DWR - попытка раскрыть тему
Этот текст – моя попытка объяснить - как работают водоотталкивающие пропитки и зачем они нужны.
Начнём, пожалуй, с английского.
DWR – Durable Water Repellent
DWR - сокращение от “Durable Water Repellent”. Что же это значит?
“Durable” – “существующий длительное время”, “служащий долго”.
“Water” – “вода”.
“Repellent” – “вещество отталкивающее, отбрасывающее” в данном случае воду.
Итого DWR = “долго служащее водоотталкивающее вещество”.
Уже лучше - смысл ясен, но по-русски мы так не говорим. “Долго служащее” – здесь означает, что это вещество в течение относительно длительного времени не смывается водой с ткани и ткань сохраняет свои водоотталкивающие свойства.
Поэтому по-русски обычно это звучит как “устойчивая (долговечная), водоотталкивающая пропитка” (“пропитка” – вещество, а не процесс).
Сам процесс обработки и придания водоотталкивающих свойств – “водоотталкивающая обработка”, “пропитка/обработка водоотталкивающим составом”.
Английские термины – “waterproofing”, изредка - “impregnation” – обычно у европейских производителей.
С этим разобрались. Пора понять, как эта штука работает.
Вместе вспоминаем химию и физику – немного теории
Есть такой раздел – “ Физическая химия поверхностных явлений”.
Как раз она нам и нужна. Волокна ткани одежды у нас представляют собой твёрдое тело, а вода – жидкость.
То есть мы имеем границу раздела фаз “твёрдое тело” – “вода”. Рассмотрим, что происходит с каплей воды, свободной от внешних сил. Молекулы воды, находящиеся в глубине капли со всех сторон притягиваются всеми остальными молекулами, так что силы, действующие на любую такую молекулу скомпенсированы. Молекулы же, находящиеся у поверхности капли, окружены себе подобными молекулами не со всех сторон - над поверхностью их нет. Соответственно нет сил, компенсирующих притяжение нижележащих молекул. В результате, молекулы находящиеся у поверхности капли (т.е. на границе капли), всё время втягиваются внутрь капли. В сумме это приводит к тому, что капля стремится сократить площадь своей поверхности до минимума при данном объеме – принять форму шара, который обладает наибольшим объемом при минимальной площади – жидкости это энергетически “выгодно”. Выглядит это так, как будто капля находится в эластичной оболочке, хотя там ничего нет. В отсутствии внешних сил (ускорения, реакции опоры и т.п.) капля (а хоть и ведро) воды примет форму шара. Вспомните репортажи с орбиты.
Что происходит, когда капля воды вступает в контакт c твёрдым телом?
Тут много факторов. В простейшем случае, всё определяется соотношениями сил притяжения между молекулами веществ. Если сила притяжения между молекулами твёрдого тела и молекулами жидкости больше силы притяжения между молекулами самой жидкости, поверхность твердого тела будет притягивать молекулы жидкости из капли к себе – поверхность будет смачиваться данной жидкостью. Если сил притяжения между молекулами твёрдого тела и воды недостаточно, чтобы преодолеть межмолекулярные силы в самой жидкости, то молекулы жидкости будет слабее притягиваться молекулами твердого тела – жидкость не будет смачивать его поверхность. Заметьте, что в данном случае твёрдое тело НЕ ОТТАЛКИВАЕТ ЖИДКОСТЬ, а всего лишь СЛАБЕЕ ПРИТЯГИВАЕТ МОЛЕКУЛЫ ЖИДКОСТИ. Настолько слабее, что силы стремящиеся стянуть каплю в шар, начинают преобладать. От чего зависят эти силы? От природы веществ. Называют эти силы – силами поверхностного натяжения. Нестрого - это сила (энергия), необходимая для создания единицы площади границы раздела фаз.
