التشطيب المقاوم للماء والخالي من الفلور: حل إنتاج واسع النطاق للمنسوجات عالية الأداء المقاومة للماء والمضادة للرذاذ

في السنوات الأخيرة، ومع رواج الأنشطة الخارجية، ازداد الطلب على المنسوجات المقاومة للماء والرذاذ بشكل كبير بين المستهلكين. وتتمثل العملية السائدة حاليًا في تحقيق أداء مقاوم للماء والرذاذ من خلال الطلاء أو تشطيب الفيلم، ولكن هناك عيوبًا مثل العملية المعقدة وتدفق المعالجة الطويل. يمكن لمعالجة التشطيب المقاوم للماء الخالي من الفلور على الأقمشة عالية الكثافة تحقيق مقاومة عالية لضغط الماء الساكن، من خلال عملية قصيرة وبسيطة وميزة التكلفة المنخفضة؛ على الرغم من أن أداء مقاومة ضغط الماء الساكن ليس جيدًا مثل أداء طرق الطلاء أو التصفيح، إلا أنه بعد تحسين العملية، يمكن أن تصل مقاومة ضغط الماء الساكن إلى 5200 باسكال أو أعلى، ولديها درجة معينة من التهوية، وهي مناسبة للأقمشة الوظيفية الخاصة مثل العباءات الجراحية وبدلات الهجوم وملابس تسلق الجبال وأقمشة الخيام.

اختارت هذه الدراسة شركة سوتشو ليمان لتكنولوجيا البوليمر المحدودة كعامل عزل مائي خالٍ من الفلور، واستخدمت طريقة الخبز بدرجة حرارة عالية لإجراء معالجة مقاومة للماء على أقمشة قطنية خالصة عالية الكثافة. ودرست تأثيرات عوامل مثل مواصفات الأنسجة، ودرجة حرارة الخبز، ومدة الخبز على مقاومة أقمشة القطن الخالص لضغط الماء الساكن، وتم التوصل في النهاية إلى حل شامل يُسهم في الإنتاج واسع النطاق.

1. مواد الاختبار
القماش: نسيج قطني خالص (29.2 تكس × 29.2 تكس، 472 × 315، نسج عادي، كتلة مساحة الوحدة 220 جم/م2)؛
الكاشف: عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور
الأدوات: مجفف التشكيل المستمر، آلة الخبز بالهواء الساخن (من إنتاج شركة Menfuji الألمانية)، فرن التجفيف الكهربائي DHG-9140A، غسالة SDLATLAS Vortex M6، جهاز اختبار رطوبة القماش YB813، جهاز قياس ضغط الماء الساكن YG461E لقياس قابلية التنفس الرقمي.

2. تدفق العملية
دفعة الدرفلة الباردة → التلدين → المرسرة → الصباغة → العزل المائي → الخبز.

3. مقدمة لطرق اختبار النتائج
مقاومة الماء: قُيست وفقًا لمعيار AATCC 22-2010 "مقاومة الماء: اختبار الرش". قصّ ثلاث عينات (17.78 سم × 17.78 سم) وضعها تحت ضغط جوي قياسي لمدة 4 ساعات. احقن 250 مل من الماء المقطر بدرجة حرارة (27 ± 1) درجة مئوية في قمع جهاز الاختبار، ورشّ الجزء الأمامي من العينات. قارن أنماط البلل أو البقع على الجزء الأمامي بصورة التقييم، وسجّل نتائج التقييم لكل عينة اختبار.
قابلية الغسل: يُجرى الغسيل المنزلي وفقًا للمعيار GB/T 8629-2017 "إجراءات الغسيل والتجفيف المنزلي لاختبار المنسوجات". يُحضّر محلول باستخدام منظف قياسي بتركيز 1 غرام/لتر (AATCC 1993)، بنسبة 1:30. بعد الغسيل على درجة حرارة 40 درجة مئوية لمدة 8 دقائق، يُجفف المحلول، ما يُنتج غسلة واحدة. بعد انتهاء برنامج الغسيل، يُجفف في فرن على درجة حرارة 100 درجة مئوية.
تتم عملية الغسيل الصناعي على النحو التالي: الغسيل المسبق (50 لترًا من الماء النقي، وغسل لمدة 3 دقائق، ودرجة حرارة الماء 50 درجة مئوية) → الغسيل الرئيسي (80 لترًا من الماء النقي، وغسل لمدة 15 دقيقة، ودرجة حرارة الماء 60 درجة مئوية، و300 جرام من مبيض الأكسجين، و400 جرام من منظف الغسيل) → الشطف (50 لترًا من الماء النقي، وغسل لمدة 5 دقائق) → الغسيل المحايد (50 لترًا من الماء النقي، و200 جرام من حمض المحايد) → الغسيل بالماء النظيف (50 لترًا من الماء النقي، وغسل لمدة 5 دقائق).
مقاومة الضغط الهيدروستاتيكي: قيست وفقًا لمعيار AATCC 127-2018 "اختبار الضغط الهيدروستاتيكي". قصّ ثلاث عينات غير مطوية وملوثة بأبعاد 200 مم × 200 مم، ثم ضعها تحت ضغط جوي قياسي لمدة 4 ساعات. اضبط درجة حرارة الماء الملامس للعينة على (21 ± 2) درجة مئوية، وجفف سطح التثبيت، واجعل سطح الاختبار مواجهًا لسطح الماء. بعد التثبيت، شغّل المحرك. عند وجود تسرب في ثلاثة مواضع على العينة، سجّل ضغط الماء الساكن في هذه اللحظة، وكرّر العملية ثلاث مرات، ثم احسب متوسط ​​القيمة للحصول على مقاومة ضغط الماء الساكن للعينة.

