TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ
DIPLOMOVÁ PRÁCE
STANOVENÍ TRVANLIVOSTI HYDROFOBNÍ ÚPRAVY APLIKOVANÉ V PROCESU
DOMÁCÍHO PRANÍ
DETERMINATION OF DURABILITY OF THE HYDROPHOBIC FINISH APPLIED
IN DOMESTIC LAUNDRY PROCESS
Liberec 2014 BC. DIANA ŠTECHOVÁ
Zadání diplomové práce
Bc. Diana Štechová
Stanovení trvanlivosti hydrofobní úpravy aplikované v procesu domácího praní.
1. Proveďte literární rešerši na téma: hydrofobní úpravy, zkoušení vlastností související se smáčivostí povrchu textilních materiálů. Navrhněte experiment hodnocení trvanlivosti úpravy nanesené v domácím prostředí.
2. Na řadě vzorků různě směsovaných tkanin proveďte experimenty vybraných uţitných vlastností (odolností materiálu účinkům vody) po různém počtu cyklů domácího praní.
3. Vyhodnoťte experiment a diskutujte dopad opakovaného praní na účinnost úpravy aplikované procesem domácího praní.
Termín obhajoby: KHT, červen 2014
Literatura:
Pastrnek R., Vlach P.: Finální úpravy textilií, skripta TUL, Liberec 2002 Špeciálne chemické úpravy textilní, Blaţej, A. a kol., Alfa, Bratislava, 1986 ČSN EN 20811 (800818), Textilie. Stanovení odolnosti proti pronikání vody - zkouška tlakem vody, ČNI, 1994.
ČSN EN 24920 (800827)Textilie. Stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení (zkrápěcí metoda), ČNI, 1994.
ČSN EN 29865 (800856) Textilie. Stanovení nepromokavosti plošných textilií Bundesmannovou zkouškou deštěm (ISO 9865:1991), ČNI, 1995.
P r o h l á š e n í
Byla jsem seznámena s tím, ţe na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, ţe Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv uţitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Uţiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu vyuţití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne poţadovat úhradu nákladů, které vynaloţila na vytvoření díla, aţ do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s pouţitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Datum
Podpis
Poděkování
V první řadě bych chtěla poděkovat Ing. Jitce Novákové, která mi velkou měrou pomohla se vznikem této práce. Dále bych chtěla poděkovat panu Prof. Ing. Jiřímu Militkému CSc. a Doc.Ing. Jakubovi Wienerovi, Ph.D. a všem z Katedry materiálového inţenýrství za jejich podporu a trpělivost.
Děkuji také své rodině, které vděčím za moţnost studovat na Technické univerzitě v Liberci a za jejich všestrannou podporu po celou dobu mého studia.
Abstrakt
Tato diplomová práce se zabývá stanovením trvanlivosti hydrofobní úpravy aplikované v procesu domácího praní. Hydrofobní úprava byla nanesena na řadě různě směsovaných textiliích. Textilie byly testovány na stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení (zkrápěcí metoda) a kapkovou metodou po nanesení hydrofobní úpravy a dále byla zkoumána trvanlivost hydrofobní úpravy na řadě vzorků podrobených různému počtu praní. Na vzorcích byla provedena kontrolní zkouška prodyšnosti plošných textilií. Data byla zpracována a vyhodnocena.
Klíčová slova
hydrofobní úprava; smáčivost; trvanlivost; prodyšnost; povrchové smáčení; průnik vody
Abstract
This thesis deals with the determination of durability of water-repellent finish applied in the process of domestic laundry. Hydrophobic finish was applied to a number of differently compound textiles. Textiles were tested to determine the resistance of planar textile surface wetting (water Spray method) and the so called drop method after the hydrophobic finish was applied. Further was tested durability of hydrophobic finish on a number of samples subjected to different number of washing. On a number of samples was carried out testing of textile permeability. Data were processed and analysed.
Keywords
hydrophobic treatment; wettability, durability, breathability surface wetting, water penetration
Obsah
Úvod ... 10
I TEORETICKÁ ČÁST ... 11
1 Hydrofobní úprava ... 11
1.1 Způsoby hydrofobních úprav ... 11
1.2 Hydrofobizace ... 12
1.3 Předúprava povrchu textilie ... 13
1.4 Přípravky a technologické postupy hydrofobních úprav ... 13
Parafinové emulze s hlinitými a zirkoničitými solemi ... 14
1.4.1 Kvarterní amoniové sloučeniny ... 15
1.4.2 Komplexy karboxylových kyselin s chromitými solemi ... 16
1.4.3 Substituované reaktoplasty ... 17
1.4.4 Hydrofobní prostředky na bázi polysiloxanů ... 18
1.4.5 Fluorkarbonové prostředky ... 21
1.4.6 Dendrimery ... 22
1.4.7 1.5 Hodnocení jednotlivých hydrofobních úprav ... 26
2 Zkoušky vlastností souvisejících se smáčivostí povrchu textilních materiálů ... 27
2.1 Stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení, tzv. Spray test .. 27
2.2 Stanovení odolnosti proti pronikání vody tzv. vodní sloupec ... 29
2.3 Stanovení nepromokavosti plošných textilií Bundesmannovou zkouškou deštěm .. 30
2.4 Stanovení savosti plošných textilií ... 32
2.5 Kapková metoda ... 33
3 Zjišťování prodyšnosti plošných textilií ... 37
4 Praní ... 39
4.1 Smáčení ... 39
4.2 Vlastní praní ... 40
4.3 Oplachování ... 40
4.4 Účinnost praní ... 40
II EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 41
5.1 Cíl experimentální části ... 41
5.2 Postup přípravy a testování vzorků ... 41
5.3 Výběr zkoumaných vzorků ... 42
5.5 Výběr pouţitých prostředků ... 47
Prací gel Coral Sport & Outdoor ... 47
5.5.1 Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® ... 48
5.5.2 Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in ... 49
5.5.3 5.6 Předúprava textilie ... 50
Důkaz škrobové šlichty přímo na povrchu vláken ... 50
5.6.1 Alkalická vyvářka ... 50
5.6.2 5.7 Příprava automatické pračky před experimentem ... 51
5.8 Příprava vzorků před testováním ... 51
5.9 Provedení experimentu ... 51
Postup aplikace hydrofobního přípravku BIONIC FINISH ECO® ... 51
5.9.1 Postup aplikace hydrofobního přípravku TX.Direct® Wash-in ... 52
5.9.2 Praní ... 52
5.9.3 Testování pomocí kapkové metody ... 53
5.9.4 5.9.4.1 Vyhodnocení kapkové metody ... 53
Stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení, tzv. Spray test 60 5.9.5 5.9.5.1 Příprava zkušebních vzorků ... 60
5.9.5.2 Princip a průběh měření ... 60
5.9.5.3 Vyhodnocení Spray testu ... 61
Zjišťování prodyšnosti plošných textilií ... 67
5.9.6 5.9.6.1 Příprava zkušebních vzorků ... 68
5.9.6.2 Princip a průběh měření ... 68
5.9.6.3 Vyhodnocení prodyšnosti ... 68
Doplňkové testování vzorků bez hydrofobní úpravy ... 71
5.9.7 Rozměrová stálost ... 71
5.9.8 III ZÁVĚRY A DOPORUČENÍ... 72
Seznam pouţité literatury ... 74
Seznam obrázků ... 77
Seznam tabulek ... 79
Seznam příloh ... 79
Přílohy ... 81
A Naměřená a vypočítaná data ... 81
B Výstupní data z QC Expertu ... 86
B.1 Výstupní data prodyšnosti 100% polypropylenu ... 86
B.2 Výstupní data prodyšnosti 65% polypropylenu a 35% bavlny ... 86
B.3 Výstupní data prodyšnosti 50% polypropylenu a 50% bavlny ... 87
B.4 Výstupní data prodyšnosti 35% polypropylenu a 65% bavlny ... 87
B.5 Výstupní data prodyšnosti 100% bavlny ... 88
B.6 Výstupní data prodyšnosti 100% polyesteru ... 88
B.7 Výstupní data prodyšnosti 65% polyesteru a 35% bavlny ... 89
B.8 Výstupní data prodyšnosti 40% polyesteru a 60% bavlny ... 89
B.9 Výstupní data prodyšnosti 100% bavlny ... 90
C Grafy ... 91
Seznam použitých symbolů
°C stupeň celsia
mN.m-1 milinewton na metr
g gram
ml mililitr
l litr
g.l-1 gram na litr
s sekunda
min minuta
ml/min mililitr na minutu
cm centimetr
cm2 centimetr čtvereční
Pa pascal
ot/min otáčky za minutu
U přírůstek hmotnosti [%]
mv hmotnost po zkrápění [g]
mk hmotnost před zkrápění [g]
γsg mezifázové napětí na rozhraní textilie – plyn [N.m-1] γsl mezifázové napětí na rozhraní textilie – kapalina [N.m-1] γlg mezifázové napětí na rozhraní kapalina – plyn [N.m-1] θ úhel smáčení [°]
R prodyšnost [mm.s-1]
aritmetický průměr z n měření rychlost průtoku vzduchu [l.min-1] A plocha měřící čelisti [cm2]
167 přepočítávací faktor z [l.min-1.cm2 ] na [mm.s-1]
n počet měření
qv
Úvod
K významným oblastem textilního průmyslu patří zušlechťování a finální úpravy textilií. Cílem finální úpravy textilií je zlepšení vlastností textilie.
