انواع نرمکن و نحوه مصرف آن ها

نرمکن های شیمیایی به دلیل احساس نرمی و لطافتی که در منسوجات ایجاد می کنند، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. نرم شدن را می توان به عنوان یک تکمیل اختیاری در نظر گرفت و معمولاً تنها زمانی انجام می شود که نیاز به بهبود ویژگی نرمی در یک پارچه وجود داشته باشد.

مقدمه

نوع مناسب نرمکن باید پس از در نظر گرفتن ترکیب در هنگام مصرف با سایر مواد و خواص مورد نیاز در منسوج انتخاب شود. به طور کلی، تا آنجا که به نرمی و ماهیت مربوط می شود، نرم کننده های کاتیونی و سیلیکونی در صدر فهرست قرار دارند.

نرمکن های پلی اتیلن دربهبودِ خاصیتِ دوخت پذیریِ پارچه با سیلیکون ها رقابت کرده و نرم کننده های آنیونی و آمفوتری هم به دلیل ایجاد خاصیت آب دوستی، خود را از دیگر نرمکن ها متمایز می کنند. از این رو انتخاب یک ترکیب مناسب از انواع نرم کننده ها بسیار مهم است.

میزانِ پوشش نرم کننده که در زیردست یا لمس نهایی پارچه نقش زیادی دارد؛ در تصمیم مصرف کننده برای خرید بسیار موثر خواهد بود. به همین دلیل پیشرفت‌های زیادی در زمینه نرم‌ کننده‌ها وجود دارد.

و امروزه فرمول‌های تکمیلی جدید با در نظر گرفتن کاربرد و مصرف همزمان نرم کننده ها با سایر مواد کمکی، تقاضا در خواص متعدد نرم کننده ها و کیفیت بالا، اصلاح شده‌اند. نرم‌کننده نیز در طول فرآیند تکمیل منسوجات با چالش‌های مختلفی روبرو است و تلاش‌های تحقیقاتی زیادی در این زمینه با هدف ارتقا عملکرد نهایی آن‌ها انجام شده است.

مکانیسم های اثر نرم کنندگی

نرم کننده ها اثرات اصلی خود را بر روی سطح الیاف ایجاد می کنند. علاوه بر این، مولکول‌های کوچک نرم کننده به الیاف نفوذ کرده و با کاهش دمای انتقال شیشه‌ای ( Tg) پلیمر تشکیل دهنده الیاف، سبب نرمی و انعطاف پذیری بیشتر پارچه می شود.

آرایش فیزیکی مولکول های نرم کننده روی سطح الیاف مهم است و این بستگی به ماهیت یونی مولکول نرم کننده و آب گریزی نسبی سطح الیاف دارد. نرم‌کننده‌های کاتیونی انتهای بار مثبت خود را به سمت الیاف با بار منفی جزئی (پتانسیل زتا) هدایت می‌کنند، سطح جدیدی از زنجیره‌های کربنی آبگریز را بوجود آورده و در نهایت نرم‌کنندگی و روان‌کنندگی بسیار خوبی را که در تمام نرم ‌کننده‌های کاتیونی مشاهده می‌شود، ایجاد می‌کنند.

از طرف دیگر نرم کننده های آنیونی انتهای بار منفی خود را از سطح الیاف دارای بار منفی دور کرده که این امر منجر به آب دوستی بالاتر، اما نرم شدن کمتر نسبت به نرم کننده های کاتیونی می شود. جهت گیری نرم کننده های غیر یونی هم به ماهیت سطح الیاف بستگی دارد، به طوری که بخش آبدوست نرم کننده به سطوح آبدوست و بخش آبگریز به سطوح آبگریز جذب می شود.

در طبقه بندی بعدی بر اساس ماندگاری خاصیت نرم کنندگی، به دو دسته نرم کننده های دائمی و موقت دسته بندی میشود. محبوب‌ترین طبقه‌بندی که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، بر اساس ماهیت یونی و قطبیت نرم‌کننده‌ها شامل نرم‌کننده‌های آنیونی، کاتیونی، غیریونی، آمفوتریک، شبه یونی و نرم‌کننده‌های مبنی بر سیلیکون است . مروری کوتاه بر عوامل نرم کننده بر اساس ماهیت یونی در جدول زیر ارائه شده اما در ادامه نرم کننده های سیلیکونی را به عنوان رایج ترین آنها مورد بحث قرار خواهیم داد.

