Водонепроницаемость паропроницаемость: Что значат характеристики мембраны

Что значат характеристики мембраны

Что такое мембрана?

МЕМБРАНА — это тонкослойное покрытие внутренней поверхности ткани. Мембрана обеспечивает благоприятный климат внутри одежды, а микроскопические поры позволяют выходить водяным парам, одновременно блокируя проникновение влаги снаружи.

Мембранная ткань состоит из двух слоев: ткань верха (может быть абсолютно любой, как тонкой, так и плотной) и, непосредственно, мембрана — тончайшая полимерная пленка с порами специальной формы, обеспечивающими одностороннюю водопроницаемость (влага, находящаяся с внутренней стороны, свободно мигрирует сквозь мембрану, в то время, как влага, находящаяся снаружи, задерживается мембраной). 

 

Как работает?

Внешняя влага не проникает внутрь, избыточное тепло и водяной пар (наш пот) изнутри выходит сквозь ткань, что улучшает терморегуляцию тела.

 

Что значат цифры и характеристики?

Любая мембранная одежда имеет на ярлыке две характеристики, обычно через слэш, вроде 5000/10000 или 5000mm/10000g.

Первый параметр, это вода. Второй параметр, это воздух.

1. Водостойкость ткани измеряется высотой водяного столба, который онf может удержать не промокая. Единица измерения мм.

2. Паропроницаемость (Воздухопроницаемость) характеризует, какое количество влаги в виде пара пропускает наружу один метр ткани за 24 часа. Единица измерения г/м2/24 часа. Чем выше значение этих параметров, тем лучше. 

* Для сравнения: максимальная водостойкость хлопка составляет 500 мм, синтетики без специальной обработки – 1000 мм. При этом паропроницаемость, необходимая для активного занятия спортом, например, горными лыжами, составляет 10 000 г/м2/24ч, а для ходьбы пешком — 3000 г/м2/24ч.

BREATHABLE – мембранная ткань для неэкстремальных условий. Используется в изделиях Caimano. Водостойкость 2000 — 5000 мм. Воздухопроницаемость 2000-5000 г/м2/24 часа.  

Типы характеристик, используемых в одежде Color Kids 

Air-Flo 10000: водонепроницаемые, ветрозащитные и дышащие.

Максимальная защита в самых суровых погодных условиях.

Отделка: Ламинированная мембрана
Водотталкивание: + 10.000 mm
Ветронепродуваемость: да
Паропроницаемость: + 5000 г./м./24 ч.

Швы: полностью проклеенные (FTS)

Air-Flo 5000: Водонепроницаемость, ветрозащитные и дышащие

Превосходная защита при любых погодных условиях.

Материал: Покрытие AF 5000 PU / ламинированная мембрана
Водотталкивание: + 5.000 мм
Ветронепродуваемость: Да
Паропроницаемость: +5000 г./м./24 ч.
Проклейка швов: Полная проклейка швов (FTS)

Air-Flo 3000: Водонепроницаемость, ветрозащитные и дышащие

100% защита при любых погодных условиях 

Материал: Покрытие AF 3000 PU
Водотталкивание: + 3.000 мм
Ветронепродуваемость: Да
Паропроницаемость: +2000 г./м./24 ч.
Проклейка швов: Частичная проклейка швов (PTS)

Air-Flo 2000: непромокаемый, ветрозащитные и дышащие

Эффективная защита в любых погодных условиях.

Материал: Покрытие AF 2000 PU Водотталкивание: + 2.000 мм
Ветронепродуваемость: Да
Паропроницаемость: Да
Проклейка швов: Нет

 

GORE-TEX: водонепроницаемость, ветронепроницаемость и дышащая способность

«Вне зависимости от того, кто именно из наших партнёров изготовил конкретное изделие, если на нем имеется ярлык GORE-TEX, мы подтверждаем его водонепроницаемость, ветронепроницаемость и дышащую способность в условиях для которых они предназачены.

Если вы недовольны водонепроницаемостью, ветронепроницаемостью или дышащей способностью одежды GORE-TEX, мы отремонтируем, обменяем, либо возместим вам её стоимость».

Компания W. L. Gore and Associates

 

 

Олег Старостин — скалолаз-любитель и мерчендайзер представительства компании W.  L. Gore and Associates — рассказал что такое мембрана гортекс, для чего она нужна и как правильно за ней ухаживать.

 

Дмитрий Гаврилов — Привет Олег! Что такое GORE-TEX и зачем мне, как спортсмену, или как обычному городскому жителю, он нужен?

Олег Старостин — Привет! GORE-TEX, это технология мембранной ткани, которую используют в производстве одежды и обуви. Она сделана, чтобы человеку было комфортно находиться на улице в разную погоду. GORE-TEX не промокает и не продувается, но при этом обладает очень высокой дышащей способностью. Например, ты можешь пойти бегать под дождь и не промокнешь, а испаряющийся пот будет выходить наружу.

Д. Г. — Как устроен GORE-TEX?

О. С. — Мембрана сделана из растянутого политетрафторэтилена (ПТФЭ). Если посмотреть на нее под микроскопом, она окажется пористой. Поры имеют размер в 700 раз больше молекулы пара, но в 20000 раз меньше капли воды, и имеют такую структуру, что полностью непроницаемы для ветра.

Это если говорить о мембране GORE-TEX.

Еще компания GORE производит ткань WINDSTOPPER, в которой также используется мембрана из ПТФЭ, но там поры большего размера, в 900 раз больше молекулы пара. Она полностью ветронепроницаема и обладает максимальной дышащей способностью. Она также не промокает, но компания W. L. Gore and Associates не позиционирует изделия из WINDSTOPPER как непромокаемые. В них не проклеиваются швы, поэтому если долго находиться под дождем, влага через них может попасть внутрь. Изделия из WINDSTOPPER очень хорошо дышат и подходят для активного спорта: бега, велогонок и других высоко-аэробных видов активности.

GORE-TEX держит воду, но пропускает пар

Д. Г. — То есть сама мембрана не пропускает воду, но нам пишут отзывы, что куртки и кроссовки из гортекса промокают. Прокомментируй пожалуйста.

О.  С. — Бывают случаи, когда людям кажется, что гортекс промокает, а на самом деле это не так:

1) Человек чувствует влагу под одеждой. Причиной этого может быть то, что куртка пропускает пар, но не воздух (она не проветривается как, например, футболка). Когда ты бегаешь, под курткой создается достаточно большое давление пара, чтобы он выходил наружу, но если ты стоишь в толкучке в метро, никакого давления нет и какой-то объём пота будет оставаться внутри.

2) Человек видит, что внешняя ткань впитала воду. Причина в том, что влагоотталкивающая пропитка потеряла свои свойства и ее нужно нанести заново. При этом мембрана под внешним слоем по прежнему не промокает, но ощущения промозглости и влажности может появиться, как при ходьбе в резиновых сапогах.

Д. Г. — Понятно. Вернемся к видам мембраны. Если гортекс везде одинаковый, почему одна куртка с гортексом стоит 10 тыс., а другая — 40 тыс.?

О. С. — Куртки состоят не из одной мембраны.

Мембрана не промокает и не продувается, но сама по себе легко рвется, поэтому ее склеивают с внешними и подкладочными материалами, это называется сэндвич. От сэндвича зависит не только стоимость, но и характеристики изделия.

Есть несколько конструкций сэндвичей, в которых используются разные ткани в зависимости от назначения:

Двухслойная одежда GORE-TEX. Мембрана прикрепляется к различным внешним тканям. Тканевая или сетчатая, утепленная или нет, подкладка не приклеивается к мембране. Универсальный сэндвич, который используется как в повседневной, так и в спортивной одежде.

 

 

 

Трехслойная одежда GORE-TEX. Мембрана прикрепляется и к внешней ткани и к подкладке. Подкладка может быть с утеплителем или без. Такой сэндвич прочнее двухслойного и меньше в объеме.

 

 

 

Z-LINER. Мембрана склеена с легкой тканью и свободно располагается между внешним материалом и подкладкой. В изделиях Z-LINER меньше проклеенных швов, она более мягкая. Это дает больше свободы при создании продукции. Конструкцию Z-LINER можно объединить с теплоизоляцией.

 

LTD. 

Мембрана, приклеена к внутренней подкладке. Это дает большую свободу при выборе лицевых материалов.

 

PACLITE. Вместо текстильной подкладки используется ламинированный защитный слой. Благодаря этому одежда весит меньше и компактна. Она идеальна для походов, катания на велосипеде и других видов физической деятельности, где важны вес и объем одежды.

Они объединяются в три серии продуктов:

GORE-TEX PRODUCT
Универсальная одежда для повседневной носки и умеренной активности: катание на лыжах, гольф, пешие прогулки. Если ты забыл зонт и внезапно пошел дождь — эта одежда не даст промокнуть.

В изделиях Gore-tex Product используются 2-х и 3-х слойные сэндвичи, Z-liner, LTD и Paclite.

Водонепроницаемость: 28 000 мм.
Паропроницаемость: 2-х и 3-х слойный сэндвичи с утеплителем, LTD — <13 Ret.
3-х слойный с обычной подкладкой — <9 Ret.
Z-liner, 2-х слойный и Paclite — <6 Ret.
(30 Ret. — пластиковый пакет, 0 Ret. — голое тело).

 

GORE-TEX ACTIVE
Одежда для самых активных занятий: бег, лыжи, вело даунхилл.

В этой серии используется облегченный 3-х слойный сэндвич: мембрана в два раза тоньше, чем в других сериях Gore-tex. Внешняя и подкладочные ткани ориентированы на максимальную легкость, комфорт для кожи и паропроницаемость.

Плотность итогового сэндвича в любом изделии Gore-tex Active менее 140 г/м². Вес — не более 400 г. Изделия весят меньше, чем вешалки, на которых висят.

Водонепроницаемость: 23 000 мм.
Паропроницаемость: <3 Ret.

 

GORE-TEX PRO
Прочная одежда для альпинизма, фрирайда и других подобных занятий. Для использования при экстремальных температурах, при штормовом ветре и ливне. Нет никаких ограничений относительно рюкзаков, оттяжек, обвязок и канатов.

В этой серии используется усиленный 3-х слойный сэндвич: несколько слоев мембраны спаяны между собой, наружный слой из ткани плотностью минимум 40 ден (по тесту Мартиндейла ткань выдерживает минимум 50000 циклов), подкладка прочная, устойчивая к истиранию и не образует зацепок.

Дизайн продуктов ориентирован на особо суровую погоду: молнии, затяжки и другие конструктивные элементы сделаны так, чтобы изделия как можно сильнее защищали человека от плохой погоды.

Водонепроницаемость: как минимум 28 000 мм.
Паропроницаемость: <6 Ret.

Д. Г. — В обуви используется та же мембрана?

О. С. — Да, точно такая же мембрана. Отличия только в материалах подкладки и верха.

Д. Г. — Понятно. А что с гарантией? Вы даете гарантию на все изделия с использованием мембраны, но как это возможно, когда их производят столько разных компаний?

О.  С. — GORE-TEX следит за производством и тестирует каждую новую модель вне зависимости от фирмы производителя. Купить ткань GORE-TEX можно только в комплекте с оборудованием для пошива и проклейки швов, а выпустить модель в серию — только после наших тестов, которые принимают во внимание все материалы, которые будут использоваться в изделии, включая, например, затяжки на капюшоне куртки или шнурки на ботинках. Поэтому GORE-TEX не боится давать гарантии. Если изделие промокает или не дышит, ты можешь обратиться напрямую в наше представительство, мы проведем необходимые тесты, и в случае проблем с мембраной — заменим вещь на аналогичную. Это касается любой фирмы-производителя изделий с гортексом.

 

Д. Г. — Хорошо. Расскажи, как ухаживать за изделиями с гортексом? На эту тему много споров.

О. С. — В целом, стоит придерживаться инструкций от производителя на этикетке, это позволит сохранить не только свойства, но и внешний вид изделия. Но есть пара мифов, о которых стоит рассказать отдельно:

Самый популярный и живучий миф заключается в том, что вещи с гортексом, стоит стирать как можно реже. Или вообще не стирать, потому что мембрана может потерять свои свойства, или её поры забьются стиральным порошком. Это неправда. Сама мембрана всегда находится под защитой внешнего ламината и внутренних материалов подкладки. К мембране не может попасть ни грязь, ни стиральный порошок, ни какие-либо иные твёрдые частицы. А поры самой мембраны настолько малы, что пропускают через себя только влагу и пар в молекулярном виде. Поэтому одежду с гортексом следует стирать регулярно по мере загрязнения, как и любую другую. Стирка, со временем, лишь снижает водоотталкивающие свойства пропиток, но к мембране это не имеет отношения.

Второй популярный миф заключается в том, что вещи с мембраной гортекс необходимо стирать специальными моющими средствами, которые сохраняют характеристики мембраны. Это не совсем так. Мы действительно рекомендуем использовать для стирки изделий с нашей мембраной жидкие моющие средства, но это связано с тем, что в покраске внешних тканей используются натуральные, экологичные красители, некоторые из которых тускнеют от стиральных порошков. При этом нет необходимости использовать специальные моющие средства для мембран. Это маркетинговый ход, который мы оставляем на совести производителей бытовой химии.

Еще из рекомендаций: не стирать с другой сильно грязной одеждой, не использовать отбеливатели, отжимать в щадящем режиме (чтобы не повреждать водоотталкивающее покрытие), не сушить на батарее или у костра (слои сэндвича могут расклеиться).

Чтобы восстановить водоотталкивающую пропитку, мы рекомендуем уже после того, как изделие полностью высохло, дополнительно отправить его в сушку на 20 минут в щадящем режиме. Либо просушить изделие утюгом на низкой температуре (теплый режим без пара), проложив ткань между изделием и утюгом.

Если таким образом восстановить водоотталкивающий слой не получится, его можно нанести заново. DWR пропитки продают в магазинах в виде спрея или состава для стирки.

В заключение, напомним какие существуют серии продуктов GORE-TEX:

Обувь

GORE-TEX SURROUND Ботинки GORE-TEX, изготовленные с использованием технологии Surround, обеспечивают ногам комфорт со всех сторон с помощью дополнительных отверстий снизу или сбоку подошвы. Отверстия закрыты мембраной и не дают воде попадать внутрь, но позволяют пару выходить наружу. Ботинки GORE-TEX SURROUND обладают высочайшей дышащей способностью без снижения долговременной водонепроницаемости. Ногам будет сухо и комфортно даже в жару.

 

GORE-TEX EXTENDED COMFORT Обувь, изготовленная с применением технологии GORE-TEX EXTENDED COMFORT, предназначена для использования в теплых погодных условиях и при высокой физической активности.

