Nhu cầu về sản phẩm da thuộc đã lan rộng từ thời cổ đại. Việc ứng dụng da thuộc có thể bắt nguồn từ thời kỳ đồ đá cũ. Vào thời điểm đó, tổ tiên chúng ta đã biết dùng da động vật để may quần áo da. Với sự cải tiến không ngừng của công nghệ, nhu cầu của con người đối với các sản phẩm da thuộc cũng không ngừng được nâng cao. Từ “da thô” đơn giản đến “da chín” cho đến việc theo đuổi sản xuất da đa chức năng với các tính năng vượt trội như chống thấm nước, chống dầu, chống cháy. Đồng thời, sự xuất hiện của da nhân tạo với các tính năng vượt trội đã thách thức da tự nhiên.
Chống thấm nước là một tính năng không thể thiếu của da hiện đại. Nhu cầu về da may mặc và da mặt trên được sử dụng rộng rãi nhấtchống thấmđang ngày càng gia tăng. Đối với nhiều sản phẩm da, điều kiện mua sắm của mọi người cũng được bổ sung thêm yếu tố "chống thấm nước". Việc ứng dụng rộng rãi của cuộc cách mạng chống thấm nước khiến khả năng chống thấm nước dường như trở thành một trong những đặc tính của da. Ngày nay, nhiều công nghệ xử lý chống thấm nước đã được phát triển. Loạt bài này đã tổng hợp một cách có hệ thống các nội dung nghiên cứu liên quan đến chống thấm nước trên da từ ba khía cạnh: khái niệm chống thấm nước trên da, cơ chế chống thấm nước và công nghệ xử lý chống thấm nước. Bài viết này chủ yếu giải thích khái niệm và cơ chế chống thấm nước.
1. Khái niệm cơ bản về da chống thấm nước
Chìa khóa của khả năng chống thấm nước cho da là ngăn nước thấm qua bề mặt da. Do bản thân da có tính ưa nước, da tự nhiên thường được thuộc và không thể ngăn chặn quá trình này. Tính ưa nước của da được tạo thành từ các sợi collagen đan xen trong không gian ba chiều, và có vô số ống mao dẫn với bán kính khác nhau giữa các sợi. Sau khi thuộc da, việc bổ sung các vật liệu hóa học đã đưa vào nhiều nhóm phân cực hơn, chẳng hạn như nhóm hydroxyl, nhóm carboxyl và nhóm amino. Do nguyên lý tương thích tương tự, các nhóm phân cực này có thể hình thành liên kết với nước.
Sau khi da tiếp xúc với nước, sự tồn tại của một số lượng lớn các nhóm phân cực khiến da trở nên ưa nước và da bị ướt do độ ẩm. Đồng thời, sự tồn tại của các ống mỏng trong da cho phép da hấp thụ nước vào da. Và chống thấm nước là ngăn chặn quá trình trên xảy ra, do đó chống thấm nước có thể được tóm tắt thành ba loại sau:
(1) Không giữ ẩm: Ngăn ngừa đặc tính bề mặt của fibrin biểu mô, ẩm ướt trên bề mặt nước, là nước tham chiếu.
(2) Không thấm nước: hiệu quả ngăn ngừa da hấp thụ nước và thấm vào bên trong, tức là phân giải nước.
(3) Chống nước chính xác: Khả năng ngăn nước từ mặt da thấm vào mặt bên kia, tức là Chống nước.
Trên đây là ba khía cạnh của hiệu suất chống thấm nước. Hiệu suất chống thấm nước phải bao gồm ba khía cạnh này, đề cập đến khả năng của da chống lại sự hấp thụ nước, khả năng thấm nước và khả năng làm ướt bằng nước. Tuy nhiên, hiệu suất chống thấm nước của da chống thấm nước hiện có thường không có cả ba. Ví dụ, mặc dù một số loại da chống thấm nước có thể làm ướt bề mặt, nhưng nó có thể ngăn nước thấm vào da. Từ chối; mặc dù một số loại da chống thấm nước không thể làm ướt bề mặt, nhưng khả năng chống thấm nước động của nó lại kém. Sự tồn tại của hiện tượng này khiến mọi người hiểu biết về da chống thấm nước trở nên hỗn loạn hơn. Để chuẩn bị một loại da chống thấm nước cao cấp, trước tiên chúng ta phải làm cho nó vừa chống thấm nước tĩnh vừa chống thấm nước và chống thấm nước động. Dựa trên điều này, nó không làm giảm hiệu suất tuyệt vời của da tự nhiên, đặc biệt là hiệu suất vệ sinh của da và thậm chí còn làm cho da có nhiều chức năng hơn.
