پلاسمای سرد به عنوان روشی منحصر به فرد و سبز میتواند بدون تأثیر بر خواص کلی ماده باعث تغییر در ویژگیهای سطح آن شود و کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف داشته باشد. پلاسما، که از آن به عنوان حالت چهارم ماده یاد میشود، گاز یونیزه شده متشکل از تعداد تقریباً برابر از یونهای مثبت و الکترون با بار منفی است. این محیط شامل الکترونهای آزاد، یونها، رادیکال، اشعه UV و ذرات برانگیخته متفاوتی است. با توجه به دمای الکترون، یون و ذرات خنثی، پلاسما میتواند “حرارتی” و یا “غیر حرارتی” باشد و برای کاربردهایی چون اصلاح سطح و پردازش منسوجات استفاده شود.
چالشهای فرا روی صنعت نساجی
در صنعت نساجی فرایندهای متعددی شامل آهارگیری، فرایندهای تکمیلی چون آبدوست کردن، ضد آب کردن، آنتیباکتریال کردن، ضد آتش کردن و … بر سطح منسوجات انجام میگیرد. در حال حاضر در روشهای مرسوم طی این فرایندها حجم زیادی از مواد شیمیایی آلاینده، آب و انرژی استفاده میشود که علاوه بر آنکه بار مالی بالایی را بر واحدهای صنعتی تحمیل میکند و به بحران انرژی و محیطزیست نیز دامن میزند. استفاده از مواد شیمیایی و مصرف آب، تولید فاضلاب آلایندهای را به دنبال خواهد داشت که به لحاظ اثرات زیستمحیطی و سلامت انسان از حساسیت ویژهای برخوردار است. همچنین فرایند خشک کردن و مصرف انرژی پس از انجام فرایندهای نساجی از عوارض روشهای مرسوم مبتنی بر آب محسوب میشوند. در کنار تمام این مسائل، بهبود خواص سطحی منسوجات با استفاده از مواد شیمیایی علاوه بر سطح آنها، عمق ماده و خواص مکانیکی ماده مانند استحکام آن را نیز تحت تأثیر قرار میدهد.
در این راستا صنعت نساجی به دنبال یافتن روشهایی برای حداقل رساندن استفاده از مواد شیمیایی، آب و انرژی میباشد. چنانچه روشی بدون نیاز به آب راه حلی برای عملیات تکمیل منسوجات انجام دهد، مصرف انرژی و قیمت نهایی به قطع کاهش خواهد یافت. در سالهای اخیر فنآوری پلاسما به عنوان یک فناوری سبز معرفی شده است که میتواند جایگزینی مناسب برای برخی از روشهای مرسوم مبتنی بر آب در نساجی باشد. پلاسما روشی جامع است که به علت تنوع زیاد گروههای عاملی شیمیایی فعالی که دارد، میتواند در پردازش سطح پارچه بسیار مؤثر باشد. این روش روشی پاک و کارآمد از لحاظ انرژی محسوب میشود و بر عکس تکنیکهای مبتنی بر مواد شیمیایی میتواند بدون تغییر در خواص کلی منسوج سبب ارائه خواص جدیدی در سطح آن (حدود چند نانومتر) گردد. در یک جمعبندی مزایای استفاده از پلاسمای سرد به عنوان روشی نوین در صنعت نساجی را به صورت زیر میتوان برشمرد.
- فرآیندی خشک و بدون استفاده از مواد شیمیایی آلاینده
- پردازش منسوجات بدون تخریب حرارتی
- پردازش منسوجات بدون تغییر در ساختارهای اصلی آن
- کاهش مصرف آب و انرژی
- کاهش هزینههای جاری
- کاهش BOD / COD پساب و آثار زیستمحیطی ناشی از آن
- کوتاه شدن زمان پردازش
- امکان انجام فرایند به صورت مداوم در سرعتهای صنعتی
- امکان پردازش منسوجات در فشار محیط (اتمسفری) در خط تولید
- سادگی فرآیند
کاربردهای صنعتی پلاسمای سرد در صنایع نساجی
در طول دهه گذشته فعالیتهای بسیاری برای پردازش سطح منسوجات توسط پلاسما انجام پذیرفته است. با پردازش منسوجات با پلاسما، در سطح گروههای عاملی شیمیایی و زبریهای در مقیاس نانو و یا میکرو ایجاد میشوند که میتوانند بدون تأثیر بر خصوصیات کلی منسوج مانند استحکام مکانیکی آن، خواصی ویژه و مطلوب که برای فرایندهای متداول تکمیل در نساجی مورد نیاز است را در سطح آن تأمین نماید. انواع مختلفی از پلاسمای سرد در فشار اتمسفری و در خلاء برای انجام فرایندهای تولید و تکمیل در نساجی به کار گرفته میشوند. پلاسمای تخلیه کرونا، جت پلاسمایی فشار اتمسفری APPJ، تخلیه نورانی فشار اتمسفری (APGD)، تخلیه سد دی الکتریک و تخلیه نورانی در فشار پایین از انواع مختلف پلاسماهایی هستند که در این حوزه به کار گرفته میشوند.
برخی از کاربردهای تجاری شده پلاسمای سرد توسط شرکتهای بزرگ جهان در این بخش خواهد آمد.