 

GORE-TEX PERFORMANCE COMFORT Обувь для использования вне помещения в умеренных погодных условиях. Она сочетает в себе длительную водонепроницаемость и оптимальную дышащую способность, обеспечивающие долговременную защиту от влаги и комфортный микроклимат. Вода остается снаружи и не проникает внутрь, тогда как пот может легко выходить наружу. Благодаря инновационной конструкции эта обувь идеально подойдет для целого ряда активных занятий в переменчивых погодных условиях.

 

GORE-TEX INSULATED COMFORT Обувь с технологией GORE-TEX INSULATED COMFORT предназначена для использования на природе в условиях дождя, снега и холода. Она сочетает в себе длительную водонепроницаемость, оптимальную дышащую способность и теплоизоляцию для использования в холодных погодных условиях, благодаря чему идеальна для различных видов активного отдыха. Вода и снег остаются снаружи и не проникают внутрь, тогда как пот может легко выходить наружу. Благодаря теплоизолированной подкладке обувь надежно защищает от холода, что делает ее идеальной для различных видов активного отдыха.

 

Перчатки

GORE-TEX PRODUCT Универсальные перчатки, которые поддерживают тепло, выводят испаряющийся пот и не промокают. Подойдут для спокойного катания на сноуборде, лыжных походов, мотоспорта, охоты, рыбалки.

 

GORE ACTIVE Перчатки с повышенной дышимостью. Подойдут для активного катания на лыжах и сноуборде, альпинизма.

 

GORE GRIP Перчатки с улучшенной хваткой. Хороши для фрирайда, лыж, ледолазания, мотоспорта.

 

GORE 2 in 1 Перчатки с двумя отделениями: в одном теплее, а в другом лучше хватка. Подойдут для катания на лыжах и сноуборде, альпинизма, охоты.

 

GORE WARM Перчатки с дополнительным утеплением. Подойдут для лыжных походов и катания на сноуборде, рыбалки, охоты.

 

Одежда

GORE-TEX PRODUCT Универсальная одежда для повседневной носки и умеренной активности: катание на лыжах, гольф, пешие прогулки.

В изделиях GORE-TEX PRODUCT используются 2-х и 3-х слойные сэндвичи, Z-LINER, LTD и PACLITE. Водонепроницаемость: 28 000 мм.
Паропроницаемость: 2-х и 3-х слойный сэндвичи с утеплителем, LTD — <13 Ret.
3-х слойный с обычной подкладкой — <9 Ret.
Z-LINER, 2-х слойный и PACLITE — <6 Ret.
(30 баллов — пластиковый пакет, 0 баллов — голое тело).

 

GORE-TEX ACTIVE Одежда для самых активных занятий: бег, лыжи, вело даунхилл.

В этой серии используется облегченный 3-х слойный сэндвич: мембрана в два раза тоньше, чем в других сериях GORE-TEX. Внешняя и подкладочные ткани ориентированы на максимальную легкость, комфорт для кожи и паропроницаемость.

Подкладка, изготовленная по технологии круговой вязки, приятна на ощупь, особенно если соприкасается с кожей. Одежда с этой тканью легко надевается поверх другой одежды. Дышащая способность подкладки увеличена на 15 %, а вес на 10% легче подкладочного материала из моделей GORE-TEX PRODUCT.

Плотность итогового сэндвича в любом изделии GORE-TEX ACTIVE менее 140 г/м². Вес — не более 400 г. Изделия весят меньше, чем вешалки, на которых висят.

Водонепроницаемость: 23 000 мм.
Паропроницаемость: <3 Ret.

 

GORE-TEX PRO Прочная одежда для альпинизма, фрирайда и других подобных занятий. Для использования при экстремальных температурах, при штормовом ветре и ливне. Нет никаких ограничений относительно рюкзаков, оттяжек, обвязок и канатов.

В этой серии используется усиленный 3-х слойный сэндвич: несколько слоев мембраны спаяны между собой, наружный слой из ткани плотностью минимум 40 ден (по тесту Мартиндейла ткань выдерживает минимум 50000 циклов), подкладка прочная, устойчивая к истиранию и не образует зацепок.

Дизайн продуктов ориентирован на особо суровую погоду: молнии, затяжки и другие конструктивные элементы сделаны так, чтобы изделия как можно сильнее защищали человека от плохой погоды.

Водонепроницаемость: как минимум 28 000 мм.
Паропроницаемость: <6 Ret.

Зависимость «паропроницаемость / температура» для полимеров с «эффектом памяти»: сравнение с прочими водонепроницаемыми / дышащими материалами.

Перевод статьи выполнен фирмой БАСК.

В настоящее время в России наблюдается настоящий бум на одежду из тканей, имеющих специальный свойства. Нам кажется, что данная статья позволит покупателям лучше разобраться в свойствах мембранных тканей. Статья не несёт в себе признаков скрытой рекламы (в этом её основная ценность) и даёт сравнение по дышащим свойствам достаточно большого количества известных марок мемранных тканей. В настоящее время в интернете появляется всё больше статей на эту тему. К сожалению, все они написаны не научными работниками. Часто в статьях можно прочитать и явно ложную информацию, не отвечающую реальному положению вещей. Три года назад у корпорации W.L.GORE & Associates INC (США) , производящей ткань Gore-Tex, закончился патент на технологию производства мембраны из полимера политетрафторэтилен (PTFE). Как видно из статьи, в настоящее время пальма первенства уже не принадлежит марке Gore-Tex. Марки Event (BHA Technologies) и Entrant (Toray) существенно опережают даже последнюю версию Gore-Tex XCR. А классический Gore-Tex теряется среди многих других марок.
Данные в статье, естественно, не полные. Но это один из немногих документов, дающих сравнение основного параметра мембранных тканей — его способности «дышать» — для разных марок тканей. Сравнение выполнено по одному методу, и это очень важно.

Фил Гибсон:
Центр военных систем Вооруженных сил США.
Наттик, Массачусетс.

Вкратце.
Считается, что полимеры с «эффектом памяти», которые в настоящее время рассматриваются в качестве потенциальных материалов для применения в военном обмундировании, демонстрируют различную паропроницаемость в зависимости от температуры. Сравнительное тестирование с участием разных доступных на рынке водонепроницаемых/дышащих многослойных материалов демонстрирует несостоятельность этих утверждений.

Введение.
Вооруженные силы США рассматривают возможность использования различных мембранных материалов для создания защиты от внешней среды. Стандартный непромокаемый материал, используемый в армии, представляет собой трехслойную ткань с мембраной Gore-Tex. Не так давно Вооруженные силы США оценивали характеристики целого ряда материалов, известных как «полимеры с эффектом памяти» (ПЭП). Эти полимеры представляют собой специально сконструированную полиуретановую пленку, температура фазового перехода которой (Tg) находится в диапазоне температур тела и окружающей среды. Мембранная ткань на основе подобных материалов обладает влагозащитными, ветрозащитными свойствами и позволяет пропускать испарения. Считается, что ПЭП подвергаются трансформации при температуре Tg , в результате чего паропроницаемость ткани возрастает благодаря микро-броуновскому движению частиц (см. Hayashi et al., 1993; Jeong et al., 2000).

В данном исследовании проводилось испытание следующих материалов с применением ПЭП: полиуретановых мембран под торговой маркой Diaplex, производства компании Mitsubishi Heavy Industries, и Dermizax, производства компании Toray Industries. Кроме того, мембрана Dermizax используется в составе ламинированной ткани, известной под торговой маркой «Membrane» компании Marmot Mountain Inc.

Результаты:

График 1 демонстрирует базовый уровень сопротивления диффузии водяных паров для различных дышащих тканей, доступных на рынке. Чем меньше уровень такого сопротивления, тем больше ткань «дышит». Использованный метод тестирования позволяет отделить проницаемость, обусловленную концентрацией паров, от проницаемости, обусловленной температурой (см. Gibson, 2000)

График 1. Сравнение сопротивления проницаемости водяных паров для ПЭП и прочих материалов при температуре 30⁰C.

На графике 2 показана зависимость потока испарений водяных паров от температуры для материалов, проанализированных на графике 1. В диапазоне температур от +5?C до 40?C наилучшие дышащие качества продемонстрировала мембрана ePTFE (политетрафторэтилен). За ней следуют ламинированный материал EVENT (ламинат на основе ePTFE) и Gore-Tex XCR. Многие материалы примерно равноценны по своим характеристикам, например, стандартный Gore-Tex, ламинированные материалы Diaplex, Dermizax и пр. Среди материалов с худшими дышащими свойствами оказались Sympatex и ламинированный материал Diaplex типа ПЭП (с Tg=10⁰C). Результаты отображены на графике в логарифмической шкале, чтобы лучше продемонстрировать переходы в паропроницаемости, которые, как должны происходить с мембранными ламинированными тканями, построенными на принципе ПЭП. Если бы при какой-то температуре у материала происходил резкий скачок проницаемости, то это бы заметно отразилось на графике с логарифмической шкалой. Ни один из протестированных материалов не показал значительных изменений проницаемости в ту или иную сторону при разных температурах. Поток водяных паров просто пропорционально увеличивается с ростом парциального давления при росте температуры. Наклон кривых на графике обусловлен лишь разницей давления водяных паров при разной температуре, а не какими-либо особенными отличиями в проницаемости тех или иных мембран или ламинированных материалов.

График 2. Отображение потока паров как функции от температуры для ламинатов на основе ПЭП и прочих мембранных водостойких/дышащих тканей.

Возможное объяснение неверной интерпретации температурно-зависимой паропроницаемости для ламинированных материалов на основе полимеров с эффектом памяти становится очевидным из экспериментальных процедур, описанных в работе по температурно-зависимой паропроницаемости (Hayashi et al. , 1993; Jeong et al.,
2000). Изъяны в методологии тестирования в сочетании с отсутствием в тесте наряду с ПЭП стандартных или контрольных материалов, очевидно, привели к тому, что результаты эксперимента, представленный в виде кривой «давление паров / температура» были ошибочно приняты за действительные изменения проницаемости полимеров при разных температурах. Пример подобного чертежа, который часто ошибочно принимается за доказательство наличия температурно-зависимой проницаемости, показан на графике 3, который представляет собой просто результаты для нескольких материалов, показанных на графике 2, отображенных без логарифмической шкалы по оси Y. Форма этих кривых полностью повторяет форму графика отношения «давление водяных паров / температура».

Заключение.

Температурные эффекты оказывают существенно меньшее влияние на гидрофильные полимерные мембраны, основанные, на паропроницаемом полиуретане, чем эффекты, вызванные концентрацией паров. Отмеченные изменения потока паропроницаемости при различных температурах преимущественно вызваны связью между температурой и насыщенным давлением паров воды, а не внутренними изменениями паропроницаемости полимеров. Пленки полимеров на основе эффекта памяти не продемонстрировали никакого особого увеличения паропроницаемости по сравнению с прочими водостойкими дышащими материалами. Ламинированные материалы с использованием ПЭП сравнимы по характеристикам со стандартным Gore-Tex, таким образом, они в известной степени функциональны в плане «дышащих свойств», но они не обладают никаким уникальным поведением, что касается паропроницаемости при разных температурах.

График 3. Возможное объяснение неверной интерпретации температурно-зависимой паропроницаемости, встречающейся в литературе.

Ссылки.
Gibson, P.W., “Effect of Temperature on Water
Vapor Transport Through Polymer Membrane
Laminates,” Journal of Polymer Testing 19 (6),
pp. 673-691, 2000.

Hayashi, S., Ishikawa, N., and Giordano, C., “High
Moisture Permeability Polyurethane for Textile
Applications,” Journal of Coated Fabrics 23,pp.
74-83, 1993.

Jeong, H.M., Ahn, B. K., Cho, S.M., and Kim, B. K.,
“Water Vapor Permeability of Shape Memory
Polyurethane with Amorphous Reversible Phase,”
Journal of Polymer Science: Part B: Polymer
Physics 38, pp. 3009-3017, 2000.

Мембранные ткани, водонепроницаемость и водостойкость.

Мембранные ткани, водонепроницаемость и водостойкость – Waterproof и Water resistant.

В характеристиках тканей нам встречаются такие термины, как водостойкость и водонепроницаемость, они обозначают степень ткани отталкивать и не пропускать влагу.

В чем разница между Waterproof, water-repellency  и Water resistant? Водостойкость и водоотталкивание, эти параметры могут относится к не мембранным тканям. Водостойкость характеризует материал способностью задерживать влагу из вне при определенных условиях с ограничением по времени. Водоотталкивание – это гидрофобность поверхности материала, она достигается напылением полимеров и пропитками, которые обеспечивают высокое поверхностное натяжение, за счет чего вода скатывается в капельки и не может намочить поверхность ткани.

Пропитки и напыление может маркироваться как DWR (Durable Water Repellent). Пропитки позволяют добиться кратковременной водостойкости. Недостатком пропиток является то, что они со временем смываются и стираются с поверхности, нарушается целостность покрытия и пропитка перестает работать.

Водостойкие ткани с напылением, это ткани не мембранные, они работают за счет двух параметров, поверхностное натяжение и структурная плотность. Такие ткани производят способом напыления нескольких слоев полимеров, это поливинилхлорид, полиуретан или силикон. В данном случае, чем выше водостойкость, тем выше вес ткани. Сфера применения – рюкзаки, палатки, тенты, плащи и отдельные виды одежды. Паропроницаемость у таких тканей зависит на прямую от водостойкости, чем выше водостойкость, тем ниже паропроницаемость.

Мембранная ткань — наиболее применяемый на сегодняшний день материал для изготовления и пошива одежды и различной экипировки. Различаются мембранные ткани по типу мембраны, это материал и способ производства пор, по типу поверхностной ткани, это вид плетения и тип материала, по способу скрепления ткани и мембраны. Мембранные ткани также могут обрабатываться пропиткой по поверхности, для улучшения скатывания капель. Скатывание в капельки также зависит от вида поверхности ткани, а именно это структуры микроворса и плетения. Дополнительная водостойкость может еще обеспечиваться за счет эффекта набухания слоя ткани, тем самым уменьшается пространство между плетением ткани.

Стандартизация параметров водостойкости ткани.

Проверка соответствия характеристик ткани на водостойкость производится гидростатическим тестом. Тут надо понимать, что у каждого производителя могут быть свои правила и нормы стандартизации и сертификации, так как нормативная база в различных странах разная, к примеру, можно отнести определение лошадиных сил в автомобилях. Тем не менее, суть теста такова, ткань стирают определенное количество раз, затем через кусочек ткани в специальном аппарате пытаются продавить воду, увеличивая давление. При появлении на обратной стороне капельки снимают показания давления, соотносят его к площади приложенного давления и производят перевод давления в столб воды, получают значение давления в миллиметрах водяного столба. Вода давит на поверхность с интенсивностью 1 тонна на 1 квадратный метр с каждым 1 метром высоты. К примеру, мембрана водонепроницаемостью 10000 позволяет удержать воду при давлении на ее поверхность 10 тонн/м.кв.

