روش جداسازی منسوجات بدون بافت اسپان باند

چکیده: رشته­ های کامپوزیتی اسپان باند، یکی از مهم­ترین روشهای تولید پارچه ­های بدون بافت از میکرو الیاف به شمار می­رود. اثر جداسازی رشته­های کامپوزیتی به طور مستقیم عملکرد محصولات نهایی را تحت تاثیر قرار می­دهد. در این مقاله، شیوه­های جداسازی الیاف کامپوزیتی به طور خلاصه بیان شده و اصول و ویژگی هر یک از روش­ها نیز برای توصیف مناسب­ترین تکنیک جداسازی الیاف جهت تولید منسوجات بی­بافت اسپان باند دو جزئی نوع قطعه­ایی شرح داده می­شود.

کلمات کلیدی: قطعه­ای، دو جزئی، بدون بافت، جداسازی

1- مقدمه

میکروالیاف معمولا به هر لیف با رشته­ایی کمتر از 1 دنیر اشاره دارد. میکرو الیاف مصنوعی دارای قطری در حدود 10 میکرون یا کمتر هستند. میکروالیاف مصنوعیدر اوایل دهه 1970 توسط دکتر میوشی آکاموتودر ژاپن تولید شد. با وجود پتانسیل زیاد آن‌ها، چند سال طول کشید تا در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. این الیاف بعدها توسط دکتر تويوهيكوهيكوتا دستخوش تغییراتی شد، وی اولین طراح منسوجات بدون بافت به نام Ultrasuede است که تولید آن در سال ۱۹۸۹ توسط کمپانی آمریکایی Dupont de Nemours آغاز شد . میکروالیاف به دو نوع تقسیم می شوند: : (1) رشته پیوسته و (2) نوع تصادفی (کوتاه). الیاف نوع پیوسته مجددا در دو بخش گسترده ریسندگی مستقیم و دو جزئی دسته­بندی می­شوند. رایج­ترین انواع میکروالیاف­ها از پلی­استر، پلی­آمیدها (مانند نایلون، کولار، نومکس، تروگامید) و یا ترکیبی از پلی­استر و پلی­آمید ساخته شده­اند.

کاربرد میکروالیاف در صنعت نساجی به طور متوالی گسترش می‌یابد، زیرا دارای مزایای فراوانی از جمله مساحت سطحی و انعطاف­پذیری بیشتری هستند که نمی­توان با الیاف معمولی به آنها دست یافت. میکروالیاف را می­توان به صورت پارچه­های بسیار سبک با کیفیت عالی و ظاهر لوکس تهیه کرد. میکروالیاف با تبدیل شدن به منسوجات بدون بافت از خواص بیشتری مانند جداسازی خوب، نفوذ ناپذیری، تنفس­پذیری، مقاوم در برابر چین و چروک، مقاوم در برابر لکه، شستشوی آسان برخوردار خواهند شد . راحتی و قابلیت عملکرد بالقوه آنها، کاربردهای بیشتری را در این حوزه­ها ارائه می­کنند.

2- تکنیک تولید منسوجات اسپان­باند دو جزئی قطعه ­ایی

منسوجات اسپان­باند دو جزئی قطعه ­ایی یک تکنولوژی جدید در تولید منسوجاتی از میکروالیاف با بهره­گیری از اصل ریسندگی دو جزئی است. روند تولید در شکل 1 نشان داده شده است. 

 

لیف دو جزئی قطعه ­ایی یکی از مهمترین الیافی است که دارای خاصیت تکه تکه شدن بوده و از دو پلیمر ناسازگار تشکیل شده است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، دو پلیمر به طور متناوب در سطح مقطع لیف توزیع می­شوند. تولید منسوجات بی بافت اسپان­باند ساخته شده از رشته­های دو جزئی قابل تکه شدن یک فرایند مهندسی خلاقانه و انعطاف­پذیر برای بهبود ظرافت آنهاست. چندین دهه است که پارچه­ های ساخته شده از الیاف دو جزئی به خوبی شناخته شده­اند. با این حال، تکنولوژی جداسازی رشته ­های اسپان­باند دو جزئی قطعه­ایی هنوز نابالغ است.