- افزایش آبدوستی برای بهبود خواص تَرشوندگی
در طول چهار دهه گذشته استفاده از پلیمرها در نساجی به دلیل هزینه پایین آن، سهولت در دسترس بودن، وزن سبک و انعطافپذیری به سرعت در حال رشد است. در بسیاری از این برنامههای کاربردی، آبدوستی سطوح پلیمری نقش مهمی بازی میکند. پلاسماهای سرد برای مهندسی سطوح پارچه و پلیمرهای حساس به دما بسیار مناسب میباشند. محیط پلاسما تعداد زیادی یون و گونههای فعال شیمیایی دارد که با سطح الیاف پلیمری واکنش میدهد و به حجم نفوذ نمیکند. این گونههای شیمیایی تولید شده به وسیله پلاسما با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و باعث تولید گروههای آبدوست مانند گروههای هیدروکسیلی بر سطح الیاف میشود. ارزش افزوده تغییر سطح الیاف بدون استفاده از مقدار زیادی از آب، مواد شیمیایی، انرژی و کاهش تولید پساب از مزایای استفاده از پلاسما برای پردازش منسوجات و ایجاد خصوصیت آبدوستی است. برای مثال آبدوستی منسوجات پشمی در اثر اعمال پلاسما به حدی افزایش مییابد که زمان جذب 1 ساعتی قطره برای نمونه پردازش نشده به کمتر از 1 ثانیه کاهش مییابد و این اثر نیز برای پشم ماندگار است به گونهای که پس از 9 هفته و 30 مرتبه شستشو همچنان تغییری در خواص آن ایجاد نشده است. در مثالی دیگر وزن آب جذب شده پارچه پلی پروپیلن بافته شده از 12 میلیگرم آب به 200 میلیگرم آب افزایش یافته است و زاویه تماس اب از 80 درجه به 40 درجه کاهش یافته است.
جذب آب بر روی پارچه نایلونی پردازش شده با پلاسما.
- بهبود در خواص رنگرزی و چاپپذیری
پردازش پلاسمایی سطوح منسوجات پنبه، پشم، ابریشم و پلی پروپیلن و … باعث کندهکاری فیبر، تغییر مساحت سطح پارچه در واحد حجم، معرفی گروههای قطبی بر آنها و حذف آلودگیهایی مانند آهار باقیمانده میشود، که منجر به تغییر خصوصیات آبدوستی سطح و بهبود جذب رنگ میشود. به عنوان نمونه پس از اعمال پلاسما جذب رنگ نسبی برای پارچه پلی استر تا 18 درصد افزایش یافته و پارامتر ارزش طیفی (K / S) که نشانی از میزان جذب رنگ توسط منسوج است 50٪ افزایش نشان میدهد. همچنین اعمال پلاسما منجر به بهبود قابل توجهی در عملکرد رنگ راکتیو در رنگرزی پشم میشود و جذب رنگ و پایداری آن را به دو برابر افزایش میدهد.
پس از شستشو قبل از شستشو
مقایسه میزان رنگپذیری پارچه پلیپروپیلن در اثر پردازش پلاسمایی.
- آهارگیری پارچه
پلاسما در تمیز کردن آلودگیها از گونههای شیمیایی و آهارگیری پارچه مورد استفاده قرار میگیرد. برای افزایش استحکام نخها و جلوگیری از پارگی آن به هنگام بافت از پلی وینیل الکل در دو مرحله برای آهارزنی نخهای سنتزی در پارچههای کتانی استفاده میشود. اما پیش از فرایند رنگرزی و یا تکمیل این مواد باید از روی پارچه شسته شوند. این فرایند مصرف زیاد آب و انرژی به همراه دارد. پلاسما سبب افزایش حلالیتپذیری پلی وینیل الکل در آب سرد میشود. در حقیقت هم پلاسمای هوا و هم پلاسمای اکسیژن را میتوان به عنوان جایگزینی برای فرایند آبکشی دانست.
- بهبود قدرت چسبندگی
الیاف مصنوعی مانند پلی استر و پلی پروپیلن و پلی اتیلین سطحی صاف و چسبندگی ضعیفی دارند و بافتن آنها به شکل پارچه مشکل است. پلاسما با تغییر در ساختار شیمیایی، توپوگرافی و زبری سطوح این الیاف و ایجاد گروهای قطبی یا عوامل فعال باعث بیشتر شدن چسبندگی بین الیاف میشود. همچنین پلیمریزاسیون پلاسمایی سطوح میتواند سبب افزایش چسبندگی و استحکام الیاف شود. در یک نمونه صنعتی با موفقیت از پلاسما در بهبود انسجام الیاف موی خرگوش استفاده شده است. موی خرگوش بسیار گرم، نرم و ابریشم مانند است و از آنجایی که الیاف آن بسیار لغزنده هستند لازم است سطح آن برای تولید الیاف و پارچه پردازش شود. پردازش پلاسمایی کمک به افزایش اصطکاک و چسبندگی میان 100٪ الیاف موی خرگوش میشود. این فرآیند تنها نیاز به هوا و برق دارد و سازگار با محیطزیست و مقرون به صرفه است.
- بهبود در جذب روغن
افزایش جذب روغن توسط بسترهای نساجی به گسترش کاربری آنها در تمیزکاری سطوح آلوده به روغن، صنایع فلز، پاککنندههای خانگی و لوازم آرایشی، کمک مینماید. تشکیل نانو کانالها در اثر پردازش پلاسما سبب افزایش کانالهای کشنده مایع و عبور سیال از طریق آنها میشود. با این ترتیب پخش روغن بر سطوح پردازش شده با پلاسما بهبود مییابد و زمان پخش به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت. نتایج حاصل از پردازش 60 ثانیه ای پارچههای مختلف با پلاسمای اکسیژن، آرگون و هوا نصف تا یک سوم بهبود در جذب روغن را نشان میدهد.
جذب روغن توسط پارچههای مختلف.
