پرداخت دافع آب برای منسوجات و مکانیسم دفع شدن آب

پرداخت دافع آب

تعریف حالت دفع شدن آب (Water Repellency) بسیار دشوار است؛ زیرا برای ارزیابی آن از آزمایش های متنوع استاتیکی و دینامیکی مبتنی بر معیارهای مختلف استفاده می شود. اما در حالت کلی پارچه های دافع آب، پارچه هایی هستند که در برابر خیس شدن توسط آب مقاومت می کنند؛ در این صورت قطرات آب فقط روی سطح پارچه غلت می خورند. مقاومت پارچه در برابر آب به عواملی چون ماهیت سطحی الیاف، تخلخل پارچه و نیروی دینامیکی عامل ضربه به اسپری آب بستگی دارد. مواردی چون دافعه بیشتر یا جذب کمتر رطوبت آب و روغن توسط منسوجات و مقاومت آنها در برابر لک شدن، در پوشاک، منسوجات خانگی و فنی بسیار مهم است. هدف از پرداخت دافع آب، پخش نشدن قطرات آب روی سطح منسوجات و خیس نشدن پارچه است.

چنانچه پارچه دافع آب باشد؛ قطرات آب روی سطح پارچه غلت می خورند. در این صورت باید از نفوذ آب به داخل پارچه، ناشی از انرژی جنبشی آن جلوگیری شود. رفتار مقاومتی منسوجات به ساختار سطحی آنها بستگی دارد که آن هم در هنگام پرداخت تغییر می کند.

پارچه های دافع آب توانایی مقاومت در برابر خیس شدن را دارند؛ در حالیکه پارچه های ضد آب حتی در فشار هیدرواستاتیکی بالا هم در برابر آب نفوذ ناپذیر هستند و معمولاً در برابر هوا هم نفوذ ناپذیر می باشند. دافع آب بودن منسوجات به عوامل مختلفی مثل ماهیت الیاف، ساختار نخ، تخلخل پارچه، پرداخت آن و نیروی ضربه آب بستگی دارد. برخی از پارچه ها مانند پارچه های پنبه ای، در مقایسه با پارچه های آبگریز مانند پارچه های پلی پروپیلنی راحت تر خیس می شوند. به طور کلی پارچه ها یا سطوح دیگری که دارای انرژی آزاد سطحی بیشتری هستند، نسبت به سطوح حاوی انرژی سطحی پایین تر، بهتر خیس می شوند. معمولاً پارچه های دافع آب، قطرات آب را مسدود کنند، و در عین حال قطرات عرق می توانند از آنها خارج شود. در کل تا زمانیکه تمام پارچه روکش نشود؛ پارچه تنفس پذیر است و قطرات بارشی مانند قطرات آب باران را به راحتی دفع می کند.

پرداخت هایی که آب، روغن و ذرات خشک خاک را دفع می کنند؛ در تمام بخش های بازار منسوجات اعم از پوشاک، منسوجات خانگی و منسوجات فنی نقش مهمی ایفا می کنند. اعمال خواص دافع آب با بهره گیری از گروه های مختلف محصولات قابل دستیابی است؛ اما اعمال خواص دفع روغن فقط با استفاده از پلیمرهای فلوئوروکربن به دست می آید. قدیمی ترین ویژگی های دافع، به دفع آب برمی گردد. هدف از پرداخت منسوجات، جلوگیری از پخش شدن قطرات آب روی سطح پارچه و خیس نشدن منسوج است؛ در واقع مرطوب شدن پارچه زمانی رخ می دهد که آب به صورت قطره ای جذب پارچه می شود. چنانچه کیفیت پرداخت پارچه مناسب باشد؛ قطرات آب بر روی سطح آن باقی می مانند و به راحتی غلت می خورند و یا قابل برس کشیدن هستند. در اصل قطرات آب باید روی سطح پارچه باقی بمانند و به راحتی از روی آن چکه کنند. پرداخت های دافع روغن نیز باید در برابر خیس شدن سطوح منسوجات عمل آوری شده با مواد روغنی مقاومت کنند. به همین ترتیب پرداخت های دافع گرد و خاک نیز باید بتوانند از سطوح منسوجات در برابر گرد و خاک خشک و مرطوب محافظت نمایند. در تمام این موارد باید توجه داشت که نفوذپذیری منسوجات پرداخت شده در برابر هوا نباید به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

