برای رنگ کردن چرم معمولا مواد رنگزای آنیونیک مانند رنگزاهای مستقیم، اسیدی و متال کمپلکس به کار می رود و تاکنون استفاده از رنگدانه ها برای رنگ کردن چرم مرسوم نبوده است. یکی از مشکلات در رنگ کردن چرم، نفوذ کم ماده رنگزا به درون ساختار متراکم آن است.
دستیابی به شید های یکنواخت در رنگ کردن چرم یکی از مشکلات اصلی این صنعت می باشد. در این تحقیق، تأثیر حمام مافوق صوت در رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه با هدف کاهش زمان عملیات و بهبود رمق کشی و کیفیت چرم رنگ شده مورد مطالعه قرار گرفته است. طراحی آزمایش ها بر مبنای روش تاگوچی انجام شده است. مقدار K/S به عنوان معیاری برای جذب رنگزا و مشخصه کیفی فرآیند جهت بهینه سازی انتخاب شد. بر این اساس سطوح بهینه برای مدت زمان خیساندن کالا، نوع ماده متورم کننده و همچنین عوامل مؤثر در رنگ کردن شامل زمان استفاده از دستگاه مافوق صوت و بهینه میزان مصرف رنگزا به دست آمد.

 

چرم بافتی طبیعی است که ساختار سه بعدی ویژه ای دارد. افزون بر عایق بودن در برابر گرما، در برابر هوا، آب و عرق بدن نیز مقاوم بوده و در عین حال، بخار آب را از خود عبور می دهد و انعطاف پذیری قابل توجهی دارد.

بیشتر چرم مورد نیاز، از پوست حیو اناتی مانند گاو، گوسفند، بز و خوک (که این مورد در ایران موجود نیست) به دست می آید.

پوست های به دست آمده از دام ها (چهارپایان)، به دو گروه کلی تقسیم می شوند که عبارتند از:

گروه نخست شامل پوست های سبک نظیر گوسفند، بز، بزغاله و بره است. چرم تولید شده از این نوع پوست ها را چرم سبک می نامند. این چر م ها در تولید آستری، کفی کفش، کت، پالتو، کلاه و دستکش کاربرد دارند.

گروه دوم شامل پوست های گاو، گوساله، گاومیش و شتر است که چرم ساخته شده از این نوع پوست ها را چرم سنگین می نامند. این پوست ها از نظر میزان سنگینی به دسته های متوسط، سنگین و بسیار سنگین تقسیم می شوند.
چرم ساخته شده از این نوع پوست ها، استحکام و استقامت بیشتری دارند و بیشتر به مصرف زیره و رویه کفش، پوتین و تسمه های ماشین آلات صنعتی می رسند.

چرم، مهمترین فرآورده ای است که در فرآیند دباغی از تأثیر برخی مو اد شیمیایی بر پوست به دست می آید.

از جمله خصوصیات چرم می توان به نرمی، نفوذپذیری در بر آب ر هوا، نفوذناپذیری در برابر آب، مقاومت در برابر باکتری ها و عوامل فیزیکی و شیمیایی محیط، فسادناپذیری، مقاومت در برابر فشا ر،کشش و انعطاف پذیری اشاره نمود.

این فرآورده برای تهیه بسیاری از اشیاء و کالاهای مورد نیاز زندگی مناسب می باشد

رنگرزی چرم به دلیل سه بعدی بودن رشته های آن دشوار است و نفوذ مواد رنگزا به بخش درونی آن به سختی صورت می گیرد. رنگرزی یکنواخت و مطلوب چرم اهمیت زیادی در صنعت دارد.

البته لازم بذکر است که نحوه رنگرزی چرم با توجه به نوع مصرف آن متفاوت است:
برای مثال چرم هایی که به مصرف مبلی می رسند طوری رنگ می شوند که تنها سطح آنها رنگرزی گردد و نیازی نیست که مواد رنگزا به بخش های درونی نفوذ کنند.
در حالی که در چرم های لباسی و کفش مواد رنگزا باید به درون چرم نفوذ کنند در غیر این صورت در اثر استفاده مداوم از آنها سبب می شود تا رنگ از روی کالا جدا شده و لکه های روشنی بر روی کالا ظاهر شود.

از این رو، در مورد این نوع فرآورده ها، رنگزا باید به طور عمقی در الیاف چرم نفوذ کند. از آنجا که چرم از مواد پروتئینی تشکیل شده است، ماهیت شیمیایی آن تا حد زیادی بر اثر عمل دباغی تغییر می کند.

میزان تثبیت رنگزا بر روی چرم تا حدود زیادی به مواد به کار رفته برای دباغی و همچنین وجود مو اد دیگر ترکیب شده با پروتئین، بستگی د ارد. از این رو، تثبیت رنگزا در چرم فرآیندی پیچیده و آمیزه ای از پدیده های مختلف است و کاربرد ماهرانه مواد رنگزا به وسیله چرم ساز، نیاز به تلفیق دانش های عملی، هنری و تجربه کاری د ارد.

هدف از رنگرزی، تثبیت یک ماده رنگزا بر روی یک بستر (سطح اتکا) است به طوری که این بستر بتواند به طور دائم به وسیله ماده رنگزا پوشیده شود و در اثر پدیده هایی مانند سایش، خراش و … سطح رنگرزی شده از بین نرود.

به طور معمول چرم به روش های مختلف مانند در سینی، با برس، در حوضچه، با دست یا پیسوله، روش چاپی، روش روکشی و بالابان رنگ می شود.

در این تحقیق بر ای رنگ کردن چرم از مو اد نانو رنگدانه به کمک فناوری مافوق صوت استفاده شده است

نانو رنگدانه ها مواد آلی یا معدنی، غیرمحلول با اندازه ذره کوچک تر از ۱۰۰ نانومتر می باشند.

پارامترهایی که در رنگرزی الیاف با رنگدانه ها مؤثرند شامل اندازه ذرات رنگدانه، مورفولوژی و شکل ذرات رنگدانه ها و روش دیسپرسیون می باشد. با کاهش اندازه ذرات رنگدانه، انرژی سطحی، سطح تماس و میز ان نفوذپذیری به داخل الیاف در طی فرآیند رنگ کردن افزایش می یابد (شکل ۱)

دو دسته از رنگدانه های آلی و معدنی در رنگ کردن چرم استفاده می شوند.:

رنگدانه های آلی شامل رنگدانه های زرد (مونو آزو و دی آزو همچون کمپلکس نیکل، ایزوایندولین)، رنگدانه های نارنجی (بنزیمیدازولین)، رنگدانه های قرمز و بنفش (کیناکریدون و آنتراکینون) و رنگدان ه های آبی و سبز (ایندانترن و فتالوسیانی ن) می باشند .

رنگدانه های غیر آلی مناسب برای رنگ کردن چرم شامل اکسیدها، سولفیدها و کروما ت های آهن، تیتانیوم، کادمیوم، روی، کروم، نیکل، کبالت و کربن سیاه هستند.

امروزه با کمک روش های مختلف اندازه ذرات رنگدانه ها می تواند به ابعاد نانو کاهش یابد. روش هایی مانند استفاده از همزن ها با دور زیاد، دیسپرس کننده ها، فرآیند مافوق صو ت، اصلاح سطحی و Mie میکروکپسول کردن رنگدانه ها از آن جمله هستند.

مطابق تئوری میزان جذب و قدرت رنگی رنگدانه ها با کاهش اندازه ذرات آنها به ابعاد نانو افزایش می یابد (شکل ۱).

مورفولوژی و شکل ذرات رنگدانه نیز بر نحوه رسوب و انباشتگی و نفوذپذیری رنگدانه در الیاف مؤثر می باشد. طبق شکل ۱ با افزایش اندازه ذره، جذب نور رنگدانه ها کاهش و انتشار نور ابتدا افزایش، سپس کاهش می یابد.

استفاده از حمام مافوق صوت در رنگرزی سبب افزایش ۴۰ درصدی در میزان رمق کشی رنگ و کاهش ۵۵ درصدی در زمان رنگرزی در مقایسه با شرایط معمول رنگرزی می گردد

بهبود رنگ پذیری چرم با استفاده از نانو رنگدانه در محیط مافوق صوت

 

شکل ۱: تأثیر اندازه ذرات بر جذب و تفرق نور توسط رنگدانه ها

۲-بخش تجربی
۲ ۱- مواد شیمیایی و وسایل

-چرم گوسفندی دباغی شده با مواد کرومی از کارخانه چرم سازی در چرم شهر ورامین.

-رنگدان ه نانو با نام Reso-Nano Red/C. I Pigment Red 8 ساخت کشور پاکستان با نام علمی نیز می نامند (شکل ۲)

-شوینده غیر یونی  Rockapon RCP- -5 برای عملیات شستشوی کالا، ساخت شرکت SDL انگلستان.

-اسید استیک صنعتی (جهت تنظیم pH)

-هیدروکسید سدیم (NaOH) ساخت شرک ت مر ک (جهت تنظیم (pH).

-اوره، آنیلین، اتیلن گلایکول، ساخت شرکت مرک (به عنوان مواد متورم کننده).

 

بهبود رنگ پذیری چرم با استفاده از نانو رنگدانه در محیط مافوق صوت

 

شکل۲: ساختار رنگدانه ۵- نیتر و- تولوئیدی ۴- کلرو  هیدروکسی ۲- نفتانیلید

 

۲-۲ روش کار

آماده سازی چرم: با توجه به اینکه نمونه های چرم دارای ناخالصی هایی نظیر چربی، واکس و… می باشند. برای تمیزی کالا آنها در دمای ۴۰ºC به مدت ۳۰ دقیقه شسته شده و نهایتاً در دمای محیط خشک گردید.

به منظور جلوگیری از جمع شدگی چرم لازم است که دقت شود تا در حین عملیات شستشو دمای حمام از ۵۰ºC تجاوز ننماید. همچنین آبکشی باید به طورکامل صورت پذیرد تا از بروز مشکلات بعدی از جمله نایکنواختی در رنگ کردن حتی المقدور ممانعت شود.

فرآیند خیساندن: در این فرآیند نمونه های چرم در حمامی حاوی مو اد متورم کننده مشخص و آب مقطر در L:G =70:1 و pH=7 به مدت معینی قرار داده شدند تا خیس بخورد.

فرآیند رنگ کردن : محلول نانو رنگدانه قرمز با استفاده از همزن با دور بالا به مدت ۳ ساعت هم زده شد تا ذرات تا حد امکان به خوبی در محلول دیسپرس شوند.

نمونه های چرم به دو روش توسط نانو رنگدانه رنگ شدند:

۱- حمام حاوی غلظت مشخص رنگدانه و ماده متورم کننده و دیسپرس کننده معین توسط هیتر الکتریکی تا دمای ۴۰oC گرم شده  و نمونه چرم به وزن ۲ گرم به حمام اضافه شد.

سپس دمای حمام تا ۵۰C با شیب یک درجه سانتیگر اد در دقیقه افزایش یافت. نمونه به مدت یک ساعت در این دما در حمام رنگ شده و سپس خارج و آبکشی شد.

۲- با استفاده از روش مافوق صوت با توان ( ۱۶۰,۳۲۰ وات) نمونه های چرمی رنگ شدند.

در این روش محلول حاوی نانو رنگدانه با غلظت مشخص به همراه ماده متورم کننده معین تهیه شد. نسبت حجم حمام رنگ کردن به وزن کالا برابر L:G 70:1 بوده و نمونه ها طبق نمودار شکل ۳ رنگ شدند.

در ابتدای فرآیند رنگ کردن اجازه داده شد تا دمای حمام مافوق صوت به دمای ۴۰oC برسد، سپس نمونه وارد حمام شده و بمدت ۱۰ دقیقه با شیب خطی یک درجه سانتیگراد در دقیقه به دمای ۵۰oC  رسید. پس از زمان معینی رنگ کردن در این دما، نمونه ها خارج و آبکشی شدند.

رنگ سنجی: پس از عملیات رنگ کردن، کالا خشک شده و مختصات رنگی آن تحت سیستم CIELAB محاسبه شد. اندازه گیری مقادیر انعکاس توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر انعکاسی ساخت شرکت Gretag Macbeth مدل Color-Eye 7000 A تحت منبع نوری D65, زاویه مشاهده کننده استاندارد ۱۰ درجه در طول موج های ۷۶۰ – ۳۶۰ نانومتر (محدوده طیف مرئی) با فواصل ۱۰ نانومتری انجام گردید.

 

بهبود رنگ پذیری چرم با استفاده از نانو رنگدانه در محیط مافوق صوت

 

شکل ۳: نمودار رنگ کردن نمونه های چرم

 

تعیین ثبات نوری کالا: ثبات نوری نمونه های رنگ شده طبق استاندارد ISO 105-B01 تعیین شد. برای این کار نمونه ها بر روی قطعه مقوایی به اندازه معیار استاندارد پیچیده و همراه با یک ورقه از معیار آبی (Blue Scale) در دستگاه ثبات نو ری AUTONICS-FS4E با رطوبت ۱۰-۱۵% و دمای oC 25-20 قرار داده شدند.

میکروسکوپ الکترونی پویشی: قطعه ای از هر نمونه چرمی پس از اعمال پوشش با طلا با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی پویشی مدل XL30 ساخت شرکت فیلیپس کشور هلند مورد  بررسی قرار گرفت.

میکروسکوپ نوری پلاریزان: سطح و سطح مقطع قطع های از نمونه چرم خام و نمونه رنگ شده با نانو رنگدانه مصرفی در آزمایشات را در زیر میکروسکوپ نوری پلاریزانBEL Photonics مدل MPL-15 ساخت کشور ایتالیا مورد بررسی قرار گرفت.

۳- نتایج و بحث
۳-۱ تعیین نوع و سطوح فاکتورهای مؤثر

در تحقیق حاضر ابتدا به منظور شناخت عو امل تأثیرگذار در رنگ کردن چرم با استفاده از روش هر بار یک عامل فاکتورهای متعددی مورد بررسی قرار گرفت.

نوع و سطوح تغییرات این فاکتورها عبارتند از:

میز ان مصرف نان و رنگدانه (۱% ،%۳ ،%۵ ,۱۰%), نوع متورم کننده (بنزوئیل پروکساید، اتیلن گلایکول، اوره، ایزوپروپیل الکل، آنیلین)، مقدار مصرفی متورم کننده (۳%, ،%۵ ,۱۰%), نوع عامل دیسپرس کننده (BAYER ،BASF)  زمان استفاده از حمام مافوق صوت ( ۱، ۲, ۳, ۴ ساعت), زمان خیساندن (۲ ,۱۲ ,۱۳ ,۱۸ ,۲۴ ,۲۶ساعت)

به کارگیری روش های مختلف رنگ کردن (حمام مافوق صوت، هیتر الکتریکی). در هر مورد، انعکاس در طول موج ۵۶۰ نانومتر و مقادیر L*, a*, b*, C*, h نمونه های چرم رنگ شده با استفاده از  دستگاه اسپکتروفوتومتری انعکاسی اندازه گیری شد.

پس از محاسبه و مقایسه مقادیر K/S نمونه های چرمی رنگ شده   به روش های مختلف عمدتاً نتایج نامطلوب ارزیابی گردید. انجام این آزمایشات مبنای تعیین نوع و سطوح فاکتورهای مؤثر جهت ادامه آزمایشات اصلی به روش طراحی آزمایشات تاگوچی قرار گرفت.

لازم به ذکر است بررسی عوامل مؤثر به طور جداگانه و به روش هر بار یک عامل ضمن اتلاف زمان، انرژی و منابع مالی پروژه، قادر به بررسی تأثیرات متقابل عوامل بر روی یکدیگر نمی باشد.

۲-۳ بررسی تأثیر عوامل مؤثر در رنگ کردن چرم

استفاده از یک نانو رنگدانه مناسب با طول زنجیر کوتاه می تواند در نفوذ سریع و مؤثر در درون لایه های به هم فشرده کالای چرمی و رسیدن به یکنواختی مورد نظر روی کالا کمک زیادی نماید.

طبق تحقیقات گزارش شده حمام مافوق صوت با افزایش ثابت نفوذ ظاهری در حین فرآیند به بهبود سینتیک فرآیند رنگ کردن چرم کمک می کند.

نتایج حاصل از روش های غیر از حمام مافوق صوت به صورت جداول زیر می باشند. جهت رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه از روش طراحی آزمایشات تاگوچی مطابق جدول ۱ استفاده گردید.

با استفاده از این الگو می توان اثر چهار فاکتور مؤثر در سه سطح را مطابق جدول زیر بررسی نمود. این فاکتورها بر اساس مطالعات علمی و تجربیات مقدماتی انتخاب شدند. هدف از انتخاب آرایه L9 آن است که با کمترین تعداد آزمایش بیشترین فاکتور مؤثر در عملیات رنگ کردن چرم مورد بررسی قر ار گیرد.

 

 

 

جدول۱: آرایه استاندارد L9 در روش تاگوچی

فاکتورهای قابل کنترل مؤثری که در این مرحله انتخاب شد عبارتند از:

•فاکتور A, معرف مدت زمان استفاده از دستگاه مافوق صوت می باشد که در سه سطح (۲ و۳ , ۴ ساعت) مورد بررسی قرار گرفت.

• فاکتور B: معرف مدت زمان خیساندن نمونه در حمام می باشد که در سه سطح (۲ ,۱۲ و ۲۴ ساعت) مورد بررسی قرار گرفت

• فاکتورC: معرف نوع متورم کننده مصرفی در این تحقیق می باشد که اثر آن در میزان جذب رنگزا برای سه ماده اتیلن گلایکول، آنیلین و اوره با غلظت ثابت ۱۰ % مورد بررسی قرار گرفت.

• فاکتورD: این فاکتور تاثیر درصد رنگزای مصرفی در سه سطح، ( ۵ ،۱۰ و ۱۵ ) درصد نسبت به وزن کالا ر ا بر روی مشخصه کیفی فرآیند، نشان می دهد.

نتایج آزمایش رنگ سنجی نمونه های چرمی رنگ شده با نانو رنگدانه در جدول ۲ خلاصه شده است.

با استفاده از کمترین مقدار انعکاس که در طول موج حداکثر جذب ۵۶۰ نانومتر رخ داد مقادیر K/S که به عنوان معیاری از میزان جذب رنگزا بر روی کالا می باشد با استفاده از فرمول زیر محاسبه گردید و نتایج در جدول ۱ نشان داده شده است.

 

 

مقادیر عددی بزرگ به دست آمده برای قرمزی (*a) در نمونه های چرمی رنگ شده گواه این است که استفاده از روش مافوق صوت به افزایش جذب و رسیدن به فام قرمزتر کمک می کند. همچنین میزان جذب نانو رنگدانه بر روی کالا با مقدار روشنایی (*L) نسبت عکس دارد.

لذا با توجه به نتایج مشاهده می گردد استفاده از حمام مافوق صوت در رنگ کردن باعث افزایش جذب نانو رنگدانه بر روی چرم شده است. تحلیل نتایج بدست آمده از رنگ سنجی و مقایسه K/S نمونه ها  به کمک نرم افزار۴- Qualitek انجام شد جدول ۳ و اشکال ۴ و ۵ نتایج به دست آمده از نرم افزار را نشان می دهد.

شکل ۴ میزان اختلاف بین سطوح مختلف هر فاکتور را نشان می دهد، به عنو ان مثال در فاکتور A که به عنوان مؤثرترین فاکتور در مرحله قبل تعیین شد، بیشترین اختلاف معنی دار در بین سطوح مختلف مشاهد ه شد.

این مطلب نشانگر آن است که میز ان جذب رنگزا نسبت به تغییرات فاکتور A (زمان حمام مافوق صو ت) بسیار حساس می باشد.

 

جدول ۲: مقادیر محرکه های رنگی در طرح L9 برای نمونه های رنگ شده درسیستم CIE LAB

 

 

جدول ۳: تعیین سطوح بهینه فاکتورهای انتخابی در رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه.

 

 

 

شکل ۴: نمودار تعیین سطوح بهینه فاکتورهای انتخابی در رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۵: نمودارهای تعیین سطوح بهینه فاکتورهای انتخابی در رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه.

 

 

 

 

جدول ۵: جدول تحلیل واریانس در رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه.

 

همان طور که در نمودارهای بالا مشاهده می شود تأثیر هر یک از فاکتورها به صورت مستقل برآورد شده است. این محاسبات قادر است کمترین تفاوت بین مقادیر حاصل از هر سطح را نشان دهد.

به عنو ان مثال تغییرات حاصل از سطوح مختلف فاکتور A (زمان حمام مافوق صوت) بصورت یک تابع خطی می باشد. بیشترین مقدار عددی K/S  مربوط به سطح اول یعنی ۲ ساعت حمام مافوق صوت در رنگ کردن می باشد.

