تولید لباس های تابستانه خنک از پارچه پنبه ای و نانوالیاف پلی یورتان
گرم شدن کره زمین یکی از مسائل نگران کننده ای است که انسان را در سطح جهان تحت تاثیر قرار داده است. ترجیح داده می شود سبک زندگی به گونه ای باشد که باعث دفع گرما از بدن شود. یکی از راه حل ها برای خنک کردن بدن استفاده از لباس هایی است که به خنک شدن سریع بدن کمک می کنند. ویژگی مورد نیاز برای عملکرد خنک کنندگی را می توان از موادی با رسانش حرارتی عالی به دست آورد. نانوالماس ها (ND) خواص رسانش حرارتی منحصر به فردی دارند و می توانند بر رسانش حرارتی ضعیف پارچه ها غلبه کنند. این مطالعه به بررسی پارچه روکش شده یک طرفه می پردازد که در لایه میانی که با پوست در تماس است، از نانوالماس برای بیرون فرستادن گرما به خارج از لباس استفاده شده است درحالی که لایه داخلی پارچه درمعرض هوای گرم، بدون پوشش باقی می ماند تا از انتقال گرما به بدن انسان جلوگیری کند. نانوالماس ازطریق پاشش الکترود پلی یورتان (PU) و نانوالماس کربوکسیله شده (ND COOH) روی پارچه پنبه ای قرار داده می شود. بررسی های میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) و تصاویر میکروسکوپ نوری توزیع همگن محلول ND/PU پاشیده شده روی سطح پارچه را نشان داد. نمونه ها نیز ازنظر شیمیایی توسط طیف‌سنجی فوریه (FTIR) آنالیز شدند. همچنین مقاومت حرارتی با یک صفحه داغ محافظ عرق (SGHP) اندازه گیری شده و مقاومت حرارتی کمتر در لایه پوششی ND پارچه را درمقايسه با نمونه كنترل تایید کرد و اینکه مقاومت حرارتي بدون پوشش برای هر دو نمونه کنترل شده و تیمار شده یکسان است. همچنین رسانش حرارتی، انتقال حرارت تابشی و مشخصه‌های طیف سنجی مادون قرمز یافته‌های حاصل از SGHP را تقویت کرد. آزمایشات شبیه‌سازی شده در زندگی واقعی نیز عملکرد نمونه های توسعه یافته را تایید می کنند. نمونه های الکترواسپری شده نیز حفاظت بالا در برابر اشعه ماوراء بنفش را نسبت به نمونه های کنترل از خود نشان دادند. نفوذپذیری هوا و جذب رطوبت نمونه ها پس از اعمال پوشش اندکی کاهش یافت اما در لایه داخلی قابل قبول بود. پارچه توسعه یافته می تواند صرفه جویی در انرژی را افزایش دهد زیرا به آرامی گرم شده و به سرعت سرد می شود. این پارچه با صرفه جویی 20 تا 30 درصدی پیش بینی شده انرژی دمای محیط یا محل کار را 2 تا 3 درجه سانتیگراد خنک تر می کند.
منسوجات خنک کننده مواد هوشمند درحال ظهوری هستند که می توانند از پتانسیل ارائه راه حل های شخصی سازی شده و صرفه جویی در انرژی برخوردار باشند. این لباس ها به کاهش گرمایش جهانی، تنظیم حرارتی بهتر در دمای بالاتر و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کنند. با این حال، آنها باتوجه به نحوه خنک کنندگی به دو گروه فعال و منفعل طبقه بندی می شوند. رویکرد فعال شامل خنک کردن بدن ازطریق تاثیر ترموالکتریک و گرمای الکترو می شود، درحالی که رویکرد منفعل شامل جریان گرما، تابش مادون قرمز و اثرات رطوبت است. از تکنیک های اصلی همچون لباس های خنک کننده هوا و مایع برای مدیریت خنک کننده فعال استفاده می شود: تغییر فاز غیرفعال و خنک کننده تبخیری. لباس های خنک کننده فعال به یک سیستم خنک کننده قابل حمل و سبک نیاز دارند. خنک کننده غیرفعال ازطریق تغییر فاز به ترکیب این مواد در ساخت پارچه نیاز دارد که می تواند بر تحرک فرد تاثیر بگذارد. خنک کننده غیرفعال دیگر ازطریق تبخیر عرق/اثر رطوبت است، اما فقط زمانی موثر است که سطح تعریق انسان به مقدار مشخصی برسد. به تازگی لباس هایی با شفافیت تابش مادون قرمز خوب مانند پلی اتیلن نانومتخلخل معرفی شده‌اند اما به دلیل تنوع رنگ، تماس با پوست، محدودیت طراحی و پیچیدگی در ساخت قابل استفاده نیستند. در اینجا همچنین یکی دیگر از رویکردهای جدید معرفی شده برای تنظیم حرارت مواد مبتنی بر محافظ حرارتی خورشیدی و تبدیل حرارتی نور نیز بررسی شد. این فرایند پیچیده است؛ از این رو، به تولید منسوجات خنک کننده سبک و راحت ازطریق یک رویکرد مستقیم و بسیار کاربردی نیاز است. در این مطالعه خنک کننده غیرفعال با رسانش نانوماده جدید مورد بررسی قرار می‌گیرد. در شکل زیر پوشش پنبه با نانوالیاف PU/ND با خواص مشابه نشان داده شده است.
