فناوری نانو به عنوان یکی از فناوری­های کلیدی قرن بیست و یکم، توجه جدی کشورها و شرکت­های بزرگ دنیا را به خود جلب نموده است. در بهره­ گیری از فناوری­های متداول، می­توان اثرات ویژه آن در بهبود خواص را درک نمود. ایجاد پوشش­های نانوساختار بر روی منسوجات به منظور ایجاد خواص جدید در آنها، استفاده از نانوذرات در ساختار منسوجات و الیاف با قابلیت ایجاد خواص همچون ضدباکتری، ضد بو، دیرسوزی، ضد آب و لکه گریز از جمله این موارد است. استفاده از فناوری نانو در صنایع نساجی می تواند باعث افزایش کارآیی منسوجات، ایجاد خواص جدید در آنها، کاهش هزینه­ های تولید با تغییر فرآیندها و توسعه کاربردهای منسوجات در حوزه­ های دیگر از جمله منسوجات پزشکی و ژئوتکستایل­ها شود. لذا در این نوشتار، علاوه بر اهمیت و مزایای استفاده از فناوری نانو در صنعت نساجی، بر کاربردهای این فناوری اشاره ­ای شده است تا صنعتگران و مدیران شرکت­ها با استفاده بهینه از این دانش و فناوری بتوانند موجب افزایش بهره­ وری شرکت خود و بهبود کارآیی منسوجات تولیدی شرکت خود شوند.

آینده صنعت نساجی منسوجات همیشه نقش حیاتی در زندگی انسان بازی کرده و هیچ دلیلی برای این باور که اهمیت آن در قرن بیست و یک کاهش می­یابد وجود ندارد. در مقابل، در حالی که هیچ جایگزین جدی برای منسوجات متعارف زمینه ­های پوشاک و دکوراسیون داخلی وجود ندارد، پیش بینی می­شود منسوجات و مواد مرکب مبتنی بر منسوجات، جایگزین بسیاری از مواد فلزی و پلاستیکی مورد استفاده در صنعت خودرو، کشتی­سازی،  ساختمان و یا هوانوردی، در صنعت ماشین آلات و ابزار ماشین آلات، الکترونیک، برق و دستگاه های پزشکی، ساخت و ساز یا کشاورزی و به میزان کمتر مواد چوبی یا چرمی مبلمان، کالاهای ورزشی و دیگر زمینه ­های کاربرد ی کوچک­تر شود. در مقیاس جهانی، صنعت تولید الیاف، منسوجات و محصولات مبتنی بر منسوجات در حال تکامل و رشد است. بخش قابل توجهی از این رشد در مناطقی از جهان که تجربه سریع ترین نرخ رشد در مصرف منسوجات مرسوم دارند همچون آسیای جنوبی و شرقی و آمریکا لاتین صورت خواهد گرفت. بنابراین چشم انداز آینده صنعت نساجی و پوشاک تنها می­تواند حول مفهوم پویایی، نوآوری، حرکت مبتنی بر دانش و شبکه­ های مشتری ­مدار تجارت شکل بگیرد.

چرا منسوجات به سمت نانو می‌روند؟

الف) مزایای فنی و مهندسی

• بهبود کارایی منسوجات
• ارتقاء کیفیت محصولات
• امکان ایجاد نوآوري در توسعه محصولات جديد
• حوزه کاربردی گسترده
• قابلیت انجام عملیات روی تمام انواع منسوجات
• بهبود یا نوآوری در فرآیندهای تولید

   ب) مزایای اقتصادی و تولیدی

• ایجاد ارزش افزوده
• تولید ثروت
• افزایش قدرت رقابت پذیری در بازارهای داخلی و خارجی
• ارائه راه­کارهایی برای تولید محصولات دوستدار محیط زیست
• بهبود فرآیندهای تولید و کاهش هزینه­ های آن از طریق تغییر در فرآیندها

 

