نرم کننده نخ چیست ؟

نرم کننده ها مواد سطح فعال هستند که از نقطه نظر شیمیایی مواد آلی شامل ۲۲ – ۱۲ اتم کربن هستند. این مواد نمی توانند داخل الیاف نفوذ کنند و تنها روی سطح آن ها قرارمی گیرند و مانند یک فیلم نازک روی سطح الیاف می نشینند و حالت روغنی Lubricity به پارچه می دهند.

نحوه عملکرد مولکول های نرم کن

نرم کن‌های متداول عمدتاً بر روی سطح پارچه تأثیر می گذارند. محصولات با وزن مولکولی کم ( برخلاف نرم کن ها و روان کننده های صنعت پلاستیک ) می توانند به درون الیاف نفوذ کرده و نیروهای جاذبه بین مولکولی درالیاف را کم کرده و با ایجاد حالت نرمی درونی دمای شیشه ای آن ها را کاهش دهند. در مورد نرم کن های متداول نحوه آرایش یافتگی آن ها بر روی الیاف بسیار حائز اهمیت است. این مسأله به مقدار زیادی به خصوصیات یونی و میزان خاصیت دفع آب سطح الیاف بستگی دارد. نرم کن های کاتیونیک با اجزای مولکولی با بار مثبت بر روی سطح الیاف با بار نسبی منفی ( پتانسیل زتا ) ته نشین می شوند و گروه های آب گریز هیدروکربنی آن ها که در سطح خارجی این مواد قرار می گیرند سبب ایجاد یک لایه آب گریز جدید بر روی سطح الیاف می شوند که این مسأله با ایجاد یک زیردست نرم توأم است. از طرف دیگر نرم کن های آنیونیک با ساختار مولکولی دارای گروه های منفی از طرف الیاف با بار سطحی منفی دفع می شوند ، به همین دلیل این مواد با قرارگیری در سطح خارجی الیاف با افزایش خاصیت آب دوستی ، خصوصیات نرم کنندگی ضعیف تری نسبت به مواد کاتیونیک ایجاد می نمایند. نحوه آرایش یافتگی نرم کن های نانیونیک بر روی سطح الیاف بستگی به ساختار سطحی الیاف دارد ، در صورتیکه الیاف از ساختار سطحی آب دوست برخوردار باشند قسمت های آب دوست مولکول های نرم کن را جذب می کنند و در صورتیکه الیاف دارای ساختار سطحی آب گریز باشند اجزای آب گریز نرم کن را به خود جذب خواهند نمود ( شکل ۲ ).

شکل ۲ – دیاگرام نحوه آرایش نرم کن ها ( WGM ) بر روی سطح الیاف ( FO )

انواع نرم کن و خصوصیات آن ها

اکثریت نرم کن ها از مولکول هایی با گروه های آب دوست و آب گریز تشگیل شده اند که می توانند بر روی سطح الیاف عمل نمایند ، به همین دلیل این مواد را جزء خانواده سطح فعال ها طبقه بندی می کنند ، معمولاً نرم کن ها به صورت امولسیون های % ۳۰ – ۲۰ روغن در آب فروخته می شوند. مولکول های نرم کن ها غالباً دارای گروه های آلکیل بلند و گاهاً شاخه دار با ۱۶ تا ۲۲ اتم کربن می باشند. تنها نرم کن های سیلیکونی ، پارافینی و پلی اتیلنی از این قضیه مستثنی هستند. تقریباً یک سوم ( ۳ / ۱ ) از کل نرم کن های مورد استفاده در صنعت نساجی را نرم کن های سیلیکونی نشکیل می دهند.

بر اساس فعالیت یونی نرم کننده ها به ۵ گروه تقسیم می شوند :

۱ – نرم کننده های آنیونیک ( بار منفی ) ۲ – نرم کننده های کاتیونیک ( بار مثبت ) ۳ – نرم کننده های آمفوتریک ( کمی آنیونیک ) ۴ – نرم کننده های راکتیو ( کمی کاتیونیک ) ۵ – نرم کننده های نان یونیک ( بدون بار )

نرم کن آنیونیک

ترکیبات آنیونیک در شرایط عادی فرآیندهای تکمیل در مقابل حرارت بسیار پایدار هستند و می توان آن ها را با بسیاری از ترکیبات و مواد شیمیایی دیگر به صورت مخلوط به کار برد ، مواد مذکور در مقابل شستشو چندان پایدار نیستند و سبب ایجاد خاصیت ضد الکتریسیته ساکن در منسوج می شوند. با توجه به تأثیر آب دوستی این گروه ها بر روی منسوجات که به دلیل قرارگیری گروه های آنیونیکی آن ها در سطح خارجی و محاصره آن ها توسط گروه های هیدرات ضخیم می باشد ، این ترکیبات سبب افزایش خاصیت آب دوستی منسوجات می شوند. این ترکیبات عمدتاً دارای ساختار سولفوناتی هستند که بر خلاف سولفات ها در مقابل هیدرولیز به شدت پایدار می باشند ( شکل ۳ ).