پرداخت دافع آب منسوجات، مانع از نفوذپذیری هوا نمی شود و یا به عبارتی قابلیت تنفس پارچه را حفظ می کند. در مقابل در پرداخت ضد آب منسوجات، قطرات آب قابل تنفس نباید به منسوجات نفوذ کنند؛ بلکه باید عرق کنند. در نتیجه برای ایجاد سطوحی با انرژی سطحی پایین، به گونه ای که فعل و انفعال بین سطح و سیال کمتر از فعل و انفعالات داخلی بین ذرات سیال باشد؛ ذرات سیال باید به شکل قطره قطره دربیایند. در واقع ضد آب نوعی پرداخت است که می تواند در مقابل فشار هیدروستاتیکی اعمالی توسط یک ستون آب با فشار 1 دقیقه بر عمق، قبل از اینکه اولین قطره آب بتواند به داخل پارچه نفوذ کند، مقاومت کند. لباس های شنا دافع آب به شدت در برابر آب مقاوم هستند؛ اما بافت و ساختاری بسیار سفت و درهم تنیده دارند و در مقابل هوا و تعریق نفوذ ناپذیر هستند. در نتیجه پوشیدن آنها بسیار سخت است و حس ناخوشایندی را به فرد القا می کنند. در مقابل منسوجاتی که ضد آب اما قابل تنفس هستند و دارای روکش میکرو متخلخل می باشند؛ در مقابل قطرات آب به خاطر داشتن منافذ کوچک، نفوذ ناپذیر می باشند. با این حال همین منافذ به اندازه ای بزرگ هستند که بخارات عرق به راحتی می توانند از آنها خارج شوند.

علاوه بر اثرات نامطلوب پرداخت های دافع آب، غالب پارچه هایی که دارای پرداخت دافع آب هستند ویژگی های نامطلوب دیگری هم با خود دارند. برخی از این ویژگی های نامطلوب عبارتند از: مشکلات مرتبط با الکتریسیته ساکن، پاک نشدن ذرات گرد و خاک در حین شستشوی منسوجات با آب و سفت تر شدن پارچه بعد از شستشو، خاکستری شدن (تغییر رنگ) پارچه در حین شستشوی آن در محیط های آبی و افزایش اشتعال پذیری منسوجات. معمولاً برخی از ویژگی های منسوجات با پرداخت دافع آب آنها ارتقا می یابد؛ مثل ارتقای خصوصیات اتوی دائمی منسوجات، سریع تر خشک و اتو شدن لباس ها و افزایش مقاومت منسوجات در برابر اسیدها، بازها و سایر مواد شیمیایی.

مکانیسم دفع شدن آب

هدف از پرداخت دافع آب منسوجات، کاهش انرژی آزاد در سطوح الیاف آنهاست. چنانچه فعل و انفعالات بین الیاف و قطرات مایع، از فعل و انفعالات بین ذرات مایع بیشتر باشد؛ قطرات مایع سریعاً در سطح منسوجات گسترش می یابند. اما اگر فعل و انفعالات بین الیاف و قطرات مایع، از فعل و انفعالات داخلی بین ذرات مایع کمتر باشد؛ قطرات مایع روی سطح منسوجات پخش نمی شوند. سطوحی که فعل و انفعالات کمی با سیالات دارند، سطوح کم انرژی نامیده می شوند. انرژی سطحی بحرانی یا کشش سطحی (yC) آنها باید از کشش سطحی سیال (yL) (فعل و انفعالات منسجم داخلی بین ذرات سیال) کمتر باشد. با وجود اینکه yL دافعه آب 73 mNm^-1 است؛ با این حال مقدار آن دو تا سه برابر بیشتر از yL روغن (20-35 mNm^-1) می باشد. از این رو پرداخت دافع روغن منسوجات با فلوئوروکربن ها (yC = 10 الی 20 mNm^-1) همیشه قابلیت دفع قطرات آب را هم دارد. اما پرداخت هایی که فاقد فلور هستند، به عنوان مثال سیلیکون ها (yC = 24 الی 30 mNm^-1) نمی توانند ذرات روغن را دفع کنند. در ضمن سطوح کم انرژی با جلوگیری از چسبیدگی شدید ذرات خاک به سطوح الیاف؛ باعث دفع ذرات خشک گرد و خاک می شوند. در نتیجه این فعل و انفعالات کم، ذرات گرد و خاک به راحتی و به صورت مکانیکی برداشته شده و از سطح منسوجات جدا می شوند.

ترکیبات شیمیایی پرداخت های دافع آب

جهت کاهش انرژی سطحی منسوجات در مقابل کشش سطحی آب، و با هدف کاهش قابلیت خیس شدن منسوجات و افزایش خاصیت دافع آنها، می توان از مواد شیمیایی مختلفی استفاده کرد. سه نوع از مواد شیمیایی در پرداخت های دافع آب مورد استفاده قرار می گیرند: مواد دافع پایه مومی، مواد دافع پایه سیلیکونی و مواد دافع مبتنی بر فلوئوروکربن ها. مواد دافع پایه مومی جزء ارزان ترین و مواد دافع حاوی فلوئوروکربن ها گران ترین و با دوام ترین آنها هستند. مواد شیمیایی مومی و سیلیکونی ممکن است فقط باعث دفع آب شوند؛ اما فلوئوروکربن ها می توانند هم آب و هم سیالات روغنی را دفع کنند.