В нашей стране сертифицировать ткань можно по ГОСТ Р 51553-99  «Материалы текстильные. Метод определения водоупорности. Испытание гидростатическим давлением». Данный ГОСТ не предусматривает возможность приближения условий к эксплуатационным, ткань должны быть идеальной. Т.е. по сути тест дает нам самый верхний идеальный результат.

Какая ткань водонепроницаемая? При анализе методик, параметров и стандартов различных стран сделать какие-то определенные выводы сложно, так как они очень сильно разнятся в цифрах и методологии. А опубликованные испытания зачастую являются рекламными или промо роликами компаний производителей тканей.

Основываясь на отзывах по факту эксплуатации экипировки можно сказать, что водонепроницаемой тканью можно назвать ткань с параметром не менее 3000 мм водяного столба. От 3000 до 5000 ткани сопротивляются промоканию кратковременно, и подходят для эксплуатации в городе, от 5000 до 7000 – могут применяться в условиях кратковременных не сильных дождей или зимних условиях при надлежащей морозостойкости ткани, от 7000 до 10000  — самые универсальные ткани, применяются в штормовой, спортивной, специализированной и туристической экипировке. Для зимних горнолыжных видов спорта подойдет мембрана 10000. В альпинизме более жесткие требования к тканям и тут планка начинается от 10000 до 20000. Хотя на практике различия между 10000 и 15000 различных производителей не наблюдается, тут скорее всего зависит от конкретной технологии ее производства и применяемых материалов. Иногда бывает так, что тонкая мембранная ткань 10000 при эксплуатации лучше, чем ткань 15000, по времени промокания они могут быть одинаковые, но вот по времени высыхания, та что легче может  сохнуть быстрее. Этот эффект более актуален для эксплуатации в горнолыжных видах спорта, когда падая или едя на подъемнике вы намокаете, а когда спускаетесь по склону, обдуваетесь ветром и сохнете.

Водостойкость это хорошо, но нужно еще обратить внимание на проклейку швов. Проклейка не сильно увеличивает водостойкость самой одежды, но в целом, если она есть, это не плохо. Актуальна проклейка нагруженных швов, это плечевой шов к примеру. Единственный минус проклейки – это увеличение цены. Ну и конечно не забываем при выборе экипировки обращать внимание на паропроницаемость, можно промокнуть изнутри, от собственных испарений. Зачастую водостойкость и паропроницаемость соответствуют по показателю 3000/3000 или 10000/10000, как это связано между собой не ясно. Для активной физической деятельности комфортно будет уже применение мембранной одежды с показателем паропроницаемости 10000.

 

Основные свойства и показатели гидро-ветрозащитных мембран

Основными характеристиками гидро-ветрозащитных мембран являются:

• паропроницаемость;
• водонепроницаемость;
• стойкость к ультрафиолетовому излучению;
• термостойкость;
• разрывная нагрузка.

Паропроницаемость

Основной характеристикой паропроницаемости диффузионных пленок является коэффициент паропроницаемости – μ.

Паропроницаемость гр/(м²∙сут) – это способность материала пропускать или задерживать пар в результате разности парциального давления водяного пара при одинаковом атмосферном давлении по обеим сторонам материала.

Водонепроницаемость

Мембрана должна иметь высокую водонепроницаемость: не пропускать воду под давлением не менее 0,001 МПа в течение 72 часов.

Мембраны с низкой водонепроницаемостью не могут служить временной кровлей при строительстве дома и должны быть сразу накрыты кровельным покрытием.

Стойкость к ультрафиолетовому излучению

Под действием ультрафиолета в полимере образуются свободные радикалы, оказывающие разрушающее действие на материал, что существенно снижает срок службы мембраны. Стойкость к ультрафиолетовому излучению полимерных мембран должна составлять не менее 4-х месяцев.

Термостойкость

С учетом климатических условий России эксплуатационный температурный диапазон мембраны должен находиться в пределах  от -40 до +100°С. В реальных условиях эксплуатации в строительных конструкциях (например, в подкровельном пространстве на поверхности мембраны) зафиксированы относительно высокие температуры – 80-96°С.

Разрывная нагрузка

Мембраны располагаются поверх утеплителя в вентилируемом пространстве и подвержены ветровым и разрывным нагрузкам в процессе монтажа. В соответствии с действующей нормативной документацией разрывная нагрузки при растяжении полимерной диффузионной мембраны должна составлять более 117,6 Н/5 см.

Другие показатели

Функциональным слоем мембраны называют слой, который обеспечивает разделение влаги по агрегатному состоянию. Чем толще функциональный слой, тем дольше и качественнее служит мембрана.

Цвет диффузионных мембран имеет большое значение для строителей. Материалы, которые производятся специально для кровельных работ, не должны быть белыми или серебристыми, так как могут ослепить монтажников в солнечную погоду.

Также мембраны, предназначенные для наклонных кровель, не должны быть скользкими, а должны иметь шероховатую поверхность, предохраняющую от скольжения материалов и инструментов.

Была ли статья полезна?

Топ-5 мембран на все случаи жизни

Несмотря на то, что в названии статьи сказано обо всех случаях жизни, конечно, надо понимать, что производители мембранных тканей – не джины из бутылки, и решить все проблемы пользователей не способны, хоть и очень стараются. Дабы составить представление о том, что такое мембранные ткани и какие задачи они способны решать, давайте коротко разберемся в строении мембран, способах производства и свойствах.

Виды мембран

Мембранные ткани различаются строением, методом производства и образом действия. По строению мембраны делятся на беспоровые, поровые, комбинированные и электроспиннинговые.

Беспоровые мембраны (гидрофильные) – сплошное покрытие, осуществляющее транспортировку влаги изнутри за счет диффузии. Необходима разница в давлении и влажности. Поэтому, прежде чем выйти наружу, влага скапливается внутри мембраны в достаточном для вытеснения на поверхность количестве. Материал всегда ощущается слегка влажным. Соответственно, беспоровая мембрана не слишком хорошо выводит пары влаги при открытой вентиляции, влажной погоде и при минусовых температурах. К положительным качествам можно отнести долговечность, высокие показатели водостойкости и паропроницаемости, абсолютную ветроустойчивость и относительно низкую стоимость. Наиболее известные примеры: Toray Dermizax, Marmot Membrane, Mountain Hardware Conduit.

Поровые мембраны (гидрофобные) – представляют собой тонкий слой полиуретана или тефлона (политетрафторэтилена – ПТФЭ), растянутый до такой степени, что распадается на отдельные волокна, между которыми образуются поры. Поровые мембраны хорошо работают на отведение паров влаги и имеют хорошую водостойкость. Такие мембраны работают во влажной атмосфере и при низких температурах. Однако, поры быстро загрязняются, а сама мембрана слишком нежна и подвержена повреждениям от механического воздействия. Наиболее известные примеры: Gore-Tex 30-летней давности, первые мембраны eVent и другие.

Поровая мембрана под микроскопом

Комбинированные мембранные материалы сочетают в себе поровую мембрану и беспоровое покрытие, защищающее ее от механических повреждений. Классический представитель данной конструкции – современный Gore-Tex. Беспоровое покрытие значительно тоньше стандартной беспоровой полиуретановой мембраны, а потому ее недостатки практически не проявляются. Таким образом, комбинированный мембранный материал обладает преимуществами поровых мембран и надежностью беспорового покрытия.

Электроспиннинговый мембранный материал — относительно свежее изобретение. Яркими представителями служат Polartec Neoshell (2012 год), Outdoor Research AscentShell (2016 год) и The North Face Futurelight™ (2019 год). Особенностью конструкции является нанопокрытие из полиуретана, наносимое практически на любую ткань с помощью множества миниатюрных сопел. Процесс схож с работой струйного принтера. Толщина полиуретановых нитей настолько мала, что на поверхности ткани образуется тончайшая пространственная решетка, обладающая свойствами мембраны. Плотность мембранной пленки очень низка, ткань сохраняет эластичность и имеет чрезвычайно высокие показатели паропроницаемости. Благодаря контролируемому процессу характеристиками такой мембраны можно управлять еще во время нанесения нановолокон на ткань. Считается, что данная технология – будущее outdoor индустрии.

Ради чего же проводятся все эти дорогостоящие исследования, запускаются невероятные технологические процессы, создаются производственные мощности и делаются сумасшедшие открытия? Ведь можно просто надеть полиэтиленовый пакет размером с человеческий организм и остаться сухим во время сильнейшего ливня. Да, если вы бежите из дачного домика накрыть огурцы в огороде, чтобы их не побило градом. Люди, покоряющие вершины гор и проходящие маршрут  в суровых природных условиях, нуждаются в чем-то большем, чем полиэтиленовый пакет. Им необходима надежность, безопасность, максимально возможный комфорт и минимум мыслей о том, как работает их одежда, подведет ли она в самый ответственный момент. Им нужно ощущение сухости изнутри. Прочность и долговечность. Возможность довериться своему снаряжению, поскольку от этого часто зависит их жизнь.

Свойства мембран

Итак, что мы можем получить от мембранного материала?

Паропроницаемость – способность ткани выводить наружу избыточную влагу, которая непременно образуется у человека во время интенсивных нагрузок. Влага выводится в виде пара после испарения с поверхности кожи. Эта способность защищает от переохлаждения в холодную погоду и от перегрева во время физической активности.

Водостойкость – свойство мембраны препятствовать проникновению влаги снаружи. Пар и капля воды состоят из молекул одинакового размера, поскольку это всего лишь разные агрегатные состояния воды. Это мы знаем из школьного курса физики. Однако, связь между молекулами в капле значительно выше, капля плотнее, а значит, ее проще задержать на поверхности. Так и работает мембрана. Вода снаружи задерживается, не проникая внутрь, а избыточный пар изнутри свободно выводится на поверхность.

И тут кроется задачка, справиться с которой производителям мембранных материалов пока не под силу. Если придать мембране высокие показатели паропроницаемости, она потеряет в водостойкости. Сделав мембрану максимально водостойкой, чрезвычайно сложно придать ей высокие влагоотводящие показатели. Должен соблюдаться определенный баланс. Или теряется универсальность.

Ветроустойчивость или воздухопроницаемость – характеристика, описывающая возможность мембранной ткани пропускать воздух или противостоять ветру. Ветер может быть как помощником, охлаждающим организм во время высокой активности, так и ярым противником, выдувающим из-под одежды драгоценное тепло. Чем более устойчива к ветру мембранная ткань куртки или брюк, тем выше вероятность сохранения внутреннего микроклимата даже в экстремальных условиях. Показатели воздухопроницаемости крайне редко указываются производителями мембранных тканей. Чаще всего приблизительно пишут о процентах ветроустойчивости.

Топ-5

Рассмотрим пять наиболее известных мембранных тканей, достаточно универсальных, чтобы подойти «на все случаи жизни». Как мы уже поняли, всякая универсальность имеет границы. Поэтому выбирать мембранную ткань стоит, исходя из условий использования и собственных требований к конкретному снаряжению.

А вот и «случаи жизни» – сферы деятельности, в которых нам необходима высокотехнологичная одежда и обувь с мембраной:

• все виды альпинизма
• скалолазание на естественном рельефе
• зимние виды спорта: сноуборд, горные лыжи, в том числе экстремальные дисциплины, такие как фрирайд и хелиски.
• хайкинг, треккинг и горный туризм
• рыбалка и охота
• мотоспорт и автоспорт

 

Gore-Tex Pro

Согласно заявлению производителя – мембранная ткань из категории Ultimate. Бескомпромиссная защита от ветра и воды, высокие показатели паропроницаемости и отменная прочность. Везде, где от одежды требуется полная отдача, подойдет мембранная ткань Gore-Tex Pro.

Мембранные ткани Gore-Tex Pro имеют высокие показатели паропроницаемости, следовательно, при интенсивных нагрузках внутренний микроклимат будет сохраняться, что поможет избежать перегрева или переохлаждения в суровых условиях. К тому же образующийся во время двигательной активности липкий пот – явление малоприятное. Дождь, снег и попадание под водопад мембрана держит очень долгое время. В ботинках Gore-Tex Pro можно смело измерять глубину луж и долго идти по горным тропам в проливной дождь. Сухость изнутри гарантирована. Ледяной ветер остужает одежду-оболочку, но не проникает внутрь через ткань, а значит, не выдувает тепло и не охлаждает организм.

Показатели в числах:

• паропроницаемость – RET <6 м² Pa/W (тест, определяющий способность ткани сопротивляться проникновению пара; чем ниже показатель, тем лучше паропроницаемость)
• водостойкость – 28 000 мм водяного столба

Конструкция Gore-Tex Pro представляет собой 3 полноценных слоя: верхняя ткань, мембрана и внутренняя ткань. Внешний слой обычно имеет водоотталкивающую пропитку DWR, которая не позволяет ему намокать и накапливать влагу. Сухой внешний слой обеспечивает защиту от механических повреждений и беспрепятственную работу мембраны по транспортировке избыточной влаги от тела. Внутренний слой защищает мембрану от трения о средние и базовые слои одежды, не препятствует отводу влаги.

Мембрана Gore—Tex под микроскопом

Плюсы очевидны. Сюрпризы природы в виде дождя, снега и ветра обладателю комплекта одежды с мембраной Gore-Tex Pro не страшны. А значит, можно заниматься любимым видом деятельности, не отвлекаясь на мелочи. Однако если вам нравится, например, бег по пересеченной местности, и вы совершаете пробежки в любую погоду, включая июльскую жару, стоит обратить внимание на другие продукты Gore-Tex, более подходящие для теплой погоды.

Мембранные материалы Gore-Tex используют практически все известные производители снаряжения для экстремальных видов спорта. В нашем магазине это бренды Arcteryx, Asolo, Berghaus, Dakine, Haglofs, La Sportiva, Montura, Norrona, Mammut, Mountain Equipment, Mountain Hardwear, Patagonia и другие.

.

Toray Dermizax NX

Мембранная ткань Dermizax NX японского производителя Toray представляет последнее поколение беспоровых мембран. Очень тонкая и эластичная  полиуретановая ткань, имеющая кристаллическую структуру, высочайшие показатели паропроницаемости и водостойкости. Поскольку такая ткань не имеет пор, она способна растягиваться до 200%. Прочная и устойчивая к жесткой эксплуатации, не забивается частицами грязи или кожного жира, совершенно не пропускает ветер. С использованием мембраны Dermizax NX производятся эффективно работающие трехслойные ткани для одежды outdoor.

Показатели в числах:

• паропроницаемость – 30 000 до 40 000 г/м²/24ч
• водостойкость – 20 000 мм водяного столба и выше

Транспортировка влаги на поверхность материала достигается за счет процесса диффузии, благодаря разнице во влажности изнутри и снаружи. Dermizax NX осуществляет перенос быстро, демонстрируя минимальный уровень конденсации, а время является важным показателем качества мембраны. Соответственно, при высоких температурах влага будет накапливаться быстрее, транспортировка тоже ускорится.