Hydrofobní úprava propůjčuje textiliím odolnost vůči průniku vody. Vývoj této úpravy se vlivem nových technologií výrazně posunul.
Na počátku se hydrofobní úprava na textilie natírala ve formě roztavených vosků a parafinů. Samozřejmě tento způsob nebyl dokonalý, protoţe úprava nebyla prodyšná a stálá při praní. V dnešní době se na oděvní materiály jiţ nepouţívá. Je překonána novými technologiemi. Byly vyvinuty nové produkty, které se na textilie aplikují např.
kvarterní aminové sloučeniny, komplexy karboxylových kyselin s chromitými solemi, substituované reaktoplasty, hydrofobní prostředky na bázi polysiloxanů, fluorkarbonové prostředky, dendrimery aj.
Různé firmy nabízí zákazníkům hydrofobní přípravek určený pro aplikaci v domácím prostředí. Nabízí tedy moţnost pro běţného spotřebitele, provést doma ošetření svého oblečení přípravkem na hydrofobní úpravu. Způsob impregnace je jednoduchý. Aplikuje se při běţném pracím cyklu.
Cílem diplomové práce bylo vyhodnocení účinnosti hydrofobní úpravy na vzorcích „hydrofilní“ bavlny směsované s různě vysokým podílem „hydrofobních“
polypropylenových a polyesterových vláken před a po impregnaci a po 1., 3. a 5. pracím cyklu. Byl také pozorován vliv podílu bavlny a polypropylenu na hydrofobní úpravu.
I TEORETICKÁ ČÁST
1 Hydrofobní úprava
Hydrofobní úprava je ochranná finální úprava textilie. Touto úpravou se potlačuje smáčivost textilie a aplikací hydrofobního přípravku se stává vodoodpudivou.
Aplikuje se především na textilie pro svrchní oblečení. Nejčastěji na textilie z přírodních vláken např. na bavlnu a také na její směsi s vlákny syntetickými např.
polyester/bavlna. [1]
Základním poţadavkem hydrofobní úpravy je docílit účinnou nesmáčivost textilie při zachování výhodných vlastností původní textilie (prodyšnost, omak, pevnost, taţnost apod.). Toho se dosahuje tím, ţe se povrch materiálu napreparuje (obalí) tenkým filmem hydrofobní látky. [1]
Z upravené textilie voda při dešti stéká tzv. se odperluje a substrát se nepromáčí.
Hydrofobní úprava póry textilie nezalepí, ani výrazně nezmenší, a proto můţe voda do textilie vniknout pouze pod určitým tlakem. Takové protlačování vody textilií můţe nastat např. v podpaţí, při opásání svrchního pláště, pouţitím batohu apod. [1]
1.1 Způsoby hydrofobních úprav
Všechny hydrofobní úpravy jsou zaloţeny na sníţení bobtnání vláken. Bobtnání sníţíme blokováním hydrofilních skupin hmoty vlákna a smáčivost sníţíme zvýšením povrchového napětí vlákna. [16]
Zásady pro dosaţení kvalitního hydrofobního efektu:
1) hladká, rovnoměrná, uzavřená struktura tkaniny s jemnými kapilárami 2) čistý povrch zbavený všech chemikálií
3) nízká hmotnost bobtnání vlákna po úpravě
4) uzavřený a vysoce účinný film na povrchu textilie 5) velký smáčecí úhel hydrofobizační látky na textilii
6) velká adheze substance hydrofobní úpravy k povrchu textilie [17]
Na kvalitu má vliv i stav tkaniny před úpravou. Viz kapitola 1.6 Předúprava povrchu textilie.
V praxi se rozlišuje úprava:
1) neprodyšná – vodotěsná – u této úpravy musí textilie odolat určitému tlaku vodního sloupce většímu neţ 1000 mm, dokud nedojde k průniku několika kapek vody. Úprava se provádí povrstvením nebo zatíráním latexy, termoplastickými pryskyřicemi apod.
Nanesený film musí být dostatečně pruţný, pevný s dostatečnou adhezí. Takto upravené textilie jsou neprodyšné, a proto nejsou vhodné pro oděvy. Jejich nošení by bylo nehygienické. Vyuţívají se pro technické tkaniny např. pro plachtoviny všeho druhu apod. [2]
2) prodyšná
a) s odperlujícím efektem – úprava se provádí tak, ţe se povrch textilie obalí hydrofobním tenkým filmem, tudíţ do nich nemůţe proniknout voda. Textilie zůstává prodyšná. Vyuţívají se pro sportovní oblečení např. pro plášťoviny, větrovky apod. [2]
b) nepromokavá – úprava je schopna vodu nejen odráţet, ale i zabránit jejímu pronikání tkaninou. Prodyšnost upravené tkaniny je v menší míře zachována. Vyuţívají se na pláště a pracovní oděvy určené do deště, stanoviny apod. [2]
Hydrofobní úpravu je moţné provádět buď zaplněním pórů tkaniny nebo pleteniny filmotvornými látkami, a nebo nanesením látek s nízkým povrchovým napětím. [4]
„Povrch textilie můţe být smáčen kapalinou, pouze pokud má textilie vyšší povrchové napětí neţ kapalina. Povrchové napětí destilované vody při 20 °C je 72 mN.m-1.“ [4]
1.2 Hydrofobizace
„Hydrofobizací se musí na textilii vytvořit film, který svou elasticitou
hydrofobní vrstvy. Vodoodpudivost se v těchto místech sníţí. Hydrofobizace je vidět na obrázku č. 1. [2]
Obrázek č. 1 Hydrofobizace [2]
Legenda: 1 – hydrofilní povrch tkaniny, 2 - polární skupina, 3 - hydrofobizující substituent, 4 – hydrofobní povrch
1.3 Předúprava povrchu textilie
Kvalitu hydrofobní úpravy ovlivňuje několik faktorů. Samozřejmě hydrofobizační prostředek, ale i stav tkaniny před úpravou. Většina tkanin je jiţ předupravena a nebo u ní není předúprava potřeba. V experimentu byla pouţita bavlněná a polypropylenová textilie a jejich směsi, která nebyla předupravena.
Předúprava bavlněné textilie zahrnuje odstranění všech nečistot hydrofilního charakteru jako např. šlichet, preparací a aviváţí. Odstraněním všech alkálií a povrchově aktivních látek dosáhneme poţadované hydrofobní úpravy. Je to základní předpoklad k dosaţení optimálního hydrofobního účinku. [2]
1.4 Přípravky a technologické postupy hydrofobních úprav
Hydrofobní úpravy můţe být na textilii dosaţeno pouţitím různých typů hydrofobních prostředků [1] :
- parafinové emulze s hlinitými nebo zirkoničitými solemi - deriváty vyšších mastných kyselin
- silikony
- fluorkarbonové prostředky - perfluoralkany (oleofobní i hydrofobní úprava) - dendrimery
Druh pouţitého hydrofobního přípravku určuje vhodnost pro jednotlivé druhy textilních materiálů a ovlivňuje kvalitu úpravy, její stálosti v praní nebo chemickém čištění, dosaţený omak aj. Při výběru optimálního typu hydrofobního přípravku je také rozhodující cena, která se u jednotlivých přípravků velmi liší. [1]
Parafinové emulze s hlinitými a zirkoničitými solemi 1.4.1
V této kapitole budou popsány charakteristiky a pouţití parafinové emulze s hlinitými a zirkoničitými solemi.
1) Hlinitá sůl / parafinová emulze
Parafinové emulze s hlinitými solemi (viz obrázek č. 2) jsou buď s ochranným koloidem (klíh, ţelatina nebo polyvinylalkohol) nebo bez něho. „Prostředky obsahující ochranný koloid jsou velmi levné, úpravy však neposkytují dokonalý odperlující efekt.“
Naproti tomu prostředky bez ochranných koloidů pro svou kombinovatelnost s močovinoformaldehydovými a melaminoformaldehydovými pryskyřicemi dosahují velmi dobrých výsledků na celulózových artiklech, především z regenerovaných vláken.