فناوری نانو چه فرصت­های جدیدی برای صنعت نساجی ایجاد می­کند؟

طبق تخمین ارائه شده توسط موسسه  Cientifica ارزش بازار محصولات نساجی که از  فناوری نانو استفاده می‌کنند در سال 2007 در حدود 6/13 میلیارد دلار و درسال 2012 با رشد تقریباً نه برابری به عدد 115 میلیارد دلار رسیده است. بایک نگاه اجمالی به متوسط نرخ رشد در سال‌های 2006 تا 2012 مشخص می‌شود که فناوری نانو دارای تأثیرات متفاوت در بخش‌های مختلف صنعت نساجی است. بیشترین تأثیر برای منسوجات ورزشی/منسوجات بیرون از خانه پیش‌‌بینی می‌شود  (92/247 درصد در سال)، که پس از آن منسوجات فنی غیرمتعارف (12/133 درصد درسال)، منسوجات پزشکی (59/101 درصد درسال)، منسوجات نظامی (17/65 درصد درسال)، منسوجات خانگی  (04/56 درصد درسال) و منسوجات مورد استفاده در پوشاک (21/14 درصد درسال) قراردارند.

فناوری نانو می­ تواند از دوجنبه فرصت­ جدیدی برای صنعت نساجی ایجاد کند:

• تحول با توسعه مبتنی بر فناوری نانو. به عنوان نمونه بازار جذاب منسوجات فنی و پزشکی را می­توان مثال زد.
• رقابت با ترکیه وشرق آسیا. مثال این بخش تولید پوشاک به عنوان محصولی با شصت درصد سهم در بازارمنسوجات است.

 

حوزه های کاربردی نانوفناوری در صنعت نساجی

گستره قابل توجهی از کاربردهای مختلف ایجاد شده با نانوفناوری زمینه ­های جذابی را در حوزه نساجی ایجاد کرده است.

الیاف کامپوزیتی نانوساختار

الیاف کامپوزیتی نانوساختار از الیافی هستند که در ساختار آنها از مواد نانوساختار استفاده شده است. مزیت اساسی الیاف نانوکامپوزیتی تولید شده توسط روش ذوب ریسی این است که تنها با اعمال تغییرات اندک می­توان یک خط تولید الیاف پلیمری معمولی را به خط تولید  الیاف کامپوزیتی نانوساختار تبدیل کرد.

نخ با ساختار نانوکامپوزیتی شرکت جونز آمریکا

نانو کامپوزیت

نانوكامپوزيت به گروهی از كامپوزيت­ها گفته مي­شود كه حداقل يكي از اجزاي آنها نانومقياس باشد .نانو کامپوزیت­هاي حاصل از پليمرها و نانوذرات فلزي، اكسيد ها و ساير مواد خصوصیات متنوع و بهبود یافته ­ای دارند. به عنوان مثال خواص تأخیر در شعله پذیری كامپوزيت­هاي شامل نانو ذره سيليكات مي­تواند به خوبي مصارفي در سرويس خواب،‌ پرده ­ها و غيره پيدا كند.

 

نانو الیاف

هنگامي که قطرالياف پليمري از ميکرون به چندصد نانومتر کاهش يابد، مي توانند خواص ویژه­ای نظيرنسبت سطح به حجم بسياربالا در مقايسه با مواد شناخته شده بدست آورد. اين خواص برجسته، نانوالياف پليمري را گزینه­ ی مناسبي جهت بسياري از کاربردهاي مهم از جمله فیلتراسیون، منسوجات پزشکی و …. مي نمايد. روش مرسوم در تولید نانوالیاف فرایند الکتروریسی است.

 

نانو تکمیل­ها

نانوپوشش­ها شامل پوشاندن سطح با نانومواد یا لایه های نانومتری است. برای بکاربردن نانو پوشش­ها در نساجی که با سطوح ناهموار در رابطه است از روش­هایی مثل پلاسما، سل ژل، لایه به لایه و … استفاده می­شود. نانوپوشش­ها در منسوجات شامل پوشش­های ضد چروك، ضد آب، ضد روغن، ضد شعله، ضد باكتري،  ضد بو و عرق، ضد حشره، دفع آب، ضد اشعه ماوراء بنفش، ضد الکتریسیته ساکن، ضد اشعه یووی، قابلیت تنفس و آب دوستی و … هستند.

