اصلاحات مواد نساجی با سیلان‌های کاربردی، نرم‌کننده‌های سیلیکونی مایع و لاستیک‌های سیلیکونی – مطالعه مروری

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :

چکیده

بطور کلی اطلاعاتی در مورد انواع مختلف افزودنی‌های شیمیایی مورد استفاده در صنعت نساجی در این مطالعه شرح داده می‌شود. خواص و کاربردهای سیلان‌ها و پلی‌سیلوکسان‌ها (سیلیکون‌ها) با عملکرد ارگانیک برای اصلاحات شیمیایی و فیزیکی مواد نساجی، با تمرکز بر نرم‌کننده‌های سیلیکونی، سیلان و پوشش‌های فوق‌آبگریز مبتنی‌بر سیلیکون بر روی منسوجات متشکل از الاستومرهای سیلیکونی و لاستیک بررسی می‌شود. خواص مواد نساجی اصلاح شده با سیلان‌ها، سیلیکون‌ها و کاربردهای عملی و بالقوه آن‌ها، عمدتاً در صنعت نساجی، مورد بحث قرار می‌گیرد.

خلاصه، نتیجه‌گیری و چشم اندازهای آینده

بسیاری از تغییرات ارزشمند خواص الیاف طبیعی و مصنوعی و مواد نساجی با سیلان‌های کاربردی، سیلوکسان‌ها و سیلیکون‌ها و همچنین کاربردهای عملی متعدد آن‌ها در صنعت نساجی و علم مواد در این بررسی شرح داده می‌شوند. در بین نرم‌کننده‌ها، سیلان‌های عملکردی واکنش‌پذیر و افزودنی‌های سیلیکون بدون شک نقش غالبی در بازار مواد شیمیایی کمکی برای صنعت نساجی دارند. با این حال، انتخاب نهایی نوع آماده‌سازی نرم‌کننده همیشه هم به کیفیت فنی و زیبایی شناسی مورد انتظار محصول نساجی و هم به جنبه‌های اقتصادی بستگی دارد. بنابراین، فرمول‌های تجاری توصیه‌شده در حال حاضر از عوامل نرم‌کننده به‌طور مناسب برای یک هدف خاص معمولاً محدود، مخلوطی از ترکیب شیمیایی پایه، مسئول به دست آوردن اثر نرم‌کننده و انواع مختلف افزودنی‌های حالت‌دهنده، به عنوان مثال؛ آماده‌سازی امولسیون‌های پایدار در فرآیند تکنولوژیکی یا برجسته کردن ویژگی‌های اضافی خاص پایانی بهینه‌سازی شده‌اند. استرهای اسیدهای چرب ارزان‌تر (موم‌ها و پارافین‌ها) اغلب به عنوان افزودنی به اسیدهای آمینه چرب استفاده می‌شوند که باعث افزایش اثر صافی یک محصول نساجی می‌شود. افزودن پارافین‌های حاوی 24 تا32  اتم کربن در پیکره پلیمری نیز بسیار سودآور می‌باشد. مواد افزودنی با زنجیره کربن کوتاه‌تر دارای نقطه‌جوش بسیار پایینی هستند و آن‌هایی که زنجیرهای بلندتر دارند امولسیون‌های پایداری از نوع روغن در آب را تحت شرایط فشار بالا تشکیل می‌دهند. استرهای اسیدهای چرب (موم‌ها)، به عنوان مثال؛ گلیسیرین مونواستر استئاریک اسید و مشتقات پلی‌اتیلن عامل‌دار شده با گروه‌های هیدروکسیل، اپوکسی، کربوکسیل و آلدهید متعلق به چند مورد از رایج‌ترین افزودنی‌های مورد استفاده در فرم‌های تجاری نرم‌کننده‌ها هستند. سیلیکون‌ها همچنین به عنوان افزودنی به انواع دیگر نرم‌کننده‌ها استفاده می‌شوند.

چندین تکنیک نانوتکنولوژیکی در فرآوری منسوجات و عملکرد آن‌ها به کار گرفته می‌شود. آن‌ها شامل تشکیل نانو پوشش‌ها، از جمله استفاده از پلاسما برای تکمیل و حمایت از آنزیم‌ها بر روی منسوجات می‌باشند. اگرچه حداقل تأثیر بر استحکام، احساس، دسته یا قابلیت تنفس منسوجات مشاهده می‌شود، برخی از این فناوری‌ها در مقیاس آزمایشگاهی آزمایش و تأیید می‌شوند، در حالی که بیشتر آن‌ها هنوز در مراحل تحقیقاتی هستند و پیشرفت‌هایی در این زمینه‌های تکمیلی همچنان رو به گسترش است. بنابراین، انتظار می‌رود که به‌تدریج از آن‌ها برای تهیه لباس‌های هوشمند و تعاملی در آینده استفاده شود.

حوزه کاربرد افزودنی‌های سیلیکون در فرآوری منسوجات به ساختار مولکولی آن‌ها بستگی دارد.

• برای روان‌کننده نخ دوخت پلی‌استری، از روغن‌های سیلیکونی permrthyl PDMS بر پایه غیر آبی و PDMSهای اصلاح‌شده با هیدروکسی، هر دو به صورت روغن یا امولسیون استفاده می‌شوند. روغن‌های سیلیکونی permethyl PDMS بر پایه غیر آبی و PDMSهای اصلاح شده با هیدروکسی نیز به عنوان نرم‌کننده‌های بدون-زردشدگی استفاده می‌شوند. روغن‌های%100 PDMS در دستگاه‌های کیس رول و امولسیون‌های PDMS در دستگاه‌های exhaust استفاده می‌شوند.

•  مواد افزودنی اولیه که برای تمیز کردن و سفید کردن مواد نساجی استفاده می‌شوند، مواد مرطوب‌کننده و شوینده‌ها هستند. به عنوان عوامل ضد کف در فرمولاسیون، از امولسیون سیلیکون یا PDMS‌های %100 اتوکسیله و پروپوکسیله استفاده می‌شود.

•  برای تکمیل الیاف، به‌ویژه برای الیاف مصنوعی مانند پلی‌پروپیلن و پلی‌استر، که ذاتا آبگریز هستند، از یک سورفکتانت سیلیکونی مبتنی‌بر پلی‌اتر به عنوان افزودنی مرطوب‌کننده استفاده می‌شود.

•  سیلیکون‌های جایگزین آمین و آمینوسیلیکون‌های مبتنی‌بر پلی‌اتر عمدتاً برای کاربردهای نرم‌کننده استفاده می‌شوند تا از خواص آبدوست اطمینان حاصل شود. بیش از %95 منسوجات با سیلیکون‌ها به عنوان نرم‌کننده اصلاح می‌شوند تا بستری بسیار صاف، نرم، ابریشمی، الاستومری و انعطاف‌پذیر داشته باشند.

• سیلیکون خاصیت ذاتی افزایش قدرت رنگ یک بستر رنگی، به‌ویژه رنگ پراکندگی به مشکی، قرمز و آبی سرمه‌ای را دارد.

بسته به نوع و غلظت امولسیفایر و ماهیت آمینوسیلیکون، از یک میکرو یا ماکرو امولسیون به عنوان نرم‌کننده‌ای بادوام و آبگریز با درجه نرمی بالا استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل عملکرد استثنایی و ویژگی‌های سفارشی‌ آن‌ها و تأثیر کم‌شان بر محیط‌زیست، استفاده از سیلیکون‌ها در صنعت نساجی به طور پیوسته در حال افزایش است که می‌تواند آینده روشنی را پیش‌بینی نماید. همانطور که قبلاً پیش‌بینی شده است، آن‌ها هنوز هم یکی از خلاقانه‌ترین کلاس‌های افزودنی تکمیل نساجی هستند. مزایای استفاده از مواد کمکی سیلیکونی و طیف وسیعی از مزایای آن‌ها برای اصلاح منسوجات و منسوجات نبافته ناشی از غلظت کم آن‌ها است. بنابراین، آن‌ها قادر به جایگزینی مواد ارگانیک هستند. علاوه بر این، متیل سیلیکون‌ها بی‌اثر هستند و تأثیر منفی قابل توجهی بر محیط زیست ندارند. مزایای اصلاح منسوجات و منسوجات نبافته با عوامل سیلیکونی بر اساس PDMS منجر به جایگزینی‌های متعدد مواد آلی شده و شامل عملکرد برتر و حداقل نگرانی برای محیط‌زیست می‌شود.

بر اساس تحلیل‌های بازار جهانی، آینده بازار نرم‌کننده‌های سیلیکونی بسیار خوش‌بینانه به نظر می‌رسد. به دلیل قابلیت مخلوط شدن آسان در طول چرخه آبکشی ماشین‌های لباسشویی، ترجیح داده می‌شود که این نوع نرم‌کننده‌های سیلیکونی مایع برای منسوجات باشد. انتظار می‌رود عوامل فوق باعث تقویت بازار جهانی نرم‌کننده‌های نساجی سیلیکونی در سال‌های آینده شود. اگرچه هزینه نرم‌کننده‌های نساجی سیلیکونی نسبتاً بالا است، اما روند فعلی استفاده از محصولات جدید و بهبودیافته برای عملکرد فنی بهتر و کیفیت زیبایی منسوجات، نشان می‌دهد که انتظار می‌رود تقاضای جهانی برای نرم‌کننده‌های نساجی سیلیکونی در آینده نزدیک افزایش یابد.

ترکیبات سیلیکونی جدید یا مخلوط‌های آن‌ها هنوز پتانسیل زیادی برای توسعه یا ایجاد خواص عملکردی به منسوجات دارند و انتظار می‌رود که کاربردهای جدید منسوجات سیلیکونی در حوزه پزشکی درمانی باشد.

پیشرفت‌های جدیدتر و هیجان‌انگیزی در صنعت نساجی معرفی شده‌اند تا به منسوجات عملکردهای بدیع و خلاقانه‌ای، به‌عنوان مثال؛ تمیز کردن آسان یا مقاوم در برابر لک، ضد شعله و خواص ضد میکروبی و ضد مه(دود) بدهند. علاوه بر این، منسوجات برای الکترونیک [منسوجات رسانا مبتنی‌بر نانولوله‌های کربنی (CNT)، گرافن و سایر نانومواد، منسوجات برای عملکردهای حسگر، منسوجات برای باتری‌ها و ذخیره انرژی]، کاتالیزورهای تثبیت شده روی منسوجات، منسوجات به عنوان بسترهای مهندسی بافت و منسوجات برای جداسازی روغن حاصل از آب، به لطف روش‌های نوآورانه تکمیل پارچه، به عنوان مثال؛ از طریق تکنیک‌های اصلاح سطح مناسب و استفاده از مفاهیم بیومیمتیک موجود در طبیعت، اهمیت بیشتری پیدا می‌نمایند.

توسعه آتی بازار نرم‌کننده‌های پارچه در صورت پذیرش توسط مصرف‌کنندگان، احتمالاً تحت تأثیر استفاده از مواد فوق‌کنسانتره خواهد بود. حوزه دوم به نقشی مربوط می‌شود که چند کارکردی نرم‌کننده‌های پارچه در آینده، با مواد جدید و مؤثرتر و پتانسیل بیشتر برای مزایای محسوس بیشتر برای مصرف‌کنندگان، ایفا خواهد نمود. آخرین روند، آماده‌سازی چند منظوره برای نرم کردن ‌پارچه‌ها است. این محصولات جدید نه تنها لباس‌ها را نرم، بلکه اتو کردن را نیز آسان‌تر می‌‌سازند، چین‌خوردگی در خشک‌کن‌ها را کاهش می‌دهند و در برابر لکه‌ها محافظت می‌نمایند. در نهایت، تولیدکنندگان نیز ممکن است شکل‌های جدیدی از تحویل را برای تسهیل استفاده از نرم‌کننده‌ها پیدا نمایند.

در سرتاسر جهان، بیش از 900 ترکیب شیمیایی مختلف در تولید پوشاک استفاده می‌شود که خواص فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی منسوجات را اصلاح می‌نماید. در اواخر دهه 1990، فروش سالانه نرم‌کننده‌های مایع پارچه در ایالات متحده تقریباً 700 میلیون دلار (در سوپرمارکت‌ها، داروخانه‌ها و فروشگاه‌های انبوه) بوده است. بازار لوازم جانبی نساجی جهان (از جمله تکمیل شیمیایی) در سال 2004 به 17 میلیارد دلار رسیده است که تقریباً دو برابر بازار جهانی رنگ می‌باشد. بر اساس آمار ناقص، در سال 2004، تولید جهانی لوازم جانبی نساجی از 3.1 میلیون تن، در مجموع نزدیک به 100 دسته، 15 هزار رقم و مصرف سالانه 2.70-2.80 میلیون تن فراتر رفته‌است. تولید جهانی مواد شیمیایی کمکی برای صنعت نساجی در سال 2017، 2.6 میلیون تن با ارزش تقریبی 7.8 میلیارد دلار برآورد شده است. ارزش بازار جهانی نرم‌کننده‌ها و نرم‌کننده‌های پارچه در سال 2018 به 17545 میلیون دلار رسیده است و انتظار می‌رود تا سال 2025 به 23529 میلیون دلار برسد و نرخ رشد سالانه تجمعی (CAGR) %4.3 از سال 2018 تا 2025 را ثبت نماید.

بر اساس تحلیل‌های دیگر در سال 2020، ارزش بازار جهانی نساجی کمکی 9.52 میلیارد دلار بوده است و انتظار می‌رود در دوره پیش‌بینی تا سال 2025 با CAGR %4.2 به 12.70 میلیارد دلار برسد.

دانلود فایل : اصلاحات مواد نساجی با سیلان‌های کاربردی، نرم‌کننده‌های سیلیکونی مایع و لاستیک‌های سیلیکونی

Reference

Chruściel, J. J. (2022). Modifications of Textile Materials with Functional Silanes, Liquid Silicone Softeners, and Silicone Rubbers—A Review. Polymers, 14(20), 4382.

https://doi.org/10.3390/polym14204382

ترجمه و ویرایش : جواد برزویی