[2, 9]
Jsou vhodné na úpravu tkanin, u kterých se nevyţaduje stálost hydrofobního efektu v praní např. na tkaniny pro slunečníky. Aplikují se na bavlnu, vlnu a viskózovou střiţ. [2, 9, 11]
Obrázek č. 2 Parafinové emulze s hlinitými [2]
2) Zirkoničitá sůl / parafinová emulze
Parafinové emulze se zirkoničitými solemi (viz obrázek č. 3) ve srovnání s hlinitými solemi poskytují lepší vodoodpudivý efekt, dokonalejší odperlování kapek a vyšší stálost v chemickém čištění a praní. Tyto emulze lze kombinovat s prostředky pro nesráţivou a neţehlivou úpravu. [2, 9]
Jsou vhodné pro celulózové, vlněné a polyamidové materiály. [2, 9]
Z technologického hlediska se pouţívají teplé napouštěcí lázně, kde se koncentrace produktu pohybuje od 40 do 80 g.l-1. Suchý přívaţek se pohybuje od 20 do 40 %. Mokrý přívaţek se pohybuje od 70 do 90 %. Úprava je ukončena zasušením. Lze aplikovat na fuláru. [2, 9]
Obrázek č. 3 Parafinová emulze se zirkoničitými solemi [2]
Kvarterní amoniové sloučeniny 1.4.2
Tato skupina propůjčuje tkanině vedle hydrofobního efektu i měkkost a teplý omak. Na obrázku č. 4 je vidět Alkoxymethelpyridiniumchlorid.
Obrázek č. 4 Alkoxymethelpyridiniumchlorid [2]
Sloučeniny tohoto typu představují reaktivní produkty, které se váţí s OH skupinami celulózy kovalentní vazbou. Během reakce vzniká hydrochlorid pyridinu jako vedlejší produkt a poškozuje částečně celulózová vlákna. Poškození celulózového podílu se zabrání tím, ţe se přidá tlumící roztok octanu sodného. Na obrázku č. 5 je vidět reakce alkoxymethylpyridiniumchloridu s celulózou. [2]
Obrázek č. 5 Reakce alkoxymethylpyridiniumchloridu s celulózou [2]
Jsou vhodné pro úpravu tkanin deštníků, kde zajišťují také úpravu proti posunu nití. Dále se pouţívají pro bavlněná a polyamidová vlákna a jejich směsi. Vzhledem k charakteru uvolňovaných vedlejších produktů a horší stabilitě napouštěcích lázní ztrácejí prostředky na této bázi na významu. [2]
„Při vlastní technologické aplikaci se pouţívá v napouštěcí lázni 25 – 60 g.l-1 prostředku při 40 °C a pH 6 – 7. Po vysušení při 100 °C musí následovat 5 – 6 minut kondenzace při 130 – 150 °C. Pyridin je nutno odstranit intenzivním praním.“ [2]
Komplexy karboxylových kyselin s chromitými solemi 1.4.3
Jejich příprava probíhá reakcí hydroxochloridu chromitého CrOHCl2 s vyššími karboxylovými kyselinami v alkalickém prostředí (viz obrázek č. 6). [2, 9]
Obrázek č. 6 Příprava komplexů karboxylových kyselin [2]
Komplex je kationaktivní a velmi dobře natahuje na záporně nabitý povrch vlákna. Vzniklý komplex se zvýšením pH hydrolyzuje na hydrokomplex a zahřátím nad teplotu 80 °C dehydratuje a kondenzuje (viz obrázek č. 7). [2, 9]
Obrázek č. 7 Dehydratace a kondenzace hydroxokomplexů [2]
Kondenzační produkt má dlouhé alkylové řetězce orientovány kolmo k povrchu vlákna a tím tvoří jeho nový povrch s vysokým povrchovým napětím, po kterém vodní kapky sklouzávají. Na povrchu vláken je vázán koordinačními vazbami. Při hydrolýze dochází k uvolnění kyseliny chlorovodíkové, a proto je potřeba ji při hydrofobizaci neutralizovat octanem sodným. [2, 9]
Jsou vhodné pro všechny typy vláken, jako je např. vlna, bavlna, polyamid, polyester a viskózové hedvábí. Úprava je stálá v praní i při chemickém čištění.
Nevýhodou je zelené zabarvení komplexu, které ovlivňuje bělost výrobků. [2, 9]
Technologie nanesení je jednoduchá. Stačí pouhé naimpregnování textilie napouštěcí lázní obsahující 10 – 30 g.l-1 prostředku a 5 g.l-1 octanu sodného a její zasušení při teplotách 100 aţ 120 °C. [2, 9]
Substituované reaktoplasty 1.4.4
Jedná se o prostředky na bázi substituovaných N – hydroxymethylmelaminů nebo N – hydroxymethylmočovin s dlouhými alkyly. Stavby těchto prostředků jsou patrné z následujícího obrázku č. 8. [2, 9]
Obrázek č. 8 Substitované reaktoplasty [2]
Kondenzace probíhají za vysokých teplot a katalyzují se síranem hlinitým.
Zreagují všechny volné N – hydroxymethylové skupiny za tvorby hydrofobního filmu na povrchu vláken. Dochází i k reakci s – OH skupinami celulózy. [2, 9]
Jsou vhodné zejména pro celulózová vlákna, ale dají se pouţít i na vlnu, polyamid a polyester. Úprava má dobré stálosti v praní a chemickém čištění.
Hydrofobní efekt se zvyšuje přídavkem parafinů a vosků s emulgátory. [2, 9]
Příprava emulze je sloţitější. Produkt se taví přehřátou parou. Vzniklá tavenina se vmíchá do 40% kyseliny octové. Po zředění a přídavku katalyzátoru (síranu hlinitého) je napouštěcí lázeň připravena k pouţití. Po usušení textilie je zapotřebí provést kondenzaci při teplotách vyšších neţ 120 °C. [2, 9]
Hydrofobní prostředky na bázi polysiloxanů 1.4.5
Úprava se vyznačuje velmi dobrým hydrofobním efektem. Textilie mají měkký a hladký omak a nesníţenou prodyšnost. Úprava příznivě ovlivňuje nemačkavost materiálu a materiály jsou stálejší proti chemickým a povětrnostním vlivům.
Polysiloxynové prostředky vytvářejí pruţné hladké filmy, které sniţují adhezi vláken v přízi a také adhezi přízí v plošné textilii. Následkem je pokles pevnosti o 5 - 15 % a zvýšení posuvu nití ve švu. Nevýhodou je vysoká cena a citlivost na předúpravu
negativně ovlivnit pevnost materiálu a stálost zabarvení při otěru. Výrobci je kombinuji s anorganickými a organickým sloučeninami, tím se sniţují jejich negativa. Úprava také zhoršuje ţmolkovitost, textilie mají pouze průměrnou odolnost při praní a chemickém čištění. Pokud je pouţito nadměrné dávkování prostředku dochází k tvorbě tzv. silikonové dvouvrstvy, která naopak vodoodpudivost sniţuje. [1, 2,10, 11]
Uplatňují se z několika důvodů: [2]
- moţnost syntézy z elementárního křemíku - dostatečná stálost úpravy
- snadná aplikace
- pouţití pro všechny typy vláken - výborný odperlující efekt - příjemný omak
Hydrofobní prostředky na bázi polysiloxanů jsou tvořeny polysiloxanovým řetězcem, který vzniká polymerací hydrogenmethylpolysiloxanu nebo dimethylpolysiloxanu. Tyto prostředky na bázi polysiloxanů jsou výborně filmotvorné díky jejich schopnosti se prostorově zesíťovat. Pro polymeraci siloxanů se pouţívají organické nebo anorganické katalyzátory, které ovlivňují i konečnou fixaci polysiloxanů. Tenká vrstvička polysiloxanu, která se vytvoří na vlákně je chemicky vázána na vlákno a také je poutána k povrchu vlákna vodíkovými můstky a van der Waalsovými silami. [11]
Pro pouţití v textilním průmyslu jsou vhodné dva typy sloučenin, které jsou obvykle na bázi kopolymerů HMPS a DMPS, kdy pro vytvoření dostatečného efektu stačí několik minut a teplota 120 - 150 °C. [2, 12]
Obrázek č. 9 Polysiloxany vhodné pro hydrofobní úpravu [2]
„Vytvoření síťovité struktury silikonpolymerních filmů, které vynikají adhezí a stálostí, umoţňuje především nestálá a reaktivní skupina Si – H, protoţe poskytuje
velmi snadno reakci s kyslíkem a tvorbu stabilních Si – O – Si vazeb (viz obrázek č. 10):“ [2]
Obrázek č. 10 Vytvoření síťovité struktury silikonpolymerních filmů [2]
Hydrofobní efekt zabezpečují orientované methylové skupiny (viz obrázek č. 11):
Obrázek č. 11 Orientace methylových skupin na polysiloxanovém povrchu [2]
Polymerace siloxanů a orientace methylových skupin se zajišťuje speciálními katalyzátory na bázi anorganických nebo organických sloučenin. Do skupiny anorganických katalyzátorů patří vodorozpustné soli Zr, Ti, Sn a Zn ve formě chloridů a oxychloridů. Do skupiny organických katalyzátorů patří zinečnaté soli kyseliny laurové a kaprylové, dibutylcíndilaurát nebo katalyzátory na bázi glycidylpolyaminů nebo glycidylamidů. Při sušení a kondenzaci zirkonu a cínu dochází k odštěpování kyseliny chlorovodíkové, která se musí tlumit octanem sodným. [2, 11]
V současné době se preferují katalyzátory na bázi organokovových solí.