شکل ۳ –  ساختار شیمیایی نرم کن های آنیونیک

نرم کن کاتیونیک

نرم کن های کاتیونیک به دلیل ایجاد زیردست بسیار عالی و ثبات شستشویی نسبتاً خوب در مقابل شستشوی های خانگی یکی از پر مصرف ترین دسته های مواد سطح فعال می باشند. این مواد تقریباً برای تمام انواع الیاف مناسب هستند و می توان آن ها را در روش های رمق کشی با نسبت ( L / R ) بالا حتی در حمام آخرین مرحله آبکشی نیز به کار برد. در هنگام کاربرد مواد مذکور بر روی سطح منسوجات ، با توجه به قرارگیری گروه های آب گریز به سمت خارج ، سطح منسوج دارای حالت آب گریز شده و خصوصیات تر شوندگی آن افت می کند ، ترکیبات کاتیونیک با مواد آنیونیک ناسازگار هستند ( نمی توان آن ها را با یکدیگر به کار برد ). ترکیبات کاتیونیک منجر به افزایش خاصیت چرک شوندگی و کاهش ثبات نوری منسوجات رنگرزی شده با رنگزاهای راکتیو و مستقیم می شوند و همچنین در صورت قرارگیری در معرض حرارت زیاد سبب ایجاد حالت زردی در کالا نیز می شوند. یکی از معایب زیست محیطی این ترکیبات عدم قابلیت تجزیه در محیط زیست است ، اما با این وجود مواد مذکور را می توان در فرآیندهای تصفیه فاضلاب به کمک جذب بر روی لجن های با ساختار آنیونیکی از پساب کارخانجات جدا نمود. در شکل ۴ ساختار نرم کن های کاتیونیک نشان داده شده است.

شکل ۴ – ساختار و خواص شیمیایی و فیزیکی نرم کن های کاتیونیک

نرم کن آمفوتریک

نرم کن های آمفوتریک دارای خاصیت نرم کنندگی بسیار عالی ، ثبات شستشویی پایین ، خاصیت آب دوستی خوب و خاصیت ضد الکتریسیته ساکن بسیار خوب هستند. در این ترکیبات لایه های بسیار ضخیم هیدرات بر روی گروه های کاتیونیک و آنیونیک ساختاری ، سبب ایجاد خواص مذکور می شود. همچنین این ترکیبات در مقایسه با ترکیبات کاتیونیک مشابه مشکلات زیست محیطی کمتری ایجاد می نمایند ( شکل ۵ ).

شکل ۵- ساختار شیمیایی نرم کن های آمفوتریک

نرم کن نانیونیک

نرم کن های غیر یونی از اولین مواد تکمیلی مورد استفاده محسوب می شود. آن ها سطح فعال های محلول در آب بوده که قابل یونیزه شدن نمی باشند و اغلب جهت تکمیل پارچه های سفید گرد و تخت باف خصوصاً سلولزی بکار می روند. نرم کن های مذکور به علت غیر یونی بودن قادر به استفاده همزمان در محیط های آنیونی و کاتیونی بوده و ترجیحاً در فرآیند سفیدگری همراه سفیدکننده بکار می روند. اگرچه نرم کن های غیر یونی مشکلات زرد شدگی در پارچه های سفید را ایجاد نمی نمایند و از ثبات حرارتی خوبی برخوردارند اما عدم دوام ( ثبات شستشویی کم ) و خاصیت دوخت پذیری نامناسب پارچه های تکمیل شده کاربرد آن ها را محدود نموده است ( شکل ۶ ). نرم کن های نانیونیک به گروه های سیلیکونها ، پلی اتیلن ها ، اتوکسیل ها ، پلی پارافین ها ، استر های چرب تقسیم بندی می شوند.

شکل ۶ – ساختار و خواص شیمیایی و فیزیکی نرم کن های غیر یونی

از مهمترین خانواده نرم کن های نانیونیک ، سیلیکون ها می باشند که به شرح آن می پردازیم:

نرم کن سیلیکونی

مقدمه در حدود ۵۰ سال از عرضه اولین سطح فعال مصنوعی و مواد شوینده سپری شده است و بیش از ۳۵ سال است که از ترکیبات سیلیکونی در صنعت شوینده ها جهت کنترل تولید کف در ماشین های شستشوی خانگی استفاده می شود . علاوه بر این ترکیبات سیلیکونی ضدکف ، در بسیاری از صنایع که در آن ها کف ، سطح فعال های مصنوعی یا هر دوی آن ها استفاده می شوند نیز به کار می روند. در صنایع نساجی هم مدت زیادی است که از ترکیبات سیلیکونی استفاده می شود. در صنعت نساجی از ترکیبات سیلیکون به عنوان مواد ضد الکتریسیته ساکن ، روان کننده های الیاف و نخ در فرآیند بافندگی و ترکیبات ضد کف و نرم کننده در مراحل نهایی فرایند تکمیل استفاده می شود. البته علاوه بر موارد ذکر شده استفاده از این ترکیبات مزایای دیگری نیز دارد که بعداً توضیح داده خواهد شد. این خصوصیات عبارتند از : خواص ضد میکروبی ، خصوصیات دفع آب ،تکمیل های الاستومری و افزایش آبدوستی. نیازهای حقیقی و بالقوه صنایع پوشاک به استفاده از ترکیبات سیلیکونی را می توان در سه دست طبقه بندی نمود : ۱- راحتی پوشاک که شامل مواردی نظیر کشسانی پارچه ، نرمی ، قابلیت تنفس ( نفوذ هوا) خصوصیات ضد الکتریسیته ساکن ، جذب آب و رها سازی بوهای مطبوع می باشد. ۲- محافظت از پوشاک که شامل مواردی نظیر خصوصیات ضد آبی ، ضد باد ، مقاومت سایشی و ضد میکروبی می باشد. ۳- راحتی مراقبت از پوشاک که شامل مواردی نظیر خصوصیات ضدچروک ، راحتی اطو کردن ، چلاندن و آبگیری پارچه ، کنترل جمع شدگی و آبرفت ، اطوی دائمی و دوام تکمیل های به کار رفته می باشد.