نرمکن های سیلیکونی

نرمکن های سیلیکونی ترکیبی از پلی سیلوکسان آلی و پلیمر میباشند که برای افزایش نرمی در الیاف طبیعی مانند پنبه، پشم، ابریشم، کنف مناسب هستند. مواد کمکی جهت تکمیل منسوجات با پایه های سیلیکونی کاربرد گسترده ای در تکمیل پارچه دارند. این دسته از نرمکن ها نه تنها بر روی پارچه سلولزی، بلکه برای انواع پارچه های پلی استر، نایلون و سایر الیاف مصنوعی نیز قابل استفاده میباشند.

مشتقات مختلف سیلیکون ها با خواص چند منظوره نقش مهمی در فرآیندهای نرم شدن دارند. آمینوسیلیکون ها محبوب ترین هستند زیرا دسته ظریفی برای منسوجات ایجاد می کنند. با این حال، پارچه تکمیل شده زمانی که در معرض دمای بالا قرار می گیرد به رنگ زرد متمایل می شود.

زرد شدن ناشی از حرارت در آمینوسیلیکون ها به شدت به ساختار زنجیره های جانبی آمینو، دما و زمان پخت بستگی دارد. این مشکل در اواسط دهه 1980 اهمیت پیدا کرد، زمانی که متخصصان دمای پخت را در طول یک روکش مقاوم در برابر چروک افزایش دادند تا فرمالدئید باقی‌مانده را به حداقل برسانند.

برای به حداقل رساندن یا جلوگیری از زرد شدن، تعدادی ساختار جایگزین ارزیابی و ارائه شد. اخیراً استفاده از نرم‌کننده‌های سیلیکونی چند منظوره، به‌ ویژه آمینو پلی سیلوکسان‌ ها ( که عموما به شکل میکروامولسیون هستند) رایج شده اند.

این نرمکن ها به بهبود زیردست پارچه، خواص دوخت پذیری و سایر کیفیت های مطلوب کمک می کنند. با رواجِ استفاده از نرم کننده های سیلیکونیِ ویژه صنعت نساجی، بطور گسترده ای از سیلیکون آلی به عنوان جز اصلی فرآیند تکمیل استفاده می شود و آن را با روش تکمیل مکانیکی جهت بهبود عملکرد پارچه (سلولزی و ابریشمی) ترکیب می کنند.

نرمکن های سیلیکونی با ایجاد خاصیت درخشندگی، قابلیت ارتجاعی(انعطاف پذیری)، افزایش دوخت پذیری ویژگی الیاف را بهبود میبخشند. انواع مختلفی از مواد تکمیل کننده سیلیکونی درجات مختلف نرمی و لطافت را ایجاد میکنند.

محصولات سیلیکونی به دلیل ایجاد تشکیل یک لایه فیلم بر روی سطح لیف بهترین انعطاف پذیری را ارائه داده اما برای پارچه ابریشمی ترجیحاً از مواد تکمیل کننده سیلیکونی اصلاح شده آمینو استفاده می شود.

سیلیکون ها به عنوان یک کلاس جداگانه از نرم کننده های مصنوعی طبقه بندی می شوند که عمدتاً در بصورت پلیمری مانند پلی دی الکیل سیلوکسان ها هستند و به عنوان امولسیون های آبی از طریق پخش روغن سیلیکون در آب با استفاده از امولسیفایر مناسب عرضه می شوند.

آنها دارای خواص عالی از جمله پایداری بالا در برابر مواد شیمیایی، گرما، میکروارگانیسم ها، کشش سطحی کم، آزادی چرخش، دمای انتقال شیشه ای بالای 200 درجه سانتیگراد، ضریب شکست کم، انعطاف پذیری خوب، سازگاری با محیط زیست و بسیاری موارد دیگر هستند.

سطح پارچه های تکمیل شده با سیلیکون عمدتاً غیرقطبی و آبگریز است و از آنها برای تقویت اثرات دفع آب استفاده می شود. میزان آبگریزی منسوجات به طول زنجیره سیلیکونی بستگی دارد.

