آهاردهی یکی از مراحل کلیدی در تولید پارچه‌های بافته‌شده است که طی آن سطح نخ‌های تار با مواد پلیمری پوشش داده می‌شود تا استحکام نخ افزایش یابد، پرزهای آن مهار شوند و مقاومت نخ در برابر تنش‌ها و ساییدگی‌های حین بافندگی بالا برود. این فرآیند که پیش از مرحله بافندگی انجام می‌شود نقش حفاظتی از نخ‌ها را بر عهده دارد و از پارگی زودهنگام آنها در حین عبور از دهنه‌ی کار، ورد، میل میلک و سایر بخش‌های ماشین بافندگی جلوگیری می‌کند. مواد آهاری سنتی و تکنیک‌های آهاردهی به مدت چندین دهه بدون تغییر چشمگیر مورد استفاده بوده‌اند. اما با وجود اهمیت بالای آهاردهی، این مرحله به عنوان یکی از آلاینده‌ترین بخش‌های صنعت نساجی شناخته می‌شود، به طوری که مطالعات نشان داده‌اند پساب حاصل از آهاردهی بین ۴۰ تا ۷۰ درصد بار اکسیژن خواه شیمیایی (COD) کارخانه‌های نساجی را تشکیل می‌دهد. به عبارت دیگر، ترکیبات پلیمری حل‌شده در آب که پس از بافندگی در مرحله‌ی شستشوی پارچه از پارچه جدا می‌شوند، سهم قابل توجهی در آلودگی پساب دارند. از این رو، در سال‌های اخیر تمایل روزافزونی به استفاده از مواد آهاری جدید به‌ویژه رزین‌های پایه آب به‌وجود آمده است که ضمن بهبود عملکرد آهاردهی، مشکلات زیست‌محیطی را کاهش دهند.
الف) پلیمرهای طبیعی و مشتقات آنها: از گذشته تاکنون، پلیمرهای طبیعی پایه آب به عنوان مواد آهاری به‌کار رفته‌اند. مهم‌ترین آنها نشاسته و مشتقات اصلاح‌شده‌ی آن است. نشاسته (عموماً از ذرت، گندم، سیب‌زمینی یا تاپیوکا) به دلیل حضور گروه‌های هیدروکسیل در ساختارش، چسبندگی خوبی به الیاف آب‌دوست مانند پنبه نشان می‌دهد. با این حال، نشاسته خام معایبی دارد. برای حلالیت و ویسکوزیته مناسب باید در دمای بالا ژلاتینه شود، محلول آن پایداری ویسکوزیته را ندارد و فیلم حاصل پس از خشک‌شدن شکننده و سخت بوده و مستعد رشد میکروارگانیسم‌ها است. به همین دلیل انواع مشتقات نشاسته مانند نشاسته اکسیدشده، نشاسته استری (استات‌شده)، نشاسته کاتیونی و نشاسته کربوکسی‌متیل‌شده (CMC) توسعه یافته‌اند تا حلالیت و خواص فیلم‌سازی بهبود یابد. کربوکسی‌متیل سلولز (CMC) نیز به عنوان مشتق پایه آب سلولز استفاده شده است. CMC در صورت داشتن درجه جانشینی کافی یعنی بالاتر از ۰٫۴، در آب حل می‌شود و می‌تواند برای آهار دادن پنبه به کار رود. اما ویسکوزیته‌ی بالای محلول CMC، نفوذپذیری کم آن در نخ و هزینه نسبتاً زیادش مانع کاربرد گسترده آن به عنوان آهار اصلی شده است. پلیمرهای طبیعی دیگر نظیر آلژینات سدیم نیز زمانی به‌کار رفته‌اند؛ آلژینات از جلبک دریایی بدست می‌آید و در آب ویسکوزیته بالایی ایجاد می‌کند، اما به‌دلیل هزینه زیاد و عملکرد ضعیف‌تر نسبت به سایر مواد، کاربرد محدودی دارد.