خواص ویژه سیلیکون ها : ۱- انرژی چرخش پیوند ها در محدوده بین ۲۲۰- ۹۰ درجه انعطاف پذیری دارد ۲- پایداری در برابر اکسیداسیون ۳- ساختمان بسیار انعطاف پذیر ۴- کشش سطحی بسیار کم ۵- قدرت پیوند بسیار زیاد ۶- درجه حرارت انتقال شیشه ای کم ۷- فشار بخار جزیی کم ۸- از نظر شیمیایی خنثی و می تواند به صورت فعال هم باشد ۹- قابلیت فشردگی زیاد ۱۰- قابلیت عبور نیتروژن و اکسیژن و در نتیجه قابلیت ایجاد تنفس ۱۱- تغییر در ضریب شکست بسیار کم

صنایع نساجی و صنایع تولید شوینده ها هر دو با مسئله ای تحت عنوان از بین رفتن بسیاری از تکمیل های به کار رفته بر روی پارچه در حین فرآیند شستشو مواجه هستند. تنها در حدود ۱۰ بار عملیات شستشو می تواند بسیاری از خصوصیات تکمیلی ابتدایی لباس را از بین ببرد. با افزایش تعداد مشتریانی که زمان کمی جهت مراقبت از پوشاک خود دارند و از طرف دیگر انتظار دارند که لباس آن ها پس از عملیت شستشو همچنان ظاهر نو و تازه خود را حفظ کند. صنعت نساجی به عنوان مشتری صنعت تولید مواد شوینده تقاضاهای جدیدی را مطرح نموده است. به همین دلیل بسیاری از شرکت های تولید کننده مواد شوینده در سال های اخیر جهت شناسایی و توسعه تکنولوژی های تامین کننده نیاز های فوق تحقیقاتی را آغاز نموده اند. خصوصیات شیمیایی فیزیکی پلیمر های سیلیکونی و توانایی تغییر در ساختار و فعالیت آنها جهت برآورده ساختن نیاز های مشتریان مختلف از مهمترین مزایای این پلیمرها است. بهبودنرمی، راحتی اطو کردن ، جذب آب خوب و تا حدودی خصوصیات ضد چروکی از مهمترین مزایای استفاده از این پلیمرها است. علاوه بر این ها استفاده از تکنولوژی های جدید جهت راحتی آبگیری پارچه ، افزایش کشسانی ، حفظ شکل و وضعیت و رها سازی بوهای  مطبوع نیز در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است.

نرم کننده های سیلیکونی از انواع نرم کننده های نانیونیک non – Ioinic هستند که در محیط های رنگرزی و تکمیل با مواد شیمیایی دیگر سازگار هستند. کاربرد این نوع نرم کننده بر روی پارچه پنبه ای منجر به بهبود خواص فیریکی پارچه و زیردست آن می شود. زیردست پارچه خاصیتی است که ارتباط مستقیمی با ضریب اصطکاک پارچه دارد. هر چه ضریب اصطکاک پارچه بیشتر شود زیردست پارچه زبرتر احساس می شود. بکارگیری نرم کننده سیلیکونی در پارچه پنبه ای منجر به کاهش اصطکاک پارچه شده و در نتیجه باعث نرمی آن می گردد. به علاوه زاویه برگشت از چروک پارچه افزایش یافته و طول خمشی آن نیز کاهش می یابد. بنابر این با کاربرد این نرم کننده می توان خواص مناسبی را در پارچه پنبه ای به دست آورد. ساختمان شیمیایی این نرم کننده شامل زنجیر خطی بلند حاوی اتم های سیلیکون و اکسیژن است. معمولاً دو گروه آلی مثل متیل به هر اتم سیلیکون متصل است. بنابر این می توان گفت که این ساختمان در اصل پلی سیلیکون می باشد. سیلیکون ها از گران ترین نرم کننده ها در صنعت نساجی می باشد. افینیته این نرم کننده ها کم می باشد بنابراین از روش پد برای کاربرد آن ها استفاده می شود. در این روش کالا در حمام حاوی نرم کننده قرار گرفته و سپس آب گیری شده و در حرارت معینی خشک می گردد. این گروه از نرم کننده ها سازگاری خوب با انواع رنگ ها و مواد تکمیلی دارند بنابراین در طی رنگرزی یا عملیات تکمیلی می توان از آن ها استفاده نمود این گروه از نرم کننده ها بسیار سازگار با دیگر مواد تکمیلی در طی فرآیندهای نساجی هستند.

ساختمان نرم کننده سیلیکونی در شکل ۷ نشان داده شده است.