 

3– تکنیک­های جداسازی

تحقیقاتی در مورد تکنولوژی جداسازی الیاف دو جزئی همراه با توسعه ریسندگی دو جزئی گزارش شده­اند. در حال حاضر، روش­های زیادی برای جداسازی الیاف دوجزئی به میکروالیاف وجود دارد. این روش­ها به سه دسته روش­های شیمیایی، روش­های حرارتی و روش­های مکانیکی تقسیم می­شوند.

3-1: روش­های شیمیایی

در روش­های شیمیایی، از برخی مواد شیمیایی برای تهیه الیاف دو جزئی استفاده می­شود، به طوری که می­توان اجزای مختلف الیاف را از یکدیگر جدا ساخت. در این روش، استفاده از مواد شیمیایی به طور مساوی بین مواد الیافی امکان­پذیر است . فرآیندهای شیمیایی عمدتا شامل کاهش وزن  قلیایی، فرایند اسیدی و تورم مواد شیمیایی است.

کاهش وزن  قلیایی در حال حاضر رایج­ترین روش جداسازی در تولید صنعتی میکروالیاف به شمار می­رود. در این روش، محلول قلیایی با یکی از دو پلیمر در الیاف واکنش می­دهد و آن را تجزیه می­کند. هنگامی که پلیمرتا حدودی تجزیه می­شود، دو پلیمر در لیف دو جزئی می­توانند به طور خودکار از یکدیگر جدا شوند. اما این روش باعث آسیب بیشتر به الیاف خواهد شد. اگر چه زمان واکنش و دما برحسب غلظت قلیایی، افزایش می‌یابند، اما این امر به کاهش بیشتر وزن الیاف و در نتیجه مقاومت و بازده کمتر منجر می‌شود .

میزان انقباض و تورم  پلیمرهای مختلف در محلول اسیدی، متفاوت است. با انقباض و تورم پلیمرها در الیاف، یک نیروی برشی تشکیل خواهد شد که می­تواند الیاف دو جزئی را بر روی فصل مشترک دو پلیمر تجزیه کند. لی نا و همکاران ، از لیف دو جزئی PA6/PET قطعه­ای خانه-بافت تهیه شده از اسید GS استفاده کرد. جداسازی وی در شرایط غلظت 35% GS در دمای 80 درجه سانتی گراد و در مدت 40 دقیقه، به نتایج خوبی منجر شد. Gao Xushan و همکاران  روشی را برای استفاده از اسید استیک جهت جداسازی الیاف دو جزئی و پارچه­های ساخته شده از آنها به ثبت رساندند. نرخ جداسازی الیاف تا 95 درصد است و می­توان الیاف یا پارچه­ها را با توجه به اطلاعات منتشر شده در اختراع وی، رنگ­آمیزی نمود. 

پلیمرها با غوطه­ ور شدن در برخی از حلال­های آلی، ممکن است متورم شوند. جداسازی الیاف به پلیمرهایی با خواص تورمی مختلف در حلال­های آلی یک روش سازگار با محیط زیست است، زیرا امکان بازیابی حلال­ها وجود دارد .