Rychlost polymerace závisí na teplotě a volbě katalyzátoru. Kombinovaný silně kyselý katalyzátor ZrOCl2 / ZnCl2 urychluje polymeraci. Stačí pouze jeden průchod zboţí sušícím rámem při teplotě 110 - 120 °C. Během skladování upraveného zboţí dochází k dodatečné polymeraci polysiloxanů a ke zlepšení odperlujícího efektu. Předpokladem je však dostatečně velký teplotní šok při předchozí polymeraci. Tento typ katalyzátoru nelze pouţít do impregnačních lázní obsahující předkondenzáty na bázi
Úpravnická lázeň se připravuje naředěním silikonové emulze s vhodným katalyzátorem příslušným rozpouštědlem H2O. Vlastní úprava se provádí postupem Pad – Dry. Koncentrace napouštěcích lázní se pohybuje mezi 40 - 80 g.l-1. Teplota polymerace bývá 140 – 160 °C po dobu okolo 5 minut. Podmínky úpravy závisí na druhu materiálu, ze kterého je textilie vyrobena. [2, 9]
Fluorkarbonové prostředky 1.4.6
Tato úprava patří k nejstálejším zpracováním vůbec. Má tu vlastnost, ţe sniţuje povrchové napětí textilních materiálů. Kromě hydrofobní úpravy poskytuje i oleofobní úpravu. Ochraňuje před deštěm, ale i proti nečistotám a skvrnám. [13]
Prostředky obsahují perfluorované alkylové skupiny. Úprava perfluorkarbonovými prostředky zajišťuje sníţení kritického povrchového napětí a i povrchovou energii textilních vláken. Povrch textilního materiálu můţe být smáčen kapalinou pouze tehdy, pokud má kapalina niţší povrchové napětí. Na sníţení povrchového napětí má vliv orientace, délka perfluorovaného řetězce a chemická konstituce fluorkarbonových skupin. Mezi koncovou skupinou a povrchem vláken musí leţet řetězec nejméně šesti uhlíků substituovaných fluorem. Tím je zaručena volná pohyblivost –CF3. Prostředky s dobrou účinností musí obsahovat perfluorovaný alkyl sloţený podle vzorce CF3(CF2)6–, viz obrázek č. 13. Účinnost je ovlivněna koncentrací přípravku na textilii a správným postupem při sušení a fixaci. Uspořádání fluorkarbonů na textilním substrátu je vidět na obrázku č. 12. [1, 11, 14, 15]
Obrázek č. 12 Uspořádání fluorkarbonů na textilním substrátu [15]
Obrázek č. 13 Schéma struktury perfluorovaného alkylu [1]
Jsou vhodné pro materiály z celulózových vláken, vlny, polyakrylonitrilu, polyamidu, polyesteru a jejich směsi. [15]
Prostředky se mohou aplikovat fulárovým nebo vytahovacím způsobem z vodního prostředí či z organických rozpouštědel. Poté se usuší při teplotách 110 – 120 °C a dále následuje kondenzace po dobu 30 – 60 s při teplotách 140 – 160 °C.
[15]
Dendrimery 1.4.7
Základní myšlenkou úprav vyuţívajících vlastnosti dendrimerů je pouţití syntetizovaných lineárně strukturovaných polymerů tzv. dendrimerů, viz obrázek č. 14, (z řeckého slova dendros = strom). Jedná se o molekuly s vysoce organizovanou prostorovou strukturou. Jsou to první syntetické makromolekuly s přesně definovanou velikostí (polydisperzita ≈ 1,00), a to i v oblasti nejvyšších molekulových hmotností.
Struktura dendrimerů je tvořena jádrem, vnitřním prostorem a povrchem. Jádro dendrimeru je povaţováno za molekulární informační centrum, jehoţ velikost, tvar, směrovost a multiplicita se promítá prostřednictvím kovalentních vazeb do vnějších vrstev. Ve vnitřním prostoru se nalézá oblast geometricky se mnoţících větvících skupin. Tato oblast definuje typ a velikost prázdných prostorů uvnitř sférického prostoru. Velikost těchto prostorů a jejich případné vyplnění rozpouštědlem jsou určující pro host-guest interakce dendrimerů a jejich případné vyuţití v supramolekulárních aplikacích. Povrch se skládá z reaktivních popř. pasivních termálních skupin, které mohou vykonávat různé funkce. Kromě výchozího bodu pro výstavbu následující generace dendrimeru, mohou slouţit také jako membrány kontrolující vstup nebo výstup molekuly hosta z nebo do interiéru dendrimeru. Tyto tři
sloţky ovlivňují fyzikální a chemické vlastnosti výsledné nanostruktury a také velikost, tvar a flexibilitu dendrimeru.
Obrázek č. 14 Struktura dendrimeru [25]
Rozvětvená struktura se inspirovala přírodou. Vyuţívají se polymery, které napodobují rozvětvenou propletenou strukturu ptačího peří a svou vysokou hustotou téměř zamezují proniknutí vody. Jedná se o inteligentní sebeorganizaci, která poskytuje optimální vodoodpuzující účinek. Dendrimery představují z hlediska makromolekulární architektury zcela ojedinělé nové typy polymerů, jejichţ sloţení, velikost a funkce jsou přesně kontrolovány během jejich vzniku. Protoţe molekuly vznikají přesně definovanými kroky, je jejich polydisperzita extrémně malá ≈ 1-1,5. Dendrimery lze přirovnat k vysoce organizovaným biomolekulám typu DNA nebo proteinů, jejichţ architektonické uspořádání je v biologickém prostředí schopno velmi přesně zachovávat velikost, tvar, topologii, flexibilitu i vlastnosti povrchu makromolekuly, coţ je vyţadováno i od dendrimerů. [25, 27]
Dendrimery se připravují syntézou dendrimerů, která zahrnuje opakované střídání reakcí růstu a reakcí aktivace. Tyto reakce jsou často uskutečňovány na mnoha místech ve stejné molekule současně. Podle způsobu růstu dendrimeru se syntézy dělí na divergentní (viz obrázek č. 15) a konvergentní (viz obrázek č. 16). První popsaná metoda syntézy dendrimerů byla tzv. divergentní metoda. Při tomto postupu dochází k růstu dendronu od jádra směrem k periferii a v kaţdém dalším kroku se nabaluje jedna vrstva větvících segmentů za vzniku dendrimeru n-té generace. Kaţdý krok reakce musí být řízen, aby se zabránilo vzniku vad v dendrimeru. Tímto způsobem byla připravena
většina známých dendrimerů a připravuje se tak i většina dnes dostupných produktů.
[25, 26, 28]
Obrázek č. 15 Divergentní syntéza [25]
Konvergentní syntéza spočívá v růstu molekuly směrem od povrchu ke středu.
Tímto způsobem vznikají dendrony, které se poté v místě přípojného bodu nechají reagovat s multifunkčním jádrem za vzniku dendrimeru. Konvergentní syntéza umoţňuje přípravu asymetrických dendrimerů. [25, 26]
Obrázek č. 16 Konvergentní syntéza [25]
Dendrimery lze vyrábět postupně tím, ţe se kombinují multifunkční součásti.