شکل ۷ –  ساختار شیمیایی نرم کن های سیلیکونی

زرد شدگی بر اثر مصرف نرمکن های سیلیکونی :

اگرچه نرمکن های دارای بنیان اتیلن دی آمین زیردست بسیار عالی ایجادمی نمایند اما ضعف آن ها در ایجاد زرد شدگی در پارچه است. درجه زرد شدن با افزایش گروه های آمینوی پلیمر افزایش یافته و با زمان و درجه حرارت اعمال شده برای خشک کردن پارچه ارتباط مستقیم دارد. با این توضیح مشخص می شود که پدیده زرد شدگی به عنوان یک مشکل مهم به هنگام استفاده از رزین های ضد چروک مطرح است ، زیرا برای ایجاد پلیمریزاسیون در این رزین ها به حرارت بیشتری نیاز داریم ، لذا برای فرآیند رمق کشی و جذب در جایی که تنها خشک کردن مورد نیاز باشد موضوع زرد شدن کمتر مطرح است . بخشی از زرد شدن به علت اکسید شدن گروه رادیکال آمینو در حضور هوا و حرارت و کاتیون های فلزی می باشد . در این فرآیند از گروه آمینو ، گروه های آزو و آزوکسی تشکیل می شود و اعتقاد بر این است که مواد فوق عامل ایجاد پدیده زرد شدگی هستند.

تنوع نرم کننده های سیلیکونی : اصطلاحات جدید در روغن‌های سیلیکونی و بهبود تکنولوژی تولید امولوسیون ها باعث ایجاد تأثیرات جدید و همچنین بهتر شدن فرآیند های قبلی می شود. طبقه بندی سیلیکون های اصلاح شده بر طبق ماهیت شیمیایی به شرح زیر است :

خصوصیات اصلی ترکیبات سیلیکونی که منجر به ایجاد مزایایی در رابطه با مراقبت از پارچه می شوند

ساختار شیمیایی پلیمرهای سیلیکونی یا پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) از یک زنجیر اصلی غیر آلی  Si-o  که درای گروه های جانبی آلی است تشکیل شده است. (شکل ۸ )

شکل ۸ – ساختار مولکولی پلی دی متیل سیلوکسان ( PDMS )

این گروه های جانبی در اکثر موارد گروه های متیل هستند.درجه پلیمریزاسیون این ترکیب ها از n = 1 تا چند هزار متغیر است. کنفورماسیون فضایی این پلیمر شبه مارپیچی است. اطلاع داشتن از تعدادی خصوصیات اصلی سیلیکون ها و نحوه تبدیل آن ها به خصوصیات ماکروسکوپی کلید فهم مکانیزم ایجاد خصوصیات مراقبتی منحصر به فرد در پارچه توسط سیلیکون ها است.خصوصیات اتصال شیمیایی Si-o-Si در مقایسه با پیوند های آلیC-C-C یا C-O-C ، نشان دهنده پیوند های پهن تر و با زاویه اتصال بزرگتردر ترکیبات سیلیکونی است ، همچنین این اتصالات و پیوندهای غیر آلی دارای انرژی پیوند به مراتب بزرگتر و انرژی فعال سازی چرخش به مراتب کمتر می باشند ( شکل ۹ ). با توجه به این ساختار شیمیایی ،PDMS از یک زنجیر انعطاف پذیر منحصر به فرد یا آرایش یافتگی مولکولی چند طرفه با توجه به جنس پارچه و کنفورماسیون مولکولی شبه مارپیچی به علت آرایش یافتگی گروه های متیل به سمت خارج ساختار برخوردار است.

شکل ۹ – خصوصیات اصلی پیوندهای سیلوکسان

مهمترین خصوصیات ماکروسکوپی PDMS عبارتند از

۱- ویسکوزیته پاین به علت بر هم کنش بین مولکولی کم ، حتی در وزن مولکولی های زیاد. ۲- کشش سطحی بسیار کم و قابلیت پخش شدن بسیار زیاد ۳- آبدوستی بسیار زیاد ۴- نفوذ پذیری گازی زیاد ۵- اندیس شکست مضاعف زیاد

خصوصیات ذکر شده در قسمت فوق موجب ایجاد خصوصیات کاربردی بسیار ویژه ای در ترکیبات سیلیکونی می شود:

۱- روان کنندگی عالی ۲-عدم چسبندگی ۳- نرمی ۴-اصلاح خصوصیات سطحی ، آبدوستی یا آبگریزی ۵-تشکیل لایه ، قابلیت تر شوندگی ۶- قابلیت تنفس ، خصوصیات حفاظتی و عایقی ۷- برق یا شفافیت بی رنگ

تکنولوژی مراقبت از پارچه توسط سیلیکون ها

استفاده از سیلیکون ها با توجه به نوع سیلیکون انتخاب شده و خصوصیات امولسیون آن منجر به ایجاد مزایای خاصی در مراقبت از پوشاک می شود. مهمترین خصوصیات تکنیکی ترکیبات سیلیکونی که بر روی مزایای کاربردی آنها تأثیر می گذارند عبارتند از: ۱- ساختار و واکنش پذیری پلیمر ۲- نوع و حالت ماده تحویل داده شده ۳-اندازه ذرات و خصوصیات امولسیون ۴-سطح فعال مورد استفاده جهت امولسیون کردن

واکنش پذیری پلیمر

معمولا از پلیمرهای سیلیکونی حاوی گروه های متیل ،هیدروکسی ، آمینو ، آمیدو ، پلی اتر و آلکیل متیل بیشتر از انواع دیگر پلیمرها استفاده می شود.این گروه های جانبی می تواند ختم کننده و یا واکنش پذیر باشند. خصوصیات گروه های جانبی از بر هم کنش مولکولی با ماده زمینه ، اصلاح خصوصیات سطحی آن ، میزان تمایل به ماده زمینه ،کنفورماسیون مولکولی و تمایل جهت ادامه واکنش پلیمریزاسیون بر سطح ماده زمینه ، از اهمیت بسیاری برخوردار است. این پلیمر ها می توانند دارای ساختار حلقوی هم باشند اما عمدتاً دارای ساختار خطی با وزن مولکولی های مختلف از حالت گازی تا حالت چسبی غلیظ می باشند. همچنین جهت افزایش تمایل به ماده زمینه ، کنترل پخش شدن بر روی آن و خصوصیات الاستومری مناسب ، این مواد می توانند به مقدارهای مختلفی دارای اتصالات عرضی شوند.

