فهم المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

خلاصة. تتناول هذه المقالة بشكل أساسي أبحاث ومبادئ الأقمشة المقاومة للماء والزيوت، وتستعرض عملية إنتاجها واختبارات أدائها. كما تتضمن أقمشة BEGOODTEX المقاومة للهب تقنية مقاومة الماء والزيوت، مما يوفر حماية شاملة للأقمشة.

لمحة عامة عن المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

نظراً لتزايد استخدام المنسوجات في مختلف التطبيقات والصناعات، لم تعد بعض الأقمشة المتخصصة تكتفي بالمعالجات الأساسية المقاومة للماء. فالأقمشة التي تجمع بين خصائص مقاومة الماء والزيوت هي محور الاهتمام حالياً بفضل قدرتها على صدّ البقع. وتشير خاصية صدّ الماء في القماش إلى مدى قدرته على صدّ قطرات الماء عند ملامستها لسطحه.

نظرة عامة على تطوير مواد التشطيب المقاومة للماء والزيوت

شهدت السنوات القليلة الماضية نموًا ملحوظًا في استخدام المواد الفلورية لمعالجة الأقمشة بمواد مقاومة للماء والزيوت والأوساخ. وكانت شركة دوبونت الأمريكية أول من حصل على براءة اختراع لاستخدام المستحضر كعامل تشطيب لجعل الأقمشة مقاومة للماء والزيوت. وفي خمسينيات القرن الماضي، ابتكرت شركة ثري إم الأمريكية معالجة للأقمشة تتكون من مركبات معقدة من بيرفلوروكربوكسيلات الكروم.

استخدام الألياف فائقة النعومة في المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

شهدت السنوات القليلة الماضية تطورًا سريعًا في إنتاج الألياف فائقة النعومة، مما أدى إلى ابتكار نسيج فائق الكثافة. يُصنع هذا النسيج باستخدام ألياف ذات مسافات بينها أصغر من قطرات الماء وأكبر من قطرات بخار الماء، مما يمنحه خصائص مقاومة للماء وتهوية ممتازة. يتميز هذا النسيج عالي الكثافة بخفة وزنه وملمسه الناعم، كما أنه يتمتع بانسيابية رائعة بفضل بنيته الدقيقة. حتى بدون أي طلاء أو معالجة مقاومة للماء، يحافظ على مقاومة عالية للماء، مما يجعله منتجًا نسيجيًا قيّمًا. إنه ممتاز في تنظيف الأوساخ بسرعة دون ترك أي بقايا؛ ويمكنك غسله وإعادة استخدامه! تُعد أداة التنظيف هذه عملية لجميع أنواع المهام، سواء في ورش العمل الدقيقة أو المنازل.

تطبيق تأثير أوراق اللوتس في المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

لا يتسرب الماء المتساقط على أوراق اللوتس من خلالها، بل يتجمع على شكل قطرات تنزلق على سطح الورقة، وهي ظاهرة تُعرف بتأثير ورقة اللوتس. وقد استغل علماء ألمان هذا المبدأ لابتكار طلاءات سطحية للمباني طاردة للماء وذاتية التنظيف. كما وظّفوا تأثير اللوتس لتطوير ملابس ذات خصائص مماثلة.

تطبيق المواد فائقة الكراهية للماء في المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

تتميز المركبات العضوية والبوليمرات عادةً بأسطح ذات طاقة عالية تقاوم التبلل بسهولة، بينما تُظهر الأكاسيد والكبريتيدات والأملاح غير العضوية أسطحًا ذات طاقة عالية أكثر عرضةً للتبلل بسهولة. عندما تتجاوز زاوية تلامس الماء مع سطح ما 90 درجة، يُصنف السطح على أنه كاره للماء. وإذا تجاوزت زاوية التلامس 150 درجة، يُطلق عليه اسم سطح فائق الكراهية للماء. لا يقتصر هذا النوع من الأسطح على صد الماء بفعالية فحسب، بل يقاوم الزيت أيضًا، مما يجعله سطحًا مزدوج الكراهية للماء.

