تكنولوجيا النانو وصناعة الغزل والنسيج
أدت
الاكتشلفات المبهرة والتطبيقات الزائدة للمواد النانونية والتكنولوجيا القائمة
عليها ( تكنولوجيا النانو ) خلال العقد الماضى 2000 / 2010 لتفجير ثورة تكنولوجية
هائلة تؤثر فى جميع مجالات الحياة الصناعية والطبية منها حيث تصبح تكنولوجيا
النانو بمثابة المظلة التى تستظل تحتها مجموعة ضخمة من التكنولوجيات المختلفة
القائمة على تصغير مقاييس حبيبات المادة لتكون دون المائة نانومتر ( النانومتر من
وحدات القياس الطولية ويستخدم للتعبير عن مقاييس أبعاد الأشياء المتناهية الصغر =
1 / مليار من م ) وإن التلاعب فى وضع وترتيب الذرات مما أثمر عن ميلاد عائلات
جديدة من مواد متقدمة رفيعة الخواص عظيمة الصفات .
وتعتبر
صناعة الغزل والنسيج أحد أهم القطاعات الصناعية المتأثرة بتكنولوجيا النانو فى
منتجاتها حيث شهدت الصناعة مؤخرا تقدما مذهلا شمل استحداث طرق جديدة لإنتاج الغزل
والألياف النسيجية مما قاد لظهور عدد ضخم من المنسوجات النانونية تحتكر لنفسها
خواص فريدة وقد أدى ذلك لخروج فئات متميزة من الأقمشة ذات خصال وسمات لم تألفها من
قبل ولقد عززت المواد النانونية المضافة للغزل أو المستخدمة فى تغطية الألياف
النسيجية والأقمشة من سمات المنسوجات فأكسبتها الليونة والرونق وعززت معايير قوتها
وتحملها وأضافت على أسطحها خواص متميزة مما أدى لإتساع حقولها التطبيقية وإنتاج منتجات
نسيجية ذات أسطح مثبطة للنيران وواقية من المياه والبلل ومقاومة للتراكم البكتيرى
والنشاط الميكروبى والفيروسى .
على الرغم
من أن الأنشطة البحثية المتعلقة بتطبيقات النانو فى قطاع صناعة الغزل والنسيج تمثل
جانبا صغيرا بالمقارنة بمجمل الأنشطة البحثية العالمية بمجال تكنولوجيا النانو
المتمثلة فى الأوراق العلمية وعددها ربع مليون بحث أكاديمى وتطبيقى فإن الألياف
والمنسوجات النسيجية كانت أولى المنتجات النانونية التى نفذت للأسواق لتلبى
الاحتياجات اليومية للمستهلك فإن مقدار الفوائد الاقتصادية الضخمة المرتبطة
بتطبيقات تكنولوجيا النانو فى مجال صناعة الغزل والنسيج حيث تلعب تكنولوجيا النانو
دورا تطبيقيا مهما فى العديد من المراحل الصناعية والإنتاجية بقطاع الغزل والنسيج
ومنها ( 4 مراحل ) :
1 ) مرحلة
إنتاج ألياف الغزل النانونية .
2 ) مرحلة
إنتاج المتراكبات النانونية للألياف النسيجية .
3 ) مرحلة إنتاج
الصبغات .
4 ) مرحلة
التشطيب النهائى للمنسوجات والأقمشة .