S kaţdým syntetickým krokem těchto větvených polymerů roste počet reaktivních koncových skupin exponenciálně, viz obrázek č. 17. Zvláštní řízení reakcí má za následek vysokou hustotu voděodolných skupin. Tyto vysoce větvené hydrofobní polymery jsou vysoce účinné a vzhledem ke své struktuře sítě, mají sklon k sebeorganizaci a krystalizaci. [19, 20]
Obrázek č. 17 Stavba dendrimerů a jejich růst [19]
Pro optimální orientaci, která se váţe k povrchu vláken se kromě dendrimerů vyuţívají i specificky upravené „hřebenové“ polymery, viz obrázek č. 18. Tohoto efektu bylo dosud moţné dosáhnout jedině pomocí fluorkarbonových polymerů. [19]
Obrázek č. 18 Vodoodpudivý efekt s hydrofobní úpravou na textilii [19]
Dendrimery jsou dobře rozpustné, coţ je dáno jejich povrchem. Pokud mají hydrofilní skupiny – hydroxylové nebo karboxylové kyseliny na konci řetězce jsou rozpustné v polárních rozpouštědlech. Jestliţe mají hydrofobní skupiny, jsou rozpustné v nepolárních rozpouštědlech. Také hustota konečných skupin má vliv na rozpustnost.
[29]
Přípravek neobsahuje fluorkarbony a odpuzuje vodu a nečistoty. Tato úprava nevyţaduje po domácím praní silné tepelné ošetření, protoţe účinky jsou zachovány i po běţném sušení. Jelikoţ neobsahuje formaldehyd a ani parafin je zachována prodyšnost textilie, coţ je důleţité pro sportovní a outdoorové oblečení. Povrch textilie je po úpravě měkký. Je vhodný pro všechny typy vláken. Jeho aplikace je energeticky úsporná. [19]
Dokončovací produkty BIONIC FINISH® jako je například RUCO®
ECO-DRY, jsou speciálně vyvinuté jako ekologická alternativa k pouţívaným fluorovým produktům. Podle OECD testů lze tyto výrobky snadno odstranit z odpadní vody a je neškodný. ®RUCO ECO-DRY neobsahuje organické halogenové sloučeniny, a proto nemůţe přispívat k hodnotě AOX nebo uvolňovat fluorové sloučeniny. [19]
1.5 Hodnocení jednotlivých hydrofobních úprav
Nejkvalitnější hydrofobní úpravy se dosahuje silikony. Kromě vysoké účinnosti a stálosti má upravená textilie příjemný omak. [1]
Parafinové emulze se kombinují s mýdly, vosky a tuky. Jsou účinné, jednoduše se aplikují, ale mají malou stálost v chemickém čištění. [1]
Úprava perfluoralkany je nejenom hydrofobní, ale odpuzuje také mastnoty a mastné nečistoty, a je tedy zároveň oleofobní a nešpinivá. [1]
2 Zkoušky vlastností souvisejících se smáčivostí povrchu textilních materiálů
Vlastní účinnost hydrofobizačních prostředků je dána dosaţenými efekty tj. nepropustností pro vodu a nepromokavostí.
Existuje celá řada zkoušek na zjištění účinnosti hydrofobizačních prostředků.
Nejznámější zkoušky jsou stručně popsány v této kapitole.
2.1 Stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení, tzv. Spray test
Měření odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení podléhá normě ČSN EN 24920. Přesný název normy zní: „Textilie. Stanovení odolnosti plošných textilií vůči povrchovému smáčení (zkrápěcí metoda).“ Norma byla vydána Českým normalizačním institutem v roce 1994. Zařízení je vidět na obrázku č. 19. Standardní stupnici ISO pro hodnocení zkrápění je vidět na obrázku č. 20. [5]
Podstata zkoušky:
Vzorek textilie se upevní do kruhového drţáku lícem nahoru. Drţák svírá s podloţkou úhel 45°. Vzorek se zkrápí standardním mnoţstvím destilované vody z konstantní výšky. Voda protéká nálevkou se sprchovým nástavcem, který má určitý počet otvorů o dané velikosti. Zkrápění musí být nepřetrţité a celé mnoţství vody musí protéct za 25 ÷ 30 s. Ihned po ukončení zkrápění se drţák se vzorkem sejme, otočí se lícní stranou dolů a silně se dvakrát udeří rámečkem o tvrdý předmět, aby se odstranily kapky ulpělé na vzorku. Během tohoto postupu je vzorek ve vodorovné poloze.
Po oklepnutí se vzorek ponechá v drţáku a hodnotí se podle předepsané srovnávací stupnice. Hydrofobnost se určuje buď podle etalonu, nebo přírůstkem hmotnosti v procentech. [5]
Přírůstek hmotnosti U, vyjádřená v procentech, se vypočítá ze vztahu (1):
100 (1)
K K V
m m U m
mv – hmotnost po zkrápění [g]
mk – hmotnost před zkrápění [g]
Norma udává následující podmínky:
Velikost vzorků musí být 18 x 18 cm. Zkrápění 250 ml destilované vody o teplotě 20 2 °C. Zkouška se provádí na nejméně 3 vzorcích. [5]
Výsledek zkoušky vyjadřuje míru odolnosti povrchu plošných textilií vůči smáčení tzv. stupeň smáčení povrchu. [5]
Popis zařízení:
Zařízení se skládá ze svisle umístěné nálevky o průměru 150 mm s kovovou trubicí, která je připevněná pryţovou hadicí o vnitřním průměru 10 mm na výtokový otvor. Vzdálenost horního okraje nálevky od spodního okraje zkrápěcí trubice je 190 mm. Kovová zkrápěcí trubice má vypouklý povrch, na kterém je 19 otvorů o průměru 0,9 mm. Drţák pro upevnění vzorku se skládá ze dvou kovových krouţků, které do sebe vzájemně zapadají. Jeden krouţek má vnitřní průměr 150 mm a druhý má vnější průměr 150 mm. Krouţky musí být poloţeny tak, aby byly skloněny pod úhlem 45°. Střed zkoušené plochy je 150 mm pod středem zkrápěcí trubice. [5]
Legenda:
1 - skleněná nálevka 2 - kruhový drţák
3 - pryţová kruhová spojka 4 - nástavec pro zkrápění vody 5 - vzorek
6 - rámeček pro upnutí vzorku 7 - podstavec
Obrázek č. 20 Standardní stupnice ISO pro hodnocení zkrápění [5]
2.2 Stanovení odolnosti proti pronikání vody tzv. vodní sloupec
Měření odolnosti proti pronikání vody podléhají normě ČSN EN 20811, ISO 811:1981. Přesný název normy zní: „Textilie. Stanovení odolnosti proti pronikání vody. Zkouška tlakem vody.“ Norma byla vydána Českým normalizačním institutem v roce 1994. Přístroj je vidět na obrázku č. 21. [3]
Norma udává následující podmínky:
Tlak vody můţe na vzorek působit zespodu nebo shora. Velikost upínaného vzorku musí být 100 cm2. Vzorek musí být upnut tak, aby byl vodorovný, nevydouval se, v upínacích přírubách neprokluzoval, u upínacích přírub během zkoušky neprosakovala voda a bylo u sevřeného okraje co nejvíce zabráněno pronikání vody.
Voda by měla být destilovaná nebo zcela neionizovaná a měla by mít teplotu (20 ± 2) °C nebo (27 ± 2) °C. Rychlost zvyšování tlaku vody musí být (10 ± 0,5) nebo (60 ± 3) cm vodního sloupce za minutu. Zkouška se provádí na nejméně 5 vzorcích, u kterých se musí poznamenat, která strana vzorku se zkoušela. Jednotlivé výsledky a průměrná hodnota tlaku se musí zaznamenat. [3]
Všechny tyto aspekty by měly být uvedeny v protokolu o zkoušce.
Výsledek zkoušky přímo vyjadřuje odolnost výrobku z plošných textilií proti krátkodobému nebo střednědobému působení tlaku vody. [3]
Obrázek č. 21 Přístroj Hydrostatic Head Tester [21]
2.3 Stanovení nepromokavosti plošných textilií Bundesmannovou zkouškou deštěm
Měření nepromokavosti plošných textilií podléhá normě ČSN EN 29865, ISO 9865:1991. Přesný název normy zní: „Textilie. Stanovení nepromokavosti plošných textilií Bundesmannovou zkouškou deštěm.“ Norma byla vydána Českým normalizačním institutem v roce 1994. Přístroj je vidět na obrázku č. 22. Stupnice pro stanovení odperlovacího efektu je vidět na obrázku č. 23. [6]
Podstata zkoušky:
Působení vody na vzorky plošných textilií, zkrápění umělým deštěm za stanovených podmínek. Nepromokavost se stanoví pomocí zraku. Vizuálně se porovnají zkrápěné vzorky se standardními fotoetalony. Mnoţství vody absorbované vzorkem během zkoušky se zjistí váţením. Dále lze stanovit mnoţství proteklé vody skrz plošnou textilii. [6]
Norma udává následující podmínky:
Ke zkoušce jsou potřeba čtyři kruhové vzorky. Průměr vzorků musí být 140 mm. Nastavení intenzity deště tak, aby se během 2,5 min v prázdných nádobkách
Odperlovací efekt se také posuzuje po 1 min a 5 min zkrápění. Doba odstředění zkušebního vzorku je 15 s. Zváţení vzorků s přesností na 0,01 g před zkouškou.
