چگونه پارچه نبافته الیاف دریای جزیره محلول در آب حل می شود - و چه چیزی باعث این فرآیند می شود؟

پارچه غیر بافته الیاف جزیره دریایی محلول در آب از طریق a حل می شود فرآیند هیدرولیز کنترل شده در درجه اول توسط دمای آب آغاز می شود . جزء "دریا" - معمولاً پلی وینیل الکل (PVA) - زمانی که در آب بالاتر از یک دمای آستانه خاص غوطه ور می شود، شروع به حل شدن می کند، معمولاً بین 20 درجه سانتیگراد و 90 درجه سانتیگراد بسته به درجه فیبر ، تنها ریز فیبرهای بسیار ظریف "جزیره" را پشت سر می گذارند. این انحلال تصادفی نیست. این ماده دقیقاً در شیمی فیبر مهندسی شده است و ویژگی عملکردی اصلی است که این ماده را در کاربردهای پزشکی، نساجی و صنعتی ارزشمند می کند.

درک ساختار فیبر جزیره دریا

برای درک چگونگی حل شدن پارچه، ابتدا باید بفهمید که فیبر جزیره دریایی در واقع چیست. الیاف جزیره دریایی (همچنین به عنوان "جزایر در دریا" نوشته می شود) یک معماری فیبر دو جزئی است که در آن یک پلیمر - "جزیره" - در پلیمر دیگری - "دریا" محصور شده است.

معماری دو پلیمری

در انواع محلول در آب، جزء دریا بیشتر است پلی وینیل الکل (PVA) ، یک پلیمر حساس به آب است، در حالی که جزء جزیره به طور معمول است پلی استر (PET) یا نایلون (PA6) . یک سطح مقطع الیاف منفرد می‌تواند شامل هر جایی از آن باشد 16 تا 1000 رشته جزیره ای ، هر کدام با قطری به اندازه 0.1-0.3 میکرومتر - بسیار کمتر از آنچه ریسندگی معمولی می تواند ایجاد کند.

چرا دریا باید قربانی شود

پلیمر دریایی یک هدف ساختاری موقت دارد: پشتیبانی مکانیکی را در طول ریسندگی الیاف و تشکیل پارچه های نبافته فراهم می کند. بدون آن، الیاف این ریز (که اغلب نامیده می شود فوق ریز یا میکروالیاف زیر 0.1 دنیر ) قابل چرخش یا دست زدن نیست. هنگامی که پارچه شکل گرفت و پردازش شد، دریا حل می شود و جزایر را به عنوان بسته ای از الیاف مستقل بسیار ظریف آزاد می کند.

مکانیسم انحلال: آنچه در واقع در سطح مولکولی اتفاق می افتد

انحلال فقط به معنی از هم پاشیدن پارچه در آب نیست. این یک فرآیند مولکولی گام به گام است که توسط پیوند هیدروژنی، بلورینگی و انرژی حرارتی اداره می شود.

مرحله 1 - جذب آب و تورم

هنگامی که پارچه با آب تماس پیدا می کند، مولکول های آب شروع به نفوذ به ماتریس دریا PVA می کنند. PVA ذاتاً به دلیل گروه های هیدروکسیل (-OH) فراوان آن که پیوند هیدروژنی را با آب تشکیل می دهند، آب دوست است. با نفوذ آب به مناطق آمورف ساختار PVA، پلیمر دریا به تدریج متورم می شود.

مرحله 2 - تجزیه منطقه کریستالی

PVA شامل هر دو منطقه آمورف و کریستالی است. ابتدا نواحی بی شکل حل می شوند. مناطق کریستالی تا زمانی که انرژی حرارتی کافی تامین شود مقاومت می کنند. به همین دلیل است دما محرک اولیه است : در دماهای کمتر از آستانه انحلال PVA، فقط تورم جزئی رخ می دهد. در بالای آن، شبکه کریستالی شکسته می شود و پلیمر به طور کامل وارد محلول می شود.

