TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

(1)

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

KATEDRA TEXTILNÍCH TECHNOLOGIÍ

Polopropustné nanovlákenné membrány pro oděvní účely

Semipermeable nanofibres membrane for textile usage

Autor diplomové práce: Bc. Roman Knížek

Vedoucí diplomové práce: Prof. RNDr.Oldřich Jirsák, CSc.

Konzultant diplomové práce: Prof. Ing. Luboš Hes, DrSc.

Rozsah Práce:

Počet stran: 58 Počet obrázků: 22 Počet pramenů: 28

(2)

(3)

(4)

Poděkování

Chtěl bych tímto poděkovat Prof. RNDr.Oldřichu Jirsákovi, CSc. a Prof.Ing. Luboši Hesovi, DrSc. za odborné vedení a cennou pomoc při zpracování této diplomové práce.

A paní Ing. Koškové z firmy Interlana za pomoc při laminování a RNDr. Zdeňku Chaloupkovi z firmy Viola za dodání textilních materiálů pro moji experimentální část.

Dále bych chtěl poděkovat rodině a přátelům za trpělivost, toleranci a lásku.

(5)

Anotace

Cílem této diplomové práce byla snaha vytvořit nanovlákennou membránu, která by byla vhodná pro oděvní účely a přitom splnila tři hlavní požadavky: 100%

větruodolnost, velmi dobrou paropropustnost a vysoký vodní sloupec. V úvodní části je věnována pozornost jednotlivým funkcím, které mají dnešní moderní membrány a jsou uvedeny i příklady některých významných výrobců. V teoretické části jsou uvedeny poznatky z chemie polyuretanů, laminace a komfortu textilií, především z hlediska paropropustnosti. V experimentální části jsou uvedeny jednotlivé postupy při výrobě nanovlákenné membrány, hodnoty, kterých dosahovala, a porovnání s konkurenční mikroporézní membránou od firmy Gore-tex. Závěr obsahuje komentář k dosaženým výsledkům.

Klíčová slova

Nanovlákna, membrána, paropropustnost, laminace, polyuretan

Annnotation

The main goal of this graduation theses was the effort of formation of nanofibrous membrane, which can be used for clothing industry together with 100 per cent of wind resistence , very good permeability and a high water column. Separate functions of present new- fashioned membranes are attended in the introduction and the examples of some significant producers are stated here, too. There are observations of polyurethane chemistry, lamination and comfort of textiles in the theoretical part, first of all from the point of view of permeability. The particular procedures of production of nanofibrous membrane are mentioned in the experimental part of this theses including the reached values and comparation with those of competitive microporosity membrane of Gore-tex Company. Conclusion contains the commentary to the achieved results.

Key words:

Nanofibres,membrane, permeability, lamination, polyuretan

(6)

Seznam symbolů a zkratek

DMF - dimethylformamid

Dp

[

^Kg^/^m^.^s^.^Pa

]

- difúzní koeficient

M [-] - molekulová hmotnost

m∗

[

^Kg^/^m²^.^s

]

- vteřinové množství páry

∆P

[ ]

^Pa - rozdíl parciálních tlaků

p [%] - relativní paropropustnost

Pa

[ ]

^Pa - parciální tlak vodní páry ve vzduchu ve zkušebním prostoru při teplotě vzduchu ve zkušební prostoru

Pm

[ ]

^Pa - nenasycený parciální tlak vodní páry na povrchu měřící hlavice

Pk

[ ]

^Pa - parciální tlak páry u pokožky

Po

[ ]

^Pa - parciální tlak páry v okolním vzduchu

PP [-] - polypropylen

PES [-] - polyester

PTFE [-] - polytetrafluoretylenu

PUR [-] - polyuretan

qo

[

^W^.^m⁻²

]

- plošná hustota tepelného toku prcházející měřenou hlavicí nezakrytou měřeným vzorkem qv

[

^W^.^m⁻²

]

- plošná hustota tepelného toku prcházející

měřenou hlavicí zakrytou měřeným vzorkem

RWF

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- odpor přenosu vodní páře

RWp

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- odpor proti průchodu vodní páry v porézním prostředí

Ret

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- výparný odpor

U [kV] - napětí

v [m/min] - rychlost

ξ [-] - tortusita

ε [-] - porosita

U [kV] - napětí

(7)

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

KATEDRA TEXTILNÍCH TECHNOLOGIÍ

Polopropustné nanovlákenné membrány pro oděvní účely

Semipermeable nanofibres membrane for textile usage

Autor diplomové práce: Bc. Roman Knížek

Vedoucí diplomové práce: Prof. RNDr.Oldřich Jirsák, CSc.

Konzultant diplomové práce: Prof. Ing. Luboš Hes, DrSc.

Rozsah Práce:

Počet stran: 58 Počet obrázků: 22 Počet pramenů: 28

(8)

(9)

(10)

Poděkování

Chtěl bych tímto poděkovat Prof. RNDr.Oldřichu Jirsákovi, CSc. a Prof.Ing. Luboši Hesovi, DrSc. za odborné vedení a cennou pomoc při zpracování této diplomové práce.

A paní Ing. Koškové z firmy Interlana za pomoc při laminování a RNDr. Zdeňku Chaloupkovi z firmy Viola za dodání textilních materiálů pro moji experimentální část.

Dále bych chtěl poděkovat rodině a přátelům za trpělivost, toleranci a lásku.

(11)

Anotace

Cílem této diplomové práce byla snaha vytvořit nanovlákennou membránu, která by byla vhodná pro oděvní účely a přitom splnila tři hlavní požadavky: 100%

větruodolnost, velmi dobrou paropropustnost a vysoký vodní sloupec. V úvodní části je věnována pozornost jednotlivým funkcím, které mají dnešní moderní membrány a jsou uvedeny i příklady některých významných výrobců. V teoretické části jsou uvedeny poznatky z chemie polyuretanů, laminace a komfortu textilií, především z hlediska paropropustnosti. V experimentální části jsou uvedeny jednotlivé postupy při výrobě nanovlákenné membrány, hodnoty, kterých dosahovala, a porovnání s konkurenční mikroporézní membránou od firmy Gore-tex. Závěr obsahuje komentář k dosaženým výsledkům.

Klíčová slova

Nanovlákna, membrána, paropropustnost, laminace, polyuretan

Annnotation

The main goal of this graduation theses was the effort of formation of nanofibrous membrane, which can be used for clothing industry together with 100 per cent of wind resistence , very good permeability and a high water column. Separate functions of present new- fashioned membranes are attended in the introduction and the examples of some significant producers are stated here, too. There are observations of polyurethane chemistry, lamination and comfort of textiles in the theoretical part, first of all from the point of view of permeability. The particular procedures of production of nanofibrous membrane are mentioned in the experimental part of this theses including the reached values and comparation with those of competitive microporosity membrane of Gore-tex Company. Conclusion contains the commentary to the achieved results.