نوع و حالت ماده تحویل داده شده

با توجه به نیازهای خاص فرمولاسیون کاربردی ، پلیمر های فعال را می توان در حالت های مختلفی عرضه نمود: – خود امولسیون شونده در فرمولاسیون ( پلی اتر ها ) – امولسیون شونده در محل ( پلیمر های با وزن مولکولی کم ، آمینو ) – از قبل امولسیون شده ( اغلب پلیمر ها ) – سیلیکون های فرار که به عنوان یک سیستم تحویل ثانویه در بین امولسیون و ماده فعال می باشند.

اندازه ذرات مواد از قبل امولسیون شده

با توجه به نوع ساختار پلیمر ، امولسیون های سیلیکونی به صورت میکروامولوسیون (کمتر از ۱۰۰ نانومتر ) و یا ماکرو امولسیون ( بیشتر از ۱۰۰ نانومتر ) در دسترس می باشند.اندازه ذرات امولسیون معمولا به خصوصیاتی که در نهایت بر روی پارچه ایجاد می شوند مربوط است. میکروامولسیون ها می توانند به درون نخ ها نفوذ نمایند و بر روی سطح الیاف ته نشین شوند و در نتیجه احساس نرمی همراه به حالت خشک به پارچه بدهند. مطالعات صورت گرفته نشان می دهد که ته نشینی داخلی سیلیکون ها منجر به ایجاد یک روان کنندگی خشک بین الیاف با تشکیل یک لایه نازک سیلیکونی بر روی آنها می شود که این مسأله احتمالاً منجر به کاهش ضریب اصطکاک استاتیکی می شود. ماکرو امولسیون ها بر روی سطح خارجی پارچه ته نشین می شود و با کاهش ضریب اصطکاک دینامیکی روان کنندگی بسیار مناسبی را ایجاد می کنند . این ترکیبات خصوصیات نرم کنندگی بسیار مناسبی بر روی پارچه ها دارند.

سطح فعال های به کار رفته در سیلیکون های امولسیونی

امولسیون های سیلیکونی را می توان به کمک سطح فعال های آنیونیک ، کاتیونیک و نانیونیک نیز تولید نمود. نوع سطح فعال انتخابی جهت این کار به میزان سازگاری با فرمولاسیون کاربرد و مکانیزم عملکرد یا ته نشینی سیلیکون بستگی دارد. این ته نشینی تحت تأثیر فعالیت پلیمر، سیستم سطح فعال امولسیون و یا هر دوی آنها با یک اثر افزاینده در فرمولاسیون کاربرد قرار دارد. مطالعات نشان داده است که اگر سیلیکون ها از طریق عملکرد نرم کن ها بر روی پارچه به کار روند میزان ته نشینی آن ها افزیش می یابد.

مکانیزم ته نشینی سیلیکون ها

نرم کننده های پارچه معمولاً دیسپرسیون هایی از ترکیبات آمونیوم استر دی آلکیل به همراه موادی نظیر سطح فعال های نانیونیک ، اسید های چرب ، الکل ها و مواد معطر هستند. PH محصول جهت پایداری شیمیایی عموماً اسیدی می باشد و از این مواد عموماً در آخرین مرحله آبکشی فرآیند شستشو در ۷ PH = استفاده می شود. زمان تماس این محلول با پارچه عموماً کمتر از ۵ دقیقه می باشد. اندازه گیری میزان ته نشینی سیلیکون بر روی پارچه بسیار حساس و سخت است اما می توان آن را به وسیله فرآیند استخراج تخمین زد ، در فرآیند استخراج از تری متیل پنتان به عنوان محلول استخراج کننده استفاده می شود و اندازه گیری غلظت توسط FTIR بین (۱/cm) 1140 و (۱/cm) 1000 در هگزان صورت می گیرد. در شکل ۱۰ نتایج مربوط به سیلیکون بر حسب درصد نسبت حداکثر غلظت تئوریکی ته نشینی سیلیکون بر روی پارچه نشان داده شده است.