- بهبود خواص ضد الکترواستاتیکی
محافظت در برابر مخاطرات الکتروستاتیک به خاطر وجود خطر آتشسوزی و ایجاد جرقههای تصادفی در صنعت کاغذ، چاپ، نفت، گاز و پلاستیک اهمیت دارد. خواص الکتروستاتیک همچنین سبب گرفتن پرز و گردوغبار توسط پوشاک نیز میشود. خصوصیت آبگریز ی یک سطح سبب عدم تشکیل لایه رسانای رطوبت بر روی پارچه شده و به تجمع بار یا ایجاد بار الکتروستاتیک بر سطح منجر میشود. برای رفع این مشکل معمولاً از مواد شیمیایی آنتیاستاتیک استفاده میشود. مواد زیادی به این منظور معرفی شدهاند. تکمیلهای شیمیایی مانا و کم ماندگار، پلیمریزاسیون با مونومرهای مناسب، پردازش با اکسایمر فرابنفش، استفاده از ذرات فلزی، لایه نشانی فلزی بر منسوجات و استفاده از پرزهای فلزی /آلی در ساختار نخ و پارچه از جمله تلاشها برای کاهش اثر الکتروستاتیک بر پارچه است. پلاسمای سرد میتواند در پردازش پارچه آبگریز نایلون و پلیاستر بدون استفاده از مواد شیمیایی، خواص آنتی استاتیک بر سطح پارچه ایجاد نماید. طی پردازش پلاسمایی سطح منسوج بار منفی خواهد یافت و از آنجایی که ذرات گرد و غبار نیز معمولاً بار منفی دارند اعمال پلاسما میتواند در رفع معضل خاک گرفتن منسوجات کمک نماید. به عنوان مثال نیمه عمر از بین رفتن بار پارچه نایلون از 9/8 ثانیه برای نمونه پردازش نشده به 8/2 ثانیه برای نمونهای که 10 ثانیه با پلاسمای هوا پردازش شده و به 63/0 ثانیه برای نمونه ای که 60 ثانیه با پلاسمای هوا پردازش شده کاهش مییابد.
- ایجاد خصوصیت آبگریزی و روغنگریزی در منسوجات
تولید پارچههای آبگریز، خود تمیزشونده و ضد لکه از حوزههای پر اهمیت و پرکاربرد در صنعت نساجی به شمار میروند. در این زمینه نیز پلاسما راه حلهایی جذاب برای بهبود این خاصیت و کاهش اثرات زیستمحیطی دارد. از پلاسمای در حضور مواد شیمیایی مختلف چون گاز تترافلوئور کربن و مایعهای تترافلئورتان، دی سیلو هگزان تترا دی متیل همراه با هلیوم و ارگون برای ایجاد گروههای عاملی آبگریز و یا روغنگریزدر بسترهای نساجی استفاده میشود. پردازش سطح توسط پلاسما و تولید عاملهای رادیکالی و بسیار واکنشپذیر بر سطح و قرار گرفتن سطح در محلول مونومری سبب ایجاد پیوندهای مونومری در روی سطح میشود که در مقایسه با روش شیمیایی این روش ماندگاری و دوام بیشتری دارد. البته معرفی مونومرهای آبگریز به سطح را میتوان در حین فعالسازی سطح در پلاسما به طور همزمان نیز انجام داد.
شمایی از فرآیندهای آبگریز کردن سطوح توسط پلاسما.
این فرایندها معمولاً در شرایط خلاء صورت میپذیرد اما پیشرفتهای امیدوار کنندهای برای پردازش مناسب و پیوسته سطوح برای آبگریز کردن در فشار اتمسفر توسط پلاسما وجود دارد.
قطره آب روی پارچه a ) پردازش نشده b) پردازش شده به وسیله پلاسمای هگزا متیل دسیل اوگزان برای مدت 5 دقیقه و شسته شده توسط آب و صابون
- ضد آبرفتگی و ضد خارش کردن پارچههای پشمی
عموماً پوشاک پشمی که به عنوان لباسهای مخصوص فصول سرد استفاده میشوند به خاطر ساختار الیافشان باعث احساس سوزش و خارش در پوست میشوند و قابلیت تماس مستقیم با پوست را ندارند. همچنین این لباسها به دلیل آب رفتن قابلیت شستشو با ماشینهای لباسشویی خانگی را نیز ندارند. روشهای صنعتی زیادی مانند کلرزنی برای رفع آبرفتگی پارچههای پشمی وجود دارد اما بیشتر این روشها از مواد شیمیایی سمی و آلاینده محیطزیست استفاده میکنند. بنابراین یافتن روشهای جدید برای تولید پارچههای پشمی نرم و قابل شستشو از اهمیت به سزائی برخوردار است.
پردازش با پلاسما روشی خشک و کاملا سازگار با محیطزیست است که باعث به وجود آمدن مراکز و حفرههای آبدوست در سطح الیاف پشمی میشود. این تغییرات فیزیکی- شیمیایی باعث بهبود خواص رنگرزی، چاپ، ضد آبرفتگی و فرآیندهای شیمیایی مراحل بعدی تولید پارچه میشوند. پردازش پارچههای پشمی با پلاسما روشی امیدبخش برای جایگزینی فرایند کلرزنی که عامل تولید گازهای خطرناک هستند، میباشد. استفاده از پردازش با پلاسما در ترکیب با دیگر روشها چون استفاده از آنزیمها و بیوپلیمرها، میتواند نتایج قابل قبول در حد تجاری برای ایجاد خصوصیت ضدآبرفتگی و ضد خارش برای پارچههای پشمی ارائه نماید.
در پارچه پشم (a) نمونه اولیه (b) پردازش نشده، (c) 2.5 دقیقه پردازش با پلاسما، (d) 5 دقیقه پردازش با پلاسما، (e) 10 دقیقه پردازش با پلاسما،، (f) 15 دقیقه پردازش با با پلاسما.
- ایجاد خصوصیاتی چون ضد باکتری کردن، ضد آتش کردن، هدایت الکتریکی، کاهش گذردهی اشعه فرابنفش و … در الیاف نساجی با نشاندن نانوذرات با کمک پلاسما
فناوری نانو کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف صنعت از جمله نساجی دارد. از کاربردهای اساسی فناوری نانو در منسوجات، ایجاد خصوصیات مختلف مانند ضد باکتری کردن، خودتمیز شوندگی، هدایت الکتریکی، ضد آتش کردن و عدم گذردهی اشعه فرابنفش میباشد. این منسوجات در بازار دارای کاربردهای متنوعی بوده و پتانسیل بالایی برای درخواست و توزیع دارند. برای مثال افزودن نانوذرات کربن در ماتریس منسوجات نایلونی میتواند سبب ایجاد خصوصیات مکانیکی، مقاومت شیمیایی، ضد آتش و … شود و یا افزودن نانو ذرات نقره و دی اکسید تیتانیوم میتواند سبب ضد باکتری شدن منسوجات گردد. افزودن نانوذرات متفاوت برای کاربریهای مختلف میتواند توسط پلاسما با راندمان بالاتر و تثبیت و ماندگاری بیشتری انجام گیرد.