Thứ hai, cơ chế chống thấm nước bằng da
Theo quan điểm về ngoại hình, nó có thể được chia thành hai tầng lớp phủ và da. Đối với Cheng Demon, chúng ta thường gọi là Liên minh Levy. Mô tả trước đó là chống thấm nước đề cập đến khả năng của da chống lại sự hấp thụ nước, thấm nước và làm ướt bởi nước. Bước đầu tiên của chống thấm nước là ngăn không cho bề mặt da bị ướt trên bề mặt da, liên quan đến vấn đề độ ẩm trên bề mặt rắn. Tương tác giữa làm ướt là tương tác giữa chất lỏng và chất rắn, liên quan đến sự tiếp xúc của Qi, chất lỏng và sự liên kết. Sức căng bề mặt của bề mặt tiếp xúc ba pha có sức căng bề mặt. Hiện tượng làm ướt có xảy ra hay không có thể được đánh giá bằng sức căng bề mặt: Khi sức căng bề mặt của chất lỏng thấp hơn sức căng bề mặt của chất rắn, chất lỏng có thể mở rộng bề mặt phẳng trên bề mặt rắn để làm ướt chất rắn. Trong quá trình căng bề mặt, chất lỏng sẽ co lại trên bề mặt rắn dưới dạng các giọt nước mà không lan rộng và làm ướt, nghĩa là, các chất có sức căng bề mặt cao không thể làm ướt vật liệu có sức căng thấp. Do đó, để tránh da bị thấm nước, sức căng bề mặt của da phải thấp hơn sức căng bề mặt của nước.
Độ ẩm của chất rắn thường được biểu diễn bằng góc tiếp xúc. Nhà khoa học người Anh Thomas Young đã giải thích vấn đề này khi đưa ra phương trình Young nổi tiếng: Khi chất lỏng bám vào bề mặt chất rắn, độ ẩm của bề mặt chất rắn có thể được biểu diễn bằng góc tiếp xúc θ (hay góc ẩm): cosθ = vs -g-vl-g vs-l
Trong công thức 1: θ — Góc giữa giao điểm của ba pha khí-lỏng-rắn, góc giữa lực căng giữa giao diện khí-lỏng và giao diện khí-rắn; Sức căng bề mặt giữa pha lỏng-khí; sức căng bề mặt giữa pha rắn-lỏng. Xem chi tiết bên dưới:
Hình 1 cho thấy sơ đồ mối quan hệ giữa góc tiếp xúc và sức căng bề mặt. A là điều kiện làm ướt chất lỏng và chất rắn, và B là trường hợp không ướt. Bằng cách xác định kích thước của góc tiếp xúc, bạn có thể xác định độ làm ướt của bề mặt rắn, thường là 90 °. Như thể hiện trong Hình 1 A, sự tương tác giữa chất rắn ưa nước và chất lỏng. Góc tiếp xúc θ <90 °, chất lỏng được đặt trên bề mặt rắn, cho thấy chất lỏng dễ làm ướt và chất rắn; Có xu hướng co lại trên bề mặt rắn để tạo thành các giọt chất lỏng hình cầu. Góc tiếp xúc θ> 90 ° cho thấy chất lỏng không dễ làm ướt chất rắn, tức là sự tương tác giữa bề mặt rắn kỵ nước và chất lỏng. Góc tiếp xúc càng nhỏ thì khả năng làm ướt càng tốt; khi θ = 0 °, điều đó cho thấy bề mặt rắn hoàn toàn ướt và θ = 180 ° không ướt chút nào. Do đó, để bề mặt da không bị ướt và chống thấm nước, cần phải tiếp xúc với góc θ> 90° một cách trực quan, và điều này có thể đạt được bằng cách giảm sức căng bề mặt của bề mặt da. Ngoài việc thay đổi góc tiếp xúc để ngăn bề mặt da bị ướt, cần lưu ý rằng bản thân da được cấu tạo từ các sợi collagen, tức là có vô số bán kính khác nhau. Hiện tượng mao dẫn rất dễ xảy ra, điều này sẽ làm tăng thêm khả năng hấp thụ nước của da. Do đó, cần phải làm cho da không thấm nước, đồng thời cũng nên xem xét cải thiện tính chất kỵ nước của sợi da.