تغییرات حاصل از سطوح مختلف فاکتور B (زمان خیساندن) نیز بیشترین مقدار را در سطح دوم (یعنی ۱۲ ساعت خیساندن) از خود نشان داده است. حداکثر جذب رنگزا در سطح دوم فاکتور C (نوع متورم کننده) یعنی آنیلین تجربه شده است (شکل ۵)

تغییرات حاصل از فاکتور D (درصد رنگزا مصرفی) بیشترین مقدار جذب را در سطح دوم ( ۱۰ % وزنی) نشان می دهد.

جهت ارزیابی اهمیت نسبی فاکتورها، از محاسبات واریانس خطا و فواصل اطمینان اثرات فاکتورها تحلیل واریانس (ANOVA) استفاده شد (جدول ۵).

ستون های این جدول به ترتیب شامل درجه آزادی هر فاکتور (DOF) و  (۱ -تعداد سطوح), مجموع مربعات (SS), واریانس، مجموع مربعات خالص (Pure Sum) و درصد تأثیر هر عامل می باشد.

همان طور که در جدول فوق مشاهده می شود طی عملیات رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه فاکتور A (زمان حمام ما فوق صوت) که در سه سطح (۲ ,۳ ,۴ساعت) مورد بررسی قرار گرفته است بالاترین درصد تأثیر ( ۳۹,۴۹۵ %) را در فرآیند رنگ کردن به خود اختصاص داده است و فاکتور B با تأثیر کمتر از ( ۶,۶۹۴ %) کمترین تأثیر ر ا در جذب میزان رنگزا داراست.

به بیان دیگر تغییرات فاکتور B اختلاف B معنی داری در متغیر پاسخ (میزان جذب رنگزا روی کالا در مقایسه با فاکتورهای دیگر) ایجاد نمی کند. فاکتور D که به منظور بررسی تأثیر درصد رنگزا مصرفی در سه سطح ( ۵ ,۱۰ و ۱۵ %) استفاده شد از نظر، اهمیت دومین عامل ( ۳۲,۸۸۲ ) در فرآیند رنگ کردن بود.

با کمک نرم افزار همچنین تاثیر عوامل انتخاب شده به صورت نمودار ارزیابی می شود (شکل۶)

رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه

 

شکل ۶: نمودار ستونی تاثیرات بر همکنش و فاکتورهای مهم رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه.

۳-۳ بررسی ثبات نوری و شستشویی نمونه های چرم رنگ شده

بر طبق نتایج، اکثر نمونه های چرم رنگ شده با نانو رنگدانه از ثبات نوری مناسب و قابل قبول ۷-۶ برخوردار بودند. در طبقه بندی معیار  آبی حداکثر ثبات نوری عدد ۸ می باشد.

همچنین بررسی ثبات شستشویی (لکه گذاری) نمونه های چرم در مقایسه با معیار خاکستری نشان دهنده ثبات بسیار خوب بود. در این طبقه بندی حداکثر ثبات
شستشویی عدد ۵ می باشد.

نانو رنگدانه ها حلالیت کمی در آب دارند و لذا در فرآیند شستشوی نمونه های چرم رنگ شده، رنگدانه ها تمایل کمی به خارج شدن از چرم و وارد شدن به حمام شستشو دارند.

ثبات شستشویی بالای کالای چرمی رنگ شده با نانو رنگدانه را می توان به این امر نسبت داد.

۴-۳  بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی

به منظور بررسی سطح نمونه های رنگ شده و مشاهده تجمع نانو رنگدانه مصرفی و نحوه تشکیل آنها به صورت آمورف یا بلور بر روی سطح چرم از میکروسکوپ الکترونی پویشی استفاده شد.

 

رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه

(الف)


رنگ کردن چرم با نانو رنگدانه

(ب)

شکل ۷: تصاویر میکروسکوپی (الف) سطح چرم خام و (ب) چرم رنگ شده با نانو رنگدانه در بزرگنمایی ۱۰۰۰۰ برابر.

 

حمام مافوق صوت

(الف)


حمام مافوق صوت

(ب)

شکل ۸: تصاویر میکروسکوپی سطح چرم عمل شده با نانو رنگدانه با بزرگنمایی های (الف) ۲۵۰۰۰ و (ب) ۱۰۰۰۰ برابر.

 

حمام مافوق صوت

شکل ۹: دو تصویر از سطح مقطع چرم عمل شده با نانو پیگمنت با بزرگنمایی ۵۰ برابر*

در مقایسه تصاویر میکروسکوپی چرم رنگ شده با نانو رنگدانه و چرم خام در بزرگنمایی ۱۰۰۰ برابر (شکل ۸، الف و ب) همان گونه که مشاهده می شود رنگ دانه بر روی سطح کالای چرمی جذب شده است.