Key words:

Nanofibres,membrane, permeability, lamination, polyuretan

(12)

Seznam symbolů a zkratek

DMF - dimethylformamid

Dp

[

^Kg^/^m^.^s^.^Pa

]

- difúzní koeficient

M [-] - molekulová hmotnost

m∗

[

^Kg^/^m²^.^s

]

- vteřinové množství páry

∆P

[ ]

^Pa - rozdíl parciálních tlaků

p [%] - relativní paropropustnost

Pa

[ ]

^Pa - parciální tlak vodní páry ve vzduchu ve zkušebním prostoru při teplotě vzduchu ve zkušební prostoru

Pm

[ ]

^Pa - nenasycený parciální tlak vodní páry na povrchu měřící hlavice

Pk

[ ]

^Pa - parciální tlak páry u pokožky

Po

[ ]

^Pa - parciální tlak páry v okolním vzduchu

PP [-] - polypropylen

PES [-] - polyester

PTFE [-] - polytetrafluoretylenu

PUR [-] - polyuretan

qo

[

^W^.^m⁻²

]

- plošná hustota tepelného toku prcházející měřenou hlavicí nezakrytou měřeným vzorkem qv

[

^W^.^m⁻²

]

- plošná hustota tepelného toku prcházející

měřenou hlavicí zakrytou měřeným vzorkem

RWF

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- odpor přenosu vodní páře

RWp

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- odpor proti průchodu vodní páry v porézním prostředí

Ret

[

^m²^.^Pa^/^W

]

- výparný odpor

U [kV] - napětí

ξ [-] - tortusita

ε [-] - porosita

U [kV] - napětí

(13)

- 7 -

OBSAH:

OBSAH: ... 7

I. ÚVOD ... 9

1. Nanovlákna ...9

1.1 Membrány v oděvním průmyslu ... 10

II. TEORETICKÁ ČÁST ... 15

2.Elektrostatické zvlákňování ... 15

2.1 Historie elektrostatického zvlákňování ... 15

2.2 Princip elektrostatického zvlákňování ... 16

2.3 Nanospider ... 17

3.Polyuretany ... 18

3.1 Historie polyuretanů ... 18

3.2 Chemie polyuretanů... 18

3.3 Výchozí suroviny ... 20

3.3.1 Technicky důležité polyiskokyanáty ... 20

3.3.2 Polyoly ... 22

3.4 Polyuretanová vlákna ... 23

4.Laminace ... 23

4.1 Nánosování ... 25

4.2 Nánosování tiskem - Práškový bodový způsob - powder dot ... 26

4.4 Diskontinuální podlepovací stroje ... 28

4.5 Podlepovací stroje s kolmým přítlakem ... 29

5.Kapalná vlhkost... 30

5.1 Difuze ... 31

5.2 Propustnost textilií pro vodní páry ... 32

5.3 Permetest ... 33

5.4 Stanovení relativní propustnosti pro vodní páry ... 34

6.Propustnost textilií pro vzduch ... 35

7.Hydrostatická odolnost textilií ... 35

8. Obrazová analýza ... 36

8.1 Obecný postup obrazové analýzy ... 37

(14)

- 8 -

III. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 38

1.Příprava polymerního roztoku ... 38

1.1 Larithane ... 38

1.2 N,N – dimethylformamid ... 38

2.Výroba nanovlákenných membrán ... 39

3.Podkladová textilie ... 39

4.Plošná hmotnost ... 39

5.Nánosování ... 39

5.1 Velikost a vzájemná vzdálenost bodů ... 39

5.2 Vytvoření třívrstvého laminátu ... 40

6.Paropropustnost ... 40

7.Hodnocení propustnosti vzduchu textilií ... 40

8.Stanovení odolnosti proti pronikání vody ... 40

9.Rastrovací elektronový mikroskop ... 41

10. Práce na obrazové analýze ... 41

11. Porovnání nanovlákenného a Gore-texového laminátu ... 42

IV. DISKUSE K VÝSLEDKU, ZÁVĚR ... 43

V. POUŽITÁ LITERATURA ... 44

VI. SEZNAM PŘÍLOH ... 46

(15)

- 9 -

I. ÚVOD

1. Nanovlákna

Úvodem bychom si měli alespoň okrajově definovat slovo nanovlákno.Toto slovo si pro lepší definici rozdělíme na dvě části nano a vlákno.

Vlákno pochází z latinského slova fibra a můžeme si jej definovat jako délkovou textilii, látkově homogenní. Vlákno je textilie jemná, tenká, ohebná, pružná, může mít různý původ, různé profily a délky. Vlákno je základní stavební jednotkou všech textilií [1].

Vlákna mohou být jak přírodní, tak syntetická.

Nano pochází z řeckého slova trpaslík. Je to velikost, o kterou vyroste nehet za vteřinu, přičemž předpona nano vyjadřuje miliardtinu základní jednotky (nm=10⁻⁹m ). Často jde o rozměr tloušťky několika atomů. V tabulce č. 1 jsou pro představu uvedeny násobky a díly soustavy SI. [2].

Tabulkač.1 násobky a díly soustavy SI.

Násobek, díl Koeficient

Tera 10 ¹²

Giga 10 ⁹

Mega 10 ⁶

Kilo 10 ³

Mili 10⁻³

Mikro 10⁻⁶

Nano 10⁻⁹

Piko 10⁻¹²

(16)

- 10 -

Jak už bylo řečeno jedná se o vlákna o šířce několika atomů. Nanovlákno se dá pozorovat pouze elektronovým rastrovacím mikroskopem, protože je menší než vlnová délka světla a pod běžným světelným mikroskopem není vidět. Díky těmto rozměrům má obrovské výhody oproti ostatním vláknům, a to především díky velkému měrnému povrchu, který se pohybuje v rozmezí 0,03 až 10 gramů na metr čtvereční. Díky nízké hmotnosti je též potřeba méně polymerního roztoku oproti běžným vláknům. Též vykazuje velkou pórovitost vlákenné vrstvy a zároveň malé rozměry těchto pórů. To dává velkou šanci uplatnění této nanovlákenné vrstvy při výrobě outdoorového oblečení, tzv. vytvoření membrány, kterou se tato práce zabývá.

1.1 Membrány v oděvním průmyslu

Membrány mají za úkol zvýšit naše pohodlí v oděvní textilii, ať už se jedná o bundu, kalhoty, rukavice či boty. Každý oděvní materiál má své limity, proto vkládáme mezi podšívkový (podšívka není podmínkou) a vrchní oděvní materiál membránu, abychom tyto limity navýšili a textilii udělali pro zákazníka pokud možno co nejvíce pohodlnou.

Membrána má tři základní funkce: paropropustnost, nepromokavost a větruodolnost.

Nepromokavost a větrudolnost jsou vlastnosti, kterých se dá poměrně „snadno“ docílit, například klasická pláštěnka tyto dva předpoklady splňuje, ale už není schopna paropropustnosti a člověk se v takovéto textilii potí a tudíž se jeho pohodlí minimalizuje. Proto světový výrobci outdoorového oblečení používají membrány pro docílení těchto tří parametrů.

Na obr.1 je vidět jak takováto membrána funguje. Na vrchní materiál padají kapky vody (sníh, déšť). Vrchní oděvní materiál se snaží zamezit proniknutí kapek vody pod textilii, protože i samotný vrchní materiál je naimpregnovaný a chemicky zušlechtěný, ale zároveň tak, aby byl paropropustný. Ovšem tento vrchní materiál má své limity, proto bývá membrána zalaminována mezi vrchní materiál a podšívku. Membrána, která zvyšuje vodní sloupec, je větruodolná a především paropropustná. Může se též zalaminovat pouze membrána s vrchním oděvním materiálem, a tím vznikne velmi lehká technická bunda. Membrána se však musí ochránit před zničením, například firma Gore-tex u řady s názvem Gore-tex Paclite má na membránu nanesenou vrstvu

(17)

- 11 -

karbonových vláken, a tím odpadá potřeba podšívky [3]. Setkáme se i s volně vloženou membránou, ta je však na ústupu, protože limituje paropropustnost výsledného laminátu. Je tedy zřejmé, že nezáleží jen na kvalitě samotné membrány, ale i na samotném podšívkovém a vrchním oděvním materiálu. Též je potřeba používat funkční oblečení (spodní prádlo, mikina atd.), aby byl komfort pokud možno co nejlepší.

Nanovlákenné membrány by měly díky své pórovitosti splňovat všechny požadavky kladené na membrány: paropropustnost, větruodolnost a odolnost proti pronikání vody.

Bude se jednat o porézní, avšak hydrofobní membránu vyrobenu z polyuretanu.