ب) رزین‌های سنتزی پایه آب: منظور از رزین‌های پایه آب در زمینه آهاردهی معمولاً پلیمرهای سنتزی است که قابلیت حل شدن یا پراکنش پایدار در آب را دارند و پس از خشک شدن، فیلم پلیمری مستحکم و انعطاف‌پذیری روی نخ ایجاد می‌کنند. مهم‌ترین رزین‌های سنتزی پایه آب عبارت‌اند از:
پلی‌وینیل الکل یک پلیمر سنتزی حاصل از هیدرولیز پلی‌وینیل استات است که به‌دلیل حضور تعداد زیادی گروه هیدروکسیل در زنجیر خود، در آب به ویژه آب داغ حل می‌شود. این پلیمر ترموپلاست، بی‌بو و غیرسمی، در دهه‌های اخیر به طور گسترده در آهاردهی به کار گرفته شده است. ساختار مولکولی PVA قابل تنظیم است؛ درجه پلیمریزاسیون (طول زنجیر) و درجه هیدرولیز آن (درصد تبدیل گروه‌های استات به الکل) تعیین‌کننده خواصش هستند. PVA کاملاً هیدرولیزشده در دمای اتاق فقط متورم می‌شود و برای حل‌شدن نیاز به دمای بالاتر دارد، در حالی که PVA با هیدرولیز ناقص (مثلاً ۹۰٪) به دلیل وجود باقی‌مانده‌های استات آب‌گریز، در دمای پایین‌تری حل می‌شود. PVA پس از حل شدن و اعمال بر نخ، لایه‌ی فیلمی بی‌رنگ و شفاف با استحکام مکانیکی خوب تشکیل می‌دهد که سطح نخ را صاف می‌کند بدون اینکه چسبندگی بین نخ‌ها ایجاد کند. این رزین به دلیل تشکیل فیلم محکم و انعطاف‌پذیر، به دلیل پیوند هیدروژنی قوی چسبندگی عالی به الیاف سلولزی و سازگاری با سایر مواد آهاری، به سرعت جایگاه ویژه‌ای در صنعت نساجی پیدا کرد. PVA به تنهایی یا همراه با نشاسته برای آهاردهی نخ‌های پنبه‌ای و حتی نخ‌های مصنوعی مانند نایلون و پلی‌استر (معمولاً در ترکیب با مواد دیگر) به کار می‌رود. انواع PVA با وزن مولکولی بالا بیشتر برای الیاف آب‌دوست مانند پنبه و سلولزی مناسب‌اند و انواع با وزن مولکولی یا درجه هیدرولیز کمتر برای الیاف آب‌گریز (مانند پلی‌استر) کاربرد دارند.
خانواده‌ای از رزین‌های پایه آب هستند که شامل هموپلیمرها و کوپلیمرهای مشتق‌شده از اسید آکریلیک، آکریل‌آمید و نمک‌های آنها می‌شوند. به عنوان مثال پلی‌آکریلات‌های سدیم (نمک‌های پلی‌اسید آکریلیک) و پلی‌آکریل‌آمیدها هر دو آب‌دوست بوده و در آب حل یا پراکنده می‌شوند. این پلیمرها معمولا به صورت افزودنی در کنار نشاسته یا PVA در فرمول آهار استفاده می‌شدند، اما نسل جدید آنها می‌تواند به عنوان جزء اصلی فرمول نیز عمل کند. این رزین‌ها به دلیل حضور گروه‌های عاملی قطبی (کربوکسیلات، آمید) سازگاری خوبی با الیاف پنبه‌ای دارند و می‌توانند چسبندگی مناسبی ایجاد کنند. بسته به ساختار، خواص فیلم آنها قابل تنظیم است؛ مثلاً پلی‌آکریل‌آمید تمایل به افزایش استحکام فیلم آهار و کاهش ازدیاد طول تا شکست دارد، در حالی که پلی‌آکریلات‌های یونی (نمکی) معمولا فیلمی منعطف‌تر با ازدیاد طول بیشتر ایجاد می‌کنند. سیماب رزین ترکیبات اکریلیکی ویژه‌ای برای آهاردهی توسعه داده است که به‌راحتی در آب حل می‌شوند، حتی در دمای محیط و در عین حال فیلمی مقاوم و صاف روی نخ تشکیل می‌دهند. مزیت مهم دیگر این رزین‌ها، سهولت زدودن آنها از پارچه و تصفیه پساب است؛ برخلاف PVA که در آب حل‌شده باقی‌مانده و جداسازی آن مشکل است، پلیمرهای آکریلیکی خاص می‌توانند در فرآیند تصفیه آب با منعقدسازی به‌راحتی از پساب جدا شوند.
