تاريخ مواد عزل المنسوجات ضد الماء

تاريخ مواد عزل المنسوجات ضد الماء

في مطلع القرن التاسع عشر، ظهرت مواد التشطيب المقاومة للماء باستخدام صابون الألومنيوم ومستحلب البارافين. يتميز هذا النوع من المواد بقدرته الجيدة على طرد الماء، إلا أنه يعيبه عدم مقاومته للغسيل. وفي ثلاثينيات القرن العشرين، ظهرت مواد مقاومة للماء ذات سلاسل كربونية طويلة. تتفاعل هذه المواد مع جزيئات السليلوز الكبيرة لتكوين إيثر السليلوز، الذي يتميز بخصائص مقاومة للماء جيدة وطويلة الأمد.
في عام 1940، أصدرت شركة باتنود في الولايات المتحدة براءة اختراع تنص على أن معالجة ألياف النسيج بمادة ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان تُكسب النسيج خصائص مقاومة للماء جيدة. مع ذلك، أثناء عملية مقاومة الماء باستخدام مواد مقاومة للماء خالية من الفلور، ينطلق غاز كلوريد الهيدروجين، وهو غاز ضار بصحة الإنسان.
في عام 1945، قام إليوت وآخرون من شركة جنرال إلكتريك في الولايات المتحدة بنقع ألياف النسيج في محلول مائي قلوي وتسخينها مع ميثيل سيلانولات الصوديوم. وقد أظهر النسيج الناتج خصائص جيدة في مقاومة الماء.
في عام 1947، ابتكرت شركة 3M مادة PFOA (حمض البيرفلوروكتانويك، الصيغة الجزيئية: C8HO2F15).
في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، قامت شركة داو كورنينج الأمريكية بدمج البولي سيلوكسان المهدرج مع البولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS). لم يكن النسيج المعالج يتمتع فقط بتأثير مقاوم للماء جيد للغاية، بل أصبح أيضًا ناعم الملمس.
في عام 1951، بدأت شركة دوبونت بشراء حمض البيرفلوروكتانويك (PFOA) من شركة ثري إم لإنتاج "التفلون". لم يكن عامل العزل المائي C8 مقاومًا للماء فحسب، بل كان مقاومًا للزيوت أيضًا، دون التأثير على مظهر المنسوجات، وبدأ يصبح من أكثر عوامل العزل المائي شيوعًا. لاحقًا، تطورت الأبحاث والتطبيقات المتعلقة بعوامل العزل المائي المحتوية على الفلور في الولايات المتحدة واليابان.
في أربعينيات القرن العشرين، اقترحت شركة دوبونت مادة عازلة للماء مركبة، إلا أن لونها كان أخضر، مما حدّ من نطاق استخدامها. وفي أواخر الأربعينيات، ظهرت مواد عازلة للماء من السيليكون. وتُعدّ هذه المواد مناسبة بشكل خاص لمختلف أنواع الأقمشة المصنوعة من الألياف الصناعية والصوف، كما يمكن استخدامها مع أقمشة ألياف السليلوز.

حظر استخدام عامل العزل المائي C8

ستنتج عملية إنتاج عامل العزل المائي C8 منتجين ثانويين، هما PFOA و PFOS، وقد تم تأكيد ضرر هاتين المادتين الكيميائيتين تدريجياً.

الجدول 1 عملية تصنيع عامل العزل المائي بيت

بغض النظر عن طريقة التحليل الكهربائي أو طريقة التيلومرة، يستحيل خفض محتوى حمض البيرفلوروكتانويك (PFOA) وحمض البيرفلوروكتان سلفونيك (PFOS) إلى أقل من 1.0 ميكروغرام/م² بعد إضافة عامل العزل المائي C8 إلى النسيج، مما يستدعي التخلص من هذا العامل. في 17 ديسمبر/كانون الأول 2006، أصدر البرلمان الأوروبي ومجلس الوزراء توجيهًا مشتركًا بشأن القيود المفروضة على بيع واستخدام بيرفلوروكتان سلفونات (2006/122/EC). وفي العام نفسه، أصدرت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) إنذارًا نهائيًا لثماني شركات كيميائية، من بينها شركة دوبونت، تأمرها بالتوقف عن استخدام حمض البيرفلوروكتانويك (PFOA)، المكون الأساسي لصناعة التفلون. إلى جانب دوبونت، تلقت شركة دوبونت سيراميكس أيضًا أمرًا من وكالة حماية البيئة. وشملت قائمة الشركات الكبرى المعروفة في هذا المجال: شركة إيلاستومرز، وشركة أساهي غلاس اليابانية، وشركة سيبا للمواد الكيميائية المتخصصة السويسرية، وشركة كلاريانت الألمانية.

عامل مقاوم للماء C6

المكون الرئيسي لعامل العزل المائي C6 هو كوبوليمر PFHS (ميث)أكريليك بيرفلوروهكسيل إيثيل إستر، وهو خالٍ من PFOA وPFOS. يُعدّ هذا المنتج البديل الأمثل لعامل العزل المائي C8. مع ذلك، كلما قصرت سلسلة الكربون، انخفضت فعاليته في مقاومة الماء والزيوت. ولتحقيق فعالية عامل العزل المائي C8، يلزم زيادة الجرعة والتكلفة. كما أن العديد من ماركات الملابس لا تقبل استخدام عوامل العزل المائي C6، وتقتصر على استخدام عوامل عزل مائي خالية من الفلور.