Polyuretan má totiž vynikající mechanické vlastnosti díky kterým výborně splňuje požadavky kladené na membrány u outdoorových oděvů. Díky své pružnosti je odolný i v místech namáhaných pro ohyb.

Obr.1 - funkce membrány

Membrány jsou vyráběny z polymerního materiálu, nejčastěji z PTFE, z PES nebo PUR. Tloušťka membrány se pohybuje řádově v jednotkách mikrometrů. V dnešní době se vyskytují na trhu dva druhy membrán:

(18)

- 12 - a) mikroporézní

b) hydrofilní

a) Mikroporézní membrána má velké množství mikroskopických pórů, které jsou prostupné pro molekuly páry, ale pro zkondenzované kapky vody jsou příliš malé.

Výrobce mikroporézní membrány je například firma Gore-tex.

b) Hydrofilní membrána se od mikroporézní membrány liší v tom, že neobsahuje žádné póry a přenos vlhkosti je založen na chemickém principu, kdy voda se po určité době dostane do membrány, resp. se stane její součástí. To umožňuje, že vodu odvádí nejen jako vodní páru, ale i zkondenzovanou. Výrobci hydrofilní nepropustné membrány jsou například firma Gelanots, BlokVent a Diaplex [4].

Jak už bylo řečeno, téměř všichni světoví výrobci outdorového oblečení používají membrány případně zátěry (mají stejné vlastnosti jak membrány). Nyní si podrobněji popíšeme vybrané membrány.

První blíže popisovanou membránou bude membrána od firmy Gore-Tex. Jedná se o mikroporézní membránu, která se vyrábí z polytetrafluoretylenu (PTFE) tažením za kritických podmínek z neprodyšných membrán, což má za následek vznik četných mikrotrhlin nebo mikropórozitu. Výrobce uvádí, že tyto póry mají být 20 000krát menší než kapka vody a zároveň 700krát větší než molekuly vodní páry. Tím vznikne membrána nepromokavá a větruvzdorná, ale zároveň odvádějící vodní páru. Do struktury membrány výrobce začleňuje oleofobní látku, která brání znečištění od různých substancí, které by významně ovlivnily funkci membrány [3].

Firma nabízí čtyři různě modifikované lamináty (od větrovky až po zimní bundy), např.

Gore-Tex XCR 3L (třívrstvý laminát). Tento laminát je určen do extrémních podmínek a výrobce udává vodní sloupec vyšší jak 28 000mm a odolnost proti permanentnímu odpařování vlhkosti, Ret < 5,5 Pa.m².W⁻¹ [5].

(19)

- 13 -

Další popisovaná membrána je Gelanots od Japonské textilní firmy Tonen Corporation.

Jedná se o hydrofilní membránu. Na obr. 2 je vidět řez mezi nalaminovanou podšívkou, membránou a vrchním oděvním materiálem.

Obr. 2 - řez laminátem - membrána Gelanots, čerpáno z [6]

Tyto membrány dosahují poměrně vysoké paropropustnosti, což je dané molekulovou strukturou polyuretanu. Mezi molekulami jsou poměrně velké mezery a vzájemné síly, kterými na sebe působí molekuly polyuretanu. Jak už bylo popsáno, pokud se v blízkosti hydrofilní membrány ocitne pára, je tato pára vtažena právě mezi molekuly polyuretanu a stává se její součástí. Díky vyšším parciálním tlakům nasycené páry uvnitř membrány se vodní páry plynule protlačují skrz membránu ven. Pokud se pohybujeme více, tím více se potíme, ale zároveň více narůstají parciální tlaky a molekuly polyuretanu se pohybují rychleji, tím je dosaženo odvádění páry od povrchu těla.

Výrobcem garantované parametry pro GELANOTS XP je 20 000mm vodního sloupce a paropropustnost je 20 000 g / m²/24 hod[6].

BlokVent je další firmou vyrábějící polyuretanovou membránu s dvou a třívrstvého laminátu. Tato membrána je určena pro extrémní podmínky a pro dlouhodobé fyzicky náročné aktivity. Tato membrána v outdoorovém oblečení je vhodná pro expedice, horolezectví, ski-alpinismus atd. Membrána má vysoký vodní sloupec, velmi dobrou větruodolnost a paropropustnost. Zásluhou těchto vlastností vzniká neporézní membrána vykazující vysokou flexibilitu a schopnost zotavení se i po extrémním vytažení a udržující si své vynikající vlastnosti i po dlouhodobém používání a neztrácí je ani při velmi nízkých teplotách. Membrána se snadno udržuje a je šetrná k životnímu

(20)

- 14 -

prostředí. Všechny vrchní oděvní materiály od BlockVentu mají voduodpudivou úpravu.

BlockVent udává pro 2-vrstvý laminát s plošnou hmotností 115 g.m⁻² výšku vodního sloupce 20 000mm a paropropustnost 30 000 g/m²/24 hod.

Pro třívrstvý laminát (obchodní název: Miniripstop) s plošnou hmotností 117 g/m² je výška vodního sloupce 20 000mm a paropropustnost 30 000 g/ m²/24 hod [7].

Poslední blíže popisovanou membránou je Diaplex. Tato hydrofilní membrána je vyrobena z polyuretanu s tvarovou pamětí. Výhoda této membrány spočívá v tom, že využívá mikro-Brownův pohyb. Mikro-Brownův pohyb nastane uvnitř membrány, když teplota okolí roste, či klesá pod určitou mez. Pokud teplota klesne, vytvoří se souvislý polymerní povrch a zredukuje se propustnost vodní páry a teploty skrz oděv. Naopak pokud teplota roste, roste i mikro.Brownian pohyb, který zajistí větší propustnost vodních par skrz oděv. Na obr 3. je vidět, jak membrána pracuje při různých teplotách.

To umožňuje flexibilní ochrannou funkci jak v teplém, tak ve studeném prostředí. To platí i v případě, pokud máme vyšší fyzickou zátěž a měníme tak teplotu našeho těla.

Díky vysoké absorpci vlhkosti nedochází ke kondenzaci vodní páry na vnitřní straně povrchu membrány. Absorbovaná voda je difúzí vedena skrz oděv (membránu) na povrch.

Hodnota vodního sloupce je v rozmezí 20 000 až 40 000 mm a paropropustnost je 8 000 až 12 000 g/m²/24 hod [8].

(21)

- 15 -

Obr. 3 - funkce membrány při různých teplotách, čerpáno z [8]

II. TEORETICKÁ ČÁST

2. Elektrostatické zvlákňování

Elektrostatické zvlákňování je jeden z několika způsobů přípravy ultra jemných vláken z polymerního roztoku nebo taveniny za pomoci elektrostatických sil.

2.1 Historie elektrostatického zvlákňování

Jako první si vlivu elektrostatického pole působící na kapalinu všiml mnich William Gillbert a to na počátku 17. století. Při pokusu s ebonitovou tyčí a kapkou vody umístěnou na podložce pozoroval pohyb kapky směrem k nabité tyči. V roce 1914 John Zeleny (původem Čech) působící na Minnesotské univerzitě vynalezl jednoduchý spinner. Mezi lety 1934 až 1944 publikoval Formhals řadu patentů [9-13]. V roce 1952 bylo vynalezeno Vonnegutem a Neubauerem elektrostatické rozprašování (electrospraying), díky kterému byli schopni vyrábět proudy vysoce elektrizovaných

(22)

- 16 -

jednotlivých kapiček o průměru cca 0,1 mm. V roce 1966 bylo Simonem patentováno zařízení elektrostatického rozprašování schopné produkovat ultra tenká a velmi jemná vlákna pro netkané textilie. Kladná elektroda byla ponořena přímo do polymerního roztoku a záporná byla připojena ke sběrnému ústrojí. Následovala řada výzkumů zabývajících se zvlákňováním různých polymerů [14]. Koncem sedmdesátých let bylo patentováno zařízení nazvané drátový stroj [15]. V roce 2004 bylo Technickou univerzitou v Liberci patentováno zvlákňovací zařízení nazvané Nanospider [16].