نانو رنگرزی

کالا رنگرزی برای برخی از الیاف مصنوعی مانند پلی­پروپیلن  به خاطر ساختار کریستالی و نبود گروه­های عاملی و غیر قطبی بودن آن سخت است. قابلیت­های الیاف با وارد کردن نانو پرکننده­ها می­تواند تغییر کند و رفتار رنگ­پذیری بهبود یابد. مثلا نخ­های نایلونی شامل نانو کلی با رنگزای دیسپرس سریعتر رنگرزی می­شوند.

افزایش قابلیت رنگپذیری پارچه­ها به روش پوشش­دهی مواد جاذب بر روی پارچه­ها نیز صورت می­گیرد. به عنوان مثال ایجاد لایه نانومتری کیتوسان بر روی ابریشم باعث افزایش سطح ابریشم به میزان چشم­گیری میشود که قابلیت رنگپذیری آن را به میزان 100 تا 200 برابر افزایش میدهد. مزیت اقتصادی این روش کاهش مصرف مواد رنگی است.

در برخی موارد با استفاده از اصلاحات سطحی نانویی می­توان بهبود در رنگرزی ایجاد کرد. مثلا فناوری پلاسما با اصلاحات سطحی فیزیکی و شیمیایی در حد نانو می­تواند بدون تغییر خواص توده (بالک) سبب افزایش آبدوستی و تغییر گروه­های شیمیایی سطح شده و بهبود و یا تغییر در رنگپذیری و ثبات رنگی را حاصل کند.

 

کارکردهای ویژه نانوفناوری در نساجی

منسوجات چندمنظوره

فناوری نانو به منسوجات امکان ترکیب خواص مختلف را می‌دهد بدین ترتیب آنها می‌توانند به سمت چند منظوره شدن حرکت کنند. هرچه کارکردهای مفید ترکیب افزایش یابد ارزش افزوده کالا بالاتر خواهد رفت. برای مثال از فناوری پلاسما می‌توان برای تغییر لایه‌‌های نانومتری بالایی منسوجات استفاده کرد که می­تواند بصورت همزمان باعث ایجاد خواص ضد باکتری، ضدقارچ و دفع آب در آنها ‌شود.

(سمت راست) استفاده از پارچه‏ های پوشش داده شده با پیزوالکتریک جهت برداشت انرژی از جریان باد (سمت چپ) الیاف پیزوالکتریک

 

منسوجات با کارآیی بالا

در حال حاضر مصرف‌‌کنندگان متقاضی لباس‌هایی هستند که در ضمن زیبا بودن، خوشبو، راحت و پاکیزه بوده و نگهداری از آن نیز آسان باشد.همچنین برخی منسوجات دارای خصوصیات وِیژه در این دسته قرار می­گیرند. پارچه‌‌ها و پوشاک مبتنی بر فناوری‌های برتر که به ‌‌منظور تولید لباس‌های با کارآیی بالا طراحی شده­اند، توانسته‌‌اند چارچوب‌ مدهای روزمره را از بین ببرند.

جوراب مجهز به نانوالیاف PVDF، جهت برداشت انرژی از راه رفتن، محصول شرکت Teijin ژاپن

 

 

3- محصولات تجاری شده

مثال اول؛ کاربردهای فناوری نانو در پوشاک

قیمت پوشاک توانمندشده با نانو نسبت به محصولات معمولی در بازار تنها بیش از ده درصد بالاتر است. این امر موجب پذیرش وسیع این فناوری میان تولیدکنندگان مواد می‌شود .شرکت Schoeller با استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتاننیم پوشش­های خودتمیزشونده را برای ممانعت در برابر آب، لک، روغن، بو، میکروب و چرک ارائه داده است.