Hiện tượng mao dẫn là do lực bám dính và lực ngưng tụ của lớp bám dính phân tử làm cho bề mặt của bề mặt chất lỏng bị uốn cong. Đồng thời, sự tồn tại của sức căng bề mặt gây ra áp suất bổ sung trên bề mặt chất lỏng cong, làm cho chất lỏng cong bề mặt chất lỏng và chất lỏng nằm dưới bề mặt chất lỏng nằm ngang. Chênh lệch áp suất. Chênh lệch áp suất này làm tăng hoặc giảm chất lỏng trong ống mao dẫn, bù lại áp suất bổ sung, do đó cân bằng chênh lệch áp suất. Chất lỏng trong ống mao dẫn tăng hoặc giảm. Có thể đánh giá bằng phương trình Young-Laplace. Phương trình Young-Laplace mô tả mối quan hệ giữa áp suất bổ sung của chất lỏng cong và sức căng bề mặt và bán kính cong của chất lỏng, như thể hiện trong loại 2. △ P = γ (1 R1 + 1 R2) Loại 2: △ P — Chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài bề mặt chất lỏng; γ - hệ số sức căng bề mặt; R1 và R2 — bán kính cong chính của chất lỏng. Xem chi tiết bên dưới:
Như thể hiện trong Hình 2 hệ thống cùng tồn tại ba pha α, β và σ trong khả năng của ống mao dẫn. Nếu cân bằng ba pha xảy ra trong ống mao dẫn có bán kính R, góc tiếp xúc của α là θ. Trong sơ đồ của phương trình Young-Laplace, nếu θ <90 °, thì △ P <0, bề mặt chất lỏng trong ống mao dẫn lõm và lực tác dụng vào chất lỏng bên dưới đang kéo chất lỏng vào ống mao dẫn và làm ướt chất rắn; nếu θ> 90 °, thì △ P> 0 Bề mặt chất lỏng của ống mao dẫn lồi. Bản chất Do đó, để không xảy ra hiệu ứng mao dẫn, về cơ bản là làm cho góc tiếp xúc <90 °, nhưng có thể đạt được bằng cách giảm bề mặt của bề mặt bên trong của mao dẫn để thay đổi sức căng bề mặt của nó.
Thứ ba, cơ chế chống thấm nước phủ da
Bề mặt da là bề mặt đầu tiên tiếp xúc với nước. Ngoài việc thay đổi bề mặt da để ngăn nước từ độ ẩm, cũng có thể thay thế bề mặt da bằng cách thêm một lớp phủ chống nước trên bề mặt da để biến nó thành tuyến phòng thủ đầu tiên của da chống thấm nước. Tinh chất Chìa khóa để thêm lớp phủ này nằm ở độ ẩm của da, độ bám dính của lớp phủ và độ thẩm thấu của bột giấy. Lớp phủ dưới cùng là nền tảng của toàn bộ lớp phủ, và độ bám dính rất quan trọng đối với lớp phủ dưới cùng, vì vậy độ bám dính của lớp phủ là rất cần thiết. Tác động lên lớp phủ có thể được thảo luận từ cả khía cạnh vật lý và hóa học. Bề mặt nhẵn không thuận lợi cho độ bám dính của lớp phủ hơn bề mặt mài mòn. Lý do là có nhiều nếp nhăn, phần nhô ra nhỏ và không đều trên bề mặt mài mòn. Thuận lợi hơn cho việc bám dính. Việc sử dụng các tác nhân liên kết ngang hóa học có thể cải thiện độ chống thấm nước và độ bám dính của lớp phủ. Độ thẩm thấu của bùn dưới cùng cũng là một yếu tố ảnh hưởng chính. Bản thân da là một chất xốp có cấu trúc sợi. Theo quy luật thấm ướt và kết dính, tốc độ thẩm thấu của bột giấy vào thân da liên quan đến nhiều yếu tố.
Công thức SandMeyer mô tả mối quan hệ giữa tốc độ thâm nhập và sức căng bề mặt, độ nhớt và góc tiếp xúc.
Công thức 4: Tốc độ thấm = độ lỗ rỗng × sức căng bề mặt × độ nhớt cosθ
Từ Phương trình 4, chúng ta có thể thấy:
(1) Giá trị chức năng (COSθ) của góc ướt (COSθ) tỷ lệ thuận với tốc độ thấm của bột giấy, cho thấy rằng độ ướt đóng vai trò quan trọng trong quá trình thấm của bột giấy đáy.
(2) Tăng lỗ chân lông, tăng sức căng bề mặt, tăng giá trị chuỗi (COSθ) của góc tiếp xúc và giảm độ nhớt của chất lỏng có lợi cho việc tăng tốc độ làm ướt của chất lỏng. Đồng thời, độ thấm của đáy đáy cũng nên được coi là độ sâu thấm. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sâu thấm về cơ bản giống với các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thấm, nhưng độ sâu thấm của bột giấy tăng lên là để giảm độ nhớt, giảm góc ướt và tăng sức căng bề mặt của bột giấy. Việc giảm góc ướt và cải thiện sức căng bề mặt là trái ngược nhau. Do đó, sức căng bề mặt nên được điều chỉnh thích hợp để làm cho bột giấy thấm sâu hơn. Mặc dù tốc độ thấm tỷ lệ thuận với sức căng bề mặt, nhưng sức căng bề mặt càng lớn thì tốc độ thấm càng lớn thì sức căng bề mặt càng lớn.
Ngoài các yếu tố đã đề cập ở trên, khả năng thẩm thấu của lớp đáy bề mặt da còn liên quan đến nồng độ của nó, trạng thái của da (độ ẩm, độ lỗ chân lông, độ phân cực điện tích, v.v.) và phương pháp phủ.
Thời gian đăng: 30-05-2024