А на практике
Теперь, казалось бы всё просто. Подбираем для ткани материал с коэффициентом поверхностного натяжения (КПН) меньше чем у воды и вуаля! Наша ткань не смачивается водой. Давайте посмотрим на наш любимый нейлон, из которого сделано большинство тканей. Нейлон (Nylon – “найлон”), это коммерческое название семейства ПОЛИАМИДОВ. В частности найлон-6,6 – это полиамид у которого 6 атомов углерода в диамине и 6 атомов углерода в дикарбоновой кислоте. Мне удалось найти примерное значение КПН для нейлона - 33-46 мН/м. В то время как у воды при +20С – 73 мН/м. Что это значит? А то, что наш нейлон не должен смачиваться водой и без всяких DWR! И тут начинаются самые главные трудности. Я попробовал смочить Nylon Tactel и простую нейлоновую верёвку. Nylon Tactel не смачивается, а верёвка впитывает в себя как губка. В чём же дело? Порывшись в книгах и интернете, ничего, что бы просто и доходчиво объясняло это, я не нашёл.
Самая правдоподобная причина этого, видимо в следующем. Большую роль в поверхностных явлениях играют другие факторы – соотношения КПН недостаточно для решения вопроса о РЕАЛЬНОМ смачивании. Ведь мы рассматривали идеальный случай. Реальные поверхности имеют различные шероховатости, инородные включения, различную форму и геометрические размеры, гидроксильные группы, дефекты кристаллической решётки и т.д. Прочитав это
http://journal.issep.rssi.ru/articles/pdf/9907_098.pdf и бегло посмотрев книгу “Физическая химия поверхностей” я убедился что это не такой тривиальный вопрос, как кажется на первый взгляд и рассчитать реальные условия смачивания для ткани и воды мне не под силу. Я удовлетворился тем, что здесь
http://web.mit.edu/agrawala/www/NIRT/ca.html для нейлона указан угол смачивания около 70 градусов – т.е. нейлон смачивается водой. В общем, с учётом вышесказанного, считаем, что нейлон в какой-то степени смачивается и это нас не устраивает. Что делать?
Вещества с низким коэффициентом поверхностного натяжения
Наша задача – чтобы волокна ткани, из которых сделана наша одежда, как можно меньше смачивались водой. Это то же самое, что “меньше притягивали к себе воду”. Этот эффект достигается при помощи нанесения тонких слоев веществ с низким коэффициентом поверхностного натяжения (КПН) на волокна ткани.
Тефлон
Из всех известных органических соединений наименьшим КПН обладает политетрафторэтилен (хим. формула [-CF2CF2-]n), коммерческое название которого - тефлон. Это удивительный материал. Он самый инертный из всех известных органических соединений – не реагирует с кислотами, не растворим в органических растворителях, достаточно термоустойчив, обладает низким коэффициентом трения. КПН тефлона – 18-20 мН/м. Т.е. его не смачивает практически ничего. У воды КПН -72 мН/м, у жиров - 20-30 мН/м. Как вы уже догадались антипригарное покрытие в посуде – тефлон. Кто хоть раз держал в руках фторопласт, тот знает, что он жирный на ощупь - вода с него стекает как с гуся.
Силиконы
Это кремнийорганические полимеры, представляющие собой большую группу разнообразных жидкостей, каучуков и смол. Все они содержат кремний, связанный с углеродом – отсюда и название (Si “силициум” - кремний). Они так же являются полимерами, термоустойчивы, химически довольно инертны, гидрофобны.
Некоторые жидкие силиконы используются для обработки ткани – аппретирования - в частности, для придания ткани устойчивых водоотталкивающих свойств. КПН силиконовых эластомеров – около 23 мН/м.
Эти то вещества нам и нужны.
Водоотталкивающие пропитки
Если вы вспомните, о чём мы говорили выше, то станет ясно что, термин “водоотталкивающие” не соответствует действительности, так как они не отталкивают, а всего лишь слабее притягивают молекулы воды. Но такова традиция – называть их водоотталкивающими.