3-2: روشهای حرارتی

اکثر پلیمرها هنگام گرم و سرد شدن، به ترتیب متورم و منقبض می­شوند. نیروی برشی ناشی از تورم و انقباض پلیمرها بر روی فصل مشترک آنها ایجاد شده و آنها را جدا می­سازد. این روند، قاعده روشهای حرارتی است. روش‌های گرمایشی در این روش می‌تواند از هر شیوه ای مانند هوای داغ، بخار، گرمای تابشی  و ترکیبات آن استفاده کند که می‌توانند به انقباض گرمایی شدید و جداسازی اجزای فیبر منجر شوند. با قرار دادن الیاف در معرض آب گرم یا جوش نیز می­توان گرما را اعمال نمود. شرکت هیلز در آمریکا، یک روش حرارتی برای جداسازی درون خطی الیافی با اجزای  فراوان به ثبت رساند. در این اختراع، الیاف کامپوزیتی چندگانه بر روی کمربند تشکیل دهنده وب قرار می­گیرند و به هیتری منتقل می­شوند که که باعث گرم شدن سطح وب تا دمای کافی و در نتیجه انقباض حرارتی دیفرانسیلی اجزای پلیمر می­گردد، بنابراین بخش­های الیاف در کمتر از یک ثانیه از یکدیگر جدا می­شوند .

3-3: روشهای مکانیکی

روشهای مکانیکی شامل اعمال نیروی خارجی بر روی الیاف دو جزئی و جداسازی آنهاست. این نیروی خارجی می­تواند تاثیر فشار بالای آب یا فشار سوزن، فشار، نیروی کششی و غیره باشد. دو پلیمر در الیاف کامپوزیتی از نظر ترمودینامیکی، دو ساختار ناسازگارند، اما از یکدیگر کاملا جدا نیستند. یک پلیمر در پلیمر دیگر به فرم میکرودمین[4] پراکنده می­شود که یک ناحیه میانی در فصل مشترک دو فاز ایجاد می­کند. ناحیه میانی نازک است، تنها در حدود چند دهم نانومتر تا چند نانومتر، به طوری­که به آسانی می­توان دو پلیمر را با اعمال یک نیروی خارجی از یکدیگر جدا ساخت. Mbwana Suleiman Ndaro و همکاران [10] در تحقیق خود، الیاف دو جزئی سی ایسلند PA6 / COPET اصلاح یافته را با روش اسپان­لیس[5] جدا نمود. نتايج نشان داد که اثر جداسازی و گره خوردگی با افزايش فشار آب، بیشتر است. با فشار آب 200 بار، نرخ جداسازی لیف تا 80% بدست می­آید.

4- تکنیک­های جداسازی منسوجات بی بافت دو جزئی قطعه ­ای

رشته در منسوجات اسپان­باند دو جزئی، نوعی از الیاف با قابلیت تکه­ای شدن است. در تئوری می توان از روشهای جداسازی فوق الذکر برای تولید منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعه­ای استفاده نمود، اما همه آنها در واقعیت مناسب نیستند.

کاهش وزنی قلیایی، یک تکنولوژی کامل برای جداسازی الیاف دو جزئی سی­ایسلند است. نمونه اسپان­باند دو جزئی قطعه­ای در شرایط غلظت قلیایی 5 %، دمای 80 درجه سانتی گراد در عرض 5 دقیقه در آزمایشگاه، تقریبا با نرخ جداسازی کامل تهیه شد. اما این روش یک فرایند طولانی است و باید تعداد دستگاه و هزینه­های عملیاتی را افزایش داد. علاوه بر این، از بین رفتن برخی از مواد خام در این فرایند به کاهش زیاد مقاومت و تولید زباله­ی بیشتر منجر می­شود. مهمتر از همه، اگر این فرایند به درستی اجرا نگردد، می تواند آلودگی جدی محیط زیست را در پی داشته باشد. فرایند اسیدی یک روش جداسازی پیچیده­تر است. زمان زیادی طول می‌کشد تا الیاف جداسازی شده و اسید به تجهیزات اچینگ ارسال شود. در غیر این صورت، عملیات محلول اسیدی نیز مشکل‌ساز خواهد بود. اگر چه جداسازی الیاف با swellers، یک روش بدون آلودگی است، اما نرخ جداسازی به طور کلی پایین است. به دلیل محدودیت‌های شرایط پردازش و تاثیر جداسازی، از دو روش بعدی تنها در آزمایشگاه استفاده می­شود.