2.2 Princip elektrostatického zvlákňování

Na obr. 4 je znázorněno jedno z možných uspořádání zvlákňovacího zařízení, kde je svisle umístěná kapilára a pod ní kolektor. Polymerní roztok odkapává z kapiláry vlivem gravitace a elektrického pole, tím se získávají submikronová vlákna (v rozsahu do 1000 nm), ukládající se na povrch kolektoru.

V procesu elektrostatického zvlákňování je využito stejnosměrné elektrostatické pole o vysoké intenzitě k vytvoření nabitého proudu polymerního roztoku nebo taveniny.

Jedna elektroda je v podobě úzké kapiláry a je spojena přímo s polymerním roztokem a druhá (často nazývaná kolektor) je v podobě např. destičky, která je plochou stranou postavena proti vrcholu kapiláry.

Obr. 4 – schéma jednoduchého zvlákňovacího zařízení, čerpáno z [14]

(23)

- 17 -

Polymerní roztok je vystaven vysokému elektrickému napětí. Dojde k indukci elektrického náboje v povrchové vrstvě roztoku, a pokud je elektrické pole dostatečně silné, je překonáno povrchové napětí kapaliny. Na hladině polymeru dojde k tvorbě Taylorových kuželů (viz obr. 5). Následuje vytlačování nabité kapaliny. Vytažené vlákno se při cestě ke kolektoru dlouží a štěpí. Vlákna ztuhnou po odpaření rozpouštědla a na kolektor již dopadají suchá vlákna, tvořící vlákennou vrstvu [14, 17].

2.3 Nanospider

Nanospider je technologie, kterou v roce 2004 vyvinula a patentovala Technická univerzita v Liberci (katedra netkaných textilních). Je to technologie, která umožňuje masovou výrobu jednotlivých kontinuálních nanovláken (velikosti 200 až 500 nm) z různých polymerů. Tato technologie je založena na tom, že Tailorovy kužely je možné vytvořit na tenké vrstvě polymerního roztoku. Tato metoda nevyužívá žádné trysky či zvlákňovací kapiláry jako v předchozím případě, ale je založena na rotující elektrodě tvaru válce. Na obr. 6 je znázorněno schéma nanospideru. Elektroda ve tvaru válce je částečně ponořena do polymerního roztoku, nad ní je umístěna protielektroda (kolektor), po které je vedena podkladová textilie, na které se vytváří nanovlákna ve formě netkané textilie [14, 16].

Obr. 5 – tvorba Taylorova kuželu na hladině kapaliny v silném elektrostatickém poli, čerpáno z [18]

(24)

- 18 - 3. Polyuretany

3.1 Historie polyuretanů

Když před druhou světovou válkou dosáhli Američané zásluhou W. H. Carotherse nečekaného úspěchu v oboru syntetických vláken svým nylonem, snažili se Němci jejich náskok vyrovnat. Pokusili se připravit nový polymer založený na reakci mezi isokyanátovou skupinou a hydroxylem. Výsledkem bylo syntetické vlákno s názvem Perlon U, avšak nebylo schopno konkurovat nylonu. Zato však nečekaně došlo k objevu, který předčil pouhou napodobeninu nylonu, a to k objevu polyuretanových pěn, pryží a polyuretanových laků a lepidel. Úspěch byl založen na vlastnostech isokyanátové skupiny, která reaguje s aktivním vodíkem hydroxylových skupin tak snadno, že spojení monomerů v obrovské makromolekuly probíhá rychle i za normálních podmínek [19].

3.2 Chemie polyuretanů

Pod pojmem polyuretany rozumíme skupinu polymerů vznikající reakcí vícefunkčních isokyanátů s polyalkoholy. Reakcí isokyanátů s alkoholy vznikají uretany – estery kyseliny karbamové.

Obr. 6 – zařízení Nanospider pro výrobu nanovláken elektrostatickým zvlákňováním, čerpáno z [16]

(25)

- 19 -

R O CO NH R R HO NCO

R− + − ′→ − − − − ′ (3/1)

Tato hlavní růstová reakce je často doprovázena vedlejšími reakcemi, kterými vznikají jiné než uretanové strukturní jednotky. Isokyanáty reagují totiž s mnoha sloučeninami obsahujícími aktivní vodíkové atomy. Tak s aminy reagují za vzniku substituovaných močovin.

R NH CO NH R R N H NCO

R− + 2 − ′→ − − − − ′ (3/2)

Jednotlivé sloučeniny s aktivním vodíkem lze podle klesající reaktivity s isokyanáty sestavit do řady: alifatické aminy > aromatické aminy > alifatické substituované močoviny > primární alkoholy > sekundární alkoholy > voda > fenoly > aromatické substituované močoviny. Nejreaktivnější jsou primární aminy. Pro praxi je důležité, že se reakce isokyanátů s polyhydroxysloučeninami musí provádět ve zcela bezvodném prostředí, neboť jinak dochází k odštěpování CO a ke vzniku močovinových vazeb. ₂ Relativní rychlosti primárních, sekundárních a terciárních alkoholů s isokyanáty jsou asi v poměru 1 : 0,03 : 0.005. Reakce s alkoholy s aminy probíhají za teploty cca 20^ΟC kvantitativně za silného tepelného zabarvení a nevznikají při nich žádné vedlejší produkty. Pro přípravu polyuretanů je nutno vycházet z di- nebo polyisokyanátů a polydroxysloučenin. Tak z diisokyanátu a diolu vzniká lineární polyuretan:

(3/3) Kombinací různých polyisokyanátů a polyalkoholů je možno připravit produkty nejrůznějších vlastností.

Adiční reakce isokyanátů s polyalkoholy se dají katalicky urychlit přídavkem sloučenin cínu a terc. aminů. Teplota disociace urethanové vazby závisí na povaze skupin spojených s touto vazbou. Různé urethany jsou prakticky stabilní do těchto teplot:

- aryl-NH-COO-aryl asi do 120 C^Ο - alkyl-NH-COO-aryl asi do 180 C^Ο - aryl-NH-COO-alkyl asi do 200 C^Ο - alkyl-NH-COO-alkyl asi do 250 C^Ο .

(26)

- 20 -

Rozdílné tepelné stability různých urethanových skupin se využívá v praxi.

Z polyisokyanátů lze reakcí s fenoly, kaprolaktamem aj. připravit tzv. maskované isokyanáty, které jsou za normální teploty úplně indiferentní vůči vodě a sloučeninám se skupinami –OH. Zahřátím na teplotu rozkladu se odštěpuje maskovací činidlo a vzniká volný isokyanát, který může reagovat s přítomnými polyoly na polyuretan:

ΟC

↑↓170 (3/4)

Reaktivita isokyanátů vzrůstá v pořadí hydroaromatické-alifatické-aromatické isokyanáty. Uplaňuje se i vliv substituentů a sterického uspořádání [20].

3.3 Výchozí suroviny

Základními surovinami pro přípravu PUR jsou polyisokyanáty a polyoly.

3.3.1 Technicky důležité polyiskokyanáty

Přibližně 95 % produkce polyuretanů je založeno na aromatických polyisokyanátech, které jsou podstatně reaktivnější než alifatické. Dominují diisokyanatotoluen a siisokyanatodifenylmethan. 2,4 – a 2,6-diisokyanatotolun [2,4- a 2,6 – toluylendiisokyanat, TDI (3.3/1)] přichází na trh jako směs s obsahem 2,4-izomer. Tato směs se používá převážně pro výrobu měkkých pěn a zčásti i eleastomerů.