تطبيق تأثير البتلة في المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

يُعتقد عمومًا أن البتلات تُعتبر نوعًا من ملحقات الأوراق، إذ تحتوي طبقتها الخارجية أيضًا على شعيرات. وتُظهر بعض بتلات النباتات أنماطًا أو نتوءات داخلية على طول الجدران الخارجية لخلاياها البشرية. علاوة على ذلك، يتميز سطح البتلة بملمس خشن وخصائص مقاومة للماء. كما يوجد ترتيب لنتوءات صغيرة على سطح البتلة، لكل منها طيات صغيرة عديدة عند أطرافها. تُعرف هذه الخاصية باسم "تأثير ورقة اللوتس". وعلى النقيض من تأثير ورقة اللوتس، يوجد تأثير آخر لا يُظهر فقط خصائص كارهة للماء رائعة، بل يتميز أيضًا بقدرات التصاق ممتازة.

تطبيق تقنية النانو في المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

تتميز الجسيمات متناهية الصغر، المعروفة بالجسيمات النانوية، بأبعادها التي تتراوح بين حجم الذرات والجسيمات التقليدية. وتُعدّ الأقمشة والمنسوجات موضوعًا للدراسة والبحث حاليًا، نظرًا لخصائصها المقاومة للماء والزيوت، وذلك من خلال تطبيق مواد نانوية وظيفية. وتشمل طرق معالجة الأقمشة، التي تم الكشف عنها لخدمة أغراض متنوعة، طريقة الشفط، وطريقة الغمر باللف، وطريقة الطلاء. وتُستخدم تقنية الغمر بشكل أساسي في صناعة أقمشة ملابس تسمح بمرور الهواء، ومناسبة لفصلي الصيف والخريف، مثل البلوزات والقمصان والملابس الكاجوال للرجال والنساء.

آلية تشطيب مقاومة للماء والزيوت

آلية المعالجة الطاردة للماء

عن طريق امتصاص طبقة من مادة ما على سطح النسيج، يمكن تحويل السطح الأصلي ذي الطاقة العالية إلى سطح ذي طاقة منخفضة، مما ينتج عنه نسيج ذو خصائص طاردة للماء. وكلما انخفضت طاقة السطح، كان التأثير أفضل. وبناءً على طاقة سطح المواد المختلفة، يمكن اختيار البارافين، والسيليكسان، والمركبات المحتوية على الفلور، وغيرها، كعوامل تشطيب طاردة للماء للأقمشة.

آلية فرز مقاومة الزيت

تتشابه آلية معالجة النسيج بمواد طاردة للزيوت مع آلية معالجة النسيج بمواد طاردة للماء، إلا أن متطلباتهما مختلفة. فبعد معالجة النسيج بمواد طاردة للماء، يُشترط أن يكون النسيج قادرًا على مقاومة اختراق الماء تحت ضغط معين، بحيث لا يتبلل، وأن تكون زاوية التلامس أكبر من 90 درجة. أما معالجة النسيج بمواد طاردة للزيوت، فتتطلب فقط ألا ينتشر الزيت على سطح النسيج عند ملامسته للزيت، وأن تكون زاوية التلامس أكبر من الصفر في هذه الحالة. ونظرًا لأن قيمة الطاقة الحرة السطحية للزيت أقل بكثير من قيمة الطاقة الحرة السطحية للماء، فإنه لتحقيق هدف طرد الزيت، يلزم وجود توتر سطحي منخفض بين الغاز والمادة الصلبة، يكون عادةً أقل من التوتر السطحي للزيت.