روشهای حرارتی تنها در صورتی می توانند به اثر جداسازی خوب دست یابند که اختلاف کافی در انقباض بین دو پلیمر تشکیل­دهنده لیف در رشته دو جزئی قطعه­ای وجود داشته باشد. اما بیشتر پلیمرها با اختلاف کافی در انقباض، قادر به برآورده سازی الزامات فرایند اسپان­باند دو جزئی قطعه­ای نیستند. تا کنون، رشته­های دو جزئی PA6 / PET در دمای 90 درجه سانتیگراد در آب و دمای 160 درجه سانتی گراد در هوا به مدت سه دقیقه توسط نویسنده با نرخ جداسازی پایین تهیه شده­اند.

روش مکانیکی، به ویژه اسپان­لیس، به عنوان مناسب­ترین فرآیند جداسازی منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعه­ای در نظر گرفته می شود. در گذشته، ترکیب فرایندهای اسپان­باند و اسپان­لیس به دلیل تفاوت در سرعت، مقرون به صرفه نبود. تکنولوژی اسپان­باند دارای سرعت بالا بود، اما تکنیک اسپان­لیس به علت فشار محدود آب ناشی از طراحی خط، همچنان در سرعت­های متوسط  عمل می­کرد. اما در حال حاضر، ترکیب این دو تکنولوژی به دلیل پیشرفت وضعیت خطوط اسپان باند و اسپان لیس، قابل استفاده و سودمند است.

در حال حاضر سه شرکت وجود دارد (شرکت Freudenberg در آلمان، شرکت Phoenix در هلند و شرکت Sanjiang در چین) که از تکنولوژی اسپان­لیس برای پردازش منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعه ­ای استفاده کرده­اند. در فرآیند اسپان­لیس، آسیب کمی به الیاف وارد می­شود و محیط آلوده نخواهد شد. علاوه بر این، این روش امکان گره خوردگی الیاف را هنگام جداسازی آنها فراهم می­سازد. تنها در صورتی که فشار جت آب به اندازه کافی بالا باشد، می­توان به یک اثر جداسازی خوب دست یافت. فشار جت­های آب مورد استفاده شرکت Freudenberg حداکثر برابر  با 230 bar است. اما فشار بالاتر مستلزم تجهیزات گران قیمت­تری است و مصرف انرژی با افزایش فشار به سرعت افزایش می­یابد. استفاده از تکنولوژی اسپان­لیس به تنهایی برای جداسازی رشته­های اسپان­باند دو جزئی قطعه­ای، به صرفه و عاقلانه نیست.

علاوه بر این، نویسنده تا کنون رشته­های اسپان­باند دو جزئی قطعه­ای PA6 / PET را به ترتیب با روش سوزنی، نیروی کششی و فشار تهیه کرده است، اما به اثر جداسازی ایده­آل دست نیافته است.

5- نتیجه گیری

منسوجات اسپان­باند دو جزئی قطعه ­ای تنها در صورتی دارای ویژگی­های عالی، از جمله نرمی، ساختار لیف فشرده، مانع خوب و فیلتراسیون و غیره خواهد بود که بتوان به خوبی رشته­ها را در منسوجات از یکدیگر جدا ساخت. بنابراین فرآیند جداسازی در کل جریان تولید بسیار مهم است. با توجه به بحث قبلی می­توان نتیجه گرفت که با ترکیب برخی از روشهای جداسازی هنگام آماده­سازی منسوجات اسپان­باند دو جزئی قطعه­ای، دستیابی به اثر جداسازی ایده­آل امکان­پذیر است. ایجاد یک روش جداسازی ساده، کارآمد و سازگار با محیط زیست برای منسوجات اسپان­باند دو جزئی قطعه­ ای یک پیشرفت قابل توجه برای صنعت منسوجات بی­بافت محسوب خواهد شد.