3. Гігроскопічні властивості текстильних матеріалів.

(поглинання, сорбційні властивості).

Тканини, трикотажні і неткані полотна здатні до поглинання різних речовин, які знаходяться в газообразному , парообразному або рідинному стані. В залежності від оточуючих умов матеріали можуть удержувати поглинені речовини або віддавати їх в навколишнє середовище. Як правило, поглинання супроводжується змінами ряду механічних ( міцність, жорсткість, деформація і ін..) і фізичних ( теплозахисних, оптичних, електростатичних і ін..) властивостей, розмірів і маси матеріалу.

Текстильні матеріали відносяться до капілярно-пористих тіл, які мають складну систему пор і капілярів і які різняться розмірами і характером розташування. Пори у текстильних матеріалах утворюються в результаті не дуже щільного розташування макромолекул, мікрофібріл, фібрил в структурі волокон, між волокнами і нитками в структурі самого матеріалу. Встановлено. що мікропориста структура матеріалів зв’язана перш за все з особливостями будови текстильних волокон и ниток, а макропориста - з будовою самих матеріалів, степеню їх заповнення волокнистим матеріалом. В зв’язку з цим поглинання речовин структурою текстильних матеріалів представляє складний характер.

Текстильні матеріали при їх виробництві, виготовленні швейних виробів і експлуатації одягу постійно взаємодіють або з водяними парами повітря, або з водою. Тому одними з головних фізичних властивостей текстильних матеріалів являються гігроскопічні властивості.

Гігроскопічні властивості характеризують здатність текстильних матеріалів поглинати і віддавати водяний пар.

Процес поглинання пару з оточуючого середовища називається сорбцією. Цей процес являється зворотнім, тобто при певних умовах виникає віддача водяного пару.

Процес віддачі водяного пару в навколишнє середовище при певних умовах називається десорбцією.

Процес сорбції має складний характер. В перший момент, коли матеріал потрапляє в середовище з великою відносною вологістю повітря, починається процес адсорбції.

Адсорбцією називається процес притягання і поглинання поверхнею волокон парів вологи. Сили, які притягують молекули води, виникають в результаті того, що у макромолекул, які розташовані на поверхні волокна, не повністю врівноважені міжмолекулярні зв’язки з сусідніми макромолекулами. В зв’язку з тим, що волокна мають пористу будову, дійсна поверхня сорбції волокон значно більше їх зовнішній поверхні.

Адсорбція протікає швидко, декілька секунд.

Потім, по мірі насичення поверхні волокон водяним паром виникає процес дифузії ( проникнення) молекул води в міжмолекулярний простір. Цей процес називається абсорбцією. В результаті процесу абсорбції водяні пари поглинаються усім об’ємом волокон. На відміну від адсорбції дифузійний процес проникнення вологи вглиб волокну протикає повільно і термін досягнення рівноважного стану складає декілька годин.

Процес сорбції водяних парів дуже нерівномірний.

В першій період сорбції виникає інтенсивне поглинання вологи волокнами, між тим по мірі насичення їх водяними парами швидкість поглинання помітно падає, потім закінчується і наступає сорбційна рівновага.

Вологість матеріалу, яка відповідає сорбційної рівно важності називається рівноважною вологістю. При зміні відносної вологості і температури повітря ( атмосферних умов) рівноважна вологість матеріалу також змінюється. З збільшенням відносної вологості повітря рівноважна вологість матеріалу збільшується.

При десорбції найбільш інтенсивна віддача вологи відбувається у перший момент процесу. По мірі наближення до нового рівноважного стану швидкість десорбції знижується. Між тим, рівноважна вологість матеріалу при десорбції вище рівноважної вологості при сорбції в однакових атмосферних умовах, тобто ізотерми сорбції і десорбції не співпадають, спостерігається гістерезис сорбції. Це зв’язано з тим, що при десорбції частина абсорбованої вологи, яка знаходиться в міжмолекулярному просторі, може триматись в надмолекулярної структурі волокна із-за її неврівноваженості. Криві сорбції і десорбції текстильних матеріалів наглядно показують,що волокна різних видів володіють різною здатністю поглинати вологу.