نرم کننده های مبتنی بر سیلیکون به صورت پلی R2SiO فرموله می شوند که در آن جانشین های مختلفی به سیلیکون متصل می شود. رایج ترین نرم کننده های با پایه سیلیکون در شکل زیر نشان داده شده است.

اولین نرمکن های سیلیکونی دی متیل پلی سیلوکسان ها هستند که غیر واکنشی بوده، پایداری کمتری داشته و عمدتاً در الیاف مصنوعی استفاده می شوند. در طول سال ها، نرمکن های سیلیکونی با چندین ترکیب شیمیایی اصلاح شده اند تا خواص مطلوب همراه با نرمی را به دست آورند.

به عنوان مثال، دی متیل پلی سیلوکسان ها با استفاده از متیل هیدروژن سیلوکسان، سیلانول، یا گروه های عاملی استر اصلاح شدند. علاوه بر این، گروه‌های آمینو مرکاپتو و اپوکسی که قادر به واکنش با الیاف هستند برای اصلاح دی‌متیل پلی‌سیلوکسان‌ها، جهت تهیه نرم‌کننده‌های سیلیکونی فعال استفاده میشوند.

بنابراین، نرمکن هایی از این نوع حاوی گروه های واکنشی می توانند به طور موثر با الیاف طبیعی مانند پارچه های سلولزی واکنش دهند. اصلاح نرم‌کننده‌های پایه سیلیکون با گروه‌های آمینو اتیل یا پروپیل نیز ایجاد شده است که منجر به خواص نرمی فوق‌العاده می‌شود.

علاوه بر این، نرم کننده های سیلیکونی معمولاً نرمی بادوام، همراه با بهبود مقاومت در برابر چروک را ایجاد می کنند و این ویژگی مهم از توانایی پلیمر سیلیکون برای تشکیل الیاف الاستیک شبکه ای که درون ماتریس به دام می افتند، ناشی می شود تا الیاف قادر به بازیابی به شکل اولیه پس از تغییر شکل باشند.

با وجود نرمی بسیار خوب نرمکن های سیلیکونی، این گروه ممکن است اثر زردی در طول پخت ایجاد کنند. در این راستا، پلی سیلوکسان های اصلاح شده با آمین های اولیه افزایش زردی حرارتی را به دلیل تجزیه اکسیداتیو گروه های آمینه و تشکیل گروه های کروموفور نشان دادند، در حالی که این عملکرد برای پلی سیلوکسان های حاوی آمین های سوم ناچیزاست.

علاوه بر این، گزارش شده است که تمایل به پر کردن پارچه پس از اتمام نرم شدن را نیز افزایش میدهند. با توجه به نرمی مناسبی که نرم کننده های سیلیکونی ایجاد می کنند، محققان تلاش زیادی برای رفع محدودیت های آنها انجام داده اند.

برای این منظور، سیلیکون های آبدوست معرفی شده اند تا از طریق آب دوستی، نرمی و راحتی را ارائه دهند که شامل پلیمرهای ارگانوسیلیکونی با تعدادی گروه اپوکسی فعال و گروه های پلی اکسی آلکیلن، پلیمرهای آلی سیلیله شده به دست آمده از واکنش اسیدهای آلی پلیمری، ارگانوسیلیکون آبدوست و … میتواند باشد.

گروه آسیل سیلیکون‌های حامل گروه‌های عامل آمینه با آب‌دوستی خوب و بدون اثر زردی، ارگانوپلی سیلوکسان‌های حاوی گروه‌های کربوکسیل که نرم‌کنندگی خوبی با کمی زرد شدن دارند و ترکیبات سیلیکونی اپوکسی آلکیل اصلاح‌شده با قابلیت پخت در شرایط محیطی را میتوان از جمله نرم‌کننده‌های پیشرفته مبتنی بر سیلیکون دانست.

چکیده مطالب این قسمت و ویژگی های انواع نسل سیلیکون ها در پاورپوینت زیر ارائه شده است.