رزین های پلی‌استری پایه آب
پلی‌استرهای معمول (مانند پلی‌اتیلن ترفتالات) در آب نامحلول‌اند، اما با انجام تغییراتی در ساختارشان می‌توان آنها را آب‌دوست ساخت. پلی‌استر پایه آب معمولا از کوپلیمریزاسیون مونومرهای پلی‌استری (مثل اسید ترفتالیک یا ایزوفتالیک و گلیکول‌ها) همراه با مونومرهای دارای گروه‌های قطبی یونی ساخته می‌شود. برای مثال، اضافه کردن گروه‌های سولفونات سدیم به زنجیره‌ی پلی‌استر از طریق مونومرهایی نظیر سدیم ایزوفتالات سولفوناته، منجر به تولید کوپلی‌استری می‌شود که در آب گرم حل یا به خوبی پخش می‌گردد. این رزین‌ها به خصوص برای آهاردهی نخ‌های پلی‌استر و سایر الیاف مصنوعی مفیدند، زیرا بخش پلی‌استری آب‌گریز در ساختارشان تمایل چسبندگی بالایی به الیاف مصنوعی دارد و در نتیجه فیلم آهاری حاصل به نخ پلی‌استر به خوبی می‌چسبد. همزمان، حضور بخش‌های قطبی موجب می‌شود رزین در آب حل شود و بتوان آن را مثل سایر آهارهای پایه آب به کار برد.
وقتی رزین‌های فوق به صورت محلول یا خمیر آبی بر سطح نخ‌های تار اعمال می‌شوند که معمولاً با عبور نخ از تشت آهار و سپس عبور از میان غلطک‌ها است، لایه‌ای از محلول پلیمر، الیاف سطحی نخ را می‌پوشاند و تا حد معینی در ساختار داخلی نخ نفوذ می‌کند. سپس با تبخیر آب در خشک‌کن‌ها، پلیمر حل‌شده به حالت جامد بازمی‌گردد و فیلم نازکی اطراف هر تک‌نخ تشکیل می‌دهد. این فیلم مانند چسبی، الیاف و پرزهای سطحی نخ را به هم می‌گیرد و سطح نخ را صاف و یکدست می‌نماید. نتیجه‌ی این فرایند، نخ آهارخورده‌ای است که مقاومت کششی بالاتری دارد، اصطکاک کمتری با قطعات مکانیکی دستگاه بافندگی ایجاد می‌کند و کمتر مستعد پارگی است. در عین حال، فیلم پلیمری باید به اندازه کافی منعطف باشد تا نخ هنگام خم شدن در دهنه‌ی کار یا عبور از غلتک‌ها دچار شکستگی فیلم و ریزش آهار نشود. رزین‌های پایه آب عموماً فیلم‌هایی با چسبندگی خوب و انعطاف مناسب ارائه می‌دهند.