شکل 1:
از مواد جدید با ریز نانوساختار منحصر به فرد و رسانش حرارتی خوب می توان برای تقویت خواص خنک کنندگی پارچه های تنظیم کننده حرارت استفاده کرد. نانوالماس ها (ND) نانومواد کربنی جدید با خواص حرارتی خاص هستند. اگرچه در زمینه منسوجات نسبتا جدید هستند، اما در مطالعات قبلی به نقش آنها در بهبود خواص حرارتی، مکانیکی و راحتی فرد اشاره شده است. قبل از این نانوالماس باموفقیت در بهبود مقاومت مکانیکی و خواص ترشوندگی سیستم فیبری استفاده شده است. درصورتی که نانوالماس در پارچه پشمی دوپامین تمپلت به کار رود، رسانش حرارتی پارچه افزایش یافته و موجب اتلاف سریع گرما می شود. تکنیک تمپلت پلیمری دارای اشکالاتی است که عبارتند از طولانی بودن فرایند، رنگ سیاه نامطلوب، حجم محدود نمونه و هدر رفتن نانوالماس با پوشش دهی عمیق. برهمین اساس، به توسعه یک روش کارآمد برای کاربرد مستقیم نانوالماس روی پارچه نیاز است. الکتروریسی روشی نسبتا سریع و ساده برای ساخت مواد مختلف با ساختار نانومتخلخل است. نانوالیاف دارای خواصی همچون سطح بالای نسبت مساحت به حجم، ساختار متخلخل، وزن سبک و مدول الاستیسیته خوب هستند. طیف وسیعی از پلیمرها را می توان همراه با انواع مواد کاربردی مانند نانومواد که خواص متعدد الیاف را افزایش می دهد الکتروریسی کرد. این نانوالیاف ارزش افزوده در کاربردهای پزشکی، فیلترها، منسوجات، اسکلت بافت، دارورسانی، مولدهای انرژی پوشیدنی، پارچه های محافظ ازجمله محافظت در برابر عوامل شیمیایی، حرارتی و بیولوژیکی و بسیاری از کاربردهای پیشرفته دیگر استفاده می شوند.
سخن پایانی
در این مطالعه توانستیم پارچه های خنک کننده را با پاشش الکتریکی غلظت های مختلف نانوالماس (ND) با ترموپلاستیک پلی یورتان (PU) تولید کنیم. نانوالماس ابزاری برای تقویت رسانش حرارتی پارچه پنبه ای است که خواص ترشوندگی آن را نیز بهبود می بخشد. این روند به حضور گروه های قطبی متعدد در سطح ND نسبت داده می شود. با افزودن ND به پارچه، رسانش حرارتی افزایش یافته و انتقال حرارتی به خوبی صورت می گیرد. علاوه براین، رطوبت بهبود یافته نفوذپذیری رطوبت را بهتر کنترل کرده و موجب افزایش راحتی پارچه می شود. همچنین از PU به دلیل سهولت در پردازش، مقاومت سایشی خوب و قابلیت ارتجاعی بالا در الکتروریسی استفاده شد. فقط یک طرف پارچه با الیاف الکترو روکش شد تا پارچه بتواند گرما را از لایه پوشش داده شده به طرف لایه بدون پوشش انتقال دهد و انتقال حرارت از لایه بدون پوشش به طرف لایه پوشش داده شده را نیز محدود کند. این تبادل حرارتی باعث خنک شدن سریع پارچه هایی می شود که به دلیل قرار گرفتن درمعرض گرما حرارت را به خود جذب می کنند. به طورکلی، نانوالماس دارای مزیت محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش است که می تواند انتخاب ایده آلی برای لباس های تابستانه باشد. این نوع پوشش دهی نفوذپذیری هوا و جذب آب پارچه های نخی بکر را نه تنها تحت تاثیر قرار نمی دهد بلکه و آنها را در حد متعادلی قرار می دهد. به طور خلاصه، ND به دلیل دارا بودن این خواص منحصر به فرد داشتن در ساخت لباس های هوشمند کاربرد دارد.