Структура мембраны Dermizax

Группа тканей Toray Dermizax напрямую соперничает с Gore-Tex по своим характеристикам и показателям.

Бренд с мембранами группы Dermizax, представленный в нашем магазине: Bergans.

.

The North Face Futurelight™

Фирменный мембранный материал от бренда The North Face, полученный посредством электроспиннинговой технологии. В компании назвали процесс производства «наноспиннинг».

Futurelight™ – трехслойная ткань. На внешний слой из переработанных материалов нанесена тончайшая полимерная сетка. Вместо пор – микроскопические промежутки между волокнами полиуретана. Внутренний слой – мягкая подкладка, также сделанная из переработанных материалов. Внешний слой ткани обрабатывается стойкой водоотталкивающей пропиткой DWR без полифторированных соединений в составе (PFC-Free).

По утверждению производителя наноструктура мембраны Futurelight™ позволяет существенно повысить показатели паропроницаемости без ущерба водонепроницаемости и долговечности, а процесс производства – задать эти свойства на этапе нанесения волокон полиуретана на ткань. В итоге получилась водостойкая, ветрозащитная, отлично «дышащая», тонкая, эластичная и прочная ткань, способная защитить пользователя в самых суровых условиях. Плотность мембранного слоя невысока и содержит до 85% воздуха, поэтому материал имеет малый вес, сохраняет некоторую воздухопроницаемость. Плюс, с помощью данной технологии можно создавать бесшовные переходы между более водостойкими и воздухопроницаемыми зонами на одежде. То есть, в стратегически расположенных зонах мембрана будет или защищать от проникновения воды извне, или помогать телу дышать, осуществляя транспортировку влаги на поверхность с большей эффективностью.

Несмотря на свежесть разработки, уже были проведены полевые и лабораторные испытания. Компания The North Face сотрудничает с американской организацией Underwriters Laboratories Inc. (далее – UL), занимающейся стандартизацией и сертификацией в области техники безопасности. UL подвергла ткань Futurelight™ тем же испытаниям на водостойкость, что использовались для пожарного снаряжения. На одежду сбрасывалось более 200 галлонов (757 л) воды в час. Futurelight™ выдержала испытание и получила сертификат UL, гарантирующий 100% водонепроницаемость при сохранении высокого уровня воздухопроницаемости. Однако, конкретные числа компанией не раскрываются.

Показатели паропроницаемости известны и являются максимальными из существующих на рынке – верхний возможный предел 75 000 г/м²/24 ч. Мембрана превосходно работает на выведение влаги и не позволяет конденсату образовываться на внутренней поверхности одежды.

Полевые испытания прошли успешно в экстремальных условиях гор от Эвереста до первого спуска на лыжах с вершины Лходзе.

В нашем магазине товары бренда с мембраной Futurelight™ можно посмотреть здесь: The North Face.

.

Patagonia h3No

h3No – собственная разработка компании Patagonia. История и идеология бренда базируются на гуманном отношении к природе, поэтому основной отличительной особенностью тканей Patagonia является включение в их состав переработанных и биоразлагаемых  материалов. Трехслойная мембранная ткань h3No, детали производства которой не разглашаются, состоит из 100% переработанного нейлона, поликарбонатной мембраны с 13% биоразлагаемых компонентов и трикотажной подкладки. Плюс, стойкая водоотталкивающая пропитка без PFC – Deluge® DWR, которая считается более надежной, чем классическая DWR.

Чтобы продукция бренда служила дольше и менялась пользователями реже, материалам придана исключительная долговечность, прочность и износоустойчивость. Patagonia подвергает свои ткани жесточайшим тестам. Тест на прочность, например, называется «Killer Wash» – «стирка-убийца». Тест за 24 часа имитирует годы интенсивной эксплуатации во влажных условиях, проверяя продукцию на стойкость к заломам и истиранию. Тест на водостойкость предполагает три дня испытаний небольшим дождем, ливнями и на специальном оборудовании. Паропроницаемость тестируется по стандартам MVTR (Moisture Vapor Transmission Rate).

Показатели в числах:

• паропроницаемость: 15 000 г/м²/24ч
• водостойкость – 20000 мм водяного столба до теста Killer Wash и 10000 мм после теста

Таким образом, компания Patagonia вот уже несколько лет предлагает нашему вниманию одежду с собственной мембраной. Одежду, способную выдержать экстремальные нагрузки, полностью защитить от воды и ветра, эффективно транспортировать пары пота изнутри, препятствовать конденсации влаги и быстро сохнуть.

Одежда бренда Patagonia есть в наших магазинах.

 

.

Event DValpine

Мембранная ткань бренда Event производится компанией BHA Technologies с 1999 года. Огромный шаг вперед был сделан, когда появилась собственная технология Direct Venting™ (DV). Классическая поровая мембрана без покрытия быстро теряет свои свойства из-за загрязнения пор. Основными загрязнителями являются жиры, которые накапливаются в материале ePTFE (ПФТЭ) поскольку он олеофилен. Direct Venting™ Technology создало мембрану, которая всегда имеет открытые поры и не накапливает загрязнения. С этой целью на волокна мембраны наносится олеофобное покрытие, предотвращающее оседание жиров и масел и сохраняющее свойства ткани.

Благодаря технологии Direct Venting™ пары влаги свободно выходят через поры на поверхность. Материал не накапливает влагу, не нуждается в разнице давления для ее транспортировки, хорошо работает при низких температурах и в условиях высокой влажности. То есть, не имеет «болячек» первых беспоровых мембран. Организм человека даже при интенсивной нагрузке находится в так называемой «сухой зоне». Он достаточно охлаждается, чтобы не перегреться в результате неэффективного испарения, и не замерзает, поскольку влага не скапливается под одеждой.

Ламинат DValpine состоит из 3 слоев: верхний слой с обработкой DWR, мембрана с технологией Direct Venting™ и мягкая, комфортная подкладка, не препятствующая переносу влаги.

Показатели в числах:

• паропроницаемость: 20 000 г/м²/24ч
• водостойкость: 20000 мм водяного столба

В нашем магазине мембраны Event представлены брендом Hoka.

Бонус – Hydroshell Elite Pro

Hydroshell  – мембранные ткани британской компании Berghaus, которая имеет пятидесятилетний опыт создания водонепроницаемого снаряжения. Впервые одежда с мембраной Hydroshell  была представлена в 2015 году.

Hydroshell Elite Pro абсолютно водонепроницаема, обладает высокими показателями паропроницаемости, отличным соотношением прочности и веса. Сверхлегкая конструкция из 2.5 слоев, верхний из которых – прочный нейлон. Стойкая и долговечная водоотталкивающая обработка DWR, которую используют в Berghaus, не содержит полифторированных соединений в составе (PFC-Free). Производитель утверждает, что пропитка держится дольше своих аналогов и реже требует восстановления.

Показатели в числах:

• паропроницаемость: 20000 г/м2/24ч
• водостойкость: 20000 мм

В нашем магазине есть продукция бренда Berghaus с мембранами Hydroshell.

.

Заключение

Выбирать мембрану стоит, исходя из предполагаемого вида деятельности и его особенностей. Рассмотренные нами примеры максимально универсальны и способны защитить от суровых погодных условий.

Однако надо быть готовым к нескольким моментам, которые сложно обойти в процессе использования одежды из мембранных материалов.

1. Куртка с мембраной не будет корректно выполнять свою задачу, если под ней обычные вещи, не поддерживающие систему слоев. Мембрана не сможет вывести влагу, если ее накапливает белье или свитер. Куртка будет работать в качестве дождевика, а внутри все равно образуется конденсат.
2. У каждой мембраны есть предел времени или количества влаги, по окончании которого она начнет промокать. Это не значит, что материал плох. Просто он достиг своего предела.
3. Мембрана с показателем водонепроницаемости 10 000 мм водяного столба защитит вас от сильного дождя, если вы не гуляете под ним весь день. Большинству пользователей такой степени защиты достаточно. От 20 000 мм и выше – рассчитаны на экстремальный уровень. Поэтому не гоняйтесь за цифрами, выбирайте по потребностям.
4. Как и любые ткани, мембранные материалы постепенно изнашиваются и теряют свои свойства. Но можно продлить срок службы, если правильно ухаживать за своими вещами. О бережном отношении не говорим, ведь предназначены они для эксплуатации в экстремальных условиях. Хотя, это тоже помогло бы.
5. Кроме Gore-Tex, Dermizax, Futurelight, h3No, Event и Hydroshell, существует огромное количество похожих по принципу действия мембранных материалов. Старайтесь не выбирать «noname» за цену и доступность. Процесс производства, тестирования и сертификации очень дорог. Мембрана не может быть дешевой. Такая покупка не решит проблему и не прослужит долго.

 

До встречи в горах!

Перевод выполнила Драгунова Анна

УТЕПЛИТЕЛИ, ПОКРЫТИЕ, ВОДОЗАЩИТА И ПАРОПРОНИЦАЕМОСТЬ ⋆ Mamina-kopilka.club

⛄ Как греет утеплитель?

Объем утеплителя в куртке должен быть примерно в два раза больше, чем в брюках.

Утеплитель в одежде распределен неравномерно: туловище утепляют потолще, руки у ребенка находятся в движении – их утепляют совсем мало, дополнительное утепление идет на попу, колени и плечи.
________________________________________

⛄ Как определить, замерз малыш или нет?

Малыш на улице зимой замерз, если: у него прохладные кисти рук, щеки, нос, спина. А о перегреве говорит слишком теплая или горячая спина, шея, руки, лицо. С помощью термобелья, малыш зимой не замерзает. Но его нужно носить, только тогда, когда на улице температура ниже -15С.

________________________________________

💦 Что такое водонепроницаемая одежда

Водонепроницаемая одежда характеризуется высотой водяного столба (в миллиметрах), давление которого ткань выдерживает в течение суток без промокания. Как это проверяют: натягивают ткань, сверху запускают «столб» воды и ждут, когда с обратной стороны ткани появятся капли. Чем выше показатель водяного столба, тем лучше. Она может выглядеть так: «покрытие с водозащитой 3000 мм». Не стоит гоняться за высокими показателями, если вам не грозит покорение альпийских гор, то есть ваша семья живет в обычном режиме. Для примера: сильный городской ливень создает давление от 5000 до 8000 мм водяного столба. Обычный дождик (мокрый снег) – 1000-2000 мм. Если куртка имеет водозащиту не выше 1500 мм, ребенок все равно доберется домой сухим, ну а защита от 3000 мм позволит вдоволь нагуляться под дождем. Дополнительную непромокаемость одежде обеспечат проклеенные швы.

💧О чем говорит водяной столб:

1500-3000 мм – обычный показатель для детской одежды с водозащитой. Выдержит слабый моросящий дождь, мокрый снег, но может промокнуть, если ребенок любит всласть поваляться в сугробах.

3000-5000 мм – хороший показатель для непромокаемой одежды. Такую водозащиту имеют, например, туристические палатки.

5000-10000 мм и выше – отличный показатель. Выдержит весь ассортимент чудес уральской зимы, осени и весны.
________________________________________

💭 Кроме водонепроницаемых характеристик существуют показатели «воздухопроницаемые». Они зависят от количества пара, пропускаемого тканью за некий отрезок времени – допустим, за сутки. Чем выше показатель паронепроницаемости, тем больше испарений отводит ткань.

Хороший уровень паронепроницаемости: не менее 5.000г/кв.м., обычный уровень — 3000г/кв. м/сутки

________________________________________

Утеплители бывают натуральными и синтетическими.

⛄Синтетические:

Производители, чаще всего, указывают в инструкции к изделию: «утеплитель — полиэстер 100%» (очень редко уточняя какой именно синтетический утеплитель).

❄ Синтепон — полиэфирные волокна. Сцепление волокн между собой может осуществляется двумя способами: склеиванием и термоскреплением. Клеевой синтепон не экологичен из-за применения клея, быстро деформируется и «слеживается» при нагрузках и стирке, у него большой вес, низкая термоизоляционная способность и воздухопроницаемость. В настоящее время при производстве детской одежды он практически не используется, его можно встретить только в самых дешевых изделиях.

Термоскрепленный синтепон экологичен и гипоаллергенен.

Синтепон долговечен, но для холодной зимы малопригоден. Поэтому модели на основе синтепона больше подходят для межсезонья. В куртках с синтепоном ребёнку будет комфортно лишь при температуре, не превышающей –10°С.

Синтепон может иметь плотность от 50 до 600 гр. на квадратный метр. В одежде может быть использован один слой синтепона или несколько.

Толщина синтепона рассчитана на разную температуру:
100 гр — это осень/весна — примерно от 0… + 5 и до + 15…;
250 гр — это демисезонье — от +10 до -5 примерно.
300-350 – холодная зима, примерно до -25.

❄ Холлофайбер (Hollowfiber), полифайбер, файберскин, файбертек.

Такие синтетические утеплители состоят из волокон, которые имеют форму пружин или шариков. Эти составляющие содержат полости, поэтому изделия с таким утеплителем хорошо держат форму.

К плюсам холлофайбера можно отнести высокую теплозащиту, экологичность, формоустойчивость благодаря пружинистой структуре волокн. Холлофайбер совершенно не впитывает влагу и отлично дышит.

Такой детский комбинезон, который способен выдержать морозы до -25°.

❄ Изософт (ISOSOFT) — современный синтетический утеплитель с термозапечатанной поверхностью, произведенный из волокон, имеющих форму шариков. Шарики не сообщаются между собой и содержат полости, именно поэтому изделие на изософте хорошо держит форму и тепло. Специальная микроячеистая структура не позволяет проникнуть внутрь холодному воздуху, удерживая теплый. Одежда на изософте создает идеальный микроклимат вокруг тела, зависящий от активности ребенка и погоды. Обладают высокими теплозащитными свойствами. Зимняя одежда на изософте выдерживает температуру -25С.

40-70 г/кв.м. – теплая осень-весна;
100-150 г/кв.м. – холодная осень-весна, теплая зима;
200-300 г/кв.м. – морозная зима.

❄ Тинсулейт (Thinsulate) считается одним из лучших синтетических утеплителей. Допустимый температурный режим для тинсулейта: до -30°

Утеплитель Тинсулейт состоит из уникальных микроволокон, которые в 50 — 70 раз тоньше человеческого волоса, их диаметр от 2 до 10 микрон. Вокруг каждого волокна — слой воздуха. Чем тоньше волокна, тем больше теплоизолирующих слоев в одежде. Это делает утеплитель Тинсулейт™ в 2 раза теплее самого тёплого пуха.

Еще более современные утеплители на основе тинсулейна Hollofil (Холлофил), Quallowfill (Квалофил), и Polarguard (Поларгвард).

