منسوجات خودتمیزشونده (self-cleaning) : از تئوری تا کاربرد

• در رویکرد اول منسوج با خاصیت خود تمیز شوندگی یک سطح ابر آب گریز است.
• در رویکرد دوم از نانوذراتی نظیر دی-اکسید تیتانیوم به صورت یک پوشش نانومتری بر روی منسوجات استفاده می شود، که این نانوذرات در حضور آب، اکسیژن و پرتو نور خورشید، سبب تجزیه لکه های ایجاد شده بر منسوج می شوند.در منسوجاتی که با استفاده از ابر آب گریزی دارای خاصیت خود تمیز شوندگی می شوند، این خاصیت با اصلاح شیمیایی و هندسی سطح منسوجات حاصل می شود. ایده ایجاد چنین محصولی از ساختار طبیعی برگ نیلوفر آبی الهام گرفته شد و پس از آن سطوح متنوعی با فلس های نانومقیاس توسط بشر ساخته شد و مورد ارزیابی قرار گرفت.
  برگ گیاه نیلوفر آبی با وجود قرار گرفتن در مرداب به دلیل برآمدگی های میکرومتری سطحی هیچگاه کثیف نمی شود. از طرفی واکس موجود روی برگ های این گیاه به ایجاد این خاصیت کمک می کند. در منسوجات خودتمیزشونده ، ایجاد ناهمواری های نانو و میکرومتری با استفاده از یک پوشش آب گریز، سبب می شود آلودگی های سطح منسوج به راحتی در حضور آب از روی منسوج آب گریز لیز خورده و جدا شود و به این ترتیب سطح منسوج تمیز باقی بماند.

از دیگر گیاهان طبیعی دارای این خاصیت می توان به گیاه برنج اشاره کرد. در برگ گیاه برنج پرزهای سطحی فقط در جهت موازی با لبه برگ آرایش یافته اند. به دلیل نحوه آرایش مندی خاص پرزها، قطره آب در راستای پرزها با زاویه تماس ۴ درجه به راحتی لیز می خورد، لیکن در راستای عمود بر پرزها، به دشواری و با زاویه ۱۲ درجه لیز می خورد و به همین دلیل این برگ از خاصیت ابر آب گریزی جهت-دار یا غیر همه سو یکسان برخوردار است.
در رویکرد دوم خود تمیز شونده کردن منسوجات، از موادی مانند دی اکسید تیتانیوم و اثر فتو کاتالیستی آنها استفاده می شود. فوتوکاتالیست ماده ای حساس به نور بوده که در حضور نور به شدت اکسید می شود. خاصیت خودتمیزشوندگی را می توان با پوشش دهی سطح با اکسید فوتوکاتالیست یک فلز واسطه ایجاد کرد. دی اکسید تیتانیوم علاوه بر خواص فوتوکاتالیستی قابل قبول، به دلایل مختلف از جمله قیمت نسبتاً ارزان، پایداری شیمیایی، غیرسمی بودن و زیست سازگاری، یکی از بهترین مواد برای ایجاد این خاصیت به شمار می رود. دی اکسید تیتانیوم با دو رویکرد اکسیداسیون فتو کاتالیستی و خاصیت ابر آبدوستی ، خاصیت خودتمیزشوندگی ایجاد می کند.
خاصیت فوتوکاتالیستی ذرات تیتانیوم، ناشی از نیازمندی به انرژی متوسط برای انتقال یک الکترون از مدار ظرفیت به مدار هدایت می باشد. در حالت تهییج نشده و پایه، الکترون های ماده فوتوکاتالیست در مدار ظرفیت (VB) قرار دارند. هنگامی که سطح در معرض تابش نور قرار می گیرد، الکترون ها انرژی جذب کرده و به مدار هدایت بالاتر منتقل می شوند. در این واکنش رادیکال های هیدروکسیل با قابلیت اکسایش زیاد تولید می شود. رادیکال های تهییج شده قادر به انجام واکنش های فوتوالکتروشیمیایی برای تجزیه ترکیبات آلی نظیر مواد آلاینده، لکه ها، میکروب ها و سایر ترکیبات به دی اکسیدکربن و آب می باشند.
در بررسی رویکرد دیگر خاصیت خود تمیز شوندگی تیتانیوم میتوان گفت، اگر این ماده با درصد مشخصی از دی اکسید سیلیسیم ترکیب شود، در معرض تابش نور خاصیت ابر آب دوستی ایجاد می شود. در این حالت، الکترون ها سبب احیا شدن و تغییر ظرفیت کاتیون تیتانیوم شده و حفره ها آنیون های O^-2 را اکسید می نمایند. در اثر این پدیده برخی از اتم های اکسیژن از سطح خارج شده و مکان های عاری از اکسیژن بر سطح ایجاد می شود. از آنجایی که مولکول های آب می توانند در این مکان های خالی قرار گیرند، بنابراین سطح آب دوست می باشد. در نتیجه سطح پوشیده شده با آب، سبب شسته شدن مواد آلاینده و تمیز شده سطح می گردد.
اثر فوتوکاتالیستی می تواند منجر به تخریب ترکیبات آلی موجود در دیواره سلولی باکتری و مولکول های ترکیبات ایجاد کننده بو شود؛ بنابراین در اثر تکمیل با فوتوکاتالیست ها، علاوه بر خاصیت خود تمیزشوندگی، خواصی همچون ضد میکروبی و ضدبو نیز در سطوح ایجاد می شود. چنانچه سطوح تکمیل شده با دی اکسید تیتانیوم در معرض تابش نور قرار گیرند از زردشدگی در اثر نور و تجزیه نوری سطح نیز جلوگیری می شود.
رفع انواع بوهای نامطبوع نظیر بوی حاصل از تعریق، کفش، وسایل نقلیه و دود سیگار  و لکه های حاصل از انواع نوشیدنی ها، روغن و آلاینده های محیطی در منسوجات در بیشــتر مواقع بــه شستشوی معمولی یا خشک شویی نیازمند اســت کــه سبب صرف هزینه، استفاده از آب  و مواد شوینده می شود. همچنین الیاف طبیعی نظیر پشم و ابریشم اغلب در معرض حمله میکروارگانیسم ها قرار می گیرند. با این حال، استفاده از TiO₂ برای تجزیه عوامل آلاینده منجر به نابودی آنها می شود.
از منسوجات خودتمیزشونده در موارد متعددی از جمله لباس کار و یونیفرم های نظامی، مبلمان خانگی و شهری، فرش، پرده، چادرمسافرتی، منسوجات کشاورزی، فیلترها استفاده می شود.