تحسين
مواصفات الألياف النسيجية :
إن خواص
الألياف النسيجية وأدائها يعتبران العاملين الأساسيين اللذين ترتكز عليهما صناعة
النسيج حيث تعتمد عليهما فى توفير منتج نهائى متميز على الرغم من أن الأقمشة
التقليدية المصنوعة من ألياف القطن حيث تحتكر عددا من الخواص المحببة للمستهلك
كالامتصاصية العالية والمسامية ونعومة الملمس إلا أن تطبيقات المنسوجات القطنية فى
المجالات المختلفة محدودة جدا بسبب انخفاض متانة وقوة الألياف القطنية عن الحد
المرضى مما يجعلها سهلة التجعد بعد سويعات قليلة من الاستخدام بالإضافة لقابليتها
للاشتعال والاتساخ السريع وعلى الرغم من كون الأقمشة المصنوعة من الألياف الصناعية
تتمتع بالمتانة والقوة والقدرة على مقاومة التجعد والنشاط البكتيرى والميكروبى
والفيروسى ومقاومة الاتساخ إلا أنها تفتقر لخصائص الراحة والنعومة عند الاستخدام
إذا ما قورنت بالمنسوجات القطنية والسبب عدم تمتع الألياف الصناعية التقليدية
بالنعومة المطلوبة لإنتاجها على هيئة خيوط سميكه حيث تتراوح أقطارها ما بين ( 1 :
100 ميكرومتر ) الميكرومتر =
1 / مليون
من م ) وقد أدت تكنولوجيات النانو المستخدمة من خلال توظيف بعض العمليات المتقدمة
كالمغازل الكهربية فى إنتاج ألياف نسيجية تتراوح أبعاد مقاييس أقطارها ما بين ( 1
: 100 نانومتر ) والنانومتر = 1 / مليار من م ) حيث تجمع فى خصالها القوة والمتانة
والنعومة الفائقة ومع توظيف تكنولوجيا النانو بدأ تطوير ألياف المنسوجات المستخدمة
فى إنتاج الجيل الثانى من الأقمشة القطنية التى تجمع بين مزايا الألياف القطنية
والصناعية .
المنسوجات
الذكية :
أدى ظهور
التكنولوجيات الجديدة لتكنولوجيا النانو لإحراز ابتكارات فريدة فى مجال تكنولوجيا
صناعة الغزل والنسيج ودخول تطبيقات مذهلة للمنسوجات والملابس وتقدم تكنولوجيا
النانو أليافا نسيجية متقدمة ألياف المتراكبات النانونية يتم فيها توظيف مواد حشو
المواد المالئة نانونية المقاييس كحبيبات الطفلة لأكاسيد المعادن كالكربون الأسود
حيث أن ألياف الكربون النانونية وأنابيب الكربون النانونية لتحسين الخواص
الميكانيكية والفيزيائية للألياف النسيجية خاصة الألياف القطنية فتتجمع بها العديد
من المزايا والخصال المرغوبة وبينما يؤدى استخدام ألياف الكربون النانونية كمواد
مالئة تضاف للألياف النسيجية بغرض زيادة مقاومتها للإجهادات الناشئة عن قوى الشد حيث
تعمل حبيبات الكربون الأسود المضافة للألياف النسيجية والقطنية على رفع متانتها
وتحسين مقاومتها للتآكل حيث أن استخدام أى من المادتين يؤدى لرفع مقاومة النسيج
للمواد الكيميائية وتحسين الموصلية الكهربية للنسيج عن طريق معالجة الألياف بطرق
حرارية من أجل إنتاج أقمشة نسيجية تستخدم فى بعض التطبيقات الخاصة كصناعة السترات
الواقية من الأعيرة النارية والسترات المقاومة للمجالات الكهرومغناطيسية وأنه قد
تم حديثا التوصل لإنتاج متراكبة نسيجية إلكترونية فريدة تتألف من أنابيب الكربون
النانونية متعددة الجدران تصنع منها المكثفات فائقة التوصيل للكهرباء .
النانو فى
تشطيب أسطح الأقمشة :
تعتبر عملية
التشطيب النهائى لأسطح الأقمشة النسيجية المصنوعة من الألياف الطبيعية أو الصناعية
عملية مهمة ورئيسية حيث يتم من خلالها إضافة الصفات المرغوب فيها للأسطح النسيجية
كالمرونة ونعومة الملمس واللون ودرجة اللمعان حيث تهدف تطبيقات تكنولوجيا النانو
وأجهزتها فى مجال صناعة الغزل والنسيج لتغيير وإعادة هيكلة البنية السطحية لأسطح
المنسوجات لتحقيق الصفات الوظيفية والجمالية حيث اتخذت عمليات تشطيب أسطح
المنسوجات مسارات جديدة حيث ظهرت إمكانيات هائلة تهدف لإدخال تحسينات ضخمة على
أسطح المنسوجات وتعزيز صفاتها من خلال العديد من التكنولوجيات النانونية كطلاء
الأسطح بطبقات من مواد نانونية السمك حيث أنها طبقات من مواد مخلقة تتراوح مقاييس
أبعاد أسماكها ما بين ( 1 : 100 نانومتر ) مما أسهم فى إنتاج عائلات جديدة من
المنسوجات تستخدم بنجاح فى كثير من التطبيقات المهمة فلم يعد دور الأقمشة
والمنسوجات مقتصرا على إنتاج الملبوسات حيث فتحت تكنولوجيا النانو أمامه آفاقا
جديدة وتطبيقات عديدة .