❄ Холлофан — утеплитель нового поколения, представляет собой переплетение спиралевидных пустотелых волокон, образующих сильную пружинистую структуру. Это позволяет изделию долго сохранять свою форму и легко восстанавливать ее. По теплозащитным свойствам Холофан максимально приближен к натуральному пуху, но в отличии от пуховых изделий, легко подвергается стирке, не впитывает влаги и запахов, не вызывает аллергии, а также способен сохранять тепло, выделяемое нашим телом, но не «упаривать»его при длительном использовании.

❄ Топсфил — сверхлегкий высокотехнологичный современный утеплитель. Обеспечивает свободную циркуляцию воздуха, благодаря этому детская одежда «дышит».

⛄ Натуральные утеплители

❄ Натуральный пух

В пуховых куртках и пальто очень важно процентное соотношение пуха и пера. В хорошем пуховике оно от 60%/40% до 80%/20%, где первая цифра это количество пуха. 100% пуха не бывает.

Пуховые волокна очень подвижны, которые исключают возможность пуха «лезть» на поверхность. Все швы у одежды из пуха также проходят специальную обработку.

Необходимо также учесть, что пух является аллергеном и отличной средой для размножения клещей, поэтому очень важна его антибактериальная обработка. Так же к одному из главных недостатков пуха можно отнести его способность впитывать влагу и определенные сложности при стирке.

Детские зимние комбинезоны на гагачьем пуху, предназначены для прогулок в ощутимые морозы. Хорош также гусиный пух. Утиный же пух в качестве утеплителя лучше всего подойдет для демисезонной одежды. Одежду на пуху лучше всего носить в зонах с сухим морозным климатом, в условиях же неморозной, влажной зимы пуховая детская одежда может способствовать созданию парникового эффекта и ребенок может перегреться.

❄ Овчина или шерсть

К плюсам этого материала можно отнести его долговечность, гипоаллергенность и износостойкость. Шерсть отлично держит тепло, но при этом хорошо впитывает влагу и имеет большой вес.

Прекрасно удерживает тепло до -25°.

________________________________________

Типы материала верхнего слоя зимней одежды

❄ Teflon ®

Обеспечивает тканям отличные водоотталкивающие и пятнозащитные свойства, а также защиту от брызг и грязи. Отделка Teflon ® не имеет цвета, запах и неопределима на ощупь. Одежда из ткани с отделкой Teflon ® не теряет способности «дышать»; устойчива к стирке.

❄ Cordura

Cordura представляет собой высокопрочный полиамид, предназначенный для крайне тяжелых условий эксплуатации. Поверхность ткани защищена двукратной обработкой составом Teflon. Материал Cordura полностью водонепроницаем. Водостойкость – 9700 мм, износостойкость – 11600 оборотов (Столл). Вставки из Cordura на коленях и попке комбинезонов и брюк многократно увеличивают прочность и водонепроницаемость одежды в местах наибольшего риска. https://vk.com/ru.detki

❄ Оксфорд

Это прочная ткань из химических волокон (нейлона или полиэстера) определенной структуры которые обеспечивают водонепроницаемость ткани. Ткань обладает водоотталкивающими свойствами.

Нейлоновыйоксфорд обладает высокой прочностью, эластичностью, устойчивостью к истиранию, многократному сгибу и действию хим. реагентов.

Полиэстеровый оксфорд по прочности и химической стойкости несколько уступает нейлоновому, но превосходит его по термо- и светостойкости. Разновидность оксфорда, оксфордрип-стоп, – ткань с профилированной нитью, что придает ткани улучшенный фактурный вид и большую прочность. Бывают гладкокрашеные и камуфлированные ткани.

❄ Mini-Faille™ — плотная и износостойкая ткань, в которой используется покрытие Omni-TechCeramic™, что позволяет ей переносить длительные воздействия от трения.

❄ Omni-Dry™ Nylon — мягкая, на ощупь напоминающая хлопок ткань. Обеспечивает неплохое дыхание. Используется в одежде для походов, в т.ч. и пеших.

❄ Omni-Dry™ PiqueandJersey — 100% полиэстер, слегка матированный для большей похожести на хлопок. Ткань дышит, не «закатывается», почти не мнется, ингибирует размножение бактерий. Используется в одежде для походов, уличных тренировок.

❄ Dura-Trek™ Canvas — грубая материя на основе нейлона дополненного технологией Omni-Dry™. Используется в одежде для походов, альпинизма, т.е. там где требуется повышенная износостойкость.

❄ HydroPlus™ — основой является NylonTaffeta, со всеми своими недостатками и преимуществами, однако на него нанесено дополнительное покрытие из полиуретана, что делает его хорошо защищающим от ветра и дождя, но от этого естественно пострадала способность дышать. Все швы обработаны.

❄ HydroPlus 3000™ — все то же самое, но более толстый слой полиуретана.

❄ PerfectaCloth™ — основой является Tactel®. Существуют две разновидности: с покрытием (для демисезонной одежды) и без покрытия (предпочтительно для лета).

❄ PVC™ — основой является NylonTaffeta, которую залили поливинилхлоридом. Все швы обработаны. Дождевики, штормовки и т.п.

❄ AquaControl

Водонепроницаемость: высота водяного столба 3000 мм, водонепроницаемость начинается с 3000 мм. Ветронепроницаемость: воздухопроницаемость 0 l/м2с

Водо- и грязеотталкивающая способность: обработка DWR

Ткань разработана специально для одежды, используемой при дождливой, слякотной погоде. Она не боится грязи и практически не пропускает воду, изделия из неё водонепроницаемые, прочные и теплые.

❄ Active

Водонепроницаемость: высота водяного столба 5000 мм, водонепроницаемость начинается с 3000 мм.

Воздухопроницаемость: паропроницаемость 4000 г/м2/24ч

Ветронепроницаемость: воздухопроницаемость 0 l/м2с

Водо- и грязеотталкивающая способность: обработка DWR.

❄ Beavernylon – разработанная норвежскими специалистами двухслойная ткань. Прочный полиамид на поверхности гарантирует высокую износостойкость одежды. Хлопчатобумажная изнаночная сторона ткани увеличивает эластичность и делает одежду комфортной. Именно двухслойность делает этот материал таким теплым. Благодаря обработке ткани составом Fluorcarbon одежда приобретает водостойкость, грязеотталкивающие свойства и увеличивает дышащую способность. Beavernylon применяется при производстве зимних детских комбинезонов и комбинируется с такими материалами как HemiProof и CORDURA.

❄ HemiProof – двухслойный материал, разработанный шведскими специалистами. Прочный полиамид на поверхности ткани отталкивает воду, ветер и грязь. Изнаночная сторона ткани заламинирована плотным слоем поливинила. Это гарантирует полную водонепроницаемость материала. Вставки из HemyProof на коленях и попке увеличивают прочность и водонепроницаемость в местах наибольшего риска.

❄ HemiTec – непродуваемый, стойкий к загрязнениям полиамид, обработанный с изнаночной стороны микропористым полиуретаном. Он не пропускает воду внутрь, но пропускает влагу от тела наружу.

Водостойкость – 2000 мм, дышащая способность – 3000 г./ м 2/ 24 ч.

❄ PolarTwill – соединение эластичного полиамида с верхней стороны ткани и хлопка с внутренней стороны. Такая комбинация делает материал очень прочным и одновременно мягким и комфортабельным. При этом используется покрытие из Fluorcarbon (фторуглерода), которое отталкивает воду и грязь. После стирки эти функции ткани самовосстанавливаются.

❄ Мембрана — это тонкая плёнка, которая ламинирована (приварена или приклеена по специальной технологии) к верхней ткани или особая пропитка, нанесённая сверху на ткань.

С внутренней стороны плёнка или пропитка может быть защищена дополнительным слоем ткани.

Мембраны имеют структуру в виде плёнки с порами очень мелких размеров. Поэтому капля воды просто не проходит сквозь них. Детские комбинезоны на мембране являются водонепроницаемой и дышащей.

Мембрана помогает отводить влагу, не позволяя телу потеть и охлаждаться. Другой момент: мембрана «работает» только при движении. Комбинезон на чистой мембране без утеплителя не согреет малоподвижного ребенка, он только защитит от внешней влаги.

Чем младше и пассивнее ребенок (пробежки+коляска), тем больше утеплителя должно быть в зимней одежде в дополнение к мембране (не менее 200 г). И, пожалуй, самое важное: мембранная одежда при движениях создает микроклимат вокруг тела равный примерно 32 градусам. И поддерживает его при любой температуре за бортом (жара или холод). Не стоит пугаться, если ребенок под одеждой чуть прохладный – это и есть искомые 32 градуса.

Не рекомендуется носить комбинезоны на одной мембране в длительных прогулках при температуре ниже -15° и при снегопадах, поскольку мембрана обледенеет и перестанет «дышать». Уход за мембранными детскими комбинезонами является стирка только специальными порошками, невозможность использования отбеливателя или порошка с отбеливателем, желателен ручной отжим, запрещена глажка.

Для наилучшего сохранения тепла и обеспечения правильной работы мембраны используют три слоя одежды.

1. Первый нижний слой: белье. Оно удерживает тепло и отводит лишнюю влагу. Часто спрашивают, можно ли оставить хлопковые трусы и майку, ответ: можно. Но вместо майки желательно, все-таки, надеть на ребенка смесовую футболку (водолазку) с длинным рукавом. И не бояться синтетики. Чтобы белье (футба+колготки) максимально покрывало тело. Сейчас в продаже имеются приятные телу варианты, не раздражающие кожу и с небольшим процентом синтетики. Желательный процент: не менее 10%. Если вы надеваете 100% хлопок, он будет просто впитывать влагу, никуда ее не отводя. Либо купите термобелье, которое надевается прямо на голое тело. Есть даже с шерстью мериноса – оно нежное и подходит для кожи ребенка.

2. Второй слой надевается при температуре от -10 в зависимости от утеплителя в одежде. Если в изделии есть утеплитель не менее 200 г – возможно, второй слой потребуется только при температуре от -15. В большинстве случаев (если одежда качественная), до этой температуры ничего круче футболки с длинным рукавом не требуется. Вы одели ребенка правильно, принцип соблюден – он не мерзнет. Итак, похолодало – надеваем второй слой, это поддева из флиса или шерсти. Он тоже удерживает тепло и отводит влагу дальше. Либо вы покупаете фирменную поддеву, они, кстати, очень удобны и долговечны (хорошо тянутся, хватает на два года).

А можно ли использовать обычный «бабушкинский» самосвязанный костюмчик под мембрану? Ведь фирменные поддевы тоже из шерсти…

Дело в том, что фирменные мериносы содержат синтетику. Чистая шерсть гигроскопична, она намокает. Закажите или купите готовый вязаный костюм с добавлением синтетики – шерстьпан, шерстьакрил, акрил, и проблема решится.

3. Третий слой – сам комбинезон или комплект. Все! Больше ничего не надо.

Тепла вам и вашим деткам!

Проницаемость водяного пара в пластмассах (Технический отчет)

Келлер, Пол Э., Кузес, Ричард Т. Проницаемость водяного пара в пластмассах . США: Н. П., 2017. Интернет. DOI: 10,2172 / 1411940.

Келлер, Пол Э. и Кузес, Ричард Т. Проницаемость водяного пара в пластмассах .Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1411940

Келлер, Пол Э. и Кузес, Ричард Т. Сан. «Паропроницаемость пластмасс». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1411940. https://www.osti.gov/servlets/purl/1411940.

@article {osti_1411940,
title = {Проницаемость водяного пара в пластмассах},
author = {Келлер, Пол Э.и Кузес, Ричард Т.},
abstractNote = {Поливинилтолуол (PVT) и полистирол (PS) (именуемый «пластиковый сцинтиллятор») используются для детекторов гамма-излучения. Существенное снижение эффективности обнаружения излучения наблюдалось в некоторых детекторах гамма-излучения на основе PVT в системах на открытом воздухе по мере их старения. Недавние исследования показали, что пластиковый сцинтиллятор может подвергаться экологической деградации материала, которая отрицательно влияет на характеристики обнаружения гамма-излучения при определенных условиях и истории.Значительное снижение чувствительности было замечено в некоторых детекторах гамма-излучения в некоторых системах по мере их старения. Ухудшение чувствительности пластикового сцинтиллятора с течением времени происходит из-за множества факторов, и термин «старение» используется для обозначения всех факторов. Некоторые образцы пластиковых сцинтилляторов не показывают эффектов старения (нет значительного изменения чувствительности за более чем 10 лет), в то время как другие демонстрируют сильное старение (значительное изменение чувствительности менее чем за 5 лет). Эффекты старения возникают из-за погодных условий (колебания температуры и влажности), химического воздействия, механического воздействия, воздействия света и потери летучих компонентов.Ущерб, причиненный этими различными причинами, может быть кумулятивным, вызывая увеличение наблюдаемого ущерба с течением времени. Ущерб может быть обратимым до определенного момента, но при определенных условиях становится постоянным. Цель этого отчета - задокументировать явление проницаемости пластикового сцинтиллятора для водяного пара и установить взаимосвязь между временем, температурой, влажностью и степенью проникновения воды в пластик. Документально подтверждено несколько выводов о свойствах водопроницаемости пластикового сцинтиллятора.},
doi = {10.2172 / 1411940},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1411940}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {2017},
месяц = ​​{1}
}

Важность паропроницаемости ограждающих конструкций зданий

С 1898 года Американское общество испытаний и материалов (теперь именуемое ASTM International) разработало технические стандарты для широкого спектра строительных материалов.Они проверяют такие вещи, как устойчивость к ожогам. Для атмосферостойких барьеров (WRB) ASTM разработало строгие тесты на водонепроницаемость и проникновение воды, а также испытание сборки воздушного барьера. Но не менее важным тестом является ASTM E96, который измеряет проницаемость для водяного пара в течение 24-часового периода.

Даже после наращивания внешней облицовки стены могут намокнуть. Небольшое количество влаги в стене превращается в газ (водяной пар), который должен уйти. Если стены не могут полностью высохнуть, дом подвержен плесени и гниению.

Термин паропроницаемость (иногда называемый «воздухопроницаемостью») относится к способности материала пропускать водяной пар через себя. ASTM E96 измеряет это в единицах, называемых «химическая стойкость», а современные строительные нормы и правила требуют, чтобы WRB обеспечивали 5 или выше.

Разница между оберткой для дома и WRB

С 1960-х годов многие строители полагались на пластиковые покрытия для дома, чтобы добиться превосходной паропроницаемости. Но домашняя обшивка применяется после того, как традиционная оболочка установлена ​​и одобрена должностными лицами кодекса.Затем бригада должна вернуться, чтобы обернуть и заклеить весь дом.

