جدید پرداخت و افزود: در طی مراحل تجربی، سورفکتانت کاتیونی ‏از میان سایر سورفکتانت‌ها و پلیمرهای دیسپرس کننده، به سبب توانایی پایدار کردن مناسب نانولوله‌ها و همچنین ‏ویژگی‌های مناسب برای بکارگیری در این فرآیند انتخاب شد، سپس کالای سلولزی به حمامی با نسبت جرم به حجم ‏مشخصی اضافه شده و به تدریج به دمای جوش برده می‌شود، در دمای جوش به تدریج یک الکترولیت به حمام اضافه ‏می‌شود، سلولز و نانولوله‌های کربنی دارای بار سطحی منفی‌هستند، الکترولیت بار منفی سلولز را خنثی کرده و نانولوله‌ها به ‏تدریج جذب می‌شود، دمای جوش و محیط آبی نیز سبب تورم الیاف و باز شدن منافذ سلولز شده و از این رو این فرآیند ‏را تسهیل می‌کند و سبب نفوذ نانولوله‌ها به منافذ پلیمر می‌شود.

این محقق خاطرنشان کرد: در نهایت کالای تهیه شده وارد حمام حاوی کربوکسیلک ‏اسید می‌شود، سپس در خلاء خشک شده و برای تشکیل پیوندهای عرضی میان زنجیره سلولزی پخته می‌شود و در انتها، ‏نانولوله‌های کربنی در میان زنجیره سلولزی محصور می‌شود.‏

به گفته محمدی یکی از نتایج این طرح تهیه منسوج آنتی باکتریال است. نانولوله‌ها برای توقف عملکرد باکتری‌ها نیاز به ‏تماس مستقیم با دیواره سلولی باکتری دارد. نتایج نشان می‌دهد که این محصول نزدیک به سد در صد،‌ باکتری‌های گرم مثبت و گرم ‏منفی را از بین برده است.

وی با اشاره به نتایج دیگر این طرح گفت: جذب امواج الکترومغناطیس از دیگر مزایای این نانوالیاف است، این منسوج جاذب گستره وسیعی از امواج مادون قرمز و فرا بنفش بوده و ‏همچنین امواج الکترو مغناطیسی را در گستره‎ J-Band ‎ و‎ X-Band ‎به خوبی جذب می‌کند، از سوی دیگر این ‏منسوج رسانا است که در صنعت نساجی به منسوجات هوشمند موسوم هستند، در روش‌های گذشته از پلیمرهای رسانا در ‏فرآیند پوشش‌دهی ویا الیاف فلزی برای تهیه منسوج رسانا بهره گرفته شد که سبب مشکلات عدیده‌ای شده ‏است، از این رو می‌تواند در صنایع الکترونیک نیز به کار گرفته شود.»‎

بر اساس نتایج منتشر شده در مقالات این پژوهشگران می‌توان این نتیجه را نیز به نتایج فوق اضافه کرد که منسوج ‏تهیه شده دارای مقاومت حرارتی و ضد آتش قابل قبولی است درصد‎ LOI ‎سلولز را از 4.17 به 8.23 افزایش داده ‏است و ای درحالیست که سلولز به شدت شعله‌پذیر بوده و در دماهای بالا از مقاومت حرارتی بسیار پایینی برخوردار است‎.‎

به گزارش ایسنا طرح تهیه این محصول در داخل کشور ثبت شده و دارای تاییدیه سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران ‏است. همچنین ثبت بین‌المللی خارج کشور این طرح با حمایت ستاد نانو در‎ US-patent ‎در حال انجام است‎.‎

نتایج این تحقیقات منجر به انتشار دو مقاله در مجله‌های Progress in Organic Coatings‏ (جلد 74، شماره 3، جولای 2012) و Technology and Research ‎ شده است.

این طرح همچنین در‏US-patent ‎ به ثبت رسیده است.