ميزات
المنسوجات النانونية :
تحتكر
المنسوجات المنتجة بواسطة تكنولوجيا النانو عددا من المزايا المهمة والفريدة منها
:
1 ) الطبقات
النانونية الواقية التى يتم طلاء أسطح المنسوجات بها طبقات رقيقة وشفافة لا يمكن
إدراكها بالعين المجردة علاوة على أنه يتم تحضيرها من مواد صديقة للبيئة ومقاومة
للتجعد والاحتفاظ برونق الملبس ومقاومة امتصاص الرطوبة مما يقلل الإحساس بحرارة
الجو ومقدرة هائلة على مقاومة البلل والملوثات العضوية السائلة من خلال طردها
التلقائى للقطرات الساقطة على أسطحها ومقاومة ذاتية للإتساخ الناجم عن تراكم بقع
المركبات الهيدروكربونية مما يؤدى لتوفير الوقت والتكلفة الخاصة بعمليات الغسل
والتنظيف والكى وانخفاض تكلفتها الإنتاجية .
المنسوجات
المقاومة للبلل والاتساخ :
تقوم فكرة
تحسين قابلية أسطح الأقمشة والمنسوجات على طرد قطرات المياه ومقاومة تواجده على
الأسطح الخارجية للمنسوجات على خلق شعيرات نانونية من مواد هيدروكربونية لا تتجاوز
مقاييسها 1 : 1000
من أحجام
الألياف القطنية والشعيرات النانونية تكسو أسطح الأقمشة على هيئة زغب مما يضيف
للأسطح ملمسا مجعدا ذا نتوءات نانونية المقاييس وتكون المسافات البينية الفاصلة
بين الشعيرات النانونية المغلفة لأسطح المنسوجات أقل من مقياس قطر قطرة واحدة من
الماء فهى لا تسمح للقطرات بأن تتسلل خلالها فتلامس سطح الأقمشة ومن ثم فهى تضمن
للأسطح جفافها مهما بلغت غزارة وكثافة الماء أو أى سائل آخر ينسكب عليها وعن طريق
تطوير زغب الشعيرات النانونية المغطية لأسطح الأقمشة عن طريق إضافة هلام على
الشعيرات النانونية مما يعمل على تكور قطرات الماء الساقطة على الأسطح لتكون على
هيئة كريات على شكل خرزات تتدحرج مبتعدة عن الأسطح المعالجة من دون أن تصيبها
بالبلل وتلعب كريات جزيئات الماء عند تدحرجها دورا مهما فى جذب جزيئات عوالق البقع
الزيتية التى قد تصيب أسطح المنسوجات المعالجة مما يوفر لها خاصية التنظيف الذاتى
.
المنسوجات
القطنية المقاومة للميكروبات والجراثيم والفيروسات :
إن استخدام
الملابس المصنوعة من الألياف القطنية خاصة فى ارتفاع درجات الحرارة ونسب الرطوبة
العالية خاصة صيفا على الرغم من أن الملبوسات القطنية مريحة ولديها القدرة على
امتصاص العرق حيث أن الألياف القطنية توفر بيئة صالحة لنمو الكائنات الحية الدقيقة
كالجراثيم والميكروبات لقدرتها على الاحتفاظ بالرطوبة ويمكن السيطرة على الآثار
الضارة للتراكم البكتيرى والميكروبى من خلال عملية تشطيب خاصة يتم فيها طلاء أسطح
المنسوجات بطبقة نانونية السمك مؤلفة من حبيبات نانونية الأبعاد من أحد المواد
المعروف عنها مقاومتها العالية للنشاط الفيروسى والميكروبى والبكتيرى كثانى أكسيد
التيتانيوم / أول أكسيد الزنك / الجاليوم / النحاس / الفضة / الذهب / أنابيب
الكربون النانونية وحبيبات مادة الطفلة التى تعتبر عوامل قوية مضادة لنمو وتكاثر
الجسيمات الضارة وقد حظيت النانونيات أخيرا بشهرة واسعة فى عمليات طلاء الأسطح
ووقايتها ضد غزوات الكائنات المجهرية وليس فى قطاع الغزل والنسيج وتشطيب الأسطح
الخارجية للألياف القطنية ولكن فى مجال حماية الأسطح الفلزية وغير الفلزية المستخدمة
فى التطبيقات المختلفة عموما وخاصة فى مجال عمليات طلاء الأسطح الفلزية للأدوات
الجراحية وإن كفاءة الحبيبات النانونية فى مكافحة الجراثيم لارتفاع قيم مساحات أسطحها
مما يعنى تواجد عدد ضخم من ذراتها على أسطحها الخارجية .