مواد دافع مبتنی بر فلوئوروکربن ها

استفاده از فلوئوروکربن (FC) در پرداخت دافع آب منسوجات، باعث کاهش انرژی سطحی منسوجات به میزان قابل توجهی می شود. با استفاده از این مواد می توان منسوجات را هم در مقابل آب و هم در برابر روغن ها مقاوم کرد. مواد FC با ادغام گروه های پرفلوئور و آلکیل در مونومرهای اکریلیک یا اورتان سنتز می شوند؛ سپس می توان آنها را پلیمریزاسیون کرد و برای پرداخت منسوجات استفاده نمود. وقتی پلیمر نهایی روی الیاف اعمال می شود؛ باید در نهایت پارچه ای حاوی سطح خارجی متراکم CF3 تشکیل شود که نشان دهنده حداکثر قابلیت دافعه منسوجات است. طول هر زنجیره جانبی فلوئورین شده، باید حدود 8 تا 10 کربن باشد. از گروه های جدا کننده خرد، عمدتاً اتیلن ها برای بهبود خواص امولوسیون سازی و حلالیت پلیمرها می توان استفاده کرد. کومونومرها بر قابلیت لمس پارچه ها، تشکیل لایه فیلم و قابلیت دوام آنها تأثیر می گذارند. به این ترتیب می توان با استفاده از محصولات FC به همراه مواد امولوسیون کننده مناسب، بسیاری از ویژگی های کارکردی منسوجات پرداخت شده را تغییر داد. اکثر محصولات FC دارای فضاها و روزنه های خالی بوده و خشک هستند. عمل آوری خورنده باعث جهت گیری ساختارهای تقریباً بلوری زنجیره های جانبی می شود.

این عمل آوری برای بهینه سازی خاصیت دافع مواد الزامی است. اما شستشو و خشکشویی منسوجات این جهت گیری را مختل کرده و عملکرد نهایی آنها را کاهش می دهد. از این رو جهت گیری این ساختارها باید مجدداً و توسط عملیات های حرارتی جدید (مثل اتو کاری، پرس یا خشک کردن) تشکیل شود. غالباً ایزوسیانین ها بسته به نوع گروه های مسدود کننده، در دماهای مختلف فعال می شوند و سپس با گروه های FC، الیاف یا خودشان (پیوند متقاطع) واکنش نشان می دهند. این تثبیت بر روی سطوح الیاف، باعث افزایش دوام منسوجات در برابر شستشو، خشکشویی و مالش می شود و اثر ثانویه مهم این فرآیند به حساب می آید.

فلوئوروکربن های حاوی حرارت کم، جزء پیشرفت های جدید در این حوزه محسوب می شوند. آنها بدون نیاز به حرارت و فقط با خشک شدن در دمای اتاق، به مواد دافع تبدیل می گردند. از نقاط ضعف آنها می توان به دوام پایین، به دلیل عدم تثبیت یا تشکیل پیوند متقاطع اشاره کرد. در ضمن آنها می توانند باعث صرفه جویی در هزینه ها و منابع انرژی شوند.

فرآیندهای ضد آب منسوجات

1. فرآیندهایی که در آنها قسمت های بینابینی منسوجات و سطوح الیاف، با یک فیلم یا پوسته پوشانده می شوند تا بدین وسیله کالاها نه تنها ضد آب شوند، بلکه در برابر هوا و رطوبت نیز نفوذ ناپذیر گردند.
2. فرآیندهایی که به موجب آنها منسوجات به واسطه روکش شدن با یک ماده آبگریز یا یک واکنش شیمیایی دافع آب می شوند، اما منسوجات همچنان در برابر هوا نفوذ پذیر باقی می مانند.

زاویه تماس آب، نشانه خوبی از دافع آب بودن پارچه است. هر چه زاویه تماس بزرگ تر باشد؛ خاصیت دافعه آب پارچه افزایش می یابد. چنانچه زاویه تماس آب با پارچه بیشتر از 90 درجه باشد؛ پارچه دافع آب محسوب می شود. اما اگر زاویه تماس آب با پارچه بزرگ تر از 120 تا 150 درجه باشد؛ پارچه فوق دافع به حساب می آید. از روش های مختلف آزمون استاندارد می توان برای ارزیابی خواص دافع آب پارچه ها استفاده کرد. امکانات زیادی برای تعیین خواص دافعه منسوجات وجود دارد. از روش های متداول در این زمینه می توان به استفاده از قطرات مجزای آب، یا شبیه سازی رفتار منسوجات در شرایط بارانی اشاره کرد.

روش های آزمایش دفع شدن آب

معمولاً از روش AATCC Test Method 22–2001 (دافع آب- آزمون پاشش) برای آزمایش دفع آب منسوجات استفاده می شود: این روش شامل پاشش آب بر روی سطح پارچه کشیده شده تحت شرایط کنترل شده است. درجه خیس شدن از مقیاس 0 تا 5 درجه بندی می گردد که در آن صفر به خیس شدن کامل و 5 به عدم خیس شدن اشاره دارد.

استانداردهای آزمایش دفع شدن آب در منسوجات

1. آزمایش دافع آب ISO 9865: آزمون بارش شدید Bundesmann.
2. آزمون مقاومت در برابر آب AATCC TM 35: آزمون باران.
3. آزمون منسوجات ISO 22958:2005 – مقاومت در برابر آب – آزمون باران: قرار گرفتن منسوجات در معرض پاشش افقی آب.
4. آزمون باران EN 14360 (روش آزمودن لباس های آماده).
5. آزمون مقاومت در برابر آب AATCC TM 42: آزمون نفوذ ضربه.