На процес сорбції впливає:

1. Хімічний склад волокон.

Наприклад:

1). Бавовна, льон, віскоза, натуральний шовк, вовна - володіють великою

здатністю поглинати водяний пар, так як в їх макромолекулах

містіться велика кількість гідрофільних груп (ОН, NН₂, СООН ,СОNН і

ін..). Наявність гідрофільних груп створює значне силове поле, яке

притягує і утримує молекули води.

2). З штучних волокон невеликою гігроскопічністю володіють ацетатні

волокна, так як в елементарної ланці целюлози гідроксильні групи

частково або повністю замінені гідрофобними ацетільними.

3). Більшість синтетичних волокон і ниток (поліефірні, поліолефінові,

полівінілхлорідні і ін..) володіють малою здатністю до поглинання

вологи , так як в їх складі майже відсутні гідрофільні групи.

2. Надмолекулярна структура волокон.

Наприклад:

1). Структура волокон, характер розташування макромолекул, степінь їх впорядкування, орієнтації, а також степінь аморфності і кристалічності структури, її пористість визначають розміри активної поверхні сорбції і можливість легкого або важкого проникненні молекул води в глиб волокон. Тому, пухка і мало упорядкована структура віскозних волокон у порівнянні з бавовняними обумовлюють їх більш високу здатність до поглинання вологи, не дивлячись на однаковий хімічний склад.

2). В волокнах вовни макромолекули мають більш розгалужену структуру, чим у натурального шовку, тому щільність їх упаковки менше , в результаті чого вологість вовняних волокон і матеріалі з них вище, чим шовкових.

3). При сорбції парів вологи в мікрокапілярах і в замкнених капілярах текстильних матеріалів відбувається конденсація парів з зволоженого повітря, в результаті чого капіляри наповнюються рідиною. Тому матеріали з гідрофобних волокон, які мають велику кількість мілких замкнених капілярів, можуть добре сорбірувати вологу, наближуючись по показникам вологості до бавовняних і вовняних тканин , особливо це відноситься до тканин з профільованих волокон і ниток.

Поглинання волокнами водяного пару супроводжується виділеннями тепла, яка називається теплотою сорбції.

Волокна високої гігроскопічності (вовна, бавовна, віскоза) при сорбції виділяють більшу кількість тепла, ніж волокна з малою гігроскопічністю (ацетатні).

Здатність матеріалів виділяти тепло при поглинанні вологи має велике значення при виготовленні теплозахисного одягу, так як при виході з теплого приміщення на холодне повітря з великою вологістю, тепло, яке виділяється матеріалами компенсує різке зниження температури повітря і людина швидше привикає до холоду.

При поглинанні вологи волокнами спостерігається збільшення їх розмірів, особливо поперечнику, тобто відбувається набухання волокон. Значне збільшення поперечних розмірів волокон в порівнянні з їх довжиною зв’язано з орієнтацією макромолекул фібрил в структури волокна. Молекули води, проникаючи в глиб волокна, ослаблюють зв’язки між макромолекулами, збільшують відстань між ними. Гідрофільні волокна (віскозне, вовняне, лляне, бавовняне) володіють більшою здатністю до набухання, чим волокна малої гігроскопічності. Значне

набухання віскозних волокон у порівнянні з іншими целюлозними волокнами обумовлено їх пухкою структурою, малою густиною розміщення макромолекул, що полегшує проникнення молекул води.

Зміни, які відбуваються в структурі волокон і матеріалів при поглинанні вологи, являються причиною суттєвих відмінностей у показниках фізико-механічних властивостей одного і того ж матеріалу з різною степеню вологості. Тому, для об’єктивної оцінки властивостей текстильних матеріалів їх дослідження рекомендується проводити при нормальної відносної вологості повітря ( 65%).