وإن حبيبات
ثانى أكسيد التيتانيوم حيث أن بها العديد من الخواص والمزايا الفريدة مما جعلها من
فائدة المواد متعددة الوظائف وتتمتع حبيبات المادة باستقرارها وثباتها الحرارى
العالى وبكونها مواد آمنة مضادة للبكتيريا فى نطاق طيفى واسع ولقد أضحت حبيبات
ثانى أكسيد التيتانيوم ( TiO2 ) نانونية الأبعاد فإن بحوث وتطبيقات المواد النانونية بعد أن
أظهرت تمتعها بخاصية التحفيز الضوئى وإن ظاهرة التى تبديها حبيبات ثانى أكسيد
التيتانيوم فقد تم توظيفها ليس كعوامل لمكافحة النشاط البكتيرى والميكروبى
والفيروسى ولكن فى مجالات أخرى كمواد تغطية للأسطح بغرض تنظيفها ذاتيا فى معالجة
البيئة وتنقية المياه ومجال الحساسات وحديثا فى مجال تصنيع الخلايا الشمسية وتتلخص ميكانيكية عمل الحبيبات النانونية فى
القضاء على البكتيريا والجراثيم والميكروبات والفيروسات فى حين أنه عند تعرضها لأى
مصدر للإشعاع الضوئى مما يثير إلكتروناتها المتواجدة بالمستويات الأخيرة لذراتها .
وإن مستويات
التكافؤ حيث تقفز الإلكترونات حاملة معها شحناتها السالبة لمستويات طاقة أخرى (
مستويات التوصيل ) لتترك خلفها فجوات موجبة الشحنات بمستويات التكافؤ وتتحد
الإلكترونات سالبة الشحنات مع الاكسجين مكونة أيونات من الاكسجين بينما تكون
الفجوات الموجبة الشحنات مع الماء مجموعة الهيدروكسيل حيث تقوم أيونات الاكسجين
النشطة بأكسدة المواد العضوية كالبكتيريا والفيروسات والجراثيم والميكروبات وبقع
المتراكمات العضوية المتراكمة على أسطح حبيبات مادة ثانى أكسيد التيتانيوم المغلفة
لأسطح الألياف النسيجية وتحليلها لجزيئات لمركبات من الماء وثانى أكسيد الكربون .
وإن حبيبات
الفضة نانونية الأبعاد بسبب كونها من العوامل القوية شديدة الفتك بالجراثيم
والميكروبات والفيروسات والبكتيريا وعلى الرغم من قدرة الفضة على قتل الميكروبات
والبكتيريا معروف قديما إلا أن حبيبات الفضة النانونية نظرا لتطبيقاتها المتعددة
فى عمليات طلاء الأسطح ووقايتها ضد غزوات الكائنات المجهرية الضارة وإن الذرات
المستقرة لفلز الفضة تتأين فى وجود الأكسجين مكونة أيونات الفضة التى لها تأثير
سام وقاتل على الجراثيم والميكروبات والفيروسات والبكتيريا حيث تقوم الأيونات بشل
انزيمات التأييض التى تمثل الرئة الكيميائية للجراثيم وتتواجد الملابس عديمة
الرائحة وهى التى تتم معالجة ألياف أنسجتها عن طريق تطعيمها بحبيبات من فلز الفضة
القاتلة للبكتيريا المسببة لنفاذ الرائحة غير المستحبة وتعتبر الجوارب المطعمة
بحبيبات الفضة أحد أشهر المخرجات لهذه الفئة من الملبوسات .