شکل ۱۰ – میزان ته نشینی سیلیکون در هنگام استفاده از آن به عنوان نرم کن

نتایج نشان می دهد که در فرآیند ته نشینی یک اثر افزاینده بین امولسیون نانیونیک و کوات ها وجود دارد ، در حالیکه این اثر افزاینده در مورد امولسیون کاتیونی کم اهمیت و ناچیز است. در این سیستم خاص اعتقاد بر این است که مکانیزم ته نشینی امولسیون سیلیکونی توسط مکانیزم انتقال بار صورت می گیرد. مقدار پتانسیل سطحی پنبه خیس که توسط روش پتانسیل جریانی اندازه گیری شده است به طور متوسط مقدار -۳۰Mv را برای پتانسیل زتا نشان می دهد. پتانسیل زتای امولسیون سیلیکون را نیز می توان به وسیله حرکت الکتروفورتیکی (افت پتانسیل از حرکت یون در جهت مخالف ، که به وسیله اتمسفر یونی صورت می گیرد) اندازه گیری نمود. به همین ترتیب امولسیون نانیونیک دارای پتانسیل خنثی و امولسیون کاتیونیک دارای پتانسیل ۳۵ mv- خواهد شد. در امولسیون های نانیونیک قابلیت ته نشینی در نتیجه آغشته شدن ذرات امولسیون با سطح فعال های کاتیونیک آزاد نرم کن و اصلاح پتانسیل سطحی آن ها صورت می پذیرد. با توجه به پدیده اثر افزاینده مقدار پتانسیل زتای امولسیون های نانیونیک می تواند تا +۱۵mv نیز افزایش یابد. درصورت استفاده از امولسیون های کاتیونیک و یا انواع مناسبی از ترکیبات آمونیوم می توان مقدار ته نشینی را تا حد ۸۰% نیز افزایش داد.

مدل سازی الگوی ته نشینی نشان می دهد که در ابتدا گروه های فعال به صورت تکه ای به کالا متصل می شوند و پس از آن با گذشت زمان با پخش شدن گروه های کوات بر سطح کالا و تشکیل یک سطح آبگریز ، گروه های سیلیکون نیز به صورت لایه پلیمری نازکی بر روی آن قرار می گیرند ( شکل ۱۱ ).

شکل ۱۱ – شکل شماتیک نحوه ته نشینی سیلیکون بر روی کالا در حین عملیات آب کشی و خشک کردن

مزایای استفاده از ترکیبات سیلیکونی جهت مراقبت از پارچه

– نرم شدن پارچه جهت ارزیابی نرمی پارچه های حوله ای عموما از آزمایش پانل استفاده می شود. در آزمایش پانل از یک سری افراد جهت ارزیابی نرمی نظر سنجی می شود . در این آزمایش از ۱۶ نفر خواسته می شود تا بین یک جفت نمونه که یکی از آنها با ۱۶ % نرم کنند دی استر کوات بر پایه تری اتیلن آمین و دیگری با همین ماده به همراه مقداری سیلیکون تکمیل شده اند قضاوت نمایند. در شکل ۱۲ نتایج حاصل از ارزیابی اول بین نمونه مرجع با نمونه ای که به همراه ۳ % سیلیکون تکمیل شده است آورده شده است. در شکل های بعدی از علامات و کدهای مندرج در این جدول برای مشخص کردن نمونه ها استفاده شده است.

شکل ۱۲ – عملکرد نرم کنندگی تکنولوژی های مختلف

از سال ۱۹۷۶ تا کنون حق ثبت های بسیاری در رابطه با این موضوع منتشر شده است و ترکیبات جاری بسیاری نیز عمدتاً جهت استفاده در نرم کن های پارچه به بازار عرضه گشته است ، از این ترکیبات علاوه بر نرم کننده های پارچه در شوینده های مایع نیز استفاده می شود. مهمترین خصوصیات سیلیکون ها در این ترکیبات ، کشش سطحی پایین ، بر هم کنش بین مولکولی کم ، قدرت پخش زیاد و عدم ایجاد چسبندگی است.

راحتی اطو کردن – ضریب اصطکاک

خصوصیت راحتی اطو کردن را می توان به وسیله آزمون های زوجی توسط افراد آزمایشگر و یا آزمایش و اندازه گیری دستگاه ضریب اصطکاک ( Friction coefficient ) مورد ارزیابی قرار داد . چندین پروتکل جهت ارزیابی ضریب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی وجود دارد. IEC 60311 Clause24 جهت سنجش این پارامتر ، نیروی مورد نیاز جهت کشیدن یک جسم آهنی استاندارد با سرعت ثابت در جهت افقی بر روی پارچه را اندازه گیری می کند.

نتایج حاصل از انجام مقایسه بین نمونه های آبکشی شده با آب خالص و نمونه های آبکشی شده با نرمکن نشان می دهد با به کار بردن مقداری سیلیکون ، سطح پارچه به مقدار زیادی لغزنده می شود ( CL > 95% ) (شکل ۱۳ ).

شکل ۱۳ –  ضریب اصطکاک دینامیکی

در این مورد نیز تعداد زیادی حق ثبت منتشر شده است و نتایج آن به صورت عملی به عنوان نرم کن پارچه به بازار عرضه گردیده است. خصوصیات اصلی ایجاد کننده این ویژگی ها نیز مشابه نرمکن ها است با این تفاوت که میزان ته نشینی خارجی سیلیکون در این مورد نسبت به قبل بیشتر است. در شوینده های مایع خانگی ، استفاده از ۵/۱ % ترکیب C منجر به ایجاد خصوصیات مطلوبی نظیر راحتی اطو کردن می شود بدون اینکه بر پایداری و یا ظاهر پارچه تأثیر منفی بگذارد. استفاده از پلی اترهای سیلیکونی با وزن مولکولی بالا در شوینده های غیر مائی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اسپری های تسهیل کننده اطو کردن یکی دیگر از حالت های عرضه این مواد می باشند.