Напротив, такой продукт, как новый воздушный и водный барьер LP WeatherLogic ^™ , требует меньшего количества шагов. Обшивка и погодозащитный слой объединены в единую панель, которую можно установить так же, как и обычную обшивку. Затем швы панелей надежно склеиваются современной акриловой лентой с одним из самых качественных на сегодняшний день клеев. А поскольку паропроницаемая накладка прочно встроена в панель, она не рвется и не сдувается.

Один из лучших способов получить плотную оболочку здания — это использовать конструкционную панель, такую ​​как барьер LP WeatherLogic, где оболочка и паропроницаемый слой плотно соединены в процессе производства. Это прорыв, который требует меньшего количества шагов и меньшего ожидания, чем использование домашнего обертывания.

Проницаемость для водяного пара биоразлагаемых полимеров

1.

Х. Кох, Х. Ропер и Р. Хопке (1993) Рой. Soc. Chem. Спец. Publ. 134 , 157–179.

CAS Google Scholar

2.

К. Л. Свансон, Р. Л. Шогрен, Г. Ф. Фанта и С. Х. Имам (1993) J. Environ. Polym. Деграда. 1 , 155–166.

Артикул CAS Google Scholar

3.

Дж. М. Майер и Д. Л. Каплан (1994) Trends Polym. Sci. 2 , 227–235.

CAS Google Scholar

4.

Р. Нараян (1994) в М. Л. Фишмане, Р. Б. Фридмане и С. Дж. Хуанге (ред.), Полимеры из побочных сельскохозяйственных продуктов , Американское химическое общество, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 2–28.

Google Scholar

5.

I. Tomka и S. Schmidlin (1990) PCT Int. Прил. WO 90/01043.

6.

Р. Л. Шогрен и Дж. У. Лоутон (1996) Патент США. Прил. Сер. No. 08/591, 923.

7.

J. Kemmish и J. Montador (1994) PCT Int.Прил. WO 95/15260.

8.

P. Gruber, J. Kolstad, C. Ryan, M. Iwen (1993) PCT Int. Прил. WO 94/08090.

9.

К. Бастиоли, В. Беллотти, Г. Романо и М. Тосин (1991) PCT Int. Прил. WO 92/02363.

10.

А. Дж. Внук, Т. Дж. Когер и Т. А. Янг (1993) Патент США. 5,391,423.

11.

Ф. С. Бюлер, Э. Шмид и Х. Шульце (1994) Патент США. 5 346 936.

12.

Ф. Хаас, Дж. Хаас и К. Тифенбахер (1994) PCT Int.Прил. WO 94/13734.

13.

Р. Т. Боган и Р. Дж. Брюэр (1985) в H. F. Mark, N. M. Bikales, C. G. Overberger, G. Menges, J. Kroschwitz (Eds.), Encyclopedia of Polymer Science and Technology , Vol. 3, Wiley, New York, p. 175.

Google Scholar

14.

Х. Исигуро и Р. Танака (1995) Jpn. Kokai Tokyo Koho JP 07 173 442.

16.

R. J. Ashley (1985) в J. Comyn (Ed.), Polymer Permeability , Elsevier, London, pp.269–308.

Google Scholar

17.

Г. Диг (1947) Bell Lab. Запись 25 , 227–230.

CAS Google Scholar

18.

W. A. ​​Combellick (1985) в H. F. Mark, N. M. Bikales, C. G. Overberger, G. Menges, and J. Kroschwitz (Eds.), Encyclopedia of Polymer Science and Technology , Vol. 2, Wiley, New York, p. 180.

Google Scholar

19.

Дж. А. Барри (1968) в J. Crank и G. S. Park (Eds.), Diffusion in Polymers , Academic, London, pp. 259–308.

Google Scholar

20.

Y. Yokota, R. Ishioka, Y. Moteki, and N. Watenabe (1994) в Y. Doi and K. Fukuda (Eds.), Biodegradable Plastics and Polymers , Elsevier, London, pp. 577–583.

Google Scholar

21.

Анонимно (1995) Брошюра о биоразлагаемом термопласте BAK 1095, Bayer Plastics Group.

22.

Дж. Цуджи и Ю. Икада (1995) Полимер 36 , 2709–2716.

Артикул CAS Google Scholar

23.

Федорс Р.Ф. (1974) Полим. Англ. Sci. 14 , 147–154.

Артикул CAS Google Scholar

24.

А. Ф. М. Бартон (1983) Справочник CRC по параметрам растворимости и другим параметрам когезии , CRC Press, Boca Raton, FL, p. 296.

Google Scholar

25.

Ф. В. Биллмейер (1971) Учебник полимеров , 2-е изд., Wiley Interscience, New York, p. 210.

Google Scholar

26.

Дж. Д. Ферри (1980) Вязкоупругие свойства полимеров , 3-е изд., J. Wiley & Sons, Нью-Йорк, стр. 277–288.

Google Scholar

27.

M. Salame (1986) J. Plast. Лист пленки. 2 , 321–325.

CAS Google Scholar

28.

P. DeLassus (1991) в J. I. Kroschwitz (Ed.), Encyclopedia of Chemical Technology , Vol. 3, 4-е изд., J. Wiley & Sons, New York, p. 948.

Google Scholar

29.

Ю. Маэда и Д. Р. Пол (1987) J. Polym. Sci. Polym. Phys. 25 , 1005–1016.

Артикул CAS Google Scholar

30.

J.-H. Го (1993) Drug Dev. Ind. Pharm. 19 , 1541–1555.

Артикул CAS Google Scholar

31.

J. J. Kesterand O. R. Fennema (1986) Food Technol. Декабрь , 47–59.

32.

W. H. Charch (1935) Патент США. 1,997,857.

33.

R. L. Shogren (1992) Carbohydr. Polym. 19 , 83–90.

Артикул CAS Google Scholar

34.

А. Р. Кирби, С. А. Кларк, Р. Паркер и А. С. Смит (1993) J. Mater. Sci. 28 , 5937–5942.

Артикул CAS Google Scholar

Влагопроницаемость защитных пломб, используемых в оружии (Технический отчет)

Гиллен, К. Т., и Грин, П. Ф. Влагопроницаемость экологических уплотнений, используемых в оружии . США: Н. П., 1993. Интернет. DOI: 10,2172 / 6884480.

Гиллен, К. Т., и Грин, П. Ф. Влагопроницаемость уплотнений для защиты окружающей среды, используемых в оружии . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6884480

Гиллен К. Т. и Грин П. Ф. Пн. «Влагопроницаемость экологических уплотнений, используемых в оружии». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6884480. https://www.osti.gov/servlets/purl/6884480.

@article {osti_6884480,
title = {Влагопроницаемость защитных уплотнений, используемых в оружии},
author = {Гиллен, К. Т. и Грин, П. Ф.},
abstractNote = {Чтобы сделать более надежные оценки количества воды, которая проникает через защитные уплотнения оружия, мы создали обширные данные о коэффициенте водопроницаемости для множества материалов уплотнительных колец, включая специфические для оружия составы EPDM, бутил, фторсиликон. и силикон.Для каждого материала данные были получены при нескольких температурах, обычно в диапазоне от 21 [градусов] C до 80 [градусов] C; для выбранных материалов отслеживалось влияние относительной влажности. Для большинства измерений использовались два различных экспериментальных метода: метод чашки проницаемости и подход к увеличению / потере веса с использованием чувствительных микровесов. Было обнаружено хорошее согласие между результатами двух методов, что повысило уверенность в надежности измерений. Поскольку ни один из вышеперечисленных методов не был достаточно чувствительным для измерения водопроницаемости бутилового материала при низких температурах, в этих условиях был применен третий метод, основанный на использовании коммерческого прибора, в котором используется чувствительный к воде инфракрасный датчик.},
doi = {10.2172 / 6884480},
url = {https://www.osti.gov/biblio/6884480}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1993},
месяц = ​​{2}
}

Паропроницаемость пористых полимерных мембран с различной гидрофильностью в качестве синтетических и природных барьеров

Abstract

Статья посвящена анализу кинетики сорбции, проницаемости и диффузии водяного пара в пористых полимерных мембранах различной гидрофильности и сквозной пористости. .Измерение переноса воды с постоянным градиентом парциального давления позволяет авторам получать надежные характеристики пористых мембран, пленок, искусственных кож, тканей различной химической природы (синтетических и биологических) и фазовых структур. Были определены все кривые кинетической проницаемости и рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии, а также их кажущаяся энергия активации на стационарной и нестационарной стадиях массопереноса. Прослежена связь между сорбционно-диффузионными характеристиками полимерных барьеров и их паропроницаемостью.В рамках модели двойной дисперсии Золотарева – Дубинина получено аналитическое уравнение, связывающее проницаемость с коэффициентами диффузии водяного пара в объеме пор, материале полимерного каркаса с использованием таких характеристик, как пористость и коэффициент растворимости. Предлагается использовать это уравнение для прогнозирования сорбционных свойств барьерных и пористых материалов сложной архитектуры, особенно в пищевой упаковке.

Ключевые слова: проницаемость, диффузия, сорбция, пористые мембраны, гидрофильные и гидрофобные полимеры

1.Введение

Полимерные материалы разной химической природы и фазовой структуры имеют настолько разнообразные функциональные цели, что срок службы изделий на их основе сильно различается. Естественно, что изделия длительного пользования, которые при эксплуатации подвергаются большим нагрузкам, должны быть прочными и устойчивыми к факторам окружающей среды. Напротив, упаковочные материалы и контейнеры для пищевых продуктов не должны использоваться дольше срока годности пищевых продуктов. В противном случае такие материалы, выбрасываемые как твердые бытовые отходы, загрязняют окружающую среду.Известно, что полимерные материалы с малым сроком хранения должны быть разлагаемыми [1]. Наилучшие условия для биодеградации полимеров создаются во влажных условиях, когда влага иммобилизуется в гидрофильных полимерах, создавая условия для развития микрофлоры [2]. В пористых полимерных мембранах этот процесс значительно ускоряется. Поэтому информация о взаимодействии влаги с полимерами имеет фундаментальное значение для решения актуальных проблем материаловедения, таких как выбор полимеров для конкретных целей и прогнозирование поведения материалов в процессах насыщения водой и биодеградации [3 , 4].Статья посвящена анализу процесса сорбции и диффузии водяного пара в пористых полимерах различной гидрофильности.

С точки зрения теории перколяции, традиционный анализ проницаемости газонаполненных полимеров и гетерогенных полимерных гибридных систем в целом можно разделить на два состояния: до перколяционного перехода, когда полимерная фаза образует непрерывную дисперсионную среду, и газовая фаза образует замкнутые включения, а после перколяционного перехода, когда газовая фаза образует каналы через другую фазу.Хотя для первого состояния феноменология процесса достаточно развита, для второго состояния многое остается неясным [5,6]. Прежде всего, какой вклад в процесс переноса вносит матрица, ее сорбционные и диффузионные характеристики, извилистость транспортных каналов, адсорбция на границе раздела. Остается открытым также вопрос о методах исследования паропроницаемости этих материалов. В настоящее время наиболее распространенным методом экспериментального определения паропроницаемости через пористые полимерные мембраны стал чашечный метод.В этом методе значение расхода I в стационарной области кривой кинетической проницаемости является основной характеристикой мембраны, и ее обычно отождествляют с коэффициентом проницаемости. Этот метод успешно используется для стандартных измерений проницаемости барьерных материалов.

С другой стороны, нестационарная часть кривой, в пределах которой устанавливается распределение концентрации диффузанта по поперечному сечению мембраны, остается вне внимания исследователей, хотя именно эта часть имеет значение. наибольшая информация об особенностях диффузии водяного пара через пористые и монолитные полимерные материалы [1,7].Таким образом, нестационарная область может использоваться для расчета коэффициента диффузии ( D ), оценки его концентрационных и временных зависимостей, а также для определения коэффициентов растворимости и констант Генри ( s ). К сожалению, чашечный метод в его современной версии [8] не позволяет получить информацию о нестационарной части кривой проницаемости, так как в хроматографических и масс-спектрометрических ячейках присутствует градиент полного давления внешней среды наряду с градиент парциального давления.Поэтому его использование в пористых мембранах для детального изучения массопереноса в изобарно-изотермических условиях проблематично.

Целью данной работы было исследование кинетики проницаемости водяного пара через пористые полимерные мембраны различной гидрофильности путем непрерывной регистрации количества пародиффузата в сочетании с теоретическим анализом процесса массопереноса в таких системах.

2. Экспериментальная

Монолитные и пористые полимерные мембраны толщиной 150 мкм и 500 мкм из коллагена (C), полиэфируретанмочевины (PEU), полиамида 6.6 (ПА), поливинилхлорид (ПВХ). Мембраны PEU были получены из раствора 4,4-дифенилметандиизоцианата, полиэфирдиолов и гидразингидратов диметилформамида. Олигооксипропилендиол использован при синтезе ПЭУ-1, статистический сополимер пропилена и оксидов этилена в соотношении 1: 1 для синтеза ПЭУ-2, эфир адипиновой кислоты и оксипропилендиола — для ПЭУ-3.

ПЭУ марки Sanpren (Япония) (M _W = 32,9 кДа, M _n = 22.1 кДа) получали из раствора в диметилформамиде 4,4-дифенилметандиизоцианата, полиэфирдиолов и гидразингидратов. При синтезе ПЭУ-1 использован олигооксипропилендиол, для ПЭУ-2 — статистический сополимер оксидов пропилена и этилена в соотношении 1: 1, а для ПЭУ-3 — сложный эфир адипиновой кислоты и оксипропилендиола.

Монолитные пленки ПВХ марки С-70 (Нижний Новгород, Россия) (M _W = 107,2 кДа) получали литьем 5% мас.% Раствора полимера на стеклянную подложку с последующей сушкой пленок до постоянной масса.

Коллагеновые мембраны (M _W = 360 кДа) получали из раствора растворимой части дермы животных в уксусной кислоте (Москва, Россия). Фиксированную коллагеновую пленку отмывали от остатков уксусной кислоты в дистиллированной воде.

Пористый ПЭУ получали из 10 мас.% Раствора в диметилформамиде методом конденсационного структурообразования [9]. В качестве осадителя использовалась вода. Пористые пленки ПВХ получали осаждением его из 5 мас.% Растворов в циклогексаноне осаждением этанолом, а пленки ПА получали из его растворов в этаноле осаждением водой.Пористым аналогом коллагена служил образец натуральной кожи (сырой и неокрашенной телячьей кожи). Пористость образцов и их удельную поверхность определяли путем измерения плотности и сорбции инертного растворителя гексана. Характеристики исследованных образцов приведены в.

Таблица 1

Характеристики и кинетические константы диффузии и проницаемости пористых полимерных мембран разной гидрофильности при 298 К.