الثياب
الواقية من الأشعة فوق البنفسجية :
لا ينحصر
دور الثياب التى نرتديها على الحماية من الطقس بل إن دورها يتعدى حيث تقوم
بحمايتنا من التعرض المباشر للأشعة فوق البنفسجية
( Ultraviolet
Radiation ) القادمة
من الشمس على هيئة موجات تتراوح أطوالها الموجية مابين ( 150 : 400 نانومتر ) وقد
أثبتت نتائج البحوث المعملية قدرة الحبيبات النانونية لبعض الأكاسيد الفلزية على
الأخص مادتى ( ZnO / TiO2 ) الهائلة فى امتصاص الأشعة الضارة فهى
تستخدم كدهانات للوجه والجسم بهدف حجب الأشعة فوق البنفسجية وعكسها من على سطح
الجسم ولما تتمتع به الحبيبات النانونية للمادتين من مساحة أسطح عالية فإنه يضاعف
من قدرتها على الامتصاص فى النطاق الموجى من الإشعاعات ( 150 : 400 نانومتر )
وحديثا وظفت الحبيبات النانونية فى معالجة ألياف وأسطح الثياب من أجل تعزيز
قدراتها على صد الإشعاعات فوق البنفسجية .
الألياف
النانونية وصناعة الأقمشة غير المنسوجة :
إن الأقمشة
غير المنسوجة أو اللانسيجية بأنها الأقمشة التى تتألف من ألياف طولية نانونية
الأبعاد حيث تتمتع بمساحة أسطح عالية وتتميز الأقمشة غير المنسوجة المنتجة بطرق
غير تقليدية بضيق أبعاد مقاييس مسامها إذا ما قورنت بالأقمشة التجارية والخواص
النانونية التى تتمتع بها الأقمشة تجعل منها مواد محببة لإنتاج فلاتر المياه
والأغشية المستخدمة فى تنقية المياه وترشيحها من الملوثات والعوالق على المستوى
الجزيئى وتستخدم الأقمشة فى تصنيع الأقنعة الواقية المانعة للجسيمات المجهرية من
الوصول للجهاز التنفسى للإنسان كالفيروسات المسببة لمرض انفلونزا الطيور والخنازير
وتستخدم الأقمشة غير التقليدية فى تصنيع أنواع متميزة من مرشحات الهواء وتخليصه من
العوالق .
المنسوجات
الإلكترونية :
أصبحت
المنسوجات الإلكترونية حيث ترمز المنسوجات الإلكترونية للمنتجات النسيجية التى
تتميز بقدرات خاصة لتنفيذ مهام مختلفة كالاستشعار والاتصالات ونقل الطاقة والربط
بين الأجهزة الخاصة بتنفيذ العمليات داخل نسيج الأقمشة فإن المنسوجات الإلكترونية
تختلف من حيث المهام والوظيفة عن المنسوجات الذكية حيث أن المنسوجات الذكية لا
يحتوى نسيجها على أى أجهزة أو وسائل إلكترونية وتسمح المنسوجات الإلكترونية بإجراء
بعض العمليات الحسابية البسيطة ولتحقيق الغرض يجب أن تحتوى خيوط الغزل المصنعة
منها المنسوجات الإلكترونية على مواد موصلة كخيوط الفضة وعن طريق إنتاج منسوجات
إلكترونية بحيث لا تختلف عن الملبوسات التقليدية من حيث الليونة والمرونة والراحة
عند الارتداء .
وإن
للمنسوجات الإلكترونية عددا هائلا من التطبيقات المستقبلية المهمة ولاسيما فى
المجال العسكرى حيث من المرجح إنتاج سترات عسكرية يتم تدعيم نسيجها بمواد نانونية
تعمل على زيادة قوة وصلابة السترات العسكرية كما تجرى الأبحاث بهدف توفير منسوجات
تستخدم فى مجال التشخيص الطبى وتوفير العلاج والرعاية الطبية للجنود القابعين
بميدان العمليات العسكرية وقد تم إنتاج أنواع تجريبية من الضمادات الإلكترونية
والتى تلصق على الجسم بهدف استبيان ومتابعة الحالة الصحية له مع القيام بإرسال
إشارات تحذيرية للجندى المصاب تخبره فيها عن بدء تعرضه للاصابة بعدوى بكتيرية أو
فيروسية أو ميكروبية أو جرثومية مع تحديد هوية البكتيريا وأنواع كل من الفيروسات
أو الميكروبات أو الجراثيم . د / شريف الاسكندرانى / أسامة ممدوح 6 / 1 / 2018
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق