تشطيب مقاوم للماء خالٍ من الفلور: حل إنتاج واسع النطاق للأقمشة المقاومة للماء والرذاذ

في السنوات الأخيرة، ومع ازدياد شعبية الأنشطة الخارجية، ارتفع الطلب بشكل ملحوظ على المنسوجات المقاومة للماء والرذاذ. تعتمد الطريقة الشائعة حاليًا على الطلاء أو التغليف لتحقيق هذه الخاصية، إلا أن هذه الطرق تعاني من عيوب، كتعقيدها وطول مراحل معالجتها. أما معالجة الأقمشة عالية الكثافة بطبقة مقاومة للماء خالية من الفلور، فتتيح مقاومة عالية لضغط الماء الساكن، مع سرعة وسهولة في التنفيذ، فضلًا عن انخفاض التكلفة. ورغم أن مقاومة ضغط الماء الساكن ليست بمستوى طرق الطلاء أو التغليف، إلا أنه بعد تحسين العملية، تصل إلى 5200 باسكال أو أكثر، مع تمتعها بدرجة معينة من التهوية، مما يجعلها مناسبة للأقمشة الوظيفية الخاصة، كملابس العمليات الجراحية، وبدلات العمليات الخاصة، وملابس تسلق الجبال، وأقمشة الخيام.

اختارت هذه الدراسة شركة سوتشو ليمان لتكنولوجيا البوليمرات المحدودة كعامل عازل للماء خالٍ من الفلور، واستخدمت طريقة الخبز بدرجة حرارة عالية لمعالجة أقمشة القطن الخالص عالية الكثافة بمادة عازلة للماء. وقد تم استكشاف تأثير عوامل مثل مواصفات النسيج، ودرجة حرارة الخبز، ومدة الخبز على مقاومة ضغط الماء الساكن لأقمشة القطن الخالص، وتم التوصل في النهاية إلى حل متكامل يُسهّل الإنتاج على نطاق واسع.

1- مواد الاختبار
القماش: قماش قطني خالص (29.2 تكس × 29.2 تكس، 472 × 315، نسيج عادي، كتلة وحدة المساحة 220 جم/م2)؛
الكاشف: عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور
الأجهزة: مجفف تشكيل مستمر، آلة خبز بالهواء الساخن (منفوجي الألمانية)، فرن تجفيف كهربائي DHG-9140A، غسالة SDLATLAS Vortex M6، جهاز اختبار رطوبة الأقمشة YB813، مقياس نفاذية الهواء الرقمي لضغط الماء الساكن YG461E.

2- تدفق العملية
عملية الدرفلة على البارد → التلدين → المعالجة بالمرسرة → الصباغة → العزل المائي → الخبز.

3- مقدمة في أساليب اختبار النتائج
مقاومة الماء: تُقاس وفقًا لمعيار AATCC 22-2010 "مقاومة الماء: اختبار الرش". تُقطع ثلاث قطع (17.78 سم × 17.78 سم) من العينات وتُوضع تحت الضغط الجوي القياسي لمدة 4 ساعات. يُحقن 250 مل من الماء المقطر عند درجة حرارة (27 ± 1) درجة مئوية في قمع جهاز الاختبار، ثم يُرش الجزء الأمامي من العينات. تُقارن أنماط التبلل أو البقع على الجزء الأمامي مع صورة التقييم، وتُسجل نتائج التقييم لكل عينة اختبار.
قابلية الغسل: يتم غسل الملابس منزليًا وفقًا للمعيار GB/T 8629-2017 "إجراءات غسل وتجفيف المنسوجات المنزلية لاختبارها". يُحضّر محلول باستخدام 1 غ/لتر من المنظف القياسي (AATCC 1993)، بنسبة 1:30. بعد الغسل عند 40 درجة مئوية لمدة 8 دقائق، يُجفف المحلول، ما ينتج عنه غسلة واحدة. بعد انتهاء برنامج الغسل، تُجفف الملابس في فرن عند درجة حرارة 100 درجة مئوية.
تتم عملية الغسيل الصناعي على النحو التالي: الغسيل المسبق (50 لترًا من الماء النقي، الغسيل لمدة 3 دقائق، درجة حرارة الماء 50 درجة مئوية) ← الغسيل الرئيسي (80 لترًا من الماء النقي، الغسيل لمدة 15 دقيقة، درجة حرارة الماء 60 درجة مئوية، 300 غرام من مبيض الأكسجين، 400 غرام من منظف الغسيل) ← الشطف (50 لترًا من الماء النقي، الغسيل لمدة 5 دقائق) ← غسيل التعادل (50 لترًا من الماء النقي، 200 غرام من حمض التعادل) ← الغسيل بالماء النظيف (50 لترًا من الماء النقي، الغسيل لمدة 5 دقائق).
مقاومة الضغط الهيدروستاتيكي: تُقاس وفقًا لمعيار AATCC 127-2018 "اختبار الضغط الهيدروستاتيكي". تُقطع ثلاث عينات غير مطوية وغير ملوثة بأبعاد 200 مم × 200 مم، وتُوضع تحت الضغط الجوي القياسي لمدة 4 ساعات. تُضبط درجة حرارة الماء الملامس للعينات عند (21 ± 2) درجة مئوية، ويُجفف سطح التثبيت، ويُوجه سطح الاختبار نحو سطح الماء. بعد التثبيت، يُشغل المحرك. عند حدوث تسرب للماء في المواضع الثلاثة على العينة، يُسجل ضغط الماء الساكن في ذلك الوقت، وتُكرر العملية ثلاث مرات، ويُؤخذ متوسط ​​القيم للحصول على مقاومة ضغط الماء الساكن للعينات.