Po odstředění se vzorky znovu zváţí. Zaznamená se mnoţství proteklé vody, která se zachytí v nádobkách. Vypočítá se přírůstek hmotnosti, mnoţství proteklé vody a stanoví se odperlovací efekt. [6]
Všechny tyto aspekty by měly být uvedeny v protokolu o zkoušce.
Tento přístroj umoţňuje měřit smáčivost a prostup vody textilií. Jedná se v podstatě o „hodnocení repelence“, přístroj umoţňuje stanovit dosaţený impregnační efekt vodoodpudivě upravených materiálů a odolnost textilií vůči sorpci vody. [6]
Obrázek č. 22 Přístroj Bundesmann [22]
Stupeň:
A ≈ 5 … malé kapky rychle odperlující B ≈ 4 … tvoření větších kapek
C ≈ 3 … kapky ulpívají na některých místech zkušebního vzorku
D ≈ 2 … zkušební vzorek je částečně smočen E ≈ 1 … celý povrch zkušebního vzorku je smočen
Obrázek č. 23 Stanovení odperlovacího efektu [23]
2.4 Stanovení savosti plošných textilií
Stanovení savosti vůči vodě, postup vzlínáním podléhá normě ČSN 80 0828.
Přesný název normy zní: „Savost plošných textilií: Stanovení sací výšky.“ Norma byla vydána Úřadem pro normalizaci a měření v roce 1969. Zařízení je vidět na obrázku č. 24. [8]
Podstata zkoušky:
Vzorky se přesně nastříhají jak po útku, tak po osnově tkaniny. U pleteniny se nastříhají po řádku a sloupku. Vzorky se uchytí do chytového zařízení na rameni.
Pod zavěšenými vzorky je umístěna kádinka, ve které je kapalina. Kapalina se volí podle materiálového sloţení vzorků, např. u celulózových materiálů to jsou kyselá barviva. Barvivo by mělo být vidět při vzlínání na vzorku. Vzorky se ponoří 2 mm do roztoku barviva a nechají se v něm po dobu 30 minut. Po uplynutí 30 minut se vzorky sundají a zjistí se průměr měření jak po útku, tak i po osnově u tkanin. U pletenin po řádku a sloupku. [8]
Norma udává následující podmínky:
Ke zkoušce je potřeba minimálně šest vzorků. Velikost vzorků musí být 250 x 10 mm. Doba trvání pokusu je 30 minut. [8]
Výsledkem zkoušky je průměr šesti měření, zvlášť pro osnovu a zvlášť pro útek.
Norma definuje savost, coţ je schopnost plošné textilie přijímat kapaliny a sací výšku, coţ je míra schopnosti plošné textilie přijímat svým průřezem při stanovené teplotě a době kapalinu vzlínáním. Vyjadřuje se v cm/30 min. [8]
A, B, C, D, E, F - zkušební vzorky 1 - rámeček s bodci
2 - vanička 3 - roztok
4 - vypouštěcí kohout
Obrázek č. 24 Zařízení pro měření vzlínání kapaliny do textilie [8]
2.5 Kapková metoda
Metoda, při které se přesně odměřená kapka vody kápne na zkoušený materiál.
Měří se čas, za který se vsákne kapka vody do materiálu. Dále se můţe měřit úhel smáčení kapky. Kapka je snímána fotoaparátem nebo videokamerou a kontaktní úhel je určen tečnou sedící kapky v místě kontaktu kapky s materiálem.
Vsáknutí kapky do materiálu je vidět na obrázku č. 25.
Obrázek č. 25 Vsáknutí kapky do materiálu [23]
Advex Instrument je přístroj, který je řízen počítačem prostřednictvím programu See System. Přístroj slouţí k měření kontaktního úhlu. Obraz snímá UVC kamera s vysokým rozlišením. Rozlišení obrazu je 2 Mpix (1600 x 1200). Kapka je snímána za denního světla bez pouţití speciálního světelného zdroje. Přístroj Advex Instrument v činnosti je vidět na obrázku č. 26.
Obrázek č. 26 Přístroj Advex Instrument
Kontaktní úhel smáčení
Úhel smáčení ∀ je mírou hydrofobie. Je jedním z měřitelných vlastností.
Vytvoří se na rozhraní tří fází - mezi kapalinou, textilií a vzduchem. Je to úhel svírající tečnu k povrchu kapky, vedenou v bodě styku kapky s rozhraním. Podle velikosti úhlu se povrchy rozdělují na smáčivé a nesmáčivé. [2, 30, 31, 33]
Smáčivé nebo-li hydrofilní povrchy označují smáčivost povrchu vodou, kdy kapalina přilne a úhel smáčení je menší neţ 90°, coţ je vidět na obrázku č. 27. Podle Youngovy rovnice odpovídá smáčení podmínka γsg > γsl. Krajním případem je situace, kdy θ = 0, γsg - γsl - γlg ≥ 0 a nazývá se dokonalé smáčení. [33, 34]
Obrázek č. 27 Smáčení [33]
Nesmáčívé nebo-li hydrofobní povrchy jsou takové, ke kterým kapalina nechce přilnout a úhel smáčení je větší neţ 90°, coţ je vidět na obrázku č. 28. Podle Youngovy rovnice odpovídá smáčení podmínka γsg < γsl. [33, 34]
Obrázek č. 28 Nesmáčení [33]
Dokonale nesmáčivé povrchy nastávají v extrémních případech, kdy se vytváří kapalina kuličky „sedící“ na pevném povrchu, coţ je vidět na obrázku č. 29. [33]
Obrázek č. 29 Dokonalé nesmáčení [33]
Youngova rovnice (2) definuje rovnováhu sil působících na kapku kapaliny l (liquid), poloţené na rovném vodorovném povrchu s (solid), v plynné atmosféře v (vapor), v místě rozhraní tři fází, coţ je vidět na obrázku č. 30. [33]
Obrázek č. 30 Silová rovnováha na rozhraní fází [33]
γsg = γsl + γlg cos θ (2)
γsg – mezifázové napětí na rozhraní textilie – plyn [N.m-1] γsl – mezifázové napětí na rozhraní textilie – kapalina [N.m-1] γlg – mezifázové napětí na rozhraní kapalina – plyn [N.m-1] θ – úhel smáčení [°]
Kapková metoda je citlivá na chemickou stavbu svrchní vrstvy molekul.
Je to relativně jednoduchá, levná a rozšířená technika pro charakteristiku polymerních povrchů a jako nástroj pro výpočet povrchové energie polymerů. Měření bývá často zkresleno vlivem nehomogenity povrchu. Pouţívá se při kapkové metodě. [2, 30, 31, 33]
3 Zjišťování prodyšnosti plošných textilií
Zjišťování prodyšnosti plošných textilií podléhá normě ČSN EN ISO 9237.
Přesný název normy zní: „Textilie. Zjišťování prodyšnosti plošných textilií.“ Norma byla vydána Českým normalizačním institutem v roce 1996. Přístroj je vidět na obrázku č. 31. [7]
Podstata zkoušky:
Měření rychlosti vzduchu, procházejícího kolmo danou plochou plošné textilie při stanoveném tlakovém spádu. Tlakový spád pro oděvní plošné textilie je 100 Pa a pro technické plošné textilie je 200 Pa. Průtok vzduchu se zaznamená po dosaţení ustálených podmínek. Vzorky se odebírají buď podle postupu uvedeného v materiálové specifikaci pro plošnou textilii, nebo podle dohody mezi zúčastněnými stranami. [7]
Norma udává následující podmínky:
Zkouška se opakuje minimálně desetkrát na různých místech zkušebního vzorku. Zkušební plocha vzorků musí být 20 cm2. Kruhový drţák zkušebních vzorků s otvorem o ploše 5, 20, 50 nebo 100 cm2. Zařízení pro měření tlaku, spojené se zkušební hlavicí, s rozsahem 50, 100, 200 a 500 Pa. Směr toku vzduchu plošnou textilií.
Průměrná hodnota prodyšnosti v milimetrech za sekundu nebo metrech za sekundu, variační koeficient v procentech a 95 % konfidenční interval v milimetrech za sekundu nebo v metrech za sekundu. [7]
Všechny tyto aspekty by měly být uvedeny v protokolu o zkoušce.
Výsledek zkoušky vyjadřuje rychlost proudu vzduchu procházejícího kolmo na zkušební vzorek při specifikovaných podmínkách pro zkušební plochu, tlakový spád a dobu tzv. prodyšnost. [7]
Prodyšnost R, vyjádřená v milimetrech za sekundu, se vypočítá ze vztahu (3):
(3)
– aritmetický průměr z n měření rychlost průtoku vzduchu [l.min-1]
167
A R qV
qv
A – plocha měřící čelisti [cm2]
167 – přepočítávací faktor z [l.min-1.cm2 ] na [mm.s-1] n – počet měření
Obrázek č. 31 Přístroj METEFÉM FF12/4
4 Praní
Praní je běţný proces v zušlechťování. Perou se textilie ze všech typů vláken i ze směsí. Praní se aplikuje v rámci předúpravy, po barvení, po tisku, po finálních úpravách, ale i při speciálních úpravách nebo můţe tvořit samostatnou technologii. [1]
Při praní působí na textilii chemické látky rozpuštěné ve vodě a mechanické vlivy jako jsou např. tlak, tření, tah, kroucení aj. K odstranění nečistot je potřeba mechanické síly a pracích prostředků. Funkce praní je zejména čistící a hygienická, textilní materiál se uvolní a popřípadě i vysráţí a ustálí. [1]
Prací proces má tyto dílčí procesy:
1) smáčení 2) vlastní praní 3) oplachování [1]
4.1 Smáčení
Jedná se o ideální pokrytí textilního povrchu prací substancí za částečného pronikání pracího roztoku do povrchových vrstev vláken. Při smáčení dochází k vytěsňování vzduchu, coţ napomáhá pronikání roztoku i do pórů vlákna. [1]
Pro lepší smáčení se pouţívají různé smáčecí prostředky. K dokonalému smočení je nutná povrchová aktivita smáčecích prostředků, která závisí na jejich účinnosti, koncentraci, hodnotě pH a teplotě lázně. Textilní povrch můţe být smáčen kapalinou, v případě, ţe povrch textilie má vyšší povrchové napětí neţ kapalina.
Povrchové napětí je také závislé na teplotě. Platí, ţe se zvyšující se teplotou klesá hodnota povrchového napětí. Rozsah smáčení textilního povrchu kapalinou je dán velikostí smáčecího úhlu, který vzniká na rozhraní tří fází, a to mezi kapalinou, textilií a vzduchem. [1]
4.2 Vlastní praní
Závisí na druhu a podobě textilního materiálu, na vlastnostech a četnosti nečistot a na pracím zařízení. [1]
Vlastní praní se skládá z následujících pochodů:
- uvolnění nečistot a jejich rozptýlení v prací lázni
- zabránění zpětného usazování, tzv. redepozici, uvolněných nečistot na vypraný textilní materiál [1]
4.3 Oplachování
Dochází k odstranění uvolněných nečistot z povrchu textilie do prací lázně, pracích prostředků a chemikálií. [1]
4.4 Účinnost praní
Je závislá na:
- sloţení a vlastnostech pracích prostředků - teplotě prací lázně
- koncentraci pracího prostředku v prací lázni - pH prací lázně [1]
II EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
Experiment hodnocení účinnosti hydrofobní úpravy nanesené v domácích podmínkách při procesu domácího praní.
5.1 Cíl experimentální části
Experimentální část byla zaměřena na vyhodnocení účinnosti hydrofobní úpravy na vzorcích „hydrofilní“ bavlny směsované s různě vysokým podílem „hydrofobních“
polypropylenových vláken před a po impregnaci a po 1., 3. a 5. pracím cyklu. Byl také pozorován vliv podílu bavlny a polypropylenu na hydrofobní úpravu.
První pokus byl proveden na vzorcích z bavlny a polypropylenu a jejich směsí za pouţití hydrofobního přípravku BIONIC FINISH ECO®, který byl na vzorky nanesen při procesu praní. Dále byl postup stejný, jako je popsán v kapitole 5.2 Postup přípravy a testování vzorků. Po vyhodnocení výsledků, bylo zjištěno, ţe je nutné provést alkalickou vyvářku, před kterou bylo ještě ověřeno, ţe na sadě vzorků není škrobová šlichta. Na předupravené vzorky byl stejným postupem nanesen hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO®, ale po vyhodnocení bylo zjištěno, ţe se vzorky nereagoval a nebylo dosaţeno ţádaného zvýšení odolnosti povrchu smáčení. Proto byl proveden průzkum trhu, viz kapitola 5.4 Průzkum českého trhu s hydrofobními přípravky, a po vyhodnocení byl zakoupen komerční hydrofobní přípravek TX.Direct®
Wash-in. Také byla přidána další sada vzorků z bavlny a polyesteru a jejich směsí.
5.2 Postup přípravy a testování vzorků
Postup přípravy a testování hydrofobní úpravy probíhal následovně:
1. Všechny sady vzorků byly vyprány.
2. Stanovení charakteristiky smáčivosti povrchu výchozího stavu vzorků bylo provedeno kapkovou metodou, Spray testem a na prodyšnost plošných textilií.
3. Dále byla na vzorky materiálů nanesena při procesu ručního praní hydrofobní úprava dle návodu uvedeného na obalu hydrofobního přípravku TX.Direct®
Wash-in od firmy Nikwax.
4. Po vyprání a usušení byly provedeny zkoušky kapkovou metodou, Spray testem a na prodyšnost plošných textilií.
5. Naimpregnované vzorky byly vyprány jedním, třemi a pěti pracími cykly v pračce a byly opět provedeny všechny zkoušky uvedené v bodě 4.
6. Po vyhodnocení výsledků bylo zjištěno, ţe hydrofobní přípravek TX.Direct®
Wash-in zvýšil nepromokavost o jeden stupeň.
7. Proto bylo přistoupeno k dalšímu experimentu, kde byl zvolen stejný postup a kdy byly vzorky po naimpregnování a usušení ještě navíc vyţehleny.
8. Po vyhodnocení výsledků bylo zjištěno, ţe hydrofobní přípravek TX.Direct®
Wash-in zvýšil nepromokavost o dva i tři stupně.
5.3 Výběr zkoumaných vzorků
Vzorky byly z následujících materiálů:
1. 100% bavlna
2. 65% bavlny a 35% polypropylenu 3. 50% bavlny a 50% polypropylenu 4. 35% bavlny a 65% polypropylenu 5. 100% polypropylen
Tkanina byla vazby keprové 2/4, její dostava po osnově byla 18 nití/1 cm a dostava po útku byla 18 nití/1 cm a pouţitá příze měla jemnost 45 tex.
Tyto materiály byly zvoleny, protoţe z nich bylo moţné vytvořit komplexní řadu stejně dostavených a utkaných vzorků pro testování.
Polypropylen je často pouţíván na technické aplikace. Jeho malá měrná hmotnost je zásadní pro přepravní a obalový materiál. Ţádoucí je obnovitelná nepromokavá vrstva. Z polypropylenu a jeho směsí s bavlnou se vyrábí vrchní oblečení jako např. turistické a cyklistické bundy.
Dále byly testovány vzorky z následujících materiálů:
1. 100% polyester
2. 65% polyesteru a 35% bavlny 3. 40% polyesteru a 60% bavlny 4. 100% bavlna
Vzorky byly vytvořeny z košilovin. 100% polyester měl dostavu v jednom směru 35 nití/1 cm a ve druhém směru 55 nití/1 cm, 65% polyester a 35% bavlna měla dostavu v jednom směru 30 nití/1 cm a ve druhém směru 55 nití/1 cm, 40% polyester a 60% bavlna měla dostavu v jednom směru 30 nití/1 cm a ve druhém směru 45 nití/1 cm, 100% bavlna měla dostavu v jednom směru 30 nití/1 cm a ve druhém směru 55 nití/1 cm.
Z polyesteru se vyrábí vrchní oblečení, jako např. outdoorové bundy a sportovní oblečení. Z polyesteru a jeho směsí s bavlnou se vyrábí sportovní oblečení jako např. trekingové, reflexní a pracovní bundy.