 

 

نمونه ­ای از پوشاک تولید شده با تکنولوژی نانو-  پوشاک ضد آب

مثال دوم؛ کاربرد فناوری نانو در منسوجات خانگی

صنعت نساجی یکی از بزرگترین بازارهای صنعتی را دارا است و منسوجات خانگی و آنچه که در اثاثیه منزل یا در بخش رویه‌‌کوبی مبلمان کاربرد دارد را شامل می‌شود. گرایش به تولید پارچه‌هایی راحت با نگهداری آسان (حداقل نیاز به تمیز کردن و. . . ) نشانه مثبتی از فرصت خوبی است که محصولات تولید شده با فناوری نانو (با توجه به ویژگی‌های اضافی که دارند) از آن برخوردار هستند. موسسه Suzutora با پوشش‌‌‌های نانو فلزی، پرده‌‌‌های مقاوم در برابر اشعه UV و شرکت MIPAN Nano Magic Silver با پوشش‌‌‌های نانو نقره، فرش‌‌‌های ضد میکروب عرضه کرده­ اند.

 

پرده پوشش داده شده با نانوفلز-محصول شرکت Suzutora

 

مثال سوم؛ کاربردنانو فناوری در صنایع نظامی

هزینه‌های تولید در صورت استفاده از فناوری نانو می‌تواند باعث افزایش 10 تا 50 برابری در هزینه‌ها برای بخش منسوجات الیاف نظامی شود، اما به‌‌نظر می‌رسد که قیمت‌ محصولات در بازار 3 الی 4 برابر افزایش می‌یابد. در نتیجه سودناشی ازاستفاده از فناوری نانو، به‌‌طور قابل ملاحظه‌ای بالاتر از هزینه‌های اضافی برای بخش منسوجات نظامی است و منجر به تقابل گسترده‌ای میان کیفیت و کمیت تولید‌کننده‌های مواد خواهد شد. دانشگاه MIT با استفاده از نانولوله­های کربنی،نوعی  لباس­های محافظ با ضریب محافظتی بالا تولید کرده که ضد گلوله، عبور دهنده هوا، ضد سم و آنتی باکتریال هستند.

 

نانوسنسورهای لیفی موجود در پوشاک برای گزارش زخمی شدن سرباز

 

 مثال چهارم؛ کاربرد فناوری نانو در منسوجات پزشکی

هرچند که ظرفیت بازار پارچه‌های دارای خواص بهداشتی و ضد باکتریایی بسیار بالاست اما هزینه تولید اینگونه پارچه‌ها چندان بالا نبوده ، زیرا تنها به پرداخت پارچه‌های معمولی با روکش‌های ضدباکتری نیاز است. بانداژهای زخم مجهز به نانوذرات نقره برای بیماران سوختگی، محصول شرکت Nucryst Pharmaceuticals Acticoat ، بانداژهای ضدباکتری تولید شده با استفاده از نانوکامپوزیت ضدباکتری در شرکت داروسازی عماد و نخ‌‌‌های جراحی تولید شده با نانوالیاف جهت درمان جراحات محصول شرکت Alltracel Pharmaceuticals از جمله این منسوجات است.

 

مثال پنجم؛ کاربرد فناوری نانو در پوشاک ورزشی و لباس‌های بیرون از منزل

مصرف‌‌کنندگان منسوجات ورزشی با توجه به عملکرد و قابلیت‌های بهتر این محصولات حاضرند قیمت بیشتری را بپردازند بطوریکه فواید محسوس و نامحسوس این محصولات بسیار بیشتر از آن است که تحت تأثیر افزایش هزینه‌ها در صنعت منسوجات ورزشی قرارگیرند. پارچه مخصوص لباس غواصی که توسط شرکت Suzutora ساخته‌شده با روکشی از نانوذرات فلزی می­تواند ضمن حفظ گرمای بدن، غواصی راحت و لذت بخشی را به ارمغان می‌آورد.

 

راهبردهای مدیریتی

همانطور که اشاره شد، کاهش هزینه­ ها و افزایش بهره­وری از اهداف راهبردی شرکت­های فعال در صنعت نساجی است به طوری که امروزه تمرکز بسیاری از شرکت ها بر استفاده فناوری­های نوین در بهبود فرآیندهای تولید، ایجاد خاصیت­های جدید در منسوجات، تولید منسوجات با کاربردهای نو و کاهش هزینه ­های تولید از طریق استفاده از فرآیندهای نوین است. در حال حاضر در ایران شرکت­هایی درحوزه تولیدمستربچ­های نانویی در حال فعالیت هستند که آمادگی ارائه محصول و همچنین راه حل برای سایر تولید کنندگان صنعت نساجی به ویژه بخش ریسندگی هستند.