4- تأثير عملية العزل المائي على فعالية العزل المائي
دراسة تجريبية لتأثير طريقتي التمديد والخبز أحادية الخطوة وثنائية الخطوة على فعالية العزل المائي. في الطريقة أحادية الخطوة، تُستخدم آلة التمديد والتشكيل. بعد لف القماش، يدخل إلى غرفة تجفيف آلة التشكيل، حيث تتم عمليتا التجفيف والخبز معًا لتحقيق كفاءة إنتاجية عالية، مما يجعلها مناسبة لمعظم عمليات التشطيب المقاومة للماء. أما الطريقة ثنائية الخطوة، فتستخدم آلة التمديد والتشكيل لتجفيف المادة الملفوفة، ثم خبزها. تتميز هذه العملية بثباتها العالي. عملية التمديد والخبز أحادية الخطوة: تشريب آلة التمديد وعامل اللف، 80 غ/لتر من عامل العزل المائي الخالي من الفلور، درجة حرارة 170 درجة مئوية، مدة 3.5 دقائق. عملية التمديد والخبز ثنائية الخطوة: غمر آلة التمديد في مادة اللف المضافة (80 غ/لتر من عامل العزل المائي الخالي من الفلور، درجة حرارة تجفيف 120 درجة مئوية، مدة تجفيف 60 ثانية) ← خبز (درجة حرارة 170 درجة مئوية، مدة 3 دقائق). تظهر نتائج معالجة العزل المائي على نسيج القطن الخالص باستخدام عمليات عزل مائي مختلفة في الجدول 1.

يتضح من الجدول 1 أن أداء مقاومة الماء في طريقة التمديد والخبز أحادية الخطوة لا يختلف اختلافًا كبيرًا عن طريقة التمديد والخبز ثنائية الخطوة، إلا أن أداء مقاومة ضغط الماء الساكن أقل بكثير من طريقة التمديد والخبز ثنائية الخطوة. ويعود ذلك إلى أن طريقة الخبز المباشر بدرجة حرارة عالية أحادية الخطوة، حتى مع تقليل سرعة المركبة وإطالة مدة تغلغل سائل المعالجة، لا يزال غير قادر على التغلغل الكامل في النسيج، كما أن عامل مقاومة الماء الخالي من الفلور يُشكل روابط متقاطعة على سطح النسيج، مما يؤثر على مقاومته لضغط الماء الساكن. لذلك، تقرر استخدام طريقة التمديد والخبز ثنائية الخطوة لمعالجة نسيج القطن الخالص عالي المقاومة لضغط الماء الساكن.

5- تأثير مواصفات تنظيم النسيج المختلفة على فعالية العزل المائي
نظرًا لأن الأقمشة ذات المقاومة العالية لضغط الماء الساكن تُستخدم عادةً في الملابس الخارجية والأغراض الوظيفية، فقد حُدِّدت كتلة وحدة المساحة للقماش بـ (200 ± 20) غ/م². تم اختيار المواصفات التالية: قطن خالص 29.2 تكس × قطن خالص 29.2 تكس، 472 × 315، وتصميم بسيط، ونسيج قطني مائل 2/1، ووزن اللحمة مسطح، ومربع. تم اعتماد عملية معالجة من خطوتين: التمديد والخبز، حيث كان سائل العمل المقاوم للماء 80 غ/لتر من عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور، مع غمرين ولفّتين، ونسبة متبقية من اللفّ 65%. تم التجفيف عند 120 درجة مئوية ثم الخبز عند 170 درجة مئوية لمدة 3 دقائق. يوضح الجدول 2 تأثير هياكل الأقمشة المختلفة على أداء مقاومة الماء.

يتضح من الجدول 2 أنه عند ثبات عدد خيوط النسيج وكثافة السدى واللحمة، فإن تغيير نمط النسيج فقط يُحدث تغييرات ملحوظة في مقاومة النسيج للماء وضغط الماء الساكن. وقد رُتبت الأقمشة تنازليًا حسب جودة أدائها كالتالي: النسيج السادة، والنسيج المائل 2/1، والنسيج المسطح ذو وزن اللحمة، والنسيج المائل 3/1، والنسيج المربع. يستطيع النسيج السادة تحقيق مقاومة لضغط الماء الساكن تصل إلى 5200 باسكال، بينما لم تصل الأقمشة الأخرى إلى هذا المستوى. يدل هذا على التأثير الواضح لبنية النسيج على مقاومة ضغط الماء الساكن. يتميز النسيج السادة بأفضل مقاومة لضغط الماء الساكن نظرًا لكثرة نقاط التداخل وقلة المسام. ولمزيد من دراسة العلاقة بين مواصفات النسيج ومقاومة النسيج لضغط الماء الساكن، تم تغيير كثافة السدى واللحمة مع ثبات عدد الخيوط ونمط النسيج. تم اختبار مقاومة النسيج للماء وضغط الماء الساكن بشكل منفصل، والنتائج موضحة في الجدول 3.