5.4 Průzkum českého trhu s hydrofobními přípravky
Hlavním účelem průzkumu trhu s hydrofobními přípravky bylo nalézt, vyhodnotit a doporučit platné informace z oblasti hydrofobních přípravků pouţívaných při domácím praní pro obnovu hydrofobního účinku a zachování funkčních vlastností sportovních oděvů.
Název: BIONIC FINISH ECO® (viz obrázek č. 32) Výrobce: Rudolf GmbH
Prodejce:
Použití: pro všechny typy vláken
Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na aviváţ Báze: dendrimery bez fluorkarbonů
Obrázek č. 32 Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® [19]
Název: TX.Direct® Wash-in (viz obrázek č. 33) Výrobce: NIKWAX CZ, s.r.o.
Prodejce: Intersport ČR s.r.o.
Použití: pro materiály s membránou Gore-Tex®, Sympatex®, eVENT® a další, materiály opatřené zátěrem, materiály s DWR úpravou
Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na prací prostředek nebo ruční aplikace v nádobě
Báze: ethylen-vinyl-acetát Cena: 295 Kč za 300 ml
Obrázek č. 33 Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in [18]
Název: Softshell Proof (viz obrázek č. 34) Výrobce: NIKWAX CZ, s.r.o.
Prodejce: Intersport ČR s.r.o.
Použití: pro veškeré soft-shell materiály a oděvy, Gore Windstopper, Windbloc, Schoeller a Polartec soft-shell tkaniny
Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na prací prostředek nebo ruční aplikace v nádobě
Báze: ethylen-vinyl-acetát Cena: 295 Kč za 300 ml
Obrázek č. 34 Hydrofobní přípravek Softshell Proof [18]
Název: Wash in waterproofer (viz obrázek č. 35) Výrobce: Storm
Prodejce: HT Sport
Použití: na všechny druhy tkanin, včetně tkanin membránových Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na aviváţ
Báze: hydrokarbonová impregnace na vodní bázi za pouţití dendrimerové technologie Cena: 220 Kč za 300 ml
Obrázek č. 35 Hydrofobní přípravek Wash in waterproofer [32]
Název: Liquid Tex Protection (viz obrázek č. 36) Výrobce: Woly Sport
Prodejce: Internetový obchod www.nejceny.cz
Použití: pro všechny typy textilií, funkční materiály s membránou
Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na aviváţ nebo ruční aplikace v nádobě
Báze: emulze modifikovaného silikonového oleje Cena: 342 Kč za 250 ml
Obrázek č. 36 Hydrofobní přípravek Liquid Tex Protection [35]
Název: Liquid Protector (viz obrázek č. 37) Výrobce: Tarrago
Prodejce: Internetový obchod www.levnyoutdoor.cz
Použití: pro Drop Liners, Microporous Coatings, Gore-Tex, Tripple-point Ceramic, Microfibre Fabrics, Breathable Laminates, eVent, BlocVent, HyVent, Dermizax apod.
Aplikace: v pračce při pracím cyklu se vlije do nádobky na aviváţ nebo ruční aplikace v nádobě
Báze: polymerní, vysoce rozvětvené dendrimery Cena: 218 Kč za 250 ml
Obrázek č. 37 Hydrofobní přípravek Liquid Protector [36]
Název: Profi Nano impregnace textil a obuv (viz obrázek č. 38) Výrobce: Nano Service, s.r.o.
Prodejce: Internetový obchod www.bio-nano.cz
Použití: pro textil, sportovní oděvy včetně funkčních membrán, veškerou oděvní konfekci a obuv, broušenou či nelakovanou kůţi, dětské kočárky, sedací soupravy, koberce, matrace, stany, interiéry automobilů
Aplikace: ruční aplikace v nádobě, natíráním, stříkáním Báze: ultratenký oxid křemičitý
Cena: 949 Kč za 1 000 ml
Obrázek č. 38 Hydrofobní přípravek Profi Nano impregnace textil a obuv [37]
5.5 Výběr použitých prostředků
Pouţité přípravky a chemikálie
1. Prací gel Coral Sport & Outdoor
2. Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® 3. Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in
Prací gel Coral Sport & Outdoor 5.5.1
Je určen k praní sportovního a funkčního oblečení a je šetrný k funkčním textiliím. Výrobcem tohoto gelu je firma Coral. Prací gel (viz obrázek č. 39) byl zakoupen v německém obchodě.
Sloţení:
5-15%: aniontové povrchově aktivní látky, neiontové povrchově aktivní látky,
< 5%: mýdlo, fosfonáty, parfémy, limonen, butylfenyl, methylpropional, optické zjasňovače, Citronellol, Benzisothiazolinone, eugenol, enzymů
Obrázek č. 39 Prací gel Coral Sport & Outdoor [24]
Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® 5.5.2
Německá firma Rudolf GmbH vyvinula prostředky na hydrofobní povrchovou úpravu na bázi dendrimerů. Firma se soustředí na předúpravu, barvení a povrchové úpravy textilií.
Dle výrobce je vhodný pro všechny typy vláken. Díky tomu, ţe neobsahuje fluorkarbony, tak je snadno odstranitelný z odpadní vody a je neškodný. Je vysoce vodoodpudivý. Nevyţaduje po domácím praní silné tepelné ošetření, protoţe účinky jsou zachovány i po běţném sušení. Doporučuje se textilii po úpravě vyţehlit. Jelikoţ neobsahuje formaldehyd a ani parafin, tak je zachována prodyšnost textilie, coţ je důleţité pro sportovní a outdoorové oblečení. Povrch textilie je po úpravě měkký. [19]
Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® získala TUL jako propagační materiál od firmy Rudolf GmbH. Vzorek úpravy je určen k aplikaci v procesu domácího praní. Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® je vidět na obrázku č. 40.
Výsledky testů BIONIC FINISH ECO® udávané výrobcem nalezneme v příloze A
Obrázek č. 40 Hydrofobní přípravek BIONIC FINISH ECO® [19]
Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in 5.5.3
Anglická firma Nikwax je světoznámým výrobcem velké produktové palety čistících a impregnačních výrobků. Známý je pro výbornou kvalitu svých výrobků, kterou znají jak výrobci oděvů a obuvi, tak prodejci a sportovní řetězce z různých sportovních oblastí. [18]
Dle výrobce je vhodný pro materiály s membránou Gore-Tex®, Sympatex®, eVENT® a další, materiály opatřené zátěrem, materiály s DWR úpravou. Při ošetření výrobkem Nikwax je textilní struktura látky obalena vrstvou molekul vodoodpudivé a elastické TX.10i. Elastomer TX.10i je na bázi ethylen-vinyl-acetátu. Jedná se o modifikaci molekulární struktury ozokerit (zemní vosk), který je typický svou křehkostí. Tato změna způsobila posílení molekuly, která se chová velmi elasticky a pruţně. Molekuly se váţí na vše, co absorbuje vodu, a zároveň zanechávají prostor mezi jednotlivými vlákny volný a prodyšný. Přípravek je na bázi vody, a tudíţ je šetrný k ţivotnímu prostředí, biologicky odbouratelný, nehořlavý a nejedovatý. Přípravek obnovuje a zlepšuje voděodolnost při zachování prodyšnosti, prodluţuje ţivostnost oděvů a optimalizuje jejich funkčnost, nemění vzhled ani kvalitu materiálu oděvů. [18]
Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in od firmy Nikwax byl zakoupen v prodejně Intersport. Přípravek má jednoduché pouţití - můţe být aplikován při praní v pračce nebo můţe být aplikován ručně a není potřeba sušit v sušičce. Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in je vidět na obrázku č. 41.
Obrázek č. 41 Hydrofobní přípravek TX.Direct® Wash-in [18]
5.6 Předúprava textilie
Po vyhodnocení výsledků, bylo zjištěno, ţe je nutné provést předúpravu textilie.
Důkaz škrobové šlichty přímo na povrchu vláken 5.6.1
Byla provedena zkouška pro zjištění škrobové šlichty na povrchu vláken.
Metoda spočívala v nanesení kapky jodového roztoku na povrch tkaniny. Podle ţlutého zabarvení povrchu materiálu byla přítomnost škrobové šlichty vyloučena.
Alkalická vyvářka 5.6.2
Byla provedena alkalická vyvářka, aby byly odstraněny nečistoty, vosky a tuky z bavlny, které jsou na tkaninu přidávány při výrobním procesu tkaní. Lázeň na alkalickou vyvářku se skládala z vody, sody Na2CO3, Syntronu B a Alfonalu K.
Vyvářka probíhala při 95 °C po dobu 20 minut. Po té byly vzorky vyprány měkkou vodou 80 °C teplou a pak studenou vodou. Vzorky byly usušeny při teplotě 25 °C.