التوتر السطحي الحرج لأنواع مختلفة من البوليمرات
بوليمر	التوتر السطحي (حجم متوسط/MN)	بوليمر	التوتر السطحي (حجم متوسط/MN)
منتجات تشطيب مقاومة للماء مصنوعة من البارافين	29	الأحماض الدهنية	22
متعدد رباعي فلورو الإيثيلين	18	بولي ثنائي كلورو الإيثيلين	40
بولي تريفلووروإيثيلين	22	بولي إيثيلين تيريفثالات	43
بولي ثنائي فلورو الإيثيلين	25	بولي إيثيلين جلايكول إستر	46
بولي فلوروإيثيلين	28	ألياف السليلوز	72
البولي إيثيلين	31	ألياف البولي أميد	46
بولي كلوروإيثيلين	31	صوف الأغنام	45
البوليسترين	33	كحول البولي فينيل	سبعة وثلاثون
كلوريد البولي فينيل	39	ألياف كلوريد البولي فينيل	سبعة وثلاثون
بولي ميثيل ميثاكريلات	39	مادة تشطيب سيليكونية طاردة للماء	26
منتجات تشطيب طاردة للماء تحتوي على الفلور	عشرة	الأحماض الدهنية المشبعة بالفلور (-CF3.)	6

التوتر السطحي للسائل
سائل	التوتر السطحي (حجم متوسط/MN)	سائل	التوتر السطحي (حجم متوسط/MN)
ماء	72.8	بنزين	22
80 درجة ماء	62	زيت بذرة القطن	32.4
مياه الأمطار	53	زيت الزيتون	32
زيت المحرك الكهربائي	30.5	زيت معدني أبيض	26.0
زيت الفول السوداني	40	خمر أحمر	45
محلول خافض للتوتر السطحي يحتوي على الفلور	18	البنزين	26
أورثوهيبتان	20	فلوريد الهيدروكربون	12
حليب، كاكاو	43	زيت البارافين	33

آلية تنظيف مقاومة للبقع وسهلة التنظيف

آلية مقاومة التلوث.

يشمل التلوث النفطي، من بين أمور أخرى، الملوثات القابلة للذوبان في النفط والملوثات القابلة للذوبان في الماء. وهناك مصدران رئيسيان لهذا التلوث: إفرازات الجلد البشري والملوثات الخارجية. وتوجد عادةً ثلاث طرق لإضفاء خاصية التلوث على الأقمشة: من خلال تقنيات التجهيز، وتطبيق الأغشية، والتعديل الكيميائي للألياف.

آلية سهلة التنظيف والترتيب.

المعالجة المضادة للبقع المحبة للماء هي طريقة تهدف إلى تسهيل التنظيف عن طريق تقليل التوتر السطحي للألياف على الأقمشة ومنع الأوساخ من الالتصاق بها أثناء الغسيل.

آلية تنظيم "الدفاعات الثلاث" و"الدفاعات الأربع"

يتجه البحث في مجال معالجة المنسوجات بمواد مقاومة للماء والزيوت نحو أسلوب يجمع بين عوامل المعالجة القائمة على الفلور وعوامل وظيفية أخرى، مثل مواد مقاومة التجاعيد ومواد مقاومة اللهب، لإنتاج منتجات نهائية متعددة الاستخدامات تتميز بخصائص مثل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية ومضادات البكتيريا. وقد أدى هذا التوجه إلى ظهور مفهوم "التدابير الثلاثة" و"التدابير الوقائية الأربعة" في معالجة المنسوجات.

إنتاج المنسوجات المقاومة للماء والزيوت

تتكون المواد العازلة للماء الشائعة الاستخدام في عمليات التشطيب بشكل أساسي من غسول صابون البارافين والألومنيوم، ومركبات ملح الكولين الرباعي الأمونيوم، ومركبات ستيرات الكروم المعقدة، ومشتقات هيبوميثيل ميلامين، ومركبات السيليكون، ومركبات الفلور العضوية. وتُعرف مركبات الفلور العضوية بشكل خاص بخصائصها الطاردة للماء والزيوت، والمضادة للترسبات.

معالجة عامة طاردة للماء

(1) عامل تشطيب مؤقت مقاوم للماء

• صابون الألومنيوم وصابون الزركونيوم.

بعد نقع القماش في محلول الصابون، يُعالج لاحقاً بأسيتات الألومنيوم لتكوين أسيتات الألومنيوم القلوية وهيدروكسيدات ذات تركيب غير محدد تلتصق بسطح القماش. تُعرف هذه الطريقة بالطريقة ذات الخطوتين.