(27)

- 21 -

(3/5)

Pro přípravu eleastomerů a pro polotvrdé a tvrdé integrální pěny slouží 4,4- Diisokyanatodifenylmethan [4,4-difenylmethandiisokyanát, MDI (3.3/2)] o b. t.

39,5 C^Ο slouží pro přípravu eleastomerů a pro polotvrdé a tvrdé integrální pěny.

(3/6)

1,5-Diisokyanatonaftalen [1,5-naftylendiisokyanát (3.3/3)] o b. t. 127 C^Ο je vysoce reaktivní a používá se pro mechanicky náročné eleastomery.

(3/7)

Nevýhodou aromatických diisokyanátů je tendence jejich produktů ke žloutnutí na světle. Tento nedostatek nevykazují alifatické a cykloalifatické diisokyanáty [20].

(28)

- 22 - 3.3.2 Polyoly

V chemii polyuretanů se jen výjimečně jako druhá složka používají monomerní dioly.

Téměř vždy se používají oligomerní až polymerní produkty s koncovými hydroxylovými skupinami. Důvody pro to jsou ekonomické i technické.

S monomerními polyalkoholy neobtížně reaguje síťování, vláčnost a elasticita produktů a problémy jsou i s odvodem reakčního tepla. Polyalkoholová složka pro přípravu polyuretanů je podstatně levnější než složka isokyanátová. Se stoupající molekulovou hmotností polyalkoholové složky klesá potřebné množství složky isokyanátové, a tím klesají celkové náklady na produkt. Z použitelných polyalkoholových složek přichází v úvahu polyetheralkoholy a polyesteralkoholy.

Polyesteralkoholy se připravují polyesterifikací dikarboxylových kyselin (především kyseliny adipové a ftalanhydridu) a přebytku diolů (diethylenglykolu, 1,4-butandiolu, 1,6-hexandiolu, neopentylglykolu), aby konce řetězců byly obsazeny skupinami hydroxylovými. Částečnou náhradou diolu triolem se získávají rozvětvené produkty.

Polyestery používané pro výrobu polyuretanů mají zpravidla M 2000 až 4000 a hydroxylové číslo 50 až 600 mg KOH na 1g. Jejich viskozita při normální teplotě 20 až 40 Pa s. Produkty vytvrzované polyestery mají vyšší odolnost proti povětrnosti a zvýšené teplotě i vyšší tvrdost. Nevýhodou je jejich snazší hydrolyzovatelnost.

Polyetheralkoholy se připravují polymerací propylenoxidu nebo jeho směsí s ethylenoxidem. Podle inicující látky, na kterou se propylenoxid aduje, se získané produkty liší funkčností. Z vody a propylenxidu vzniká lineární polyetherdiol. Použije-li se inicující látka více aktivními vodíky, získají se rozvětvené vícefunkční polyetheralkoholy. Tak s trimethylolpropanem vznikají trojfunkční polyetheralkoholy [20].

(3/8)

(29)

- 23 - 3.4 Polyuretanová vlákna

Technicky nejsnáze přístupný a součastně nejvýznamnější lineární polyuretan vzniká z hexamethylendiisokyanátu a 1,4-butandiolu o M =7000 až 12000. Polyadici lze provádět buď přímo, nebo v prostředí rozpouštědla. V roztoku zůstanou nížemolekulární podíly a vedlejší cyklický dimer. Polyuretan z hexamethylendiisokyanátu a 1,4-butandiolu je bílá hmota podobná polyamidu, má b. t.

184 C^Ο . Je silně krystalický, tepelně není příliš stálý a při teplotách nad 220 C^Ο se začíná rozpadat na jednotlivé komponenty. Proti polyamidům mají lineární polyuretany nižší navlhavost, lepší odolnost proti vodě, kyselinám a povětrnosti a lepší elektroizolační vlastnosti. Za chladu jsou rozpustné ve fenolech, kyselině mravenčí a sírové. Oproti polyamidům mají vlákna drsnější omak, příliš rychle krystalizují, špatně se barví a silně se nabíjejí statickou elektřinou [20].

4. Laminace

Samotným membránám byla v úvodu věnována značná pozornost, proto se bude tato kapitola věnovat už jen laminaci. Laminace je v textilu pojem pro spojení dvou a více látek stejného či různého složení i určení (např. podšívka, vrchní materiál). Na obr. 7 můžeme vidět tři základní laminace membrán:

- vrchní látka + membrána

- vrchní látka + membrána + podšívka - vrchní látka + membrána + volná podšívka

(30)

- 24 -

Obr.7 – základní laminace membrán

Laminace samotné vrchní látky a membrány má svá úskalí, a to především, že membrána není chráněná a dochází k jejímu poškození vlivem tření mezi nositelem a membránou a špatnou ochranou před znečištěním (např. potem atd). Samotná odolnost proti proniknutí vody je ovšem stejná jako u třívrstvého laminátu, avšak samotný laminát je lehčí a paropropustnější (Gore-tex Paclite Ret < 4Pa.m².W⁻¹)

Laminace vrchní látky, membrány a podšívky je nejběžnější, neboť odpadají potíže, které jsou u dvouvrstvého laminátu. Membrána je velmi dobře chráněná před nečistotami a třením. Někteří výrobci v tomto případě dosahují i dobrých hodnot v paropropustnosti.

Laminace vrchního materiálu a membrány společně s volnou podšívkou není již příliš běžná. Důvodem je, že podšívka sice chrání membránu, ale jelikož není zalaminována s membránou, dochází při nošení ke tření těchto dvou ploch a k následnému poškození membrány. Paroprupostnost je též horší, protože mezi podšívkou a membránou je vzduch, který významně ovlivňuje odpor vodních par (potu).

(31)

- 25 - 4.1 Nánosování

Aby mohl vzniknout laminát, je potřeba na textilní materiál nanést pojivo. Například chci spojit podšívku a vrchní materiál, tak nanesu pojivo (např. na podšívku) a na podšívku položím vrchní materiál, následně tyto dva materiály mohu laminovat.

Nánosování spočívá v nanesení a upevnění vrstvy pojiva na základní textilii. Musí být sladěna hmotnost a struktura nosné textilie s množstvím a velikostí bodů nanášeného pojiva, aby se dosáhlo co nejlepších vlastností laminátu jako např. měkký omak, dobrá trvalá přilnavost a snížení rizika průniku pojiva.

Nanesená vrstva pojiva může být buď spojitá jako na obr. 8 nebo nespojitá. Při výrobě laminátu se většinou používá nespojitá vrstva, tím se dosáhne nízké tuhosti, měkčího omaku a dobré propustnosti vzduchu a vodních par [21].

Obr. 8 - znázornění nanesené pojivé vrstvy spojité, čerpáno z [21]

K vytvoření nespojité vrstvy se používají tyto principy:

• nánosování posypem – nepravidelné rozmístění pojiva (obr. 9 a),

• nánosování tiskem – pravidelně uspořádané rozmístění pojiva (obr. 9 b),

• nánosování tiskem a posypem - bikomponentní bod (obr. 9 c),

• nánosování z taveniny – Hotmelt.

a) b) c)

Obr. 9 - nánosování a) posypem, b) tiskem, c) bikomponentní bod, čerpáno z [21]

(32)

- 26 -

Tato práce se bude nadále věnovat pouze nespojité vrstvě vytvořené tiskem – pravidelně uspořádané rozmístění pojiva, tento způsob byl použit u experimentu.