نحوه آتش گرفتن ابریشم a)پردازش نشده نشده b)ابریشم پردازش شده با پلاسمای Ar و PBS.
دستگاههای تجاری پلاسما در صنعت نساجی
همانطور که گفته شد پلاسما به عنوان یک فرآیند خشک و سبز میتواند مزایا و ارزش افزودههای بسیاری را در مقایسه با روشهای مرسوم نساجی که مبتنی بر آب است به این صنعت ارائه نماید. بیش از سه دهه است که پتانسیل فناوری پلاسما برای بهرهبرداری در صنایع نساجی و پوشاک، در تعدادی از مراکز تحقیق و توسعه در سراسر جهان مورد مطالعه قرار دارد و تلاشهای بسیاری برای به کارگیری آن در شرایط غیر خلاء و به صورت پیوسته در خط تولید میشود. هم اکنون شرکتهای بزرگ متعددی در صنعت نساجی به ارائه دستگاههای صنعتی برای کاربردهای مختلف پرداخته اند.
شرکت Mascioniایتالیا
شرکت Mascioni در ایتالیا یکی از تولیدکنندههای بزرگ منسوجات میباشد که از پلاسمای خلاء در تولید و تکمیل منسوجات خود بهره گرفته است. طی گزارشی هزینههای پارچه عملیات شده توسط پلاسمای تحت خلا توسط شرکت Mascioni را به شرح زیر ارائه کرده است:
طبق این گزارش هزینه عملیات پلاسما برای هر متر مربع پارچه با درنظر گرفتن آب مصرفی 07/0 مارک آلمان است و در صورتی که تولید صنعتی در دو یا سه شیفت انجام شود، این هزینه به 05/0 و 04/0 مارک آلمان کاهش مییابد.
شرکت Europlasma:
شرکت Europlasma به عنوان پیشتاز در ساخت تجهیزات پلاسمای Roll to Roll تحت خلاء، اولین دستگاه پردازش پلاسمایی منسوجات خود را در سال 1994 عرضه کرد. این دستگاه توانایی عملیات پارچه با عرض 180 سانتیمتر را دارد.
دستگاه Roll to Roll ساخت شرکت Europlasma.
شرکت Europlasma در نمایشگاه ITMA 2015 از دستگاه پلاسمای سه بعدی Roll to Roll با عنوان Nanofics رونمایی کرد. این دستگاه که برای ایجاد خاصیت آبگریزی بر منسوجات به خصوص منسوجات صنعتی و فیلتراسیون استفاده میشود، زاویه تماس آب را تا حدود 120 درجه افزایش میدهد. طبق ادعای این شرکت منسوجات تولید شده توسط دستگاه Nanofics میتواند دارای آبگریزی و روغنگریزی با دوام و مؤثر و یا خواص آبدوستی باشد. پوششهای قرار گرفته بر نسوج برای ایجاد خواص آبگریزی، بر خلاف فرآیندهای سنتی در اندازه منافذ فیلتر تاثیری نداشته و به علت مصرف نشدن آب و حلال، این دستگاه سازگار با محیطزیست بوده و مصرف انرژی بسیار پایینی دارد. طبق گزارش این شرکت، استفاده از فناوری پلاسما در تولید منسوجات، مصرف آب، برق و مواد شیمیایی را طبق جدول زیر کاهش میدهد.
سالانه دهها میلیون متر مربع فیلتر تصفیه با تکنولوژی EUROPLASMA پردازش میشود. تعداد زیادی از شرکتهای پیشرو تصفیه در جهان مانند Donalnson Macropharma و AARI در شمار مشتریان EUROPLASMA برای پردازش فیلترهای مختلف از فیلتر خون تا فیلتر موتور دیزل قرار دارند.
دستگاه سه بعدی Nanofics ساخت شرکت Europlasma.
| پلی استر |
| کتان بافته |
| کتان بدون بافت |
| پارچه بدون بافت |
شرکت P2i انگلیس
P2i یکی از پیشروان جهانی در تولید محصولات ضد آب، از تکنولوژی پلاسما در آبگریز کردن محصولات سه بعدی شامل فیلترها و منسوجات نظامی بهره گرفته است. این شرکت ادعا دارد که محصولات تولید شده دارای بالاترین سطح دفع مایع را دارد و پوشش آبگریز ایجاد شده روی محصولات این شرکت امکان نفوذ آب حتی در حالت غوطه وری را از بین میبرد.
در لباسهای ضد آب سنتی معمولاً از مواد غیر متخلخل با تنفسپذیری کم استفاده میشود و باقی ماندن مواد شیمیایی و گرما و رطوبت تولید شده از فعالیت، منجر به ایجاد تنش گرمایی و کاهش تحرک پارچه را به دنبال دارد. P2i با استفاده از تکنولوژی پلاسما اقدام به تولید تجاری لباسهای نظامی از جنسهایی مانند پنبه نموده که دافع مایعات است و در عین حال تنفسپذیری و سایر خواص آن نیز حفظ میشود.
شرکت P2i با استفاده از فنآوری پلاسما عملکرد فیلترها را در جلوگیری از جذب آب و روغن بهبود میدهد. مطابق ادعای این شرکت ایجاد پوشش نانویی آبگریز توسط پلاسما در ساختار منافذ مهندسی شده این فیلترها تأثیری ندارد. همچنین فنآوری P2i افزایش عملکرد و کاربرد موادی که به طور طبیعی دافع آب هستند مانند پلیپروپیلن و PTFE را منجر میشود. این تکنولوژی درآبگریز و روغنگریز کردن فیلترها میتواند به طور چشمگیری در خودرو، توربین گاز، حفاظت از محصولات دارویی و … استفاده شود.