Эти пропитки представляют собой растворы или эмульсии веществ с низким КПН. Что происходит, когда мы обрабатываем ткань такими составами? Растворитель, вместе с растворённым в нём веществом, (или эмульсия) попадая на ткань, смачивает поверхность волокон ткани. Затем растворитель (или другая основа) испаряется, а на поверхности каждого волокна остается тончайший слой водоотталкивающего вещества (которое не испаряется). Таким образом, мы получаем волокна, поверхность которых, ЕЩЁ МЕНЬШЕ ПРИТЯГИВАЕТ ВОДУ – и она собирается в капли и меньше втягивается силами поверхностного натяжения в поры ткани (это, кстати, капиллярные явления).
Так как я не химик, то я не могу вам сказать точно, какие именно сополимеры и конкретные соединения используется в таких пропитках. Можно только сделать более или менее правдоподобные выводы из доступной информации.
Пропитки, доступные в продаже, можно разделить на две группы – пропитки на водной основе и на углеводородных растворителях.
На упаковке я видел такой состав: растворители, фторкарбоновые смолы. Фторкарбоновые смолы – это какие-то соединения углерода с фтором, и чаще всего это именно политетрафторэтилен (тефлон). Это подтверждается здесь
http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#DUR . Растворителем в таких пропитках, чаще всего, служит трихлорэтан.
Недостатком этих пропиток является то, что они вредны (агрессивный растворитель воняет и вредит нам и природе), их нельзя наносить на мокрую ткань/кожу – только на сухую. Обработку надо проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении – иначе надышитесь растворителя. Зато они быстро сохнут.
Подобные пропитки есть у “Granger's”, “Storm Waterproofing”, “Woly Sport”.
Компания “Nikwax”, пошла другим путём. И, в отличие, от большинства других производителей подобных пропиток, “Nikwax” сделала ставку на ВОДУ в качестве транспортной основы для своих пропиток! Но так как после нанесения и высыхания пропитка не должна растворяться водой (иначе, зачем она такая нужна), то пропитки “Nikwax” - не РАСТВОР, а ЭМУЛЬСИЯ - коллоидная взвесь микрочастиц одной жидкости в другой, не смешивающихся между собой. А именно, это водная эмульсия полимера TX.10i !!! (подтверждение этому здесь
http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#EMU ) Что представляет собой TX.10i? Здесь
http://www.nikwax.co.uk/uk/glossary.asp#SIL говорится о том, что в некоторых продуктах “Nikwax” используются силиконовые эластомеры, и что они не являются единственной составляющей этих пропиток. Можно предположить, что как раз некий силиконовый полимер и является тем самым TX.10i.
Плюсы подобных (на водной основе) пропиток в том, что они не воняют, более безопасны для вас и природы (в них нет ядовитых растворителей), их можно наносить как на мокрые, так и на сухие ткани/кожу.
Аналогичные пропитки есть у “Granger's”, “Storm Waterproofing”.
По поводу долговечности этих пропиток. Здесь
http://www.nikwax.co.uk/uk/how.asp “Nikwax” утверждает, что её пропитки содержат в 5 раз больше активных водоотталкивающих веществ на единицу объема, по сравнению с пропитками на углеводородных растворителях. Кроме того, из-за более прочных связей между молекулами в силиконах, по сравнению с фторуглеродами, пропитки “Nikwax”, якобы более устойчивы. Но всё покажет практика.
Так как в результате обработки такими пропитками просто образуется тонкий слой вещества на волокне, то этот слой может изнашиваться в результате трения волокон друг о друга, воздействия химических веществ, растворённых в воде, действия ультрафиолетовых лучей и бог знает чего еще. Поэтому, периодически её надо возобновлять.
При промышленном производстве тканей, используют те же самые или схожие пропитки для придания тканям водоотталкивающих свойств. Это и есть фабричная DWR-обработка, с которой вы имеете дело, купив куртку или другие вещи/снаряжение.
Как пользоваться - общие моменты
Пропитки, доступные в продаже, обычно разделяются на три категории: для обуви, для одежды, для тентов, рюкзаков и т.п. Но бывают и универсальные – все зависит от производителя.