4.2 Nánosování tiskem - Práškový bodový způsob - powder dot

Proces - hlubotiskový způsob

Základní textilie je ohřátá díky vyhřívaným ocelovým válcům, které jsou vytápěny na teploty v rozmezí 170 – 220 °C (nejčastěji kapalným médiem). Společně s tkaninou jsou tyto válce tlačeny proti horkému tiskacímu válci s teplotou 30 – 60 °C, který je opatřen gravurou. Stěrka stírá povrch tiskacího válce na hladko, a díky tomu je nanášeno přesně vymezené množství prášku. Při styku ohřáté nosné textilie s povrchem tiskacího válce dojde k přenesení aglomerovaných útvarů z gravury válce na textilii (obr. 10). Následuje natavení a upevnění těchto kupiček prášku v infračerveném poli, a tím vzniknou body upevněné na nosné textilii [21, 22].

Obr. 10 - zařízení pro nánosování tiskem, čerpáno z [21]

Aplikace

Práškové pojivo o velikosti částic mezi 80 – 200 μm je preferováno pro gravury tiskacích válců s hustotou 11 – 17 mesh. Gravury tiskacího válce s mesh 25 – 40 vyžadují prášky s jemnějším zrnkovým podílem, respektive 0 – 80 μm a 0 – 120 μm.

(33)

- 27 -

Proces práškového bodového nánosování se užívá především k nánosu takových materiálů, které nejsou citlivé na teplotní stres, jako jsou např. materiály vyrobené z přírodních a některých syntetických vláken [22].

Tento proces je využíván v oděvním a obuvnickém průmyslu. Výhody tohoto procesu spočívají v měkkém omaku stejnoměrnosti nanášeného množství na základní textilii a též dobře kontrolovatelný způsob nánosování [23].

Stroj firmy Villars AG na obr. 11 má zařazeno ještě kalandrování, které pomáhá zlepšit omak nánosované vložky.

Obr. 11 - Schéma nánosovacího stroje – firma Villars čerpáno z [23]

4.3 Podlepovací stroje

K podlepování jednotlivých oděvních polepovacích vložek se používají speciální podlepovací stroje. Podlepovací stroj (lis) je zařízení, provádějící spojení, v našem případě vrchového materiálu s podšívkou, a mezi těmito materiály je ještě vložena membrána za vzniku nerozebíratelného spoje. Podlepovací stroj je zařízení, které musí vytvořit optimální podmínky vlastního podlepení a zajistit jejich přesnou reprodukovatelnost. Musí být technicky řešen a vybaven tak, aby byla možná přesná regulace parametrů podlepování (teploty, tlaku a času) [24].

(34)

- 28 - Základní požadavky kladené na podlepovací stroje

• regulovatelnost podlepovacích parametrů:

- teplota (termostat),

- tlak (redukční ventil),

- čas (časový spínač),

• rovnoměrné rozložení teploty a tlaku na podlepovacím stroji

• elektrické vyhřívání čelistí (tvarovek), ploché čelisti (příp. tvarované čelisti - tvarovky)

• vybavení senzory tepelných poruch, aby se znemožnilo podlepování při jiné než požadované teplotě

• automatické čištění podlepovacích transportních pásů nebo horních tvarovek od ulpívajících částeček termoplastického pojiva a zbytků textilií [24]

Podlepovací stroje rozdělujeme obecně na:

• diskontiunální

• kontinuální

• ostatní

Dále bude věnována pozornost pouze diskontinuálním strojům, které se využily při experimentu v této práci.

4.4 Diskontinuální podlepovací stroje

Jak již název napovídá, pracují přetržitým způsobem. Tyto stroje mají pouze jednu pracovní polohu danou čelistmi stroje. Vyvinuly se z žehlících lisů. Charakteristickým pracovním znakem těchto podlepovacích strojů je, že celá oděvní součást je po vložení do stroje vystavena současně tlaku a teplotě po celé ploše po určitou dobu. Oděvní

(35)

- 29 -

součást je vystavena prudkému nárůstu teploty až do hodnoty stanovené pro optimální spojení, v našem případě vrchního materiálu, membrány a podšívky. Horní a dolní tělesa podlepovacího stroje při sevření materiálu zajistí, že po dobu působení teploty nedojde ke změně rozměrů materiálu.

Diskontinuální podlepovací stroje se dnes uplatňují tam, kde jsou vyráběny menší série oděvů, v zakázkové výrobě či podlepování menších oděvních součástí [24]

4.5 Podlepovací stroje s kolmým přítlakem

Od běžných žehlících strojů se liší především tím, že podlepovací čelist je rovinná a podlepovací parametry jsou seřiditelné podle druhu podlepovacího materiálu. Potřebný tlak se vyvolá přítlakem horního tělesa na spodní. Nevýhodou tohoto zařízení je to, že nelze dobře udržet rovnoměrný tlak po celé podlepovací ploše. Na obr. č. 12 můžeme vidět podlepovací stroj s kolmým přítlakem [24].

Obr. č. 12- podlepovací stroj s kolmým přítlakem, čerpáno z [24]

(36)

- 30 - 5. Kapalná vlhkost

Lidský organismus v rámci své termoregulační činnosti produkuje vodu ve formě potu.

Při teplotách kůže 34 C^Ο uvolní lidské tělo do okolí přibližně 0,03 l.h⁻¹ potu a při překročení této teploty se může uvolnit až 0,7 l.h⁻¹. Ochlazení vzniká právě při odpaření potu, proto je poslední dobou velmi sledovaná hodnota paropropustnosti, která je u oblečení s membránou velmi důležitou hodnotou.

U volného povrchu kůže je jedinou podmínkou odparu dostatečný rozdíl parciálních tlaků páry viz. obr. 13 [25].

o

k P

P P= −

∆ (4/1)

Obr. 13 - odvod vlkosti z volného povrchu kůže odporem, čerpáno z [25]

U oblečeného člověka je situace složitější, neboť transport vlhkosti se řídí jinými principy:

- difuzí - kapilárně - sorpčně.

Blíže bude popsán difúzní princip, který se uplatňuje u oblečení s membránou.

(37)

- 31 - 5.1 Difuze

Transport vlhkosti z povrchu kůže přes textilii je realizován u difuzního principu přes póry, jak je znázorněno na obr. 14. Právě tyto póry ovlivňují kapilární odvod, a to díky jejich velikosti a křivosti.

Obr. 14 – transport vlhkosti z povrchu kůže přes textilii, čerpáno z [25]

Vlhkost prostupuje textilií od nižšího parciální tlaku vodní páry. Difuzní odpor je ovlivňován jednotlivými oděvními vrstvami různých druhů i kvalit, jako například:

nátělník, košile, sako a kabát. Tyto jednotlivé oděvní vrstvy se sčítají, přičemž značnou roli hraje i odpor vzduchových mezivrstev.

Vteřinové množství páry m [^∗ kg.m⁻²s] přenášené difúzí vrstvou klidného vzduchu je úměrné difúznímu koeficientu D _p

[

^kg^/^m^.^s^.^Pa

]

a gradientu parciálního tlaku

x p_parc ∆

∆ / podle Fricova zákona.

(

^p ^p

)

^h

(

^p ^p

)

^R

D x p

D

m^∗ =− _p.∆ _parc /∆ =− _p. _wsat − _we / = _wsat − _we / (4/2)

(38)

- 32 - kde

p

wp h D

R = / nebo R_wc =h/D_c

(4/3)

V porézním prostředí, jakou jsou textilie, je pára přenášena difúzí přes otvory, resp.

kanály, které jsou v jednotlivých součástech oděvu. Pokud chybí vliv volné konvence nebo tzv. pumpovaní efekt vyvozený ventilací, je odpor proti průchodu vodní páry porézním prostředím s průchozími póry dán vztahem:

p

wp h D

R =ξ. /ε. (4/4)

Zvýšení odporu proti přenosu vlhkosti porézními textilními materiály oproti hladině, která je nad volnou mezerou, způsobuje snížení koeficientu porosity ε <1 a zvětšující se délka kanálů, která je charakterizována faktorem tortuosity ξ >1. To může mít za následek relativně vysoký odpor proti vodním parám R_WF. Díky větší porozitě mají otevřené materiály, jako např. pleteniny, daleko větší propustnost vodní páry neboli menší odpor proti přenosu vodní páry než tkaniny [25].