شرکت Grabher Group اتریش
شرکت Grabher Group از تولیدکنندههای دستگاه پلاسمای تحت خلاء است. شرکت سوئیسی Eschler AG که تولیدکننده پوشاک بافتنی است و شرکت اتریشی Grabher Group که در توسعه پوشاک و منسوجات ورزشی و لباس کار فعال است، فناوری پلاسما را به خدمت گرفته اند. اولین تولیدات این دو شرکت در تابستان 2012 در فروشگاهها عرضه شده است. طبق اظهارات شرکت Eschler AG، با استفاده از فناوری پلاسما در مقایسه با روش سنتی، پوشش نازکی بر روی سطح پارچه ایجاد میشود و خواص دیگر آن از قبیل انعطافپذیری، استحکام، مقاومت در برابر سایش و خواص دیگر که به منظور تولید لباس کار یا ورزش مورد نیاز است، محفوظ میماند. همچنین منسوجات و پوشاک بافتنی تولید شده از فناوری پلاسما قابلیت شستشو با ماشین لباسشویی را دارند. مطابق اظهارات Eschler AG در این روش میزان مصرف آب و انرژی کاهش یافته و علاوه برآن از فلوئورکربن که دارای ممانعتهای زیستی است استفاده نمیشود.
در مقابل پلاسمای تحت خلاء، شرکتهایی چونAcXys (France) ،APJeT (USA) و Tri-Star (USA) از پلاسمای اتمسفری در تولید و تکمیل منسوجات استفاده کرده اند. بسیاری از این شرکتها به راحتی توانستهاند با استفاده از فناوری پلاسما قابلیتهای محصولات و منسوجات خود را مطابق نیاز مشتری ارتقاء دهند.
شرکت ApJet آمریکا:
شرکت ApJet آمریکا سازنده تجهیزات پلاسما فشار اتمسفری در سال 2008 محصولات تجاری خود را در حوزه فرآیندهای نساجی عرضه کرده است. در سال 2015 به منظور توسعه کاربردهای تجهیزات حوزه پلاسما در فرآیندهای نهایی تولید منسوجات و پوشاک، با شرکت VF Corporation تولیدکننده و برند در پوشاک و کفش قرارداد همکاری بسته است. مطابق اظهارات مدیران ApJet این قرارداد فرصت بزرگی برای جایگزین فناوری پلاسما با روشهای سنتی است. هدف این قرارداد انجام عملیات نهایی بر روی پوشاک بدون استفاده از آب است. امکان پردازش انواع پارچهها شامل کشباف، پارچههای بافته شده، پارچههای شمعی، انواع پلیمر، پنبه، پشم، ابریشم، نایلون، پلی استر، اکریلیک و غیره با این دستگاه وجود دارد و میتوان با به کارگیری انواع مواد شیمیایی، بسته به نوع کاربرد، عملیات تکمیل متفاوتی را روی پارچه به انجام رساند.
پروتوتایپ roll to roll 72 اینچ شرکت ApJet.
شرکت Avondale Mills در ایالت جورجیای آمریکا جز اولین شرکتهایی بود که از فناوری پلاسمای شرکت ApJet در تولید الیاف پنبه و پنبه/ پلیاستر با خاصیت ضد آب و لک استفاده کرد. هدف بعدی این قرارداد توسعه فناوری برای به دست آوردن الیاف پنبه با خاصیت کندسوزی است که برای بدن مانند دیگر الیاف کندسوز، خطری نداشته باشد. در تولید الیاف کندسوز معمولاً که از مواد شیمیایی مضر مانند هالوژنها یا نانومواد مانند نانورس استفاده میکنند که میتواند تأثیرات مخرب بر بدن انسان ایجاد کند. شرکت Morrison Textile Machinery آمریکا، تولیدکننده ماشینآلات حوزه نساجی، حق امتیاز ساخت تجهیزات APJet را خریداری کرده است. دستگاه TexJet این شرکت قابلیت پردازش پارچه با سرعت 35 متر بر دقیقه از هر دو سو را دارد.
واحد پلاسما دستگاه TexJet.
پارچه با دو قابلیت آبگریز و آبدوست.
شرکت AcXys فرانسه:
این شرکت سازنده تجهیزات پلاسما مورد استفاده در صنایع مختلف است. تجهیز مورد کاربرد در صنعت نساجی این شرکت با هدف آمادهسازی سطوح مختلف از جمله نخ، الیاف، منسوجات بافته و بدون بافت، مصنوعی، چرم تجاری شده است. با استفاده از این تکنولوژی خواصی مانند آبگریزی و چربیگریزی منسوجات تغییر داده میشود در حالی که خواص مکانیکی پارچه، نظیر انعطافپذیری و استحکام پارچه بدون تغییر میماند. آمادهسازی سطح یکی از مهمترین مراحل تولید پارچه است، چرا که مراحل بعدی مانند رنگرزی، چاپ و … به خواص سطح آماده شده وابستهاند.
شرکت Arioli ایتالیا:
شرکت Arioli یکی از پیشروان اصلی ساخت ماشینآلات نساجی به شمار میآید و محصولات این شرکت از لحاظ کیفیت در جهان به رسمیت شناخته میشود. Arioli در چشم انداز آینده خود به دنبال تبدیل شدن به پیشگام و یک نقطه مرجع در جهان در صنعت نساجی است و در فن آوریهای جدید سرمایه گذاری میکند. در این راستا این شرکت از تکنولوژی پلاسما برای بهبود کیفیت و ایجاد قابلیتهای جدید در منسوجات خود بهره میبرد. این شرکت از فنآوری پلاسما در جهت آمادهسازی سطح، ایجاد کندهکاریهای نانومتری، پیوندزنی با عوامل شیمیایی و لایهنشانی بر سطح در کاربریهای مختلف استفاده میکند.
این شرکت فرایندهای مختلفی چون افزایش رنگپذیری، چسبندگی، آبگریز کردن و … را برای انواع مختلف نسوج از پلی استر گرفته تا چرم برای مقاصد مختلف انجام میدهد. بنابر ادعای شرکت تمامی ویژگیهای مختلف پارچه پس از عملیات پلاسما بهبود یافته است.
دستگاه عملیات پلاسمای اتمسفری ساخت شرکت Airoli.
