Существуют гидрофобные, гидрофильные и переходные полимеры. Принято считать полимеры, впитывающие не более 1-2% влаги – гидрофобными, 10% и более – гидрофильными.
Гидрофобные полимеры и мебраны из них
Гидрофобныё полимеры не впитывают и соответственно не пропускают воду. А значит тонкие пленки из них непромокаемы. Но из этого так же следует, что такие пленки не пропускают водяные пары. Чтобы совместить непромокаемость и паропроницаемость, гидрофобные пленки делают пористыми. Поры, конечно, не выглядят как система аккуратных круглых отверстий, проходящих через толщу пленки. Структура мембраны может быть похожа на губку, на срез буханки хлеба или, например, хаотическое или упорядоченное в какой-то степени, объёмное переплетение нитей, что хорошо видно на примере снимков, сделанных электронным микроскопом.
Размер пор мал – от 0.1 мкм до 1 мкм. Поэтому капли воды через такие поры не проходят. Водяные пары механически проходят через поры мембраны, практически не взаимодействуя с веществом мембраны.Правильнее говорить пористая мембрана, а не поровая.
Начнём с самой известной марки мембран из гидрофобных полимеров – GORE-TEX. Мембрану производят из растянутого политетрафторэтилена (PTFE). Плёнки PTFE с добавлением веществ для порообразования при определенных условиях механически растягивают, и получают плёнки со структурой, как на фото выше. Далее к этой пленке добавляют жироотталкивающий PU слой, возможно напыление, для защиты пор от жиров и грязи.
Молекула PTFE
При измерении паропроницаемости по методу b1 PTFE используют в качестве прокладки между абсорбентом и мембраной, потому она обладает такой высокой паропроницаемостью, которая заведомо выше паропроницаемости исследуемой мембраны. Тогда почему не все используют PTFE для изготовления мембран?
Предполагаю, тут возможен только один ответ – патент. W. l. Gore запатентовала мембраны из PTFE, и это не позволяет остальным делать мембраны тем же способом и из того же материала. И другим компаниям приходится выкручиваться, изобретая другие мембраны и добиваясь схожих характеристик. И похоже, BHA Group со своей мембраной Event удалось разработать технологию или купить лицензию изготовления мембран из PTFE.
Чтобы добиться большей паропроницаемости, чем у gore-tex (3-layer event ret = 4.5, 3-layer gore xcr ret = 5.1) из Event убрали защитный PU слой. По заявлениям производителя защита встроена в саму мембрану, какая – не разъясняется. Другими словами Event – клон gore-tex.
У Toray нет секретов, они открыты по сравнению с другими производителями. Общедоступны спецификации на все мембраны. Они производят обычные микропористые и непористые PU мембраны. Отмечу уникальную двухслойную мембрану Entrant HB, где микропористый PU слой сочетается с ультратонким непористым слоем.
1-3. gore-tex 2. sofitex
Гидрофильные полимеры и мебраны из них
Гидрофильность данных полимеров объясняется тем, что их молекулы полярны и поэтому охотно вступают в химические связи с молекулами воды – водородная связь. Из таких полимеров можно делать паропроницаемые пленки без пор.
Молекула PU
Несмотря на то, что пор в таких мембранах нет, водяные пары – молекулы воды, связываются с гидрофильными молекулами мембраны. Далее молекулы воды продвигаются через толщу мембраны последовательно, как эстафетная палочка, связываясь с молекулами полимера, постепенно переходя на другую сторону. Мембрана при этом остается твердой, не разбавляется водой.
Гидрофильная мембрана принимает активное участие в транспорте молекул: с одной стороны в ней вообще нет пор и поэтому она должна хуже пропускать водяные поры, но с другой стороны – в ней, в отличии от гидрофобных, появляются дополнительные химические силы. Гградиент концентрации играет для них такую же определяющую роль, как и для гидрофобных мембран. Точное описание данных процессов и будет предметом последующих моих изысканий.
1. PU – внутренняя поверхность, отделка мембраны gore-tex 2. ePTFE – внешняя поверхность мембраны gore-tex 3. ePTFE с олеофобным покрытием
Sympatex – самая известная непористая мембрана. Это сополимер из 70% гидрофобного полиэстера и 30% гидрофильного полиэфира. 30% гидрофильного вещества в составе мембраны и выполняют роль передающей среды для водяных паров. Sympatex – очень тонкая (5 мкм) и эластичная (растяжение до 300%) пленка. К сожалению, на официальном сайте Ret явно указано только для phaseable 2.5-layer. И голословно утверждается, что Sympatex High out дышит на 120% лучше, чем стандартные ламинаты.
Sympatex
Toray производит непористую гидрофильную PU мембрану – Dermizax-ev.
Материал, в части молекулярных механизмов работы гидрофильных мембран будет расширен и уточнен, по мере доступа к нужной литературе.
Читать так же:
Методы определения паропроницаемости и Ret мембраны
Мы всегда готовы к сотрудничеству и взаимодействию по интересным проектам. Просто напишите нам!