به دلیل جدید بودن این فناوری در کشور، چالش­های مختلفی بر سر راه استفاده از این فناوری در صنایع نساجی وجود دارد. رفع این چالش­ها به راهکارها و روش­های عملیاتی برنامه ریزی شده نیازمند است که در ادامه ارائه شده است.

1- آشناسازی صنایع با موضوع فناوری نانو

همانطور که اشاره شد، صنعت نساجی یکی از حوزه ­های پرکاربرد فناوری نانو و به خصوص نانوکامپوزیت­ها و نانو مواد خواهد بود. لذا آشنا کردن مهندسان، تکنسین­ها و مدیران از مزایا و اهمیت این فناوری و نیز تعامل با متخصصان و فعالان این حوزه می­تواند راهکار مناسبی برای کاهش هزینه ها و بهبود کارآیی، تولید محصولات جدید و بهبود فرآیندهای تولید ارئه نماید.

2- نیاز به مواد اولیه نانویی

به دلیل اینکه اغلب الیاف پلیمری مصنوعی و پوشش­های نانویی منسوجات نیازمند استفاده از نانومواد و مستربچ­های نانویی هستند، از این رو شرکت­های سازنده اینگونه محصولات نیازمند استفاده از نانومواد، مستربچ­های نانویی و دانش تولید الیاف نانوکامپوزیتی هستند. بنابراین تقویت و یا ایجاد شرکت­های تولید کننده نانومواد و مستربچ از جمله فعالیت­هایی است که باید تمرکز بیشتری بر روی آنها صورت گیرد. همچنین راه اندازی خطوط تولید مستربچ­های نانویی و خطوط تکمیل با فناوری ایجاد پوشش­های نانویی بر روی منسوجات از دیگر اولویت­های توسعه فناوری نانو در صنعت نساجی خواهد بود.

3- نیاز به مهندسی و طراحی فرآیندهای بر اساس تقاضای مشتری

همانطور که در این گزارش اشاره شد، ساخت و تولید تجهیزات، مواد اولیه، مواد واسط، روش­های تولید و توسعه دانش فنی استفاده از آنها در تولید منسوجات نانویی سبب بهبود کارآیی منسوجات رایج و در برخی موارد ایجاد خواص و ویژگی­های جدید در آنها و یا ایجاد منسوجی جدید و یا کارآیی تازه می­گردد. تنوع این ویژگی­ها و خواص به پارامترهای مختلفی بستگی دارد. لذا تقویت تیم مهندسی کارآزموده در واحدهای تحقیق و توسعه شرکت­ها می­تواند به این مهم کمک نماید.

4- توسعه فناوری­های زیرساختی

یکی از راهکار­های بهبود وضعیت صنایع و به روزسازی محصولات و فناوری­های مورد استفاده در صنایع، استفاده از فناوری­هایی است که پایه و زیربنای تعداد زیاد و متنوعی از محصولات هستند. این فناوری­ها که در اصلاح مدیریت فناوری به آنها فناوری­های زیرساختی (Technology Platform) گفته می­شود، از جمله راهکاری­های اصلی و مهم توسعه پیوسته صنعتی است. همانطور که این فناوری­ها گستره و کاربرد زیادی دارند، به همان میزان نیز سرمایه گذاری، تجهیزات و منابع انسانی نیاز دارد که این مهم تنها از طریق تشکیل گروه­های کاری مشترک و انجام یک فعالیت تیمی کامل و منظم امکان پذیر است.

لذا برنامه­ای که ستاد نانو در دست اجرا دارد می­تواند سه عضو اصلی این تیم مشترک که عبارتند از صنایع، مراکز پژوهشی و دولت را در کنار یکدیگر قرار داده تا بتوانند با رصد فناوری­ها، فناوری­های زیرساختی را شناسایی کرده و اقدام به توسعه و بکارگیری اینگونه فناوری­ها در صنایع کشور نمایند.

 

---

برای دسترسی به سایر گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.