عامل عازل للماء خالٍ من الفلور

تتميز مواد العزل المائي الخالية من الفلور بأنها خالية تمامًا من مركبات PFOA وPFOS، ولا تحتوي على مركبات PFCS (مركبات البيرفلورو ألكيل). وقد حظيت هذه المواد باعتراف متزايد من قبل العديد من العلامات التجارية. ومع ذلك، بالمقارنة مع مواد العزل المائي المحتوية على الفلور، فإن لها عيبين: أولًا، أنها ليست مقاومة للزيوت؛ ثانيًا، أن طبقة العزل ضعيفة الثبات، مما يجعل الألياف عرضة للانزلاق.

الطلب في السوق على مواد العزل المائي

يُضفي عامل الكربون سداسي النقاء المقاوم للماء والبقع خصائص ممتازة على الألياف الطبيعية والصناعية والمنسوجات المخلوطة، حيث يُكسبها خصائص مقاومة للماء والزيوت والبقع. كما أنه مناسب بشكل خاص لمعالجة البوليستر والمنسوجات المخلوطة بمواد طاردة للماء والزيوت والبقع، إذ تصل مقاومته للغسيل إلى 50% أو أكثر، دون التأثير على ملمس النسيج أو نعومته. يلبي هذا العامل احتياجات التطبيقات الخاصة المقاومة للماء والتي تتطلب قابلية الغسيل، مثل الملابس الصناعية الخاصة والخيام والحقائب. وتتوافق الأقمشة المُصدّرة إلى أوروبا والولايات المتحدة مع المعايير ذات الصلة، بما في ذلك معايير المواد المحظورة مثل APEO وPFOA وPFOS.
في الوقت الحاضر، لدى المستهلكين متطلبات أداء أعلى فأعلى للمنسوجات، ويميل المستهلكون بشكل متزايد إلى شراء المنسوجات الوظيفية، مثل الأحذية الرياضية المحبوكة بتقنية Fly-knit ذات التأثيرات الممتازة المقاومة للماء، والسترات ذات الخصائص المقاومة للماء والبرودة والدفء وغيرها، والملابس سريعة الجفاف التي تمتص الرطوبة وتتخلص منها بسرعة، بالإضافة إلى الجوارب المضادة للبكتيريا والروائح الكريهة، وما إلى ذلك.

لماذا نحتاج إلى مواد عازلة للماء ومضادة للترسبات؟

تتميز المنسوجات المصنوعة من الألياف الاصطناعية، كالبوليستر، بخاصية كره الماء العالية وسهولة شحنها بالكهرباء الساكنة. وهي عرضة لتراكم الأوساخ أثناء الاستخدام اليومي، كما تلتصق بها الأوساخ الزيتية بقوة، مما يصعب إزالتها وتنظيفها. لذا، من الضروري جدًا أن تتمتع المنسوجات بخصائص مقاومة للماء ومضادة للكهرباء الساكنة تدوم طويلًا، سواء في الحياة اليومية أو في بعض الصناعات المتخصصة.

مبدأ طارد الماء في عامل العزل المائي

في الوقت الحالي، تُهيمن منتجات الفلوروكربون ذات 8 و6 ذرات كربون على سوق مواد العزل المائي للمنسوجات. وتعتمد فعالية هذه المواد في العزل المائي بشكل أساسي على طول سلسلة الكربون (أي محتوى الفلوريد). فكلما زاد محتوى الفلوريد في سلسلة الكربون، زاد طول السلسلة. وكلما زاد طول السلسلة، زادت استقرارية الجزيئات، وبالتالي تزداد قدرة المادة على مقاومة بقع الماء والزيوت الخارجية.
نتيجةً لتغيرات نمط الحياة، وتزايد وعي المستهلكين، وارتفاع الطلب على المنتجات الفاخرة، يتزايد الطلب على الأقمشة المقاومة للماء. وتكتسب وظائف مقاومة الماء أهمية متزايدة، لا سيما في مجال ملابس العمل.
تُعدّ مواد العزل المائي الفلوروكربونية ومواد العزل المائي الخالية من الفلور من أكثر المواد استخدامًا في السوق. ورغم احتواء مواد العزل المائي الفلوروكربونية على مركبات PFOA وPOFS وغيرها من المكونات الضارة بالبيئة وصحة الإنسان، إلا أنه لا يوجد بديل كامل لها حاليًا. ولذلك، لا تزال مواد العزل المائي الفلوروكربونية هي السائدة في صناعة عزل المنسوجات. أما مواد العزل المائي الخالية من الفلور، فهي تُشكّل بديلًا لمواد العزل المائي الفلوروكربونية. ورغم أنها آمنة وصديقة للبيئة، إلا أنها تفتقر إلى خصائص مقاومة الزيوت والبقع. وقد وردت أنباء عن فرض قيود على تصدير المنسوجات المحتوية على الفلوروكربونات إلى دول مثل دول الاتحاد الأوروبي في عام 2020. ومن ثم، سيحظى إنتاج مواد العزل المائي الخالية من الفلور وأبحاثها وتطويرها باهتمام متزايد. ومع تطور تقنيات البحث والتطوير، قد تُصبح مواد العزل المائي الخالية من الفلور بديلًا كاملًا لمواد العزل المائي الفلوروكربونية.
تُطلق شركة LeMan Polymer Technology Co., Ltd (LeMan) للمنسوجات المساعدة منتجاتها من مواد العزل المائي الصديقة للبيئة والخالية من الفلور. إنها الخيار الأمثل لإضافة قيمة مميزة لتشطيب الأقمشة الفاخرة! لمزيد من المعلومات حول متطلباتكم، يُرجى التواصل مع مهندسينا الفنيين في المصنع لطلب منتجات مُخصصة.