	Материал	ПВХ	ПЭУ-1	ПЭУ-2	ПЭУ-3	Коллаген и натуральная кожа
Параметр
Пористость,%		38	55	58	65	44
Диаметр пор, мкм		8/12 ***	1	5/8	6/10	4/6
Сорбция воды, г / 100 г		0.52	7,5	9,2	16,3	60
D Θ , * 10 −7 см 2 / с		2	0,8	0,6	4
D с , * 10 −7 см 2 / с		3,1	0,66	0,5	2,4	0,08
D p , * 10 см 2 / с *		~ 1	~ 1	~ 1	~ 1	~ 1
E Θ , кДж / моль		51/52 **	48 / 46	54/49	56/54	61/63
E S , кДж / моль		50/54	49/48	53/50	52/50	64/62
E P , кДж / моль		54/29	51/25	57/18	58/21	63/26

Изотермы сорбции водяного пара были получены на вакуумных весах МакБейна.Кинетику паропроницаемости изучали на экспериментальной установке, схема которой представлена ​​на рис. Установка состоит из блока источника пара (C), диффузионной ячейки (B), в которой находится исследуемая мембрана между металлическими фланцами, стеклянной сорбционной колонны с кварцевой спиралью и чашки с поглотителем водяного пара. В отличие от ранее созданных установок [8,9], блок источника содержит несколько стеклянных термостабильных чашек, установленных на подвижном пластиковом диске.

Экспериментальная установка ( a ) и диффузионная ячейка ( b ) для исследования кинетики паропроницаемости полимерных мембран.Ситаллический датчик предназначен для измерения локальной влажности около внутренней поверхности мембраны. Более подробное описание настройки приведено в тексте.

Каждый источник перед экспериментом был заполнен водным солевым раствором, в данном случае CaCl ₂ . Состав растворов подбирался таким образом, чтобы можно было изменить градиент парциального давления пара с (p / p ₀ ) ₁ на (p / p ₀ ) ₂ по смена источников, движение по изотерме сорбции.Здесь (p / p ₀ ) ₁ и (p / p ₀ ) ₂ — значения относительной влажности над источником и стоком соответственно.

Диск снабжен специальным подъемным устройством, с помощью которого производилось герметичное соединение стакана с металлическим фланцем ячейки. Расстояние от поверхности мембраны до источника — 2 см, от чашки с поглотителем до поверхности мембраны — 2,5 см. Все блоки установки имеют независимый контроль температуры, что позволяет проводить измерения как в изотермическом, так и неизотермическом режимах в широком диапазоне парциальных давлений пара.

Метод измерения был следующим. Образец мембраны после длительного кондиционирования был извлечен из эксикатора, в котором тот же абсорбер использовался в качестве гидростата (например, K ₂ CO ₃ обеспечивает постоянную влажность ≈44%), а затем был установлен между фланцы диффузионной ячейки. Поглотитель помещен в сорбционную колонку. Установление сорбционного равновесия в системе мембрана-поглотитель при выбранной температуре эксперимента наблюдалось в течение следующих 10–20 мин.Затем блок источников (нижний блок) приводился в контакт с нижним фланцем диффузионной ячейки. С этого момента измеряли кинетику изменения веса поглотителя. Эти измерения продолжались до достижения постоянной скорости изменения веса поглотителя, что соответствует установлению стационарного состояния процесса переноса при выбранном парциальном давлении водяного пара.

Конструкция установки позволяла изменять диапазон измерения разности парциальных давлений водяного пара за счет выбора источника (б).Относительная погрешность определения кинетики паропроницаемости на стационарной стадии составила 5%, на нестационарной стадии — 8%. Измерения проводились в изотермических условиях процесса при температурах 298–230 К при различных перепадах влажности между источником и поглотителем.

3. Результаты и обсуждение

Типичные кинетические кривые проницаемости и сорбции водяного пара монолитными и пористыми мембранами разной гидрофильности показаны на и.Видно, что как для монолитных, так и для пористых мембран со сквозной пористостью на кинетических кривых проницаемости можно выделить две области, соответствующие нестационарной и стационарной стадиям процесса.

Кинетические кривые паропроницаемости монолитных ( a ) и пористых ( b ) полимерных мембран, полученных из поливинилхлорида (ПВХ) ( 1 ), полиэфируретанмочевины (ПЭУ) -1 ( 2 ), ПЭУ -2 ( 3 ), PEU-3 ( 4 ) и коллаген ( 5 ) при 298 К.

Кинетические кривые сорбции водяного пара монолитной ( сплошные линии ) и пористой ( пунктирные линии ) мембранами из коллагена ( 1 ), ПЭУ-3 ( 2 ), ПЭУ-1 ( 3 ) ) при 298 К. Интервал относительного перепада давления водяного пара составляет 0,44–0,90.

С формальной точки зрения, независимо от фазового состояния мембраны и ее пористости, длину нестационарной стадии можно охарактеризовать временной задержкой (), которая численно равна отрезку отрезка на ось времени экстраполированной линейной частью кривой проницаемости ().

Для пористых мембран всегда меньше, чем для монолитных мембран, и значительно больше, чем для системы «источник / воздушный слой / поглотитель». Для последнего Θ равно 10–12 с, что, по Барреру, дает значение коэффициента диффузии D = 0,2 см ² / с, что при нормальных условиях совпадает с коэффициентом диффузии водяного пара в воздух [10].

Интересны следующие три факта. Во-первых, для пористых мембран является функцией гидрофильности ().Несмотря на то, что общая пористость образцов изменяется в достаточно широком диапазоне (), можно утверждать, что увеличивается вместе с увеличением сорбционной емкости полимера, из которого изготовлена ​​мембрана. Изменение разницы влажности при измерении паропроницаемости сдвигает фигуративную точку образца в ту или иную сторону на кривой Θ -M ( ∞ ). Для монолитных мембран этот эффект не наблюдается.

Зависимость времени задержки (Θ) от сорбционной способности пористых полимерных мембран (M∞) при 298 K, относительной влажности 30% при различных значениях разности относительной влажности: ( 1 ) 44–90 p / р ₀ ; ( 2 ) 44–80 п / п ₀ ; ( 3 ) 44–60 п / п ₀ .Полимерные материалы обозначены на графике.

Во-вторых, существует пропорциональность между Θ и временем установления сорбционного равновесия в системе мембрана – водяной пар.

В-третьих, отношения между коэффициентами диффузии и температурными коэффициентами для пористых и монолитных мембран, рассчитанные из стационарной области кривой проницаемости и кинетики сорбции, необычны. Коэффициенты диффузии для монолитных мембран можно рассчитать по следующим традиционным уравнениям [9,10,11]:

D _s = (π / 16) l ² ( d γ / d t ^{1 / 2} ) ²

(2)

где l — толщина мембраны, γ — относительная степень заполнения мембраны диффузантом.

Хотя полученные таким образом значения коэффициента диффузии, а также кажущаяся энергия активации сорбции и проницаемости E _Θ , E _s , E _p , (), довольно близки друг к другу, ситуация полностью отличается для пористых мембран.

Эффективные коэффициенты диффузии для пористых мембран D _Θ ′ D _s ′ D _p ′, рассчитанные с использованием тех же уравнений (1) — (3), значительно различаются между собой ().Для всех перепадов влажности, как правило, (D _Θ ′ = D _s ′) << D _p , а для абсолютных значений D _Θ ′ >> D _Θ . Для гидрофильных мембран (коллаген, PEU-2 и PEU-3) разница между D _Θ ‘и D _p ‘ тем больше, чем больше разница во влажности. Этот эффект определяется уменьшением D _Θ ′ в большей степени, чем увеличением D _p ′ и I . Таким образом, при переходе от перепада влажности 44–60% к 44–90% D _Θ ′ уменьшается на 2.В 5 раз, а D _p ′ и I увеличиваются всего на 30–35% за счет пластификации полимера.

Температурные зависимости D ′ и D _s ′ для всех исследованных мембран удовлетворительно описываются уравнением Аррениуса. При этом E _Θ ′ и E _s ′ близки друг к другу и, что особенно важно, совпадают с E _Θ и E _s для монолитных мембран. Это означает, что основной вклад в массоперенос на нестационарной стадии вносит процесс сорбционного насыщения пористого каркаса мембраны диффузантом.

Однако температурная зависимость проницаемости пористых мембран в общем случае не подчиняется уравнению Аррениуса. Для мембран из ПВХ и ПЭУ-1 вообще (п / п _o ), а для коллагеновых и ПЭУ-3 мембран при (п / п _o ) ₁ <60% температурные зависимости I имеют вид описывается степенной функцией

где n — эмпирическая константа, значение которой изменяется от 1,5 до 1,7, что свидетельствует о значительном вкладе свободной диффузии водяного пара через поровое пространство мембран в стационарную проницаемость.В области повышенной влажности (более 80%) температурная зависимость паропроницаемости для коллагена, ПЭУ-2 и ПЭУ-3 описывается набором двух функций.

I ≅ k ₁ T ⁿ + k ₂ exp (−E _Θ / RT)

(5)

где k ₁ и k ₂ — эмпирические константы.

Полученные экспериментальные данные позволяют сформулировать следующие представления о механизме паропроницаемости пористых полимерных мембран.Процесс переноса влаги в таких мембранах представляет собой суперпозицию двух потоков: фазовый перенос по пористому пространству мембраны и диффузионный перенос по объему полимерной матрицы (называемый активационной диффузией согласно [10] или твердотельной диффузией согласно [10]). 9,11]). При t <Θ водяной пар проникает в мембрану через систему сквозных капилляров. Одновременно с диффузией через свободное пространство пор пар адсорбируется на стенках пор и абсорбируется – растворяется в материале стенки.Этот процесс происходит до установления локального сорбционного равновесия в различных частях мембраны, и его скорость определяется коэффициентом диффузии водяного пара в полимер.

При t> Θ устанавливается некоторый градиент влажности по всей толщине образца. Этот момент соответствует началу стационарной стадии процесса, в которой одновременно задействованы и поровое пространство, и материал мембраны. Таким образом, пока не установится постоянный градиент влажности по поперечному сечению мембраны, большая часть потока поглощается материалом и не участвует в прямом переносе водяного пара на внешнюю поверхность образца.После установления постоянного градиента потоки через пористое пространство и полимерный материал становятся параллельными, и общий поток определяется их суммой [10,11].

Теория процесса массопереноса в пористых материалах подробно описана в следующих работах [12,13].

Усредненные уравнения массопереноса в описанных выше системах с развитой системой транспортных пор имеют следующий вид:

m∂c∂t = mDi∂2c∂x2 − κ (γc − a)

(6)

(1 − m) ∂c∂t = (1 − m) Da∂2a∂x2 + κ (γc − a)

(7)

c (0, t) = c0, a (0, t) = γc0, a (l, t) = c (l, t) = 0

(8)

a (x, 0) = c (x, 0) = 0, 0≤x≤l

(9 )

где m — пористость мембраны, l — ее толщина, c и a — локальные концентрации диффузанта в порах и полимерной фазе, D _i и D _a — диффузионные коэффициенты в порах и полимерной фазе, соответственно, k — усредненная константа скорости массопереноса между диффузантом в порах и полимерной фазой.

Путем введения безразмерных переменных и параметров

ξ = xl ε = τiτa β = κτi / (1 − m) α = κστi / m τi = l2Di τa = l2Da τ = tτi

(10)

получаем следующее уравнение для количества вещества M (t =) ∫0tq (t) dt, десорбированного с мембраны в момент t (т.е. M (t), поглощенного сорбентом) с поверхности

M (t) = mDi + (1 − m) σDalc0 × ··· × {t − t1−2τi∑n = 1∞ (−1) n (λn −− λn +) [λn — + (πn) 2Δλn + e − λn + τ − λn ++ (πn) 2Δλn − e − λn − τ]}

(11)

где

λn ± (=) [(ε + 1) (πn) 2+ (β + α)] 2 ± [(ε + 1) (πn) 2+ (β + α)] 24− (πn) 2 [ ε (πn) 2+ (β + αε)]

(13)

Существенным является тот факт, что при больших временах t → ∞ зависимость M от t аппроксимируется прямой линией

M (t → ∞) = mDi + (1 − m) Dalc0 (t − t1)

(14)

И при экстраполяции t → 0 эта линия в полном соответствии с полученным экспериментальным материалом не перейти в начало координат, а пересекает ось времени при значениях

t1≡Θ = l2 (m + γ (1 − m)) 6 (Dim + γ (1 − m) Da)

(15)

и ось ординат на

M (t → 0) = l6 (m + γ (1 − m)) c0

(16)

Из уравнений (12) — (16) ясно, что полученные уравнения являются более общими, чем уравнения Дина. –Соотношение Баррера [9].Они очень удовлетворительно описывают полученный набор экспериментальных данных. Таким образом, из уравнения (15) следует, что длина нестационарной стадии процесса проницаемости является функцией пористости мембраны, ее сорбционной способности по диффузанту, отношения коэффициентов диффузии в пористом пространстве и полимерного материала. . Естественно, что в общем случае при рассмотрении (∂M∂T) t → ∞ или (∂Θ∂T) следует ожидать довольно сложной температурной зависимости указанных параметров процесса:

(∂I∂T ) = const (∂Di∂T) + const (∂Da∂T) + const (∂γ∂T)

(17)

которое может быть аппроксимировано I≈T − n или экспоненциальной функцией только в первом приближении при определенных соотношениях между D _i , D _a и σ.

Таким образом, большой интерес представляет новая возможность расчета коэффициентов диффузии по кинетическим кривым сорбции монолитных образцов и кривым кинетической проницаемости пористых мембран, дополненная информацией о пористости. Для этого можно использовать либо соотношение

Dim = lc0θ (−M) t → 0 − Daγ © (1 − m)

Da = a1 − a2 (γ1 © −γ2 ©) (1 − m)

(18)

Dim = a1− λ1 © (a1 − a2γ1 © −λ2 ©)

или, выполняя измерения I при различных γ ‘, т.е.е., при разном перепаде влажности. В данном случае:

a1 = Dim + σ1Da (1 − m) a2 = Dim + σ2Da (1 − m)

(19)

где ai = Iil (c0) i − 1.

Расчеты по этим уравнениям для всех мембран показали, что перенос водяного пара с коэффициентом диффузии D _i = 0,18 — 0,21 при 298 K происходит в их поровом пространстве, что характерно для свободной диффузии водяного пара в воздуха.