Соответственно и пропитки надо приобретать исходя из того, что вы собираетесь обрабатывать. Новые одежда, обувь и снаряжение чаще всего имеют заводскую DWR-обработку. Но почти все производители обуви рекомендуют сразу после покупки, перед началом эксплуатации, обработать новую обувь водоотталкивающими пропитками – что я и рекомендую сделать.
Любые пропитки надо наносить на чистую (вымытую, выстиранную или просто не грязную) вещь!
По способу применения пропитки можно разделить на две группы.
В первую, входят пропитки, которые надо добавить в воду, а затем полностью погрузить обрабатываемую вещь в получившийся раствор и возможно прополоскать ее в нём. Естественно так нельзя обрабатывать обувь. Такие пропитки продаются в обычных емкостях с крышками. Достоинства – более полная пропитка, без пропусков, недостатки – нужен тазик, вода, время на сушку. Если вы планируете стирать вещь, то лучше процесс стирки и пропитки совместить – сначала постирать и прополоскать и тут же, не давая вещи высохнуть – обработать в такой пропитке.
Во вторую, входят пропитки, которые наносятся на поверхность обрабатываемой вещи при помощи распыления или губок. Пропитки на углеводородных растворителях обычно идут в аэрозольной упаковке, на водной – в бутылках с механическими распылителями или с поролоновыми губками. Применяется просто – распыляется на поверхность, которую надо обработать в случае с аэрозолем или распылителем, либо выдавливается на губку и губкой наносится на поверхность в случае тубы с губкой.
Пропитки на углеводородном растворителе можно наносить только на сухие поверхности и очень желательно на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении, иначе есть риск отравиться парами растворителя. Пропитки на водной основе можно наносить на мокрые или сухие поверхности, но эффективнее - на мокрые. Подобными пропитками можно пользоваться непосредственно в походе, на маршруте.
Кроме того, пропитки часто делятся по роду обрабатываемых материалов: для гладкой кожи, для нубука/замши, для синтетических тканей и универсальные.
Как часто это надо делать? По мере необходимости. Если вы видите что ваша обувь или одежда стала впитывать воду только в некоторых местах, то можно ограничиться локальной обработкой с помощью пропитки в аэрозольной упаковке или с распылителем. Если бОльшая часть одежды потеряла водоотталкивающие свойства, то её всю можно обработать распылителем или аэрозолем или применить пропитки расчитанные на полное погружение в них вещи.
Конечно, перед походом, лучше провести превентивную обработку обуви и снаряжения.
И всегда читайте инструкции к пропиткам и вещам !
Ну и зачем это все?!
Зачем нам вся эта головомойка, если у нас есть мембрана, которая и так воду не пропустит? Мембрана обычно нанесена с изнаночной стороны ткани. То есть осадки контактируют в первую очередь с тканью верха. К чему может привести впитывание воды тканью (т.е. если ткань смачивается водой).
1. Если посмотреть в таблицы, то видно, что у многих искусственных волокон ПРОЧНОСТЬ в мокром состоянии, НИЖЕ, чем в сухом. Следовательно – мокрая ткань менее прочная, чем сухая!
2. Вода, впитавшаяся в ткань или кожу, утяжелит одежду (обувь), и прибавит вес, который вам надо нести на себе.
3. Если вы в одежде с промокшей тканью попадете в условия с низкими температурами – вода, находящаяся в ткани замерзнет. А вода при замерзании РАСШИРЯЕТСЯ. Это может привести к повреждению ткани или мембраны. Ткань или мембрану может разорвать, или мембрана может отслоиться от ткани!
4. Если вода в ткани образует сплошную тонкую плёнку, то ваша мембрана практически перестанет дышать – парам некуда будет уходить!
5. Если вода проникла внутрь пор мембраны (т.е. в случае поровой мембраны типа GoreTex), то высока вероятность проникновения воды сквозь мембрану по порам.
6. Если кожа, обычно используемая в обуви, промокнет и набухнет от воды, то после высыхания она может потерять свою эластичность, стать жесткой и потрескаться.
бетонов