4. تأثير عملية العزل المائي على تأثير العزل المائي
دراسة تجريبية لتأثير طريقتي الشد والخبز بخطوة واحدة وخطوة ثانية على فعالية العزل المائي. في طريقة الخطوة الواحدة، تُستخدم آلة شد وتشكيل. بعد لفّ القماش، يُدخل إلى غرفة تجفيف آلة التشكيل، حيث تُجرى عمليتا التجفيف والخبز معًا لتحقيق كفاءة إنتاج عالية، ومناسبة لمعظم التشطيبات المقاومة للماء. في طريقة الخطوتين للشد والخبز، تُستخدم آلة شد وتشكيل لتجفيف المادة الملفوفة، يليها الخبز. تتميز هذه العملية بثبات عالٍ. عملية الشد والخبز بخطوة واحدة: تشريب آلة الشد ولفّها، عامل مقاومة للماء خالٍ من الفلور بتركيز 80 جم/لتر، درجة حرارة 170 درجة مئوية، وقت 3.5 دقيقة. عملية الشد والخبز على مرحلتين: إضافة درفلة غمرية لآلة الشد (80 جم/لتر من عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور، درجة حرارة تجفيف 120 درجة مئوية، مدة تجفيف 60 ثانية) ← خبز (درجة حرارة 170 درجة مئوية، مدة تجفيف 3 دقائق). يوضح الجدول 1 نتائج معالجة مقاومة الماء لأقمشة القطن الخالص باستخدام عمليات مقاومة ماء مختلفة.

يتضح من الجدول 1 أن أداء مقاومة الماء لطريقة التمدد والخبز بخطوة واحدة لا يختلف اختلافًا كبيرًا عن أداء طريقة التمدد والخبز بخطوتين، إلا أن أداء مقاومة ضغط الماء الساكن أقل بكثير من أداء طريقة التمدد والخبز بخطوتين. ويرجع ذلك إلى أن طريقة التمدد والخبز المباشر في درجة حرارة عالية بخطوة واحدة، حتى مع تقليل سرعة السيارة وإطالة وقت اختراق سائل العمل، لا يزال سائل العمل غير قادر على اختراق القماش بالكامل، ويتشابك عامل مقاومة الماء الخالي من الفلور على سطح القماش، مما يؤثر على مقاومة ضغط الماء الساكن للقماش. لذلك، يُقرر استخدام طريقة التمدد والخبز بخطوتين لمعالجة أقمشة القطن الخالص عالية المقاومة لضغط الماء الساكن.

5. تأثير مواصفات تنظيم القماش المختلفة على تأثير مقاومة الماء
نظراً لأن الأقمشة عالية المقاومة لضغط الماء الساكن تُستخدم عادةً للتآكل الخارجي والأغراض الوظيفية، فإن كتلة القماش لكل وحدة مساحة محدودة بـ (200 ± 20) غ/م2. وقد تم اختيار المواصفات على النحو التالي: قطن خالص 29.2 تكس × قطن خالص 29.2 تكس، 472 × 315، وتصميمه سادة، مائل 2/1، ووزن النسيج مسطح ومربع. يعتمد سائل العمل المقاوم للماء على عملية معالجة من خطوتين، هما التمدد والخبز، ويحتوي على 80 غ/ل من عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور، مع غمرين ولفّين، ومعدل بقاء 65%؛ يُجفف عند درجة حرارة 120 درجة مئوية، ثم يُخبز عند درجة حرارة 170 درجة مئوية لمدة 3 دقائق. يوضح الجدول 2 تأثير اختلاف تركيبات القماش على أداء مقاومة الماء.

يتضح من الجدول 2 أنه عند ثبات عدد خيوط القماش وكثافة السدى/اللحمة، فإن تغيير النمط التنظيمي فقط هو ما يُحدث تغييرات كبيرة في مقاومة القماش للماء ومقاومة ضغط الماء الساكن. مرتبة تنازليًا حسب جودة الأداء: النسيج العادي، التويل 2/1، وزن اللحمة المسطح، التويل 3/1، والنسيج المربع. يمكن للنسيج العادي تحقيق مقاومة ضغط ماء ساكن تبلغ 5200 باسكال، بينما لم تصل الأقمشة الأخرى إلى 5200 باسكال. يشير هذا إلى أن تأثير بنية القماش على مقاومة ضغط الماء الساكن واضح جدًا. يتميز النسيج العادي بأفضل مقاومة لضغط الماء الساكن نظرًا لاحتوائه على أكبر عدد من نقاط التشابك وأقل عدد من المسام. لمزيد من البحث في العلاقة بين المواصفات التنظيمية ومقاومة القماش لضغط الماء الساكن، تم تغيير كثافة السدى واللحمة مع بقاء عدد الخيوط وتنظيمها دون تغيير. تم اختبار مقاومة القماش للماء وضغط الماء الساكن بشكل منفصل، وتظهر النتائج في الجدول 3.

يتضح من الجدول 3 أنه بالنسبة لنسيج عادي بأبعاد 29.2 تكس × 29.2 تكس، تزداد مقاومة القماش لضغط الماء الساكن مع زيادة كثافة النسيج. عندما تصل الكثافة إلى 472 × 315، تكون مقاومة القماش لضغط الماء الساكن أعلى من 520 باسكال. بناءً على ذلك، تؤدي زيادة كثافة القماش إلى زيادة خطية في صعوبة النسيج، بينما لا يُلاحظ تحسن كبير في مقاومة ضغط الماء الساكن. بعد دراسة شاملة، تم اختيار أقمشة عادية من القطن الخالص بأبعاد 29.2 تكس × 29.2 تكس و472 × 315 كمواصفات قياسية لهذا القماش عالي المقاومة للضغط الهيدروستاتيكي.

6. تأثير درجة حرارة الخبز والوقت على تأثير مقاومة الماء
يؤثر وقت ودرجة حرارة الخبز بشكل كبير على فعالية العزل المائي. تم اعتماد تقنية المعالجة ثنائية المراحل (التمدد ← الخبز)، باستخدام آلة التمدد، مع عامل غمر ودحرجة، وعامل عزل مائي خالٍ من الفلور بتركيز 80 جم/لتر، ودرجة حرارة تجفيف 120 درجة مئوية، ومدة تجفيف 60 ثانية. دُرست تأثيرات درجة حرارة ومدة الخبز على مقاومة العزل المائي وضغط الماء الساكن، والنتائج موضحة في الجدول 4.

يتضح من الجدول 4 أنه مع ارتفاع درجة حرارة الخبز، تزداد مقاومة القماش لضغط الماء الساكن وقدرته على مقاومة الماء. فارتفاع درجة الحرارة أثناء الخبز يُحسّن من انتظام ترتيب المجموعات الكارهة للماء على سطح الألياف، كما تُساعد درجات الحرارة المرتفعة على إطلاق مجموعات الإيزوسيانات بواسطة عوامل الترابط، مما يُحسّن من درجة الترابط بين مجموعات الإيزوسيانات والمجموعات الكارهة للماء و-OH، ويعزز مقاومة ضغط الماء الساكن. عند درجة حرارة الخبز 170 درجة مئوية، فإن استمرار زيادة درجة الحرارة سيؤدي إلى زيادة محدودة في مقاومة ضغط الماء الساكن وقدرته على مقاومة الماء. لذلك، حُددت درجة حرارة الخبز عند 170 درجة مئوية. بناءً على التجربة السابقة، حُددت درجة حرارة الخبز عند 170 درجة مئوية، ودُرست تأثيرات وقت الخبز على مقاومة الماء وضغط الماء الساكن. النتائج موضحة في الجدول 5.

يتضح من الجدول 5 أنه مع إطالة مدة الخبز، يتحسن أداء العزل المائي باستمرار. ويرجع ذلك إلى إطالة مدة الخبز، واكتمال الترابط بين مجموعات الإيزوسيانات والمجموعات الكارهة للماء على سطح الألياف. كما يوفر الخبز طويل الأمد وقتًا كافيًا لترتيب المجموعات الكارهة للماء على سطح الألياف بشكل منظم. عند 3 دقائق من وقت الخبز، يصل أداء العزل المائي إلى 100 نقطة، وتصل مقاومة ضغط الماء الساكن إلى 5200 باسكال أو أكثر؛ ومع استمرار إطالة المدة، يكون تحسن العزل المائي ومقاومة ضغط الماء الساكن محدودًا. لذلك، تم تحديد وقت الخبز بثلاث دقائق.

7. الخاتمة
(1) أُجريت أبحاث على تركيبة سائل العمل المقاوم للماء. بعد الخبز الكافي، يتحمّل نسيج القطن الخالص ضغط الماء الساكن حتى 5200 باسكال، ويتميّز بمقاومة ممتازة للغسيل. حتى بعد 30 غسلة بالماء في ظروف الغسيل المنزلي، لا يزال يتمتع بمقاومة ممتازة لضغط الماء الساكن ومقاومة ممتازة للماء.
(2) عملية التمدد → الخبز هي كما يلي: آلة التمدد غمر مادة التدحرج المضافة (80 جرام / لتر من عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور، درجة حرارة تجفيف 120 درجة مئوية، وقت تجفيف 60 ثانية) → الخبز (درجة حرارة 170 درجة مئوية، وقت 3 دقائق).