مرحله 3 - حذف کامل دریا و آزادسازی جزیره

با حل شدن دریا، ریز فیبرهای جزیره به صورت رشته های منفرد و از نظر ساختاری دست نخورده آزاد می شوند. PVA حل شده به صورت محلول آبی از سیستم خارج می شود. الیاف جزیره ای - که اکنون آزاد شده اند - ساختار میکروفیبر عملکردی را تشکیل می دهند که محصول نهایی را به آن می بخشد نرمی استثنایی، مساحت سطح و ظرفیت جذب مایع .

محرک اولیه: دمای آب

دما کنترل‌پذیرترین و مهم‌ترین محرک انحلال است. PVA در گریدهایی با درجات مختلف پلیمریزاسیون و صابونی سازی تولید می شود که مستقیماً دمای انحلال را تنظیم می کند.

انتخاب نمره صحیح بسیار مهم است. یک پارچه محلول در آب سرد که در فرآیند شستشوی لباس گرم استفاده می شود، زودتر حل می شود. یک پارچه محلول در آب گرم که در یک برنامه مراقبت از پوست با دمای بدن استفاده می شود به هیچ وجه حل نمی شود.

محرک های ثانویه که انحلال را تسریع یا تغییر می دهند

در حالی که دما محرک اولیه است، چندین عامل دیگر سرعت و کامل بودن فرآیند انحلال را تعدیل می کنند.

هم زدن مکانیکی

هم زدن یا هم زدن مکانیکی با قرار دادن مداوم سطح PVA تازه در معرض آب غیر اشباع انحلال را تسریع می کند. در محیط های صنعتی، هم زدن در 200-400 RPM می تواند زمان انحلال را 40-60٪ کاهش دهد. در مقایسه با غوطه وری استاتیک در همان دما.

PH آب

انحلال PVA به pH حساس است. شرایط اسیدی قوی (PH زیر 3) می تواند با پروتونه کردن گروه های هیدروکسیل و کاهش پیوند هیدروژنی با آب، انحلال را کند کند. محیط های قلیایی (pH بالای 10) می توانند انحلال را تسریع کنند، اما در صورت حساس بودن به اسید، ممکن است فیبر جزیره را نیز تخریب کنند. آب خنثی تا قلیایی خفیف (pH 6.5-8.5) بهینه است برای انحلال کنترل شده در اکثر برنامه ها.

غلظت نمک و یون

نمک های محلول – به ویژه یون های چند ظرفیتی مانند کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) موجود در آب سخت – می توانند به طور قابل توجهی با گروه های هیدروکسیل PVA پیوندهای عرضی ایجاد کنند. مهار انحلال . آب سخت با سختی بیش از 200 ppm می تواند زمان انحلال را 2-3× افزایش دهد. سازندگان آب نرم شده یا دیونیزه شده را برای کنترل فرآیند قابل اعتماد مشخص می کنند.

وزن و ضخامت پارچه

پارچه سنگین تر (GSM بالاتر) طول مسیر انتشار را برای مولکول های آب افزایش می دهد. الف پارچه 30 گرمی ممکن است طی 2 تا 3 دقیقه در دمای 40 درجه سانتیگراد به طور کامل حل شود، در حالی که یک پارچه 80 گرمی ممکن است در شرایط مشابه به 8 تا 12 دقیقه نیاز داشته باشد.

چگونه رفتار انحلال برای کاربردهای خاص مهندسی شده است

سازندگان رفتار انحلال را در طول تولید فیبر تنظیم می کنند، نه پس از آن. پارامترهای زیر به طور عمدی در مرحله طراحی تنظیم می شوند:

• درجه صابونی شدن PVA: صابون سازی بیشتر (98-99٪) باعث تولید PVA کریستالی بیشتر و سخت تر می شود. صابون سازی کمتر (87-89٪) باعث می شود PVA با انحلال سریع تر و آمورف تر - ایده آل برای برنامه های کاربردی در آب سرد یا دمای بدن.
• نسبت دریا به جزیره: نسبت دریای بالاتر (به عنوان مثال 50٪ دریا / 50٪ جزیره بر حسب وزن) سریعتر از نسبت کمتر دریا (30/70) حل می شود زیرا PVA بیشتری در سطح فیبر قرار می گیرد.
• ظرافت فیبر: الیاف ریزتر نسبت سطح به حجم بالاتری دارند و نفوذ آب و شروع انحلال را تسریع می کنند.
• روش چسباندن نبافته: پارچه‌های درهم‌تنیده (spunlace) به‌طور یکنواخت‌تر از پارچه‌هایی که دارای پیوند حرارتی هستند حل می‌شوند، زیرا هیچ نقطه‌ای از اتصال حرارتی ندارند که در برابر نفوذ آب مقاومت کنند.

پس از انحلال چه چیزی باقی می ماند - و آیا ایمن است؟

پس از حل شدن جزء دریا، دو خروجی باقی می ماند: ساختار میکروفیبر جزیره ای و محلول آبی PVA .

میکروالیاف باقیمانده

الیاف جزیره - معمولا PET یا نایلون - از نظر شیمیایی بی اثر و از نظر ساختاری دست نخورده هستند. در تولید نساجی، اینها به پارچه میکروفیبر نهایی تبدیل می شوند. در کاربردهای یکبار مصرف (به عنوان مثال، پشتی گلدوزی قابل حل)، هم الیاف دریا و هم میکروالیاف آزاد شده از محصول در هنگام شستشو خارج می شوند.

راه حل PVA - ملاحظات زیست محیطی

PVA در نظر گرفته شده است به راحتی زیست تخریب پذیر تحت شرایط هوازی در حضور باکتری های تجزیه کننده PVA (به عنوان مثال، سودوموناس وزیکولاریس ). سیستم های تصفیه فاضلاب شهری با لجن فعال می توانند PVA را در سطح زیست تخریب کنند نرخ حذف بیش از 95٪ در زمان های استاندارد ماندگاری درمان با این حال، تخلیه مستقیم به آبراه ها بدون تصفیه توصیه نمی شود، زیرا PVA تجزیه نشده می تواند یک بار اکسیژن بیولوژیکی (BOD) ایجاد کند. انتظار می رود که کاربران صنعتی پساب انحلال را قبل از تخلیه از طریق تصفیه استاندارد هدایت کنند.

مفاهیم عملی برای طراحان و تولیدکنندگان محصول

درک مکانیسم انحلال فقط علمی نیست - پیامدهای مستقیمی برای عملکرد محصول و طراحی فرآیند دارد.

• شرایط نگهداری مهم است: رطوبت بالای محیط بالا 65٪ RH می تواند انحلال جزئی سطح را در طول ذخیره سازی آغاز کند، پارچه را قبل از استفاده ضعیف می کند. محصولات باید در بسته بندی های ضد رطوبت مهر و موم شوند.
• کیفیت آب فرآیند باید مشخص شود: از آب نرم یا دیونیزه شده در حمام های انحلال برای جلوگیری از انحلال ناقص مهار شده یونی استفاده کنید.
• اعتبار انحلال باید بخشی از QC باشد: زمان انحلال را در دمای مورد نظر با حجم آب ثابت و سرعت هم زدن تست کنید تا از قوام دسته به دسته اطمینان حاصل کنید.
• درجه را با محیط استفاده نهایی مطابقت دهید: درجه محلول در آب گرم مورد استفاده در محصولی که با تعریق بدن تماس دارد (متوسط دمای سطح پوست ~ 32-34 درجه سانتیگراد) ممکن است در هنگام استفاده دچار انحلال ناخواسته نسبی شود - یک خطای طراحی حیاتی.

انحلال پارچه غیر بافته الیاف جزیره دریایی محلول در آب است فرآیندی که دقیقاً مهندسی شده و مبتنی بر دما است ریشه در شیمی آبدوست PVA دارد. دمای آب محرک اولیه است، در حالی که هم زدن، pH، سختی آب و ساخت پارچه همگی سرعت و کامل شدن انحلال را تعدیل می کنند. انتخاب درجه مناسب PVA، کنترل محیط انحلال، و اعتبارسنجی عملکرد در شرایط استفاده واقعی، سه ستون استقرار قابل اعتماد این ماده هستند. برای توسعه دهندگان محصول و مهندسان فرآیند به طور یکسان، درک اینکه چه چیزی باعث انحلال می شود - و چه چیزی می تواند با آن تداخل داشته باشد - اساس کار موفقیت آمیز با این ماده از نظر فنی پیچیده است.