شرکت Grinp ایتالیا:
شرکت Grinp یکی از پیشگامان فنآوری پلاسمای اتمسفری و متخصص در طراحی و ساخت سیستمهای اختصاصی پلاسمایی در مقیاسهای آزمایشگاهی و صنعتی است و در زمینههای مختلفی چون منسوجات، محیطزیست، ضدعفونی کردن هوای آلوده و آب و پلاستیک فعالیتهای گستردهای دارد. این شرکت با بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاهها در ایتالیا، اسپانیا، هلند، انگلیس و فرانسه همکاری میکند و در سال 2001 به صورت اختصاصی به توسعه فناوری پلاسمای اتمسفری مشغول شده است.
تجهیزات Grinp از آزمایشگاه تا تولید:
شرکت Grinp ایتالیا ادعا کرده عملیاتهای مختلفی روی الیاف مختلف به وسیله تجهیزات پلاسما انجام میدهد.
- پارچه پنبهای بافته شده آلودگیهای بسیاری دارد و به منظور انجام فرآیند رنگرزی، میبایست آلودگیها بر طرف شود. که طبق شماتیک زیر روش پلاسما جایگزین روشهای سنتی شده است. که آب و مواد شیمیایی کاهش یافته است.
- عملیاتی که بر روی پشم انجام میشود شامل چند مرحله است تا پشم خام را به محصول نهایی تبدیل کند. که طبق شماتیک زیر روش پلاسما جایگزین روشهای سنتی شده است. که آب و مواد شیمیایی کاهش یافته است. لازم به ذکر است رنگرزی پشم نیازمند دمای بالا (C° 98)، مقداری زیادی آب و زمان زیاد به منظور ثابت شدن رنگ، دارد.
- استفاده از فلوئورکربن در مرحله پایانی، مهمترین مانع لک و کثیفی است که در تولید لباس، فرش، پرده، پارچه مبل، چرم و دیگر پارچههای کاربردی استفاده میشود. همچنین مراحل بعد از اعمال رزین به پارچه نخی یا نخ/ ابریشمی، شامل یک مرحله خشک کردن (C° 120) و یک مرحله عملآوری (C° 150) است. استفاده از C-8 (Per fluoro octanoic acid: PFOA) در مرحله پایانی موجب ایجاد نگرانیهای بسیار زیستمحیطی میشود. جایگزین کردن C-8 با C-4 و C-6 کیفیت محصولات را کاهش میدهد. شرکت Grinp با استفاده از پلاسما این مرحله را بدون نیاز به آب و مصرف انرژی پایین انجام میدهد.
- چاپ جوهرافشان بر روی پارچههای سلولزی، چندین مرحله دارد که شامل مراحل آمادهسازی پارچه و عملیات در دمای بالا (C° 100- 90) به منظور ثابت شدن رنگ است. این مراحل مقدار زیادی آب را آلوده میکند. این فرآیندها میتواند توسط فناوری شرکت Grinp با کمترین میزان استفاده از آب و انرژی انجام شود.
- فرایند جوهرافشانی بر پارچه پلیاستری نیز با مراحلی متفاوت از پارچه سلولزی، همان مشکلات را دارد. در زیر شماتیک مراحل جایگزین شده با فناوری پلاسما به جای روشهای سنتی آمده است.
شرکت Tri-star آمریکا
شرکت Tri-star در کنار سایر تجربیات خود در زمینه دستگاههای پلاسمایی به توسعه و ساخت دستگاه پلاسمایی برای کاربرد نساجی پرداخته است. دستگاه PT-2000 این شرکت برای کاربرد در صنعت نساجی توانایی بهبود ویژگیهای ترشوندگی نخ و فرایند رنگرزی آن را در خط تولید دارد و با توجه به کاهش در استفاده از رنگ، مواد شیمیایی و تولید پساب، این روش را روشی مقرون به صرفه نسبت به روشهای مرسوم قدیمی میداند.
شرکت Softal آلمان
شرکت Softal بیش از نیم قرن است که در زمینه ساخت تجهیزات پلاسما و کرونا در کاربردهای مختلف صنعتی مشغول به فعالیت است و بزرگترین دستگاه پلاسمای فشار اتمسفری با نام Sortex را ساخته است. این دستگاه در سال 2008 در شرکت Richter F &A آلمان که حدود 150 سال در زمینه منسوجات پشمی سابقه دارد و تولیدکننده نخ ماشین بافندگی و بافندگی است، نصب شده است. این دستگاه به منظور ایجاد خاصیت ضد آب رفتن در پارچه پشمی استفاده میشود. در این روش میتوان بدون پیشفرآیند کلردار کردن و بدون استفاده از مواد هالوژندار (AOX)، در یک مرحله خشک و پیوسته، این عملیات را انجام داد. در این راستا شرکت Richter F &A محصولی با نام PlasmaWool را به بازار معرفی کرده است که اولین مجموعه سازگار با محیطزیست است که از پشم بسیار نرم مرینوس بدون استفاده از کلرین تولید شده است.
در منسوجات پشمی این شرکت که با از استفاده از فنآوری پلاسما پردازش شده است مشکل پرزدهی و آب رفتگی منسوجات در حین شستشو رفع شده و در نهایت پارچه نهایی خواص کاملا شبیه پشم اولیه دارد.
Sortex Corona Station.
شرکت Plasmatreat آلمان
شرکت plasmatrat که سابقه زیادی در ساخت و طراحی سیستمهای پلاسمایی برای کاربردهای مختلف صنعتی دارد از پلاسما برای پردازش فیبر، الیاف و نخ در مرحله اول زنجیره تولید پارچه استفاده کرده است. این شرکت با به کارگیری جت پلاسمایی خود با عنوان Openair میتواند در سرعتهای بالا تا حدود 1000 متر بر دقیقه به پردازش الیاف بپردازد. با این پردازش ترشوندگی الیاف و نخ به میزان قابل توجهی افزایش و رنگپذیری آنها بهبود مییابد. این شرکت اصلاح سطح نخ در فرایندی خشک، آب دوستی ماندگار نخ و اتوماتیک بودن فرایند به طور کامل را از نقاط قوت دستگاه خود میداند.