از لحاظ بعد و اندازه ، نرم کن های سیلیونی به دو دسته تقسیم می شوند :

نرم کن های میکرو سیلیکونی میکروسیلیکون ها از امولسیون های با اندازه ذرات کوچکتر از ۸۰ نانومتر به نام میکروامولسیون تشکیل یافته اند. این امولسیون های ریز قادرند به آسانی به داخل نخ نفوذ کرده و بین الیاف مستقل قرار گیرند و بدین سبب منجر به نرمی داخلی بسیار خوبی در منسوجات می کردند. نرم کن های مذکور اغلب آب گریز بوده و در پارچه های سفید زرد شدگی فنلی ایجاد می نمایند ( شکل ۱۴ ).

شکل ۱۴ –  ساختار و خواص شیمیایی و فیزیکی نرم کن های ماکرو و میکرو سیلیکونی

نرم کن های ماکرو سیلیکونی

ماکروسیلیکون ها از امولسیون های با اندازه ذرات ۱۲۰ نانومتر به نام ماکرو امولسیون تشکیل یافته اند. این امولسیون ها قادر به نفوذ به داخل نخ نبوده و تنها بر روی سطح آن قرار می گیرند و زیردست سطحی بسیار خوبی ایجاد می نمایند. نرم کن های مذکور تا حد زیادی از چروک پذیری پارچه جلوگیری کرده ، سبب بهبود دوخت پذیری پارچه و افزایش ثبات سایشی آن می گردند. ماکرو سیلیکون ها مانند میکروها اغلب آب گریز بوده و نسبت به آن ها از دوام کمتری برخوردارند. در شکل ۱۵ تأثیر مقدار سیلیکون ( ماکرو و میکرو ) روی نرمی منسوج تکمیلی آورده شده است.

شکل ۱۵ – تأثیر مقدار نرم کن سیلیکونی بر نرمی ( مقدار سیلیکون : کم متوسط زیاد خیلی زیاد )

نرم کن های سیلیکونی را به دلیل پایداری کم و آبدوستی پایین می توان به صورت زیر اصلاح کرد:

۱ – نرم کن آمینو سیلوکسان

با وارد نمودن گروه های آب دوست مانند آمین به ساختار نرم کن سیلیکونی می توان خاصیت آب دوستی آن را افزایش داده و از آن در تکمیل پارچه های حوله ای استفاده نمود ( افزایش خاصیت جذب آب ). این روش سبب ایجاد زیردست طبیعی و مطلوب و بهبود خاصیت دوخت پذیری پارچه می گردد ، علاوه بر آن خواص آنتی استاتیکی و چروک گریزی منسوج افزایش می یابد ( شکل ۱۶ ).

شکل ۱۶ – ساختار و خواص شیمیایی و فیزیکی نرم کن های آمینو سیلوکسان

۲ – نرم کن محلول سیلیکونی

این دسته از نرم کن ها قابل استفاده در سیستم رمق کشی در جت رنگرزی به منظور ایجاد ثبات بالایی از نرمی بر روی الیاف مصنوعی/ طبیعی می باشند. محلول های مذکور به دلیل ثبات بسیار خوب ( عدم دو فاز شدن ) ، عدم ایجاد کف و عدم وجود امولسیفایر که موجب کاهش ثبات شستشویی رنگ های دیسپرس می گردد در ماشین های جت رنگرزی مورد استفاده قرارمی گیرد ( شکل ۱۷ ).

شکل ۱۷ – ساختار و خواص شیمیایی و فیزیکی امولسیون های پلی اتیلنی و نرم کن محلول سیلیکونی

امولسیون های پلی اتیلنی

اگر نرمی ، انعطاف ، لغزندگی و کشسانی بین نخ های موجود در پارچه وجود نداشته باشد ، نخ قادر به جابجایی توسط سوزن در هنگام دوخت نبوده و برای همین پاره می گردد. بدین منظور اجرای عملیات تکمیل دوخت پذیری جهت بهبود خواص مذکور ضروری است ، مواد فوق به وسیله کاهش اصطکاک بین الیاف – سوزن و الیاف – الیاف و همچنین ایجاد لغزندگی سطحی الیاف به حرکت سوزن کمک نموده و از ایجاد گرما که منجر به پارگی می کردد ، جلوگیری می کند. ترکیبات پلی اتیلنی را بوسیله اکسیداسیون در حالت مذاب ( معمولاً بوسیله گروه های اسید کربونیک ) می توان به حالت آب دوست اصلاح نمود ، در مرحله بعد با اضافه نمودن ترکیبات قلیایی می توان امولسیون های پایدار با کیفیت مناسبی از آن ها جهت عرضه به بازار تولید نمود. در صورت استفاده از این مواد می توان منسوجاتی با نرمی بسیار مناسب تولید نمود که نتها به عملیات خشک شویی حساس می باشند. این ترکیبات در مقابل شرایط متداول فرآیندهای تکمیل ، اسید ها ، قلیا های موجود در صابون ها و سایر الکترولیت ها پایدار هستند. همچنین این ترکیبات ارزان قطمت بوده و می توان آن ها را به راحتی با سایر مواد شیمیایی و کمکی نساجی ترکیب نمود ( شکل ۱۸ ). امولسیون های پلی اتیلنی در عملیات رنگرزی جت کف ننموده و در خشک کن زرد نمی شوند.