يتضح من الجدول 3 أنه بالنسبة لنسيج سادة بكثافة 29.2 تكس × 29.2 تكس، تزداد مقاومة النسيج لضغط الماء الساكن مع ازدياد كثافة النسيج. وعندما تصل الكثافة إلى 472 × 315، تتجاوز مقاومة ضغط الماء الساكن 520 باسكال. وبناءً على ذلك، تؤدي زيادة كثافة النسيج إلى زيادة خطية في صعوبة النسيج، بينما لا يكون التحسن في مقاومة ضغط الماء الساكن ملحوظًا. وبعد دراسة متأنية، تم اختيار أقمشة النسيج السادة المصنوعة من القطن الخالص بكثافة 29.2 تكس × 29.2 تكس و472 × 315 كمواصفات قياسية لهذا النسيج المقاوم لضغط الماء الساكن العالي.

6- تأثير درجة حرارة الخبز ومدة الخبز على فعالية العزل المائي
يؤثر وقت ودرجة حرارة الخبز بشكل كبير على فعالية العزل المائي. تم اعتماد تقنية معالجة ثنائية الخطوات: التمديد ثم الخبز، مع غمر آلة التمديد وعامل الدرفلة، وعامل عزل مائي خالٍ من الفلور بتركيز 80 غ/لتر، ودرجة حرارة تجفيف 120 درجة مئوية، ووقت تجفيف 60 ثانية. دُرست تأثيرات درجة حرارة ووقت الخبز على العزل المائي ومقاومة ضغط الماء الساكن، والنتائج موضحة في الجدول 4.

يتضح من الجدول 4 أنه مع ارتفاع درجة حرارة الخبز، تزداد مقاومة النسيج لضغط الماء الساكن ومقاومته للماء. فخلال الخبز، كلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد انتظام توزيع المجموعات الكارهة للماء على سطح الألياف. كما أن درجات الحرارة المرتفعة تُسهّل إطلاق مجموعات الإيزوسيانات بواسطة عوامل الربط المتشابك، مما يُحسّن درجة الربط بين الإيزوسيانات والمجموعات الكارهة للماء ومجموعات الهيدروكسيل (OH-)، وبالتالي يُعزز مقاومة النسيج لضغط الماء الساكن. عند درجة حرارة خبز 170 درجة مئوية، فإن زيادة درجة الحرارة ستؤدي إلى زيادة محدودة في مقاومة النسيج لضغط الماء الساكن ومقاومته للماء. لذلك، تم تحديد درجة حرارة الخبز عند 170 درجة مئوية. بناءً على التجربة السابقة، تم تحديد درجة حرارة الخبز عند 170 درجة مئوية، ودُرست تأثيرات مدة الخبز على مقاومة النسيج للماء وضغط الماء الساكن. النتائج موضحة في الجدول 5.

يتضح من الجدول 5 أنه مع زيادة مدة الخبز، يتحسن أداء مقاومة الماء باستمرار. ويعود ذلك إلى أن زيادة مدة الخبز تُحسّن من اكتمال الترابط بين مجموعات الإيزوسيانات والمجموعات الكارهة للماء على سطح الألياف. كما أن الخبز لفترات طويلة يوفر وقتًا كافيًا لترتيب المجموعات الكارهة للماء بشكل منتظم على سطح الألياف. عند مدة خبز تبلغ 3 دقائق، تصل مقاومة الماء إلى 100 نقطة، وتصل مقاومة ضغط الماء الساكن إلى 5200 باسكال أو أكثر. ومع زيادة مدة الخبز، يصبح التحسن في مقاومة الماء وضغط الماء الساكن محدودًا. لذلك، تم تحديد مدة الخبز بثلاث دقائق.

7- الخاتمة
(1) أُجريت أبحاث على تركيبة سائل التشغيل المقاوم للماء. بعد خبزه لفترة كافية، يتحمل نسيج القطن الخالص ضغط الماء الساكن حتى 5200 باسكال، ويتمتع بمقاومة جيدة للغسيل. حتى بعد 30 غسلة بالماء في ظروف الغسيل المنزلي، لا يزال يتمتع بمقاومة ممتازة لضغط الماء الساكن ومقاومة للماء.
(2) عملية التمديد → الخبز هي كما يلي: آلة التمديد، غمر، لف، إضافة (80 جم/لتر من عامل مقاوم للماء خالٍ من الفلور، درجة حرارة التجفيف 120 درجة مئوية، وقت التجفيف 60 ثانية) → الخبز (درجة حرارة 170 درجة مئوية، وقت 3 دقائق).