این مورد در تصاویر میکروسکوپی با بزرگنمایی ۱۰۰۰۰ و ۲۵۰۰۰ برابر (شکل ۹) نیز به وضوح مشهود است. همان گونه که مشاهده می شود این نانو رنگدانه به طور یکنو اخت بر روی سطح تجمع یافته و اندازه ذرات الگومره نانو رنگدانه ۲۰۰ nm تعیین گردید.

۵-۳ بررسی تصاویر میکروسکوپ پلاریزان

در شکل ۹ تصاویر سطح مقطع چرم رنگ شده در زیر میکروسکوپ نوری پلاریزان با بزرگنمائی ۵۰ برابر مشاهده می شود. در این تصویر چرم خام عمل شده با کروم به رنگ آبی مشاهده می شود.

چرم استفاده شده به قطر متوسط ۱ میلی متر است و نفوذ نانو رنگدانه در چرم تا عمق ۰,۱ میلی متر مشهود می باشد. همان طور که انتظار می رود و در تصویر نیز مشهود است مغز کالا به صورت رنگ نشده باقی مانده است.

عدم نفوذ رنگدانه در عمق چرم ر ا می توان به کیفیت و نوع چرم مصرفی، غلظت اندک نانو رنگدانه مصرفی و مقدار درصد متورم کننده مصرفی نسبت داد.

۴ نتیجه گیری

ارزیابی رنگ نمونه ها در وسیله سیستم CIELAB نشان داد که جذب رنگزا بر روی چرم در روش استفاده از حمام مافوق صوت افزایش یافت.

بیشترین مقدار a* و کمترین مقدار L* مربوط به نمونه شماره ۲  بود که نشان می دهد استفاده از حمام مافوق صوت به ترتیب در رسیدن به قرمزی بیشتر رنگدانه مصرفی و جذب بیشتر رنگدانه بر K/S برای نمونه شماره ۲ (۲۵,۷۵) و کمترین مقدار برای نمونه شماره ۵  (۶,۶۰) گزارش شده است.

بر این اساس بیشترین مقدار جذب نانو رنگدانه تحت شرایط آزمایش ۲ حاصل می شود. با توجه به نتایج به دست آمده از نرم افزار (شکل های ۴ و ۵) سطوح بهینه به ترتیب، در فاکتور اول سطح اول (۲ ساعت حمام مافوق صوت)، فاکتور دوم سطح دوم (۱۲ ساعت خیساندن)، فاکتور سوم سطح دوم (آنیلین)، فاکتور چهارم سطح دوم (۱۰ %) بوده و بیشترین تأثیر در جذب رنگدانه بر روی کالا را داشته است.

با توجه به نتایج آزمون تاگوچی و جدول آن (L9) و آزمایش های انجام شده بعد از رنگ کردن نمونه های چرمی و مقایسه نمونه ها به صورت بصری، نتیجه می شود که بهترین نسخه برای بهبود رنگ کردن چرم و جلوگیری از رگه رگه شدن نمونه ها و افزایش نفوذ رنگدانه به لایه های درونی چرم، انتخاب سطوح آزمایش شماره ۲ (۲ ساعت استفاده از حمام مافوق صوت، خیساندن چرم به مدت ۱۲ ساعت، استفاده از آنیلین، ۱۰ % رنگدانه) می باشد.

تصاویر میکروسکوپی به وضوح جذب رنگزا بر روی سطح چرم ر ا نشان داد، اندازه ذرات نانو رنگدانه حدود ۲۰۰μm می باشد (شکل های ۸ و ۹). بر اساس تصاویر میکروسکوپ پلاریزان میزان نفوذ کم رنگدانه در چرم به علت ساختار ویژه کالا و محدودیت های روش رنگ کردن با نانو رنگدانه تأیید می شود.

۱- بشیر کاتوزیان،۲- امیر کیومرثی ،۳- ابوسعید رشیدی

۱ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه نساجی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، باشگاه پژوهشگران جوان شهر ری،

۲ استادیار، گروه پژوهشی مواد رنگزای آلی، پژوهشگاه علوم و فناوری رنگ، تهران، ایران

۳ دانشیار، گروه نساجی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