شکل ۱۸ –  ساختار شیمیایی نرم کن های پلی اتیلنی و اتوکسیله

نرم کن های اتوکسیله شده

بطور کلی ترکیبات مذکور ، الکل های چرب ، اسید ها ، استر ها ، آمید ها و یا آمین های دارای گروه های اکسید اتیلن می باشند. این نرم کن ها جزء خانواده سطح فعال ها هستند و عمدتاً از آن ها به عنوان مواد ضد الکتریسیته ساکن کننده و یا یکی از اجزای روغن های روان کننده الیاف ( Lubricant ) استفاده می شود. از مهمترین ویژگی های آن ها می توان به تمایل جذبی نسبتاً خوب ، خصوصیات آب دوستی مناسب و عدم ایجاد زردی در کالا اشاره کرد ، اما با این وجود در بعضی موارد قدرت نرم کنندگی آن ها کم می باشد و گاهاً در حین کاربرد سبب ایجاد کف در محیط می شوند ( شکل ۱۸ ).

عمق دهنده سیلیکونی رنگ های تیره و عمیق چالشی در رنگرزی ایجاد می نمایند که اصطلاحاً به آن (( بوری رنگ )) می گویند ، این مشکل را می توان با کاهش انعکاس نور برخوردی به الیاف مرتفع نمود ( شکل ۲۰ ). مواد سیلیکونی به کار رفته در عمق دهنده ها ضریب شکست نور سطح الیاف را کاهش داده و فقط شعاع های نور برخوردی با شیب تند را منعکس می نمایند بدین سبب قسمت عمده ای از نور برخوردی به الیاف جذب رنگ موجود در آن شده و کالا تیره تر به نظر می رسد ( شکل ۲۱ ).

شکل ۲۰ – خواص شیمیایی و فیزیکی عمق دهنده های سیلیکونی

شکل ۲۱ –  تأثیر عمق دهنده سیلیکونی روی نور منتشره از کالا

در جداول ۱ و ۲ تنوع کاربرد و خواص عمومی مواد تکمیلی ذکر شده به تفصیل آورده شده است.

در جدول ۳ بطور شماتیک پاره ای از خصوصیات اصلی نرم کن های با خواص ساختاری متفاوت با یکدیگر مقایسه شده است.

جدول ۱- پایداری مواد مختلف در فرآیندهای گوناگون

جداول ۲ –  خواص عمومی

خصوصیات ویژه و مشکلات کاربردی میکرو امولسیون ها

میکرو امولسیون نرم کن ها ، مخصوصاً سیلیکون های دارای گروه های آمینو سبب ایجاد زیردست نرم و بسیار خاصی در سطح منسوجات می شود. مهمترین مزیت این میکرو امولسیون ها پایداری بسیار بالای آن ها می باشد ، که این مسأله در مورد استفاده از روش هایی کاربردی نظیر ماشین جت و یا ماشین های رنگرزی بوبین که در آن ها مواد تحت تنش برشی بسیار زیادی قرار دارند بسیار مهم است. در صورتیکه امولسیون نرم کن ها از پایداری مناسبی برخوردار نباشد نرم کن ها در نقاط خاصی بر روی سطح پارچه می چسبند و سبب ایجاد مشکلاتی مش شوند ، لازم به ذکر است که بر طرف نمودن این کله های سیلیکونی از روی کالا بسیار مشکل و یا حتی در مواردی غیر ممکن است.

در جدول ۴ پاره ای از مهمترین خصوصیات امولسیون های نرمال با ترکیبات میکرو امولسیون مقایسه شده است.

جدول ۴ – خصوصیات امولسیون های مختلف

پایداری امولسیون

در صورتیکه پایداری امولسیون نرم کنی که به روش رمق کشی استفاده می شود بسیار زیاد باشد از تأثیر نرم کنندگی آن کاسته می شود. امولسیون هایی با پایداری متوسط بهترین تأثیر را دارند ، زیرا در آین امولسیون ها امکان ته نشینی ذرات نرم کن به صورت قطره ای بر روی سطح الیاف وجود ندارد همچنین در صورتیکه پایداری امولسیون بسیار کم باشد نیز مشکل لکه گذاری بر روی الیاف ایجاد خواهد شد.

نرم کن های راکتیو ( دارای گروه های فعال )

جهت افزایش ثبات شستشویی و خشک شویی فرآیند تکمیل ایجاد زیردست نرم ، بعضی از مواد نرم کن دارای گروه های عاملی فعالی می باشند که می توانند با گروه های فعال سطح الیاف واکنش دهند ، به عنوان مثال نرم کن های حاوی گروه N متیل آمین می توانند با گروه های هیدروکسیل سلولز واکنش دهند ( مشابه مکانیزم واکنش تکمیل بشور و بپوش ).

Reffrences    

Schindler, W., Hauser,P., ” Chemical finishing of textile : Soft – Handle finish “, International Textile Bulletin, 4/ 2003 , pp. 72 – ۷۹.

http : // www.rudolf.de.rudolf-info-60/2000.

Uhri,N., Arslan, C., “Manual of Softners 2004 ” Setas kimya www.setaskimya.com

Henault, B., Elams, R., A., “Silicone : expanding opportunities for aperformance enhancing material in detergent industry”, www.dowcorning.com

A.break ” In fluence of silicone softeners on testing handle and mechanical properties” Melliand English.1993.