Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií

Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií

Bc. Jan Heller

Obsah 1 ÚVOD....................................................................................................................... 8 2 LITERÁRNÍ PRŮZKUM .................................................................................... 10 2.1 Plazma ............................................................................................................. 10 2.1.1 Fyzikální popis plazmatu .......................................................................... 10 2.1.2 Výskyt plazmy v přírodě........................................................................... 11 2.1.3 Rozdělení plazmatu................................................................................... 13 2.1.4 Vlastnosti plazmatu................................................................................... 15 2.1.5 Typy elektrických výbojů generující plazma............................................ 16 2.2 Plazmatická úprava materiálů...................................................................... 19 2.2.1 Interakce plazmy s vrchní vrstvou materiálu............................................ 20 2.2.2 Plazmová modifikace v různých atmosférách .......................................... 20 2.2.3 Plazmová modifikace textilií .................................................................... 22 2.2.4 Výhody plazmových úprav textilních materiálů....................................... 24 2.2.5 Nevýhody plazmových úprav textilních materiálů ................................... 25 2.3 Povrchová energie, povrchové napětí a adheze........................................... 25 2.3.1 Povrchová energie a povrchové napětí ..................................................... 25 2.3.2 Kapka kapaliny na povrchu pevné látky................................................... 26 2.3.3 Adheze a adhezní práce ............................................................................ 27 2.4 Hydrofobní úprava......................................................................................... 28 2.4.1 Typy hydrofobních úprav ......................................................................... 28 2.4.2 Pochody při hydrofobizaci........................................................................ 29 2.4.3 Předúprava hydrofobní úpravy ................................................................. 30 2.4.4 Typy hydrofobizačních prostředků........................................................... 30 2.4.5 Hodnocení hydrofobních úprav ................................................................ 38 2.5 Pigmentový tisk .............................................................................................. 39 2.5.1 Záhustky.................................................................................................... 40 2.5.2 Zahušťovadla ............................................................................................ 40 2.5.3 Záhustky pro pigmentový tisk .................................................................. 40 2.5.4 Složení pigmentových TP......................................................................... 41 2.5.5 Funkce jednotlivých složek pigmentové tiskací pasty.............................. 42 2.5.6 Výhody pigmentového tisku..................................................................... 45 2.5.7 Nevýhody a problémy pigmentového tisku .............................................. 45 3 CÍL PRÁCE........................................................................................................... 46 4 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST................................................................................ 47 4.1 Použité chemikálie.......................................................................................... 47 4.2 Použitý materiál ............................................................................................. 49 4.3 Zařízení pro plazmovou modifikaci ............................................................. 50 4.4 Rastrovací elektronová mikroskopie............................................................ 53 4.5 Provedení experimentu.................................................................................. 54 4.5.1 Pigmentový tisk ........................................................................................ 54 4.5.2 Hydrofóbní úprava.................................................................................... 60 5 EXPERIMENTY A JEJICH VÝSLEDKY ........................................................ 69 5.1 Pigmentový tisk .............................................................................................. 69

6


Bc. Jan Heller

5.1.1 Stanovení stálosti v suchém a mokrém otěru............................................ 69 5.1.2 Stanovení stálosti v praní.......................................................................... 70 5.1.3 Stanovení úbytku hmotnosti vzorku po odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti .............................................................................................. 71 5.1.4 Měření remise a vyhodnocení změny barevnosti a protisku..................... 72 5.2 Hydrofobní úprava......................................................................................... 74 5.2.1 Stanovení odolnosti proti pronikání vody – zkouška tlakem vody........... 74 5.2.2 Stanovení nepromokavosti umělým deštěm ............................................. 80 5.2.3 Stanovení smáčivosti textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím - drop test ........................................................................... 102 6 ZÁVĚR ................................................................................................................ 104 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERARATURY......................................................... 106 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ............................................................... 108 PŘÍLOHA

7


1

Bc. Jan Heller

ÚVOD Plazma je v poslední době velmi často diskutované téma vzhledem k jeho dosud

známým výhodným aplikačním vlastnostem, ale i k vlastnostem, které jsou dosud spíše z oblasti science fiction. Hojně je využíváno zejména v souvislosti s moderními technologiemi. Mezi jeho nejznámější aplikace patří výbojky a plazmové obrazovky, plazmové nástřiky pro tepelné štíty kosmických lodí, využití v oblasti modifikace povrchů, leptání, opracování materiálů (řezání, rozprašování) a příprava tenkých vrstev (naprašování). Dále je využíváno v oblasti plazmochemie, která využívá různé formy plazmatické aktivace látek k usnadnění průběhu chemických reakcí, které by jinak probíhaly obtížně nebo by vůbec nebyly možné. Lze se s ním setkat ale i tam, kde to na první pohled není zřejmé – v nemocnicích v přístroji na rozbíjení ledvinových kamenů nebo v moderních „spalovnách“ odpadů pro ekologický rozklad nebezpečných látek. Vývoj je zaměřen např. na iontové raketové motory, termojadernou syntézu a fúzní elektrárny. Posledně zmiňované jsou zásadním energetickým zdrojem pro budoucnost pracující s plazmatem o teplotách až několika set miliónů stupňů Celsia. Fúzní elektrárny pravděpodobně nahradí ekologicky nevyhovující elektrárny spalující fosilní paliva. /11, 38/ Plazma nachází své uplatnění i v oblasti textilní. Většina z možných povrchových modifikací textilních materiálů probíhá tzv. mokrou cestou, což znamená, že se z takovéto textilie musí po aplikaci přebytečné chemikálie dále vyprat a následně je třeba ji usušit. To je ovšem energeticky a tudíž i ekonomicky náročné a má i ekologicky nežádoucí vliv. Proto probíhá intenzivní vývoj v oblasti technologií na tzv. suché cestě, kde zmiňované nedostatky odpadají. Jednou z možností je právě plazma. Plazmu je však možné použít i pro kombinaci s postupy na tzv. mokré cestě, čímž lze dosáhnout nových či modifikaci stávajících vlastností, případně zvýšení či prodloužení požadované vlastnosti aplikace. Tato diplomová práce se zabývá vlivem plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií. V teoretické části je zpracována problematika plazmy a jejího využití. V experimentální části je na plazmované a neplazmované vzorky aplikován jednak pigmentový tisk (na POP materiál) a hydrofobní úprava (na CO, směs PES/CO a PES). Pigmentový tisk je hodnocen podle stálosti v suchém a mokrém otěru, podle zapouštění do doprovodné tkaniny, podle úbytku hmotnosti vlivem odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti, podle barevných