• الشموع والأقمشة الشمعية

يمكنك وضع المواد الشمعية على الأقمشة إما في شكل صلب، عن طريق تسخينها حتى تذوب، أو كمحاليل في المذيبات العضوية والمستحضرات لأغراض العلاج.

صابون البارافين والألومنيوم سهل الاستخدام واقتصادي. وهو يندرج ضمن فئة المواد الصديقة للبيئة المقاومة للماء، والتي تُعدّ مناسبة بشكل خاص لمعالجة المنسوجات الصناعية ضد تسرب الماء، ولكنها قد لا تتحمل الغسيل المتكرر بفعالية.

• مادة تشطيب طاردة للماء أساسها راتنج بوليمري

تتميز هذه الطريقة بقدرتها على الترسيب على الأقمشة، مما يمنحها خصائص عالية في مقاومة الماء. أما عيبها فيكمن في أن محلول المعالجة حمضي، مما قد يتسبب بسهولة في هشاشة وتغير لون ألياف السليلوز أثناء التجفيف والمعالجة الحرارية، خاصةً للأقمشة المصبوغة مباشرةً بالأصباغ.

(2) عامل تشطيب مقاوم للماء يدوم طويلاً

لضمان امتلاك الأقمشة لخصائص طاردة للماء تدوم طويلاً، مثل قابلية الغسل ومقاومة عمليات التنظيف الجاف.

(3) لوشن زيت السيليكون العضوي

تُظهر مركبات السيليكون العضوية خصائص مشابهة لتلك الموجودة في مركبات البوليمر التقليدية. فهي تُحسّن خصائص مقاومة الماء للأقمشة دون التأثير على تهويتها، كما تُعزز مقاومتها للتمزق، بالإضافة إلى مقاومتها للتآكل والبقع.

طلاء فلوري عضوي مقاوم للماء والزيوت والتلوث

لا تقتصر المواد الفلورية على طرد الماء فحسب، بل تُظهر أيضًا مقاومة للزيوت المختلفة، مع مستويات منخفضة من التوتر السطحي.

مقارنة بين عدة مواد تشطيب
مقاوم للماء	مقاومة للماء	الزيت المرفوض	متانة	يكلف	نطاق التطبيق	فرز نمط المنتج
البارافينات	نفس	مختلف	مختلف	قليل	ألياف السليلوز وغيرها	الشعور بصابون معدني، ازدياد في الأهمية
الفئات التفاعلية مثل التريازين	جيد	مختلف	نفس	مركز	ألياف السليلوز	دهني وسميك
مقاوم للماء	مقاومة للماء	الزيت المرفوض	متانة	يكلف	نطاق التطبيق	فرز نمط المنتج
السيليكونات	جيد	مختلف	نفس	مركز	جميع أنواع الألياف	زلق للغاية
الفلوريدات العضوية	جيد	جيد	جيد	متوسط ​​إلى مرتفع	جميع أنواع الألياف	ناعم وقابل للتعديل عند اللمس

مقاوم للبقع، سهل التنظيف والترتيب

تُعدّ عملية التشطيب المضاد للترسبات عادةً بسيطة للغاية. كل ما عليك فعله هو إضافة المواد المضافة أثناء عملية التشطيب بالراتنج للحصول على النتيجة المرجوة. تُعرف هذه المواد المضافة تحديدًا باسم عوامل التشطيب المضادة للترسبات.

تتضمن معالجة المنسوجات بشكل أساسي تطبيق مواد مانعة للبقع تدوم طويلاً أو متوسطةtelعلى أسطح الأقمشة. ويمكن تصنيفها أيضاً بناءً على كيفية تثبيت هذه المواد على الألياف أو الأقمشة.

1. عوامل مضادة للتلوث متشابكة وثابتة

لا تلتصق عوامل منع التلوث المتشابكة والمتينة بالألياف أو الأقمشة مباشرةً. ويمكن دمجها مع عوامل تشطيب الراتنج أو عوامل التشابك للارتباط بالألياف من خلال عمليات التشابك، مما يحسن بشكل فعال من عمر خصائص منع التلوث.