5.2 Propustnost textilií pro vodní páry

Propustnost textilií pro vodní páry se hodnotí pomocí výparného odporu Ret

[

^Pa^.^m²^/^W

]

podle ISO 11092. Čím nižší je hodnota Ret, tím je propustnost textilie pro vodní páry vyšší. Jednotka

[

^g^/^m²^.²⁴^hod

]

se používá pro propustnost vodních par, která je měřena podle ASTM E96-BWa ISO 2528. Velkou nevýhodou této jednotky je, že z ní není patrno, při jaké vlhkosti vnějšího vzduchu k příslušné propustnosti dochází.

Klasifikace propustnosti textilií pro vodní páry v obou jednotkách podle stávajících norem ISO následující [25]:

(39)

- 33 - Ret <6

Ret 6-13 Ret 13-20 Ret >20

velmi dobrá dobrá uspokojivá neuspokojivá

(nad 20 000g/m².24h) (9 000-20 000g/m².24h) (5 000-9 000 g/m².24h) (pod 5 000 g/m².24h)

5.3 Permetest

Přístroj je založený na přímém měření tepelného toku q procházejícího povrchem tohoto tepelného modelu lidské pokožky. Povrch modelu je porézní a je zavlhčován, čímž se simuluje funkce ochlazování pocením. Na tento povrch je přiložen přes separační folii měřený vzorek. Vnější strana vzorku je ofukována. Přístroj permetest můžeme vidět na obr. č. 15.

Při měření výparného odporu a paropropustnosti je měřící hlavice pomocí elektrické topné spirály a regulátoru udržován na teplotě okolního vzduchu (20 -23 C^Ο ), který je do přístroje nasáván. Tím jsou zajištěny izotermické podmínky měření. Během měření se vlhkost v porézní vrstvě mění v páru, která prochází skrz separační fólii vzorkem.

Výparný tepelný tok je následně změřen snímačem a jeho hodnota je úměrná paropropustnosti textilie nebo nepřímo měrná jejímu výparnému odporu. V obou případech se však nejdříve měří tepelný tok bez vzorku a následně se vzorkem. Přístroj zaregistruje oba odpovídající tepelné toky q a _o q . _v

Výhodou tohoto přístroje je relativně krátká doba měření a možnost provádět měření v jakýchkoliv běžných klimatických podmínkách [25].

(40)

- 34 -

Obr. č. 15 – permetest, čerpáno z [25]

5.4 Stanovení relativní propustnosti pro vodní páry

Permetest měří relativní propustnost textilií pro vodní páry p v %, což je parametr nenormalizovaný, ale velmi praktický, kde 100% propustnosti přestavuje tok q _o vyvozeným odparem z volné vodní hladiny o stejném průměru, jaký má měřený vzorek.

Zakrytí této hladiny měřeným vzorkem se pak teplený tok sníží na hodnotu q , platí _v [25]:

(

qv qo

)

p=100 / [%]

(5/1)

Stanovení výparného odporu:

(

⁻

) (

⁻¹⁻ ⁻¹

)

= _m _a _v _o

et P P q q

R (5/2)

(41)

- 35 - 6. Propustnost textilií pro vzduch

Při vysokém fyzickém zatížení vzniká teplo, které je potřeba odvést z oděvního systému. To je možné pokud je vnější vzduch chladnější a oděv je dostatečně prodyšný.

U sportovních oděvů (např. dresů) je vysoká prodyšnost žádoucí, naopak u zimního oblečení a oblečení pro vysokohorskou turistiku je prodyšnost nežádoucí, protože je vystaveno chladnému vzduchu. Prodyšnost je velmi důležitá vlastnost, která se musí hodnotit.

7. Hydrostatická odolnost textilií

Hydrostatická odolnost outdoorových oděvů se stala v posledních letech velmi důležitým parametrem pro kvalitu výrobku. Proto je tomuto parametru věnována značná pozornost při hodnocení oděvu.

Polopropustné textilie jsou nepropustné pro kapalnou vlhkost jen do určité míry. Hustě dostavené mikrovlákenné tkaniny jsou nepropustné až do hydrostatického tlaku 0,5 -1 m, což je nepostačující v místech, kde je zvýšený tlak, např. pod popruhy batohů a jiných místech, kde tento tlak způsobuje tzv. klínový efekt.

Hydrostatická odolnost je na výrobcích uváděna jako výška vodního sloupce. Vodní sloupec je pomocný údaj, který vyjadřuje schopnost materiálu odolávat hydrostatickému tlaku. Čím je udávaná hodnota vyšší, tím je materiál odolnější vůči promoknutí.

Standard odolnosti proti vodě je 2000 mm, ale samozřejmě čím vyšší hodnota, tím lepší nepromokavost. V laboratořích se vodní sloupec měří na speciálních přístrojích a hodnota tlaku se poté pro lepší orientaci převádí na výšku vodního sloupce v milimetrech či metrech. Velmi zjednodušeně lze měřit hydrostatickou odolnost tak, že se na materiál přiloží skleněný válec o průměru 10 cm, který se naplní vodou (viz. obr.

16). Voda ve válci působí na materiál a po průniku prvních tří kapek je určena hodnota hydrostatické odolnosti. Měření se používá pro výrobky, které by neměly propustit vodu, například stany, oblečení, batohy a další [26].

(42)

- 36 -

Obr. 16 - zjednodušené měření hydrostatické odolnosti, čerpáno z [26]

8. Obrazová analýza

Obrazová analýza je systém vyvinutý pro získávání a ukládání obrazů, interaktivní měření a možnosti archivace rozsáhlých obrazových sekvencí a jejich zpracování.

V případě textilního inženýrství se jedná například o zjišťování geometrických vlastností vláken, přízí a plošných textilií.

Zobrazovací systém je složen z PC se softwarem obrazové analýzy, kamery nebo jiného zařízení pro získání obrazu a mikroskopu nebo makroskopu (viz. obr.17). Každá sestava je individuálně řešena podle daného problému [27].

(43)

- 37 -

Obr. 17 nejčastěji užívaný způsob propojení zobrazovacího systému, čerpáno z [27]

8.1 Obecný postup obrazové analýzy

Obrazová analýza kvantitativně hodnotí vlastnosti obrazu, umožňuje nahrazení subjektivního posuzování obrazů pomocí objektivních charakteristik. Obecně lze postup obrazové analýzy rozdělit do tří etap [2]:

1. tvorba obrazu (digitálním fotoaparátem, kamerou, skenerem) 2. převedení obrazového signálu na digitální data

3. analýza vybraných charakteristických rysů obrazu.

(44)

- 38 -

III. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

1. Příprava polymerního roztoku

Polymerní roztok pro výrobu polyuretanových nanovlákenných membrán byl připraven rozmícháním 115 g Larithane LS 14086 v roztoku, který obsahoval 50 g dimethylformamidu (DMF), 55 g nasyceného roztoku bromu v DMF a 5 g destilované vody. Takto připravený polymerní roztok bylo nutné promíchat pomocí elektricky poháněné míchačky.

1.1 Larithane

Larithane je produkt italské firmy Novatex. Jedná se o polyuretan s vysokou polaritou.

Je rozpustný v DMF (Dimethylformamid), etanolu, ale také v esterech a ketonech. Je základem aromatických a alifatických isokyanátů, které se používají pro výrobu umělých kůží, jsou vhodné také k přímému provrstvování a textilní laminaci. Řada také obsahuje velký výběr výrobků pro koagulační proces a speciální výrobky určené k provrstvování v oděvním průmyslu.