Тестер паропроницаемости — Labthink

Испытание скорости передачи опасных газов, таких как водород, метан и т. Д.	Испытание скорости передачи органических газов, таких как бензол, сложный эфир, спирт, кетон и т. Д.
Испытание скорости газопроницаемости в условиях различной влажности	Испытание скорости передачи газа в различных средах высокого давления
Испытание скорости передачи газа в различных высокотемпературных средах	Тест на пропускание кислорода контактными линзами
Проверка скорости проникновения CO2 методом взвешивания	Испытание скорости пропускания водяного пара методом перевернутой чашки
Неразрушающий контроль герметичности упаковки	Испытание давлением многостанционной упаковки
Испытание на растяжение упаковочных материалов со сверхдлинным удлинением	Испытание на прочность при термосваривании пленок крышек медицинских бутылочек, стаканчиков для йогурта и стаканчиков для желе
Испытание усилия снятия противоугонной крышки бочки с маслом, усилия открытия внутреннего тягового кольца и усилия вытягивания ручки
В соответствии с вашими потребностями Labthink предоставляет всесторонние услуги по настройке.Для получения дополнительной информации пишите по адресу: [email protected].

Снижение паропроницаемости пленки и бутылок из полимолочной кислоты за счет послойного осаждения нанокристаллов зеленой целлюлозы и хитозана

Для улучшения барьерных свойств применялась методика послойной электростатической самосборки пленок и бутылок из поли (молочной кислоты) (PLA).Процесс LbL осуществлялся путем попеременной адсорбции хитозана (CH) (поликатион) и нанокристаллов целлюлозы (CNC), полученных с помощью ультразвуковой обработки. Четыре бислоя (с каждой стороны) нанокристаллов хитозана и целлюлозы вызвали улучшение барьерных свойств на 29 и 26% в случае пленок и бутылок соответственно. Согласно результатам, процесс LbL с CH и CNC позволил получить прозрачное «зеленое» барьерное покрытие на подложках из PLA.

1. Введение

Поли (молочная кислота) (PLA) — это биоразлагаемый и компостируемый биопластик, который может широко использоваться в упаковочной промышленности благодаря его способности к термическому формованию, инжектированию и выдуванию, а также благодаря своим свойствам, таким как превосходная прозрачность. , хорошая устойчивость к маслам, химическим веществам и ультрафиолетовому излучению, а также удовлетворительные механические и термические свойства.Однако PLA не подходит для жидких продуктов, для которых требуется длительный срок хранения, для продуктов, чувствительных к влаге, или для газированных напитков из-за высокой проницаемости для водяного пара и газа. Чтобы сделать PLA подходящим упаковочным материалом для таких продуктов, необходимо улучшить его барьерные свойства.

Техника послойного покрытия, основанная на самосборке полиэлектролитов и / или наночастиц на подложках, имеет много преимуществ по сравнению с другими методами нанесения покрытия, такими как центрифугирование, термическое осаждение или литье из раствора.Согласно Jang et al. [1] Самособирающиеся наноструктурированные покрытия LbL обеспечивают прозрачность и гибкость, что делает их хорошей альтернативой при упаковке. Процесс недорогой, простой и быстрый, его можно проводить в водной среде без использования вредных и токсичных растворителей. Он предлагает создание ультратонких пленок с заданным составом и свойствами на нескольких типах подложек с разными размерами, неправильными формами и трехмерными формами. Для выполнения осаждения LbL можно использовать самые разные материалы, включая неорганические или органические поликатионы, полианионы и наночастицы, которые имеют поверхностные заряды при растворении или диспергировании в воде (или других обрабатывающих средах).Самосборка LbL основана на электростатическом притяжении между противоположно заряженными составляющими, хотя водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса или взаимодействия с переносом заряда также могут играть роль в толщине или стабильности самоорганизованных слоев. При осаждении LbL можно получить ультратонкое одно-, двух- или многослойное покрытие с точностью более 1 нм. Свойства пленок можно точно настроить, варьируя параметры процесса, такие как компоненты, концентрация, pH, ионная сила и время погружения [2–6].

Недавние исследования показали, что двойные слои монтмориллонита (ММТ) и полиэтиленимина (ПЭИ) могут улучшать кислородные барьерные свойства пленок ПЭТ [7, 8], а также барьерные свойства пленок целлюлозы для водяного пара [6]. Findenig et al. [6] также исследовали 2-гидрокси-3-триметиламмоний пропилхлорид (HPMA) крахмал, PDDA и хитозан в качестве полиэлектролитов. Был сделан вывод, что можно улучшить свойства барьера для водяного пара с помощью гидрофильных компонентов; они отметили, что крахмал PEI и HPMA являются наиболее подходящими для приготовления прозрачных барьерных покрытий.Хотя хитозан был не так эффективен, как PEI или крахмал, в случае снижения скорости прохождения водяного пара с помощью MMT, он подходил для уменьшения передачи кислорода не только в случае PET, но и в случае PLA, о котором сообщали Svagan et al. [9] и Laufer et al. [10]. Сваган и др. [9] наблюдали снижение проницаемости для кислорода на 95% и снижение пропускания водяного пара на 20% после осаждения 70 бислоев MMT-CH. Laufer et al. [10] создали 10 квадратных слоев (CH-PAA-CH-MMT) на пленках PLA и PET, которые могут значительно снизить кислородную проницаемость обоих упаковочных материалов.Laufer et al. [11] также сообщили о высоком барьерном эффекте с высокой прозрачностью 10 трехслойных слоев CH-MMT-CR (каррагинан) и 10 квадратных слоев CH-CR-CH-MMT.

Согласно литературным данным, наиболее изученным наноматериалом барьерного покрытия LbL является слоистый силикатный монтмориллонит [6–10]; тем не менее, другие материалы также могут быть подходящими для улучшения барьерных свойств. Hagen et al. [12] недавно показали, что полиэлектролитов может быть достаточно для снижения скорости передачи кислорода, а восемь бислоев PEI-PAA (поли (акриловая кислота)), нанесенных на пленку из ПЭТ, могут привести к необнаружимой скорости передачи кислорода.Hirvikorpi et al. [13] создали ультратонкий многослойный слой на пленочной подложке PLA из альгината натрия, хитозана (нанесенного методом LbL) и наночастиц Al ₂ O ₃ (нанесенных методом осаждения атомного слоя). В отличие от Hagen et al. [12], они наблюдали, что многослойный материал, содержащий только полиэлектролиты, увеличивал СПВП, при покрытии дополнительным слоем Al ₂ O ₃ СПВП стало значительно (47%) ниже.

В этом исследовании хитозан и нанокристаллы целлюлозы, обработанные «зеленым» способом, были нанесены на пленку из поли (молочной кислоты) и бутылку с целью снижения скорости пропускания водяного пара.

2. Материалы и методы

Пленку из поли (молочной кислоты) экструдировали толщиной 30 микрон с использованием прозрачных гранулятов PLA Esun AI1031 (Shenzhen Bright China Industrial Co.). Бутылки из PLA с толщиной стенок 680 мкм и внутренним объемом 150 мл были любезно предоставлены компанией Biopackpro Ltd. Микрокристаллическая целлюлоза (размер частиц <20 мкм, мкм) и хитозан были получены от Sigma Aldrich.

Для создания нанокристаллов целлюлозы в коллоиде применялась ультразвуковая обработка ММС в дистиллированной воде.Концентрацию суспензии устанавливали на 1,0 мас.%, И обработку ультразвуком проводили с использованием ультразвукового рупора с частотой 20 кГц (35 Вт / см ² ) в течение 80 мин. После обработки осадка ультразвуком более крупные частицы целлюлозы удаляли, сушили и взвешивали, чтобы определить конечную концентрацию коллоида CNC, которая составляла 0,7 мас.%. Чтобы доказать, что обработанная целлюлоза является наноразмерной, замену растворителя проводили на ацетон. Полученный материал, представляющий собой гель наноцеллюлозы, можно увидеть на Рисунке 1.Хотя внешний вид нанокристаллов целлюлозы не изучался в этом исследовании, согласно нашему предыдущему исследованию, мы можем предположить, что полученный ультразвуком, описанный выше, нанокристалл целлюлозы мог иметь сферическую форму, а не усы, которые могут быть получены путем кислотного гидролиза. [14, 15].

Раствор положительно заряженного полиэлектролита хитозана был приготовлен растворением СН (0,1 мас.%) В 0,1 М молочной кислоте. Чтобы получить менее расширенный полимерный клубок и, таким образом, получить более толстые слои хитозана в многослойном слое, pH доводили до 6 путем добавления 1 М NaOH к раствору полиэлектролита.

Послойный метод выполняли следующим образом: пленки и флаконы PLA погружали в положительно заряженный раствор хитозана; после ополаскивания упаковочных объектов дистиллированной водой их погружали в отрицательно заряженный коллоид CNC до достижения адсорбционного равновесия. После попеременной адсорбции CH и CNC на каждой стороне подложек были построены 4 и 8 бислоев.

3. Определение характеристик

Для контроля образования осажденных слоев, для проведения гравиметрического анализа и анализа толщины были выполнены измерения с помощью микровесов кварцевых кристаллов (QCM).Поскольку осаждение массы на поверхность кристалла кварца вызывает измеримый сдвиг частоты, адсорбированная масса и толщина слоя рассчитывались с помощью уравнения Зауэрбрея. Чтобы предотвратить ошибку измерения, которая возникает из-за плотности и давления жидкостей после погружений, перед измерением применялась сушка. Эффекты модификации поверхности полученных покрытий на подложках из PLA были проверены путем измерения угла смачивания с помощью гониометра PGX. Микроструктуру поверхности характеризовали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (Hitachi S-3400N), где ускоряющее напряжение составляло 20 кВ.Спектрофотометрия UV-VIS использовалась для оценки пропускания покрытых пленок PLA в видимом диапазоне (400-800 нм). Пропускание пленок измеряли в трех разных местах. Испытания на пропускание водяного пара проводились в климатической камере при 23 ° C и относительной влажности 85% в течение 7 дней как для пленок, так и для бутылок. В ходе испытаний были протестированы по три образца каждой из модифицированных пленок и бутылок PLA, а также контрольные образцы.

4. Результаты и обсуждения

На рис. 2 показаны результаты измерений микровесов кварцевых кристаллов и угла смачивания, поверхностной энергии ().Согласно QCM CH и CNC требовалось приблизительно 2 и 4 минуты, соответственно, для достижения адсорбционного равновесия. Рост слоя был линейным, и каждый слой содержал около 2–2,4 мкм г / см ² хитозана и целлюлозы. Как показала QCM, толщина осажденного слоя хитозана составляла около 50 нм, а толщина слоя CNC составляла примерно 20 нм, что также указывает на то, что максимальный размер ЧПУ, произведенного ультразвуком, составляет около 20 нм, если предположить, что монослой был сформирован на субстрат.Толщина нанесенной LbL многослойной пленки (состоящей из 4-х бислоев CH и CNC), сформированной на поверхности кристалла кварца, составляла 196 нм. 4 бислоя, нанесенных на пленки PLA, вызвали сдвиг поверхностной энергии с 39,5 мН / м до 41,8 мН / м. В случае 8 бислоев толщина мультислоя увеличилась до 452 нм, а поверхностная энергия PLA увеличилась с 39,5 до 44,3 мН / м. Во время процесса LbL были достигнуты равномерное нанесение слоя и воспроизводимый рост пленки.

Согласно SEM-изображениям (рис. 3) чистых и покрытых пленок PLA, при увеличении 130x или 1600x, на подложку PLA были нанесены хорошо упакованные, плотные многослойные слои без агрегации частиц с ЧПУ.Перед сканирующей электронной микроскопией пленки изгибались, но, как показывают изображения, полученные на сканирующем электронном микроскопе, это не оказывало видимого воздействия на покрытия, микротрещин не наблюдалось.

УФ-видимая спектрофотометрия показала, что в диапазоне видимого излучения коэффициент пропускания покрытых пленок PLA незначительно, но не заметно, снизился. Чистая пленка PLA имеет коэффициент пропускания 89% (), а пленки PLA с покрытием имеют 85 () и 82% (), соответственно. На рис. 4 показана прозрачность модифицированного и немодифицированного образцов.Покрытие вызывало лишь небольшое небольшое рассеяние в видимом диапазоне, поэтому можно сделать вывод, что осажденные пленки являются тонкими, однородными и однородными (в соответствии с наблюдениями во время сканирующей электронной микроскопии). Незначительное уменьшение пропускания также показывает, что частицы целлюлозы, образовавшиеся во время ультразвуковой обработки, находятся в нанометровом диапазоне.

Согласно испытаниям на скорость пропускания водяного пара, результаты которых представлены на рисунке 5, в случае пленок через материал проникало водяного пара на 29% меньше, чем в случае чистых пленок PLA.Однако пленки показали почти такой же высокий WVTR, как и чистый PLA. Хотя хитозан является гидрофобным полимером, высокое содержание воды в окружающей среде может иметь пластифицирующий эффект на хитозан, как утверждает Svagan et al. [9] сообщил. По аналогии с наблюдением Свагана и др. [9], в случае CH и MMT присутствие воды может препятствовать молекулярному взаимодействию между CH и CNC с повышенной подвижностью CH (что увеличивает свободный объем) в межфазных областях, которые могут изменять структуру покрытия, уменьшая таким образом барьерный эффект.В случае бутылок наблюдалось то же явление. Предположительно в самом крайнем слое имеется обширное взаимопроникновение осажденных слоев. Такое явление наблюдали Fu et al. (2005) [16]. Многие цепи хитозана из нижележащего слоя могут проникать в поверхность самого внешнего слоя ЧПУ. Проникновение, возможно, может усилить пластифицирующий эффект влаги на хитозан и, следовательно, снизить барьерные свойства для водяного пара. На рисунке 6 показан предполагаемый механизм снижения скорости прохождения водяного пара нанопокрытия CH-CNC.Барьерный эффект предположительно можно объяснить нанокристаллами целлюлозы, а не хитозаном. Было показано, что нанокристаллы целлюлозы могут значительно снизить СПВП, если они используются в качестве армирования даже в малых соотношениях в матрице PLA [17, 18]. Хотя барьерный эффект полимера может быть не таким незначительным, он скорее действует как связующее, а наночастицы — как нанополя. Если наночастицы плотно упакованы и непроницаемы для водяного пара (что может произойти, если целлюлоза является высококристаллической), они могут вызвать чрезвычайно извилистый путь к молекулам водяного пара, тем самым снижая скорость их прохождения через материал.

5. Выводы

Многослойное покрытие, состоящее из хитозана и полученных ультразвуком зеленых нанокристаллов целлюлозы, формирует плотное, хорошо упакованное, хорошо адсорбируемое биопокрытие, которое может улучшить барьерные свойства пленок PLA и бутылок. до 4 бислоев с каждой стороны. Из-за высокой проницаемости водяного пара PLA в основном применяется для продуктов с коротким сроком хранения. В случае пленок или бутылок PLA с покрытием LbL срок годности может быть увеличен почти в 1/3 раза.Покрытие CH-CNC может быть подходящим для применений в пищевой упаковке, поскольку хитозан уже применяется в пищевой промышленности, а целлюлозные наноматериалы также доказали свою нецитотоксичность [19–21].

No related posts.