2. مادة تشكيل الأغشية البوليمرية

يُستخدم حمض البولي أكريليك كعامل تشطيب لمنع التلوث وتسهيل تنظيف المنسوجات عن طريق تكوين طبقة مرنة على الألياف. ينتج عن ذلك سطح أملس ذو مقاومة جيدة للغسيل نظرًا لتقاربه مع مواد الألياف.

العلاج القائم على "ثلاثة دفاعات" و"أربعة دفاعات"

بتطبيق أساليب التشطيب على الأقمشة باستخدام الفلوروبوليمرات العضوية، تتكون طبقة واقية على سطحها تُضفي عليها خاصية "الحماية الثلاثية". تتطلب تقنية التشطيب التقليدية "الحماية الرباعية" عادةً حمامين للمواد "الحماية الثلاثية" والمواد غير المسببة للحروق، مما يجعلها عملية تستغرق وقتًا طويلاً ومعقدة وتستهلك موارد كثيرة. وقد أدت التطورات في المواد والعمليات الجديدة "الحماية الثلاثية" إلى منتجات تحقق نتائج "حماية رباعية" استثنائية.

اختبار أداء المنسوجات في مقاومة الماء والزيوت

اختبار أداء مقاومة الماء

1. اختبار مستوى مقاومة الماء

يتم عادةً تقييم مقاومة الأقمشة للماء من خلال طريقة اختبار تقيّم قدرتها على صد الماء بشكل فعال، وغالبًا ما تستند إلى بروتوكول AATCC 22:2014.

2. اختبار أداء مقاومة ضغط الماء

اختبر مقاومة العينة لضغط الماء بتوصيل مقياس ضغط الماء الأنبوبي بها. قبل إجراء التجربة، تأكد من محاذاة خزان الماء وعمود الماء في جهاز الاختبار مع مستوى حامل العينة.

3. اختبار قابلية غسل الأقمشة

ينبغي غسل الملابس بشكل متكرر للحفاظ على نضارتها ونظافتها. تميل الأقمشة المعالجة بمواد كيميائية أساسها الفلور إلى فقدان مقاومتها للماء والزيوت مع مرور الوقت نتيجة الغسيل المتكرر، وذلك بسبب زيادة الطاقة السطحية. يُعدّ هذا الجانب من قابلية الغسل بالغ الأهمية لتقييم أداء المواد المقاومة للماء والزيوت.

4. اختبار نفاذية الأقمشة

تتأثر قدرة المواد على السماح بمرور الهواء بشكل أساسي بالفتحات الموجودة على سطحها، والتي تتشكل تبعًا لمدى كثافة نسيجها أو مدى إحكام نسجها. ويمكن اختبار نفاذية الأقمشة باستخدام أداة اختبار نفاذية الأقمشة.

اختبار أداء طارد الزيت

استخدم محاليل اختبار شائعة مصنوعة من هيدروكربونات مختلفة ذات توتر سطحي متفاوت على سطح الطلاء، ولاحظ كيفية تفاعل النسيج المطلي مع البلل. حدد مستوى مقاومة الزيت بناءً على المحلول القياسي المرقم الذي لا يبلل سطح النسيج.

اختبار أداء سهل التنظيف

تشمل الطرق النموذجية للاستعداد معالجة مياه الصرف الصحي وتنظيفها، بالإضافة إلى مياه الصرف الصحي الاصطناعية. ومن الطرق الشائعة لإجراء التجارب التلوين بالقطرات والتلوين بالاحتكاك.

استكشاف منسوجات BEGOODTEX المقاومة للماء والزيوت

قماش بيجودتكس المقاوم للماء يُصنع هذا النوع من الأقمشة بمعالجة نسيج مقاوم للهب بعملية تُنتج طبقة واقية متينة على سطحه، مما يجعله مقاومًا للماء والزيوت والبقع. ويُشار إليه عادةً باسم "النسيج ثلاثي الحماية". وتتحقق خاصية طرد الماء بتطبيق طبقة على سطح النسيج دون سد مسامه. وهذا ما يسمح للنسيج بأن يكون مقاومًا للماء وجيد التهوية في آن واحد، مما يجعله مناسبًا لـ الخيام الخارجية, ستائر، و ملابس واقية لمكافحة الحرائق.