موسسه FCITP هند
موسسه FCITP که سعی در صنعتی کردن کاربردهای مختلف پلاسما در هند دارد از پلاسما برای پردازش منسوجات تولید شده از موی خرگوش استفاده نموده است. الیاف ساخته شده از موی خرگوش مانند الیاف ابریشم نرم، ظریف و گرم هستند و برای تولید منسوجات گرم و لباس سربازان در مناطق با ارتفاع بالا استفاده میشود. اما این الیاف به دلیل ویژگی لغزندگی بسیار زیاد با مشکلات بسیاری به هنگام ریسیدن مواجه هستتند. موسسه FCITP برای انسجام میان این الیاف از پلاسما بهره گرفته است و تا به حال دو دستگاه صنعتی را به این منظور در هند راهاندازی نموده است. بهبودخاصیت ترشوندگی و افزایش رنگپذیری منسوج از ارزشهای افزوده دیگر فراوری توسط پلاسما در این منسوجات است.
همچنین موسسه FCIPT در همکاری مشترک با انجمن پژوهش پارچههای مصنوعی (Man Made Textiles Research Association: MANTRA) سیستم پلاسمای فشار اتمسفری برای تولید پارچههای خاص ایجاد کردهاند (atmospheric pressure plasma system for technical textile :APPTT). این دستگاه به منظور آمادهسازی الیاف پلیاستر برای افزایش چسبندگی بین پایه و پوشش یا لمینت ساخته شده است. این دستگاه در مرکز عالی منسوجات تخصصی (Centre of Excellence in Technical Textiles)، زیرمجموعه MANTRA راهاندازی شده است. نمونههای پردازش شده % 40- 30 بهبود چسبندگی را از خود نشان میدهد.
دستگاه APPTT راهاندازی شده در مرکز عالی منسوجات تخصصی.
شرکت Dow Corning Plasma Solutions (DCPS) ایرلند
شرکت Dow Corning Plasma Solutions (DCPS) امتیاز تولید تجهیزات پوشش دهی پلاسمایی خود در قالب فناوری Atmospheric Pressure Plasma Liquid Deposition (APPLD) را برای ورود به بازارهای اروپا به شرکت Freudenberg Forschungsdienste KG در آلمان واگذار کرده است. شرکت Freudenberg Forschungsdienste KG با استفاده از فناوری پلاسما، فعالسازی سطح و پوشش سطحی پارچههای رول شده را ارتقا داده است. سیستم APPLD قابلیت پردازش پارچه به عرض 2/1 متر در خط با سرعت 70 متر بر دقیقه با پیشمادههای مختلف برای کاربریهای متفاوت از قبیل آبگریزی، چسبندگی، آنتیباکتریال و سطح کم اصطکاک را دارد.
دستگاه DCPS APPLD SE-1000 AP4.
اقتصادپلاسما در صنعت نساجی
موسسه فناوریهای نساجی آمریکا (NCSU) طی یک بررسی هزینه هریک از روشهای سنتی و عملیات با APPLD شرکت Dow Corning Plasma Solutions (DCPS) برای آبگریزی الیاف را مورد تحلیل قرار داد. مطابق نتایج هزینههای پردازش پارچه به ازای هر متر مربع در روش سنتی 2/0 دلار تخمین زده شده است در حالی که این هزینه برای پلاسمای اتمسفری در مقیاس صنعتی به 15/0 دلار کاهش مییابد. با این حال در صورتی که در پردازش پارچه از دستگاه پلاسمای اتمسفری شرکت APjet استفاده شود به دلیل توانایی دستگاه در استفاده مجدد از هلیوم مورد استفاده در دستگاه و توانایی پردازش دو طرف پارچه، هزینه تمام شده برای یک متر مربع از پارچه به 1/0 دلار نیزکاهش مییابد.
در گزارشی دیگر در مورد پلاسمای اتمسفری تجاری شده در هند توسط FCIPT این فرآیند مقرون به صرفه و زیستسازگار برآورد شده است. پارچه تولید شده با استفاده از پلاسما در این شرکت، 8/0 دلار در هر کیلوگرم بوده است در حالی که تولید در روش سنتی 32 دلار در کیلوگرم بوده است. همچنین هزینه سیستم پلاسما برای افزایش چسبندگی بین پلیاستر و لمینت 30/0 دلار بر متر مربع بوده است. در صورتی که گاز هلیوم استفاده شده فرآیند بازیافت شود و یا از گازهای به صرفهتر استفاده شود، پلاسما گزینهی مناسبی برای صنعت نساجی خواهد بود.
برخی از کاربردهای تجاری شده پلاسمای سرد توسط شرکتهای داخلی در این بخش خواهد آمد.
پلاسما به دلیل برخورداری از گونههای پرانرژی و در عین حال دمای پایین، بسیار مناسب برای پردازش سطوح حساس به گرما بهویژه انواع پارچهها است. در فرآیند پردازش سطوح به این روش به واسطه تشکیل گروههای عاملی بر روی سطح و تغییر زبری سطح، درجه بالایی از فعالسازی حاصل میشود. دستگاه پیوسته (Roll to Roll) میتواند در افزایش انرژی سطحی انواع منسوجات جهت کاهش مصرف آب و رنگ و سایر مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
به دلیل کاربردها و مزایای قابل توجه پلاسما در صنعت نساجی، شرکت آدیکو در زمینه بهکارگیری این فناوری، مطالعات و پژوهشهایی را انجام داد و در نهایت دستگاهی برای کاربردهای صنعتی توسط این شرکت، توسعه پیدا کرد. از جمله این فعالیتها عبارت است از:
- طراحی و ساخت سیستم تخلیه سد دی الکتریک آزمایشگاهی برای اصلاح سطح پلیمرها و منسوجات
- طراحی و ساخت مشعل پلاسما برای اصلاح سطح پلیمرها و منسوجات با گاز هوا
- طراحی و ساخت سیستم با عرض 80 سانتیمتر (پایلوت) و 220 سانتیمتر (صنعتی) برای فعالسازی پلیمرها و منسوجات
- افزایش جذب رنگ پارچه پلی استر و افزایش عمق رنگ
- آهارزنی الیافهای پنبهای به صورت آزمایشگاهی
- آبدوست نمودن منسوجات بیبافت با استفاده از پلاسما
در شکل زیر نمایی از دستگاه پردازشگر پلاسمایی منسوجات مدل PlasmaTex با عرض 220 سانتیمتر، دارای 10 هد پلاسما، ارائه شده است:
مزایای بهکارگیری پلاسما
با بهکارگیری این سامانه برای پارچههای پلی استر، ویسکوز، پنبه و پشم در عملیات رنگرزی منسوجات مزایای زیر حاصل شده است:
- کاهش شدید مصرف آب (تا 80%) و حذف کامل آن در برخی عملیاتهای انجام گیرنده روی منسوجات
- تولید پساب بسیار اندک و یا حتی حذف پساب حاصل از عملیات کردن منسوجات
- افزایش ثبات
- کاهش بسیار زیاد مصرف انرژی
- کاهش نیروی انسانی
- فناوری هماهنگ با محیطزیست
شرکت بسافن فعالیت خود را با طراحی و ساخت منابع تغذیه مورد استفاده در تولید پلاسمای سرد و گرم، فشار اتمسفر و خلاء در فرکانسهای DC، LF، RF و ماکروویو با قابلیت های صنعتی و همچنین انواع تورچهای پلاسما مانند کرونا، ICP -CCP اتمسفری، DBD و FEDBD آغاز کرد. اخیرا، بسافن با رویکرد زمینهسازی برای ساخت سامانههای صنعتی پردازش پلاسمایی منسوجات، اقدام به ساخت سامانه پردازش پارچه و پلیمر با پلاسمای فرکانس رادیویی تحت خلاء با حجم 60 لیترکرده است.
تصویری از سامانه پردازش پلاسمایی پارچه تحت خلاء، مدل GC300BF با ایجاد خاصیت آبگریزی و روغنگریزی روی پارچه.
این سامانه با ایجاد تغییر در چیدمان الکترودهای تولید پلاسما، قابلیت پردازش منسوجات به صورت پیوسته (Roll to Roll) با پهنای 30 سانتیمتر، نمونه زنی (بچ) همزمان تا سه نمونه با ابعاد 30 * 30 سانتیمتر و همچنین منسوجات سه بعدی (تکمیل شده) در ابعاد کوچک را دارا میباشد. با کمک این دستگاه میتوان عملیات مختلفی مانند ایجاد گروههای عاملی مورد نظر، دافعیت انواع لکههای آبی و روغنی، بهبود ترشوندگی، خواص آنتیاستاتیک، فعالسازی سطوح، بهبود رنگپذیری و چسبندگی را در دمای پایین انجام داد. به عنوان نمونه با کمک این دستگاه میتوان به طور همزمان به خواص ضد آب و ضد لک و ضد روغن با ثبات شستشویی بیش از صد بار دست یافت. از جمله نقاط قوت استفاده از سامانه پردازش پلاسمای تحت خلاء میتوان به هزینه پایین مواد مصرفی، کنترلپذیری و یکنواختی بالای فرآیند، حداقل تاثیر بر بافت منسوج اشاره کرد. همچنین استفاده از این سامانه به عنوان یک روش پاک، دوستدار محیطزیست بوده و آثار مخرب برای محیطزیست ندارد.
گام بعدی بسافن ساخت سامانههای صنعتی و نیمهصنعتی پردازش منسوجات با پلاسما میباشد
خلاصه مدیریتی:
با توجه به مباحث بیان شده فنآوری پلاسما را میتوان به عنوان روشی سبز و دارای قابلیتهای بسیار برای تولید منسوجات و الیافی با کیفیت بالا در کاربردهای مختلف مطرح نمود. اصلاح سطح منسوجات در مقیاس نانومتری بدون اثرگذاری بر خواص عمومی و ذاتی منسوج از اصلیترین مزیت روشهای پلاسمایی به شمار میرود. قابلیت پردازش سطوح برای ایجاد یا بهبود خواصی چون ترشوندگی، آب گریزی، ضد لکه شدن، هدایت الکتریکی، زیستسازگاری، و غیره طی یک فرآیند خشک و سازگار با محیطزیست با کاهش مصرف آب، انرژی و مواد شیمیایی از مزیتهای رقابتی روشهای پلاسمایی نسبت به روشهای رایج سنتی میباشد. با گسترش رو به رشد تجهیزات فشار اتمسفری و تمایل فزاینده شرکتها برای به کارگیری پلاسما در محیط غیر خلاء در آینده نزدیک، نگرانی استفاده از سیستمهای گرانقیمت تحت خلاء و پردازش منسوجات در خارج خط مرتقع خواهد شد. ملاحظات اقتصادی مربوط به استفاده از روشهای پلاسمایی نیز نشان میدهد که در مقیاس صنعتی به کارگیری روشهای پلاسمایی اتمسفری کاملا مقرون به صرفه خواهد بود.
تا به امروز، کاربردهای صنعتی از پلاسما در منسوجات به دلیل برخی از موانع نظیر نبود آگاهی عمومی، عدم سرمایهگذاری اولیه، عدم توانایی عملیات پلاسما در خط تولید و مشکلات افزایش مقیاس تولید بسیار محدود بوده است. برای تجاری شدن پردازش پلاسمایی در صنعت نساجی باید ابزارهای تولید پلاسما ارزان با قابلیت عملکرد ساده، تولید انبوه و جایگیری در بین خطوط قدیمی تولید یا حداقل با اندک تغییرات در آن خط تولید، شوند. در حال حاضر فناوری پلاسما توسط تعدادی از صنایع برای کاربردهای خاص پذیرفته شده است و به نظر میرسد با توجه به مزیتهای بسیار آن در آینده نزدیک کاربردهای گستردهتر این فناوری در صنعت به بار بنشیند.
————————————————–
تهیه و تنظیم:
- گروه صنعت و بازار با همکاری بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]
[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]
====================================================================================