چسبندگی شیمیایی و فیزیکی: مکانیسم اتصال این رزین‌ها به الیاف بستگی به ماهیت الیاف دارد. در الیاف پنبه‌ای و سلولزی، پلیمرهای پایه آب حاوی گروه‌های قطبی (مانند هیدروکسیل در PVA یا نشاسته، و کربوکسیلات در آکریلات‌ها) از طریق پیوند هیدروژنی و برهم‌کنش‌های قطبی به گروه‌های هیدروکسیل سطح سلولز متصل می‌شوند و یک اتصال محکم ولی برگشت‌پذیر با آب ایجاد می‌کنند. در مورد الیاف کاملاً آب‌گریز مانند پلی‌استر یا نایلون، رزین آهاری باید دارای بخش‌های آلی غیرقطبی در ساختار خود باشد تا بتواند از طریق نیروهای واندروالسی و چسبندگی سطحی به لیف بچسبد.
نفوذ و پوشش‌دهی: یک نکته مهم در مکانیزم آهاردهی، میزان نفوذ محلول رزین به درون ساختار نخ در برابر میزان پوشش سطحی است. اگر ماده آهاری بیش از حد در داخل لیف نفوذ کند و عمدتاً درون نخ رسوب کند، سطح نخ به اندازه کافی پوشش داده نشده و حفاظت سطحی حاصل نخواهد شد. اگر اصلاً نفوذ نکند و تنها یک لایه سطحی تشکیل دهد، ممکن است اتصال مکانیکی کافی به لیف نداشته باشد و به‌صورت پوسته‌ای جدا شود. رزین‌های پایه آب معمولاً با تنظیم غلظت، ویسکوزیته و دما، می‌توانند توزیع بهینه‌ای میان نفوذ و پوشش ایجاد کنند. برای مثال، نشاسته که ملکول بزرگی است بیشتر تمایل به ماندن روی سطح دارد و نفوذ کمی دارد، در حالی که PVA با وزن مولکولی کمتر می‌تواند تا حدی به داخل ساختار نخ نیز نفوذ کند و فضای بین الیاف را پر نماید. رزین‌های اکریلیکی طوری طراحی شده‌اند که با اندازه مولکولی متوسط، هم بتوانند سطح نخ را صاف کنند و هم داخل بافت نخ را تقویت نمایند.
حذف آهار پس از بافندگی: ویژگی کلیدی دیگر این رزین‌ها، قابلیت انحلال‌پذیری مجدد آنها در آب برای مرحله‌ی Desizing است. پس از اتمام بافندگی، پارچه خام باید شسته شود تا مواد آهاری از آن خارج گردد؛ در غیر این صورت این مواد مانع رنگرزی یکنواخت و عملیات تکمیلی بعدی خواهند شد. رزین‌های پایه آب به طور ذاتی برای این منظور مناسب‌اند، چرا که با غوطه‌ور شدن پارچه در آب و اعمال کمی قلیا یا آنزیم، دوباره حل یا پراکنده شده و از پارچه خارج می‌شوند. آهارهای طبیعی مانند نشاسته توسط آنزیم آمیلاز تجزیه و شسته می‌شوند. برخی رزین‌های سنتزی جدید به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در آب ولرم نیز حل شوند تا انرژی و مواد شیمیایی کمتری در شستشو مصرف شود. در مجموع، مکانیزم عملکرد رزین‌های آهاری پایه آب بر پایه تشکیل یک لایه فیلم پلیمری مستحکم ولی قابل انحلال مجدد است که مانند پوسته‌ی محافظ موقت عمل کرده و پس از ایفای نقش محافظتی، امکان برطرف شدن آسان را دارد.
به طور خلاصه، هر جایی در صنعت نساجی که نیاز به یک چسباننده‌ی موقت اما قوی و قابل‌حذف وجود دارد، رزین‌های پایه آب به کار می‌آیند. از تسهیل بافت پارچه‌های فوق‌العاده ظریف، تا ایجاد ویژگی‌های منحصربه‌فرد در منسوجات خاص، این رزین‌ها ابزار انعطاف‌پذیری در دست مهندسان نساجی هستند. گستره وسیع کاربردهای آنها نشان می‌دهد که توسعه بیشتر این مواد نه تنها به سود محیط‌زیست است بلکه می‌تواند امکانات طراحی و تولید در صنعت نساجی را نیز گسترش دهد.
