مقدمه

در صنعت نساجی، زمانی که از پلی‌استر سخن گفته می‌شود، اغلب پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) به‌عنوان شناخته‌شده‌ترین عضو این خانواده به ذهن متبادر می‌شود. با این حال، از دیدگاه علمی، پلی‌استرها گروهی از پلیمرهای خطی هستند که بخش عمده‌ای از زنجیر آن‌ها از پیوندهای استری حاصل از واکنش اسیدهای دی‌کربوکسیلیک آروماتیک با دی‌ال‌ها تشکیل شده است. در این تعریف گسترده‌تر، پلیمرهایی نظیر پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT)، پلی‌تری‌متیلن ترفتالات (PTT)، پلی‌لاکتیک اسید (PLA) و پلی‌اتیلن نفتالات (PEN) نیز در خانواده پلی‌استرها قرار می‌گیرند. در میان این پلیمرها، PET همچنان پرکاربردترین ماده در تولید الیاف نساجی است، اما در سال‌های اخیر پلیمرهایی مانند PBT و PTT به دلیل ویژگی‌های عملکردی خاص، توجه بیشتری در کاربردهای تخصصی نساجی و منسوجات فنی به خود جلب کرده‌اند. این پلیمرها به‌ویژه در محصولاتی که نیازمند کشسانی، نرمی، برگشت‌پذیری بالا و راحتی بیشتر هستند، مزیت‌های قابل‌توجهی نسبت به پلی‌استرهای متداول ارائه می‌دهند.

پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT)

پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT) یکی از پلی‌استرهای آروماتیک مهم است که از پلیمریزاسیون تراکمی 1،4-بوتان‌دی‌ال (BDO) با اسید ترفتالیک خالص (PTA) یا دی‌متیل ترفتالات (DMT) تولید می‌شود. ساختار شیمیایی این پلیمر شباهت زیادی با PET دارد، با این تفاوت که در واحد تکرار زنجیر آن دو گروه متیلن اضافی وجود دارد. همین تفاوت ساختاری نسبتاً کوچک، انعطاف‌پذیری زنجیر پلیمری را افزایش داده و به خواص مکانیکی و الاستیکی متفاوتی منجر می‌شود.

از نظر صنعتی، PBT علاوه بر کاربردهای گسترده در پلاستیک‌های مهندسی، قابلیت تبدیل به لیف نیز دارد و در برخی کاربردهای نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه هزینه بالاتر ماده اولیه BDO نسبت به اتیلن‌گلایکول موجب شده است استفاده از PBT در مقایسه با PET محدودتر باشد، اما ویژگی‌های عملکردی آن باعث شده است در کاربردهای خاص نساجی جایگاه مهمی پیدا کند.

ساختار بلوری و رفتار مولکولی

PBT یک پلیمر نیمه‌بلورین است و می‌تواند در دو فرم بلوری اصلی α و β وجود داشته باشد. این دو فرم تحت تأثیر تنش مکانیکی و شرایط حرارتی قابلیت تبدیل به یکدیگر را دارند. وجود چنین رفتار ساختاری موجب ایجاد ویژگی‌های مکانیکی جالبی در الیاف PBT می‌شود.

انعطاف‌پذیری بخش آلیفاتیک در زنجیر PBT باعث می‌شود مولکول‌ها بتوانند به‌خوبی متبلور شوند. در نتیجه، این پلیمر دارای سرعت تبلور نسبتاً بالایی است که حتی از PET نیز بیشتر گزارش شده است. این ویژگی در فرآیندهای صنعتی مانند ریسندگی مذاب و شکل‌دهی الیاف اهمیت زیادی دارد، زیرا بر ساختار نهایی لیف و خواص مکانیکی آن تأثیر مستقیم می‌گذارد.

ساختار بلوری PBT
ساختار بلوری PBT

خواص مکانیکی و الاستیکی

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های الیاف PBT رفتار کشسان مناسب آن‌هاست. در مقایسه با PET، این الیاف معمولاً ازدیاد طول بیشتری داشته و مدول کمتری دارند، در نتیجه پارچه‌های تولیدشده از آن‌ها نرم‌تر و منعطف‌تر هستند. مطالعات نشان داده‌اند که ترتیب بازگشت الاستیک در برخی پلی‌استرها به صورت زیر است:

PTT > PBT > PET

این بدان معناست که اگرچه PTT بالاترین جهندگی را در میان این سه پلیمر دارد، اما PBT نیز عملکرد بسیار مطلوبی از نظر برگشت‌پذیری از تغییر شکل ارائه می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود پارچه‌های حاوی PBT در برابر کشش و تغییر شکل مکرر مقاومت بیشتری داشته و راحتی بیشتری برای مصرف‌کننده ایجاد کنند. در شکل منحنی تنش-کرنش الیافPET، PTT و PBT، الیاف PTT و PBT یک ناحیه افقی به ترتیب در کرنش‌های 5 و 7% دارند. در حالی ‌که تنش PET به ‌آرامی با کرنش افزایش می‌یابد و ناحیه افقی وجود ندارد.
منحنی تنش کرنش PET، PBT و PTT
ساختار بلوری PBT

ویژگی‌های عملکردی الیاف PBT

الیاف PBT مجموعه‌ای از خواص فیزیکی و عملکردی را ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای خاص نساجی مناسب می‌سازد. از مهم‌ترین این ویژگی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • انعطاف‌پذیری و نرمی مناسب
  • جهندگی و برگشت‌پذیری بالا
  • قابلیت تکسچره شدن به دلیل ماهیت ترموپلاستیک
  • مقاومت خوب در برابر کلر و مواد شیمیایی
  • مقاومت در برابر نور فرابنفش و زردشدگی نوری
  • جذب رطوبت بسیار کم و خشک‌شوندگی سریع
  • رنگ‌پذیری مناسب در دمای پایین تر از دمای رنگرزی نخ PET بدون نیاز به کریر
  • پایداری تجعد در نخ‌های تکسچره و BCF

همچنین این الیاف در برابر بسیاری از شوینده‌ها، اسیدهای ضعیف و بازهای رقیق در دمای محیط مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند. چنین ویژگی‌هایی باعث می‌شود PBT در کاربردهایی که دوام، راحتی و عملکرد طولانی‌مدت اهمیت دارند گزینه‌ای مناسب باشد.

مقایسه با سایر الیاف مصنوعی

در مقایسه با PET، الیاف PBT معمولاً استحکام کششی پایین‌تر اما ازدیاد طول بیشتری دارند. این موضوع سبب می‌شود PBT برای کاربردهایی که نیاز به انعطاف و کشسانی بیشتر دارند مناسب‌تر باشد. از سوی دیگر، در مقایسه با پلی‌آمیدها (نایلون)، الیاف PBT جذب رطوبت بسیار کمتری دارند. این ویژگی به حفظ پایداری ابعادی و خواص مکانیکی در شرایط محیطی مختلف کمک می‌کند. در نتیجه PBT را می‌توان پلی‌استری دانست که تعادل مناسبی میان خواص مکانیکی، انعطاف‌پذیری و پایداری ارائه می‌دهد. پایین بودن دمای انتقال شیشه‌ای PBT نسبت به PET، پیامدهای صنعتی بسیار مهمی دارد. به دلیل تحرک بالای گروه‌های متیلن در زنجیر پلیمر، این الیاف دارای ساختار مولکولی بازتری هستند که نفوذ مولکول‌های رنگزا را تسهیل می‌کند. الیاف PBT به طور کامل در دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و بدون نیاز به استفاده از مواد کمکی توسط رنگزاهای دیسپرس رنگرزی می‌شوند؛ همین امر راندمان رنگرزی را به شدت افزایش می‏دهد.

کاربردهای صنعتی در نساجی

به دلیل ترکیب مناسب خواص مکانیکی و عملکردی، الیاف PBT در طیف متنوعی از کاربردهای نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مهم‌ترین این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • نخ‌های فرش و نخ‌های BCF
  • پوشاک ورزشی و لباس‌های استرچ
  • لباس شنا و منسوجات مقاوم در برابر کلر
  • جوراب و لباس زیر
  • پارچه‌های کشباف و منسوجات راحتی
  • روکش صندلی خودرو و منسوجات داخلی خودرو
  • برخی کاربردهای پزشکی مانند باندها

در بسیاری از این کاربردها، PBT به‌صورت خالص یا در ترکیب با الیافی مانند PET، نایلون، پنبه یا اکریلیک مورد استفاده قرار می‌گیرد تا خواص نهایی محصول به‌صورت هدفمند تنظیم شود.