1.2 N,N – dimethylformamid

N,N-dimethylformamid je bezbarvá až lehce nažloutlá kapalina, jemného čpavkového zápachu, mísitelná s vodou a organickými rozpouštědly. Jeho páry jsou těžší než vzduch, pH 0,5 mol. roztoku ve vodě 6,7, hořlavina, bod vzplanutí 67 C⁰ . Pomalu se odpařující rozpouštědlo, dráždí sliznice, spojivky a kůži, zejména v tekutém stavu (zařazen mezi žíraviny). Působí lehce narkoticky.

(45)

- 39 - 2. Výroba nanovlákenných membrán

TATO KAPITOLA JE UTAJENA, DOSTUPNÉ NA KATEŘE TEXTILNÍCH TECHNOLOGIÍ

3. Podkladová textilie

4. Plošná hmotnost

Při měření plošné hmotnosti se z každého zkušebního vzorku připravilo pět zkušebních vzorků o ploše 100 cm . Přesnost vah byla d=0,1mg. Výsledky plošných hmotností ² vzorků jsou uvedeny v příloze č. 1.

5. Nánosování

5.1 Velikost a vzájemná vzdálenost bodů

(46)

- 40 - 5.2 Vytvoření třívrstvého laminátu

6. Paropropustnost

7. Hodnocení propustnosti vzduchu textilií

Prodyšnost je definována jako rychlost proudu vzduchu kolmo procházejícího plochou skutečného vzorku při stanovení tlakového spádu a času [25].

Měření prodyšnosti probíhalo na přístroji švýcarské firmy TEXTEST AG. Princip měření spočívá ve vytvoření tlakového rozdílu mezi oběma povrchy testované textilie a měření takto vyvolaného průtoku vzduchu. Měření probíhalo při tlakovém spádu 200 Pa. Testovací plocha činila 100 cm . Propustnost byla vyjádřena mm/s. Výsledky jsou ² uvedeny v příloze č. 6. Podle výsledků měření můžeme prohlásit, že třívrstvý laminát je 100% větruodolný.

8. Stanovení odolnosti proti pronikání vody

Podstatou této zkoušky bylo zjištění, zda polyuretanové nanovlákenné membrány jsou schopné odolat tlakovému působení vody. Měření bylo prováděno podle normy ČSN EN 20811 v podmínkách podle ISO 139. Před samotnou zkouškou byly vzorky klimatizovány po dobu 24 hod při relativní vlhkosti 65%±2% a teplotě 19°C±2°C.Na vzorek působil tlak vody zespod. Zkušební plocha vzorku byla 170cm . Rychlost ² zvyšování tlaku vody byla 10 cm vodního sloupce za minutu.

(47)

- 41 -

Jako první byly měřeny vzorky s nanovlákennou vrstvou na podkladu spunblondový polypropylenový proplet a ukázalo se, že použitý roztok polyuretanu není dostatečně hydrofobní a došlo prakticky k okamžitému nasáknutí a pak proniknutí vody skrz membránu a podklad.

Proto se k dalšímu měření tlakového působení vody byly použity již samotné 3-vrstvé lamináty. Výsledky vodního sloupce jsou uvedeny v příloze č. 7.

9. Rastrovací elektronový mikroskop

Vega je počítačem řízený rastrovací elektronový mikroskop, který je určen k pozorování povrchů při velkém zvětšení, k zaznamenávání a archivování zvětšených obrazů.

Obrazy pak mohou být předány k dalšímu počítačovému zpracování a vyhodnocení.

Tato zkouška byla provedena servisně na katedře textilních materiálů na Technické univerzitě v Liberci.

10. Práce na obrazové analýze

Samotný systém obrazové analýzy byl popsán v teoretické části v kapitole č. 8

„Obrazová analýza“. Cílem bylo zjistit tyto parametry:

- počet pórů na 1cm ² - plošný podíl

- minimální a maximální feret - ekvivalentní průměr

Tyto parametry byly měřeny na 3-vrstvé nanovlákenné membráně a na Gore-texové membráně. Pro každou membránu bylo nasnímáno deset pohledů z rastrovacího

(48)

- 42 -

mikroskopu, na obr č. 20 můžeme vidět nanovlákennou membránu (3-vrstvá) a membránu od Firmy Gore-tex. Výsledné parametry obou membrán byly vyhodnoceny a vzájemně porovnány a jsou uvedeny v tabulce č. 2 - porovnání membrán Gore-texu a nanovláknné membrány.

Postup na obrazové analýze byl následující:

- převedení barevného obrazu do šedotónové stupnice - transformace do binárního tvaru

- rychlá kalibrace

- úprava obrazů pomocí morfologických operací dilatace a eroze - příznaky pro měření polí

- změření a vyhodnocení příznaků pro měření polí

Tabulka č.2 porovnání membrán Gore-texu a nanovláknné membrány

TATO TABULKA JE UTAJENA, DOSTUPNÉ NA KATEŘE TEXTILNÍCH TECHNOLOGIÍ

11. Porovnání nanovlákenného a Gore-texového laminátu

(49)

- 43 -

IV. DISKUSE K VÝSLEDKU, ZÁVĚR

(50)

- 44 -

V. POUŽITÁ LITERATURA

[1] DOSTÁLOVÁ, M., KŘIVÁNKOVÁ, M.: Základy textilní a oděvní výroby, Technická univerzita v Liberci, Liberec, 2004

[2] SEERAM, R., KAZUTOSHI, F., WEE-EONG, T., TEIK-CHENG, L.:

Electrospinning and nanofibers, National University of Singapure, 2005 [3] http://www.gore-tex.com/

[4] www.svetoutdooru.cz/

[5] http://www.rockpoint.cz/material-obleceni/

[6] http://www.pinguin-sport.cz/gelanots/htmls/gelanots.html [7] http://www.highpoint.cz/materialy.html

[8] www.diapex.com

[9] FORMHALS, A.: US patent 1,975,504, 1934.

[10] FORMHALS, A.: US patent 2,160,962, 1939.

[11] FORMHALS, A.: US patent, 2,187,306, 1940.

[12] FORMHALS, A.: US patent, 2,323,025, 1943.

[13] FORMHALS, A.: US patent, 2,349,950, 1944

[14] RŮŽIČKOVÁ, J.: Elektrostatické zvlákňování nanovláken, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2004

[15] JIRSÁK, O., KALINOVÁ, K.: Netkané textilie, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2003

[16] TU v Liberci: Způsob výroby nanovláken z polymerního roztoku elektrostatickým zvlákňováním a zařízení k provádění způsobu, CZ Patent 294274, 2003-2421 [17] www.elmarco.com

[18] LUKÁŠOVÁ, I.: Taylor, prezentace, dostupné na World Wide Web:

http://www.ft.vslib.cz/depart/knt/nove/index.php?obsah=studium/stranky_predmet u/mit

[19] DOMBROW, B. A.: Polyuretany, SNTL, Praha 1961

[20] MLEZIVA, J.: Polymery - struktura, vlastnosti a použití, SOBOTÁLES, Praha 1993

[21] REC, V.,HAMPL, M., SMUTNÝ, J.: Podlepování součástí svrchních oděvů.

Praha: SNTL Praha, 1991, 1. vydání. ISBN 80-03-00242-7

[22] Vestamelt [online]. Německo: Vestamelt, [cit. 2005 –03 –23]. Dostupné na WWW: <http://www.vestamelt.com>.

[23] Literatura a prospekty firmy Villars AG

[24] http://www.kod.tul.cz/ucebni_materialy/tvarovani/podlepovani/podlepovani.htm