انواع امولسیون سیلیکونی

امولسیون ها پراکندگی یک مایع در مایع دیگر هستند که قابل اختلاط نبوده و در صورت مخلوط شدن به آرامی به فازهای جداگانه تقسیم می شوند. یکی از فازهای مایع، آب و دیگری مایع آلی نامحلول در آب است که عموماً روغن میباشد.

امولسیون یعنی پراکندگی در اندازه ماکرو یا میکرو یک مایع در مایع دیگر که معمولاً روغن در آب یا آب در روغن است. فن آوری امولسیون شامل ایجاد امولسیون، از طریق استفاده از عوامل تثبیت کننده قطرات از جمله سورفکتانت ها است بنابراین، در بیشتر کاربردهای عملی، عمر نگهداری و پایداری امولسیون ها بر حسب نوع استفاده و ساختار امولسیون و نوع فرمولاسیون از یک ماه تا یک سال متغیر است.

با توجه به اندازه ذرات، سه نوع نرم‌کننده‌های سیلیکونی اصلاح‌شده پلی‌سیلوکسان موجود در بازار وجود دارد، این‌ها امولسیون‌های سیلیکونی ماکرو، میکرو و نانو امولسیون هستند.

ایجاد زیر دست نرم نه تنها به ویژگی شیمیایی امولسیون ، بلکه به موقعیت آنها در منسوجات نیز بستگی دارد. اگر نرم‌کننده عمدتاً در قسمت بیرونی لیف وصل شده باشد، این اثر اولیه ویژگی مواد شیمیایی است که احساس می‌شود.

با این حال، اگر نرم کننده بتواند به داخل نخ بین الیاف منفرد نفوذ کند، یک اثر دسته ثانویه حاصل می شود و به آن اصطلاحاً “نرمی داخلی” که با کاهش اصطکاک ایجاد شده، گفته میشود.

نرمکن های سیلیکونی در صنعت نساجی به شکل پراکندگی آبی یا امولسیون استفاده می شود. نوع اتصال تشکیل شده به یک خاصیت فیزیکی، یعنی اندازه ذرات مواد فعال بستگی دارد. طبقه بندی امولسیون سیلیکون بر اساس نوع امولسیون را متوان به صورت زیر تعریف کرد:

1.ماکرو امولسیون ها

رایج ترین نوع امولسیون ها با اندازه قطرات در محدوده 0.3 تا 1.0 میکرون هستند، دارای رنگ شیری یا سفید میباشند و می توان تک تک قطرات امولسیون ها را به راحتی زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.

ماکرو امولسیون ها از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند و عمر نگهداری پایین تری نسبت به سایر امولسیون ها دارند. این دسته به دلیل نوع ساختار و سایز امولسیون بزرگتر، کمتر به داخل الیاف نفوذ کرده و روی سطح قرار می گیرند .

با ایجاد فیلم سیلیکونی بر روی سطح لیف، سطحی صاف و بسیار دلپذیر همراه با زیرستی نرم ، حجیم و ابریشم گونه برای کالا فراهم می کنند.

2.امولسیون های سِمی ماکرو و میکرو امولسیون

محدوده اندازه ذرات بین 100نانومتر تا 400 نانومتر و اندازه کمتر از 100 نانومتر به نانوامولسیون ها اطلاق می شود. دارای پایداری ترمودینامیکی بسیار خوبی در شرایط مرزی تعیین شده غلظت، فشار و دما هستند. این دسته از امولسیونها (سمی ماکرو و میکرو امولسیون) دارای ظاهری شفاف و نیمه شفاف بوده و به راحتی میتوانند به داخل الیاف نفوذ کنند. درنهایت نرمی و لطافت خاصی به پارچه میبخشند.

مراجع:

Dr. Charles Tomasino, in Chemistry & Technology of Fabric Preparation & Finishing, 1992
Alaa Arafa Badr, PhD, in Performance of Knitted Fabrics Finished With Different Silicone Softeners, 2018
P. SOMASUNDARAN1*, P. PUROHIT1, N. GOKARN2, RAVI D. KULKARNI2, in Silicone emulsions Interfacial aspects and applications, 2010
A.K. Roy Choudhury , B. Chatterjee , S. Saha a & K. Shaw, in Comparison of performances of macro, micro and nano silicone softener, 2012