 

نمونه برندها و محصولات:
  • Nike – در برخی لباس‌های ورزشی کشسان، جوراب‌ها و لباس‌های تمرینی از نخ‌های PBT یا مخلوط PBT/PET استفاده می‌شود تا خاصیت کشسانی و برگشت‌پذیری بهتر ایجاد شود.
  • Adidas – در بعضی پارچه‌های ورزشی کشی و جوراب‌های عملکردی از الیاف پلی‌استری اصلاح‌شده از جمله PBT استفاده می‌شود.
  • Speedo –  در لباس‌های شنا مقاوم به کلر از الیاف PBT یا مخلوط PBT/PET استفاده شده است.
  • Arena – در برخی پارچه‌های لباس شنا مانند MaxLife fabric از ترکیبات پلی‌استر با PBT برای دوام و مقاومت در برابر کلر استفاده می‌شود.
  • TYR –  در لباس‌های شنای تمرینی و حرفه‌ای از پارچه‌های پلی‌استری حاوی PBT استفاده می‌کند.
  •  Jaked – برخی لباس‌های شنا و تمرینی

در فرش و منسوجات کفپوش:

  • Shaw Floors
  • Mohawk Industries
  • Beaulieu Carpets

 

روندهای نوآورانه و توسعه‌های جدید

در سال‌های اخیر، توسعه پایدار و کاهش اثرات زیست‌محیطی به یکی از مهم‌ترین محورهای تحول در صنعت پلیمر و نساجی تبدیل شده است. پلی‌بوتیلن ترفتالات به‌عنوان یکی از پلی‌استرهای مهندسی با کاربرد گسترده در تولید الیاف و نخ‌های نساجی، نیز از این روند مستثنی نبوده و نوآوری‌های قابل توجهی در زمینه مواد اولیه، فرآیند تولید و ساختار نخ‌های مبتنی بر آن صورت گرفته است.
۱. توسعه PBT زیست‌پایه و کاهش ردپای کربنی
به‌طور سنتی، PBT از واکنش میان اسید ترفتالیک خالص (PTA) و 1,4-بوتان‌دی‌اُل (BDO) نفت‌پایه تولید می‌شود. در سال‌های اخیر تمرکز اصلی بر جایگزینی BDO فسیلی با BDO زیست‌پایه (Bio BDO) بوده است که از منابعی نظیر قندهای زیستی، ضایعات کشاورزی و روغن‌های پخت‌وپز مصرف‌شده تولید می‌شود. در همین راستا، شرکت Envalior در سال 2024 نسل جدیدی از ترکیبات پایدار PBT را معرفی کرد که در آن‌ها مونومر BDO از منابع زیستی تأمین می‌شود. از مهم‌ترین مزایای این گریدها، قابلیت استفاده به‌صورت جایگزین مستقیم (Drop in replacement) بدون نیاز به تغییر در تجهیزات ریسندگی، اکستروژن یا قالب‌گیری است. گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهد که استفاده از این مواد می‌تواند ردپای کربنی محصولات را بیش از 30 درصد کاهش دهد. همچنین شرکت‌هایی مانند BASF (Ultradur® Biomass Balance) و Lanxess (Pocan® ECO) گریدهای پایدار PBT را توسعه داده‌اند که در آن‌ها بخشی از مواد اولیه فسیلی با منابع زیستی یا بازیافتی جایگزین شده است. این اقدامات در راستای حرکت به سوی اقتصاد چرخشی و کاهش وابستگی به منابع تجدیدناپذیر انجام می‌شود.
۲. بازیافت PBT و حرکت به سوی اقتصاد چرخشی

علاوه بر زیست‌پایه شدن مواد اولیه، توسعه فناوری‌های بازیافت نیز از دیگر روندهای نوآورانه در حوزه PBT محسوب می‌شود.
بازیافت این پلیمر به دو روش اصلی انجام می‌شود:

  • بازیافت مکانیکی: شامل آسیاب و ذوب مجدد ضایعات صنعتی یا مصرفی
  • بازیافت شیمیایی: شامل فرآیندهایی مانند گلیکولیز، متانولیز و هیدرولیز که طی آن پلیمر به مونومرهای اولیه تجزیه شده و مجدداً در سنتز پلیمر استفاده می‌شود
این رویکردها امکان تولید PBT با کیفیت نزدیک به ماده اولیه و کاهش ضایعات پلاستیکی را فراهم می‌کنند و نقش مهمی در تحقق اهداف زیست‌محیطی برندهای بزرگ پوشاک ایفا می‌نمایند.
۳. نخ‌های کشسان بدون لایکرا

یکی از مهم‌ترین تحولات، توسعه نخ‌های استرچ بر پایه PBT بدون استفاده از لایکرا است. به دلیل ساختار مولکولی و انعطاف‌پذیری زنجیره‌های پلیمری، PBT دارای خاصیت کشسانی و برگشت‌پذیری طبیعی است. این ویژگی امکان تولید نخ‌هایی با کشسانی مناسب و دوام بالا را فراهم می‌کند.

مزایای این نخ‌ها:

  • مقاومت بیشتر در برابر کلر و مواد شیمیایی
  • پایداری حرارتی بالاتر نسبت به الاستین
  • دوام بیشتر در شست‌وشوی مکرر
  • قابلیت بازیافت ساده‌تر به دلیل تک‌جزئی بودن

این نوع نخ‌ها در جوراب‌های ورزشی، لباس زیر، پارچه‌های کشباف و پوشاک عملکردی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند.

۴. نخ‌های میکروفیلامنت و دو جزئی
پیشرفت در فناوری ریسندگی منجر به تولید نخ‌های میکروفیلامنت PBT با قطر بسیار کم شده است که موجب بهبود لطافت، تنفس‌پذیری و یکنواختی پارچه می‌شوند. این نخ‌ها به‌ویژه در لباس‌های شنا و پوشاک ورزشی کاربرد دارند. علاوه بر آن، توسعه نخ‌های دو جزئی (Bicomponent yarns) با ساختارهای side by side یا sheath core بر پایه PBT امکان ایجاد خواص موجی طبیعی را فراهم کرده است. این ساختارها بدون نیاز به عملیات تکمیلی پیچیده، خاصیت کشسانی و حجم‌دهی مطلوبی در پارچه ایجاد می‌کنند.

جمع‌بندی

پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT) یکی از پلی‌استرهای مهم با قابلیت‌های قابل‌توجه در صنعت نساجی است. این پلیمر با ترکیبی از نرمی، کشسانی، مقاومت شیمیایی و فرآیندپذیری مناسب، در بسیاری از کاربردهای تخصصی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. اگرچه استفاده از آن به اندازه PET گسترده نیست، اما ویژگی‌های عملکردی آن باعث شده است در منسوجات کشسان، فرش، پوشاک ورزشی و برخی منسوجات فنی نقش مهمی ایفا کند. با توجه به روندهای جدید در زمینه مواد پایدار، توسعه گریدهای نوین PBT مبتنی بر منابع زیستی و مواد بازیافتی می‌تواند مسیرهای تازه‌ای برای نوآوری در صنعت نخ و منسوجات ایجاد کند. از این منظر، PBT نه‌تنها یک ماده پلیمری با عملکرد فنی مناسب، بلکه بستری برای توسعه محصولات پیشرفته و سازگار با آینده صنعت نساجی محسوب می‌شود.
منابع
  1. Francalanci, F., & D’Andolfo, F. (2003). New PBT Fiber Developments. Chemical Fibers International, 53, 99–101.
  2.  Sinclair, R. (2014). Textiles and Fashion: Materials, Design and Technology. Woodhead Publishing / The Textile Institute.
  3.  McIntyre, J. E. (2005). Synthetic Fibres: Nylon, Polyester, Acrylic, Polyolefin. Woodhead Publishing / The Textile Institute.
  4. Bunsell, A. R. (Ed.). (2009). Handbook of Tensile Properties of Textile and Technical Fibres. Woodhead Publishing.
  5.  Lewin, M. (2007). Handbook of Fiber Chemistry (3rd ed.). CRC Press / Taylor & Francis.
  6.  Deopura, B. L., Alagirusamy, R., Joshi, M., & Gupta, B. (2008). Polyesters and Polyamides. Woodhead Publishing / The Textile Institute.
  7.  Chen, S., Yu, W., & Spruiell, J. E. (1987). On-line studies of structure development during melt spinning of poly(butylene terephthalate). Journal of Applied Polymer Science, 34(4), 1477–1492.
  8.  Functionalization of Woven Fabrics with PBT Yarns. (2021). Polymers, 13(3), Article 405. (PubMed Central – PMC7829702)
  9.  Envalior. (2024, October 15). Envalior launches a new range of sustainable Pocan® PBT compounds based on bio-circular BDO. Press Release.

Ali Hatami

مقالات

الیافپلی استرنوآوری در نخ

FacebookXPinterestRedditDeliciousLinkedinWhatsappEmail

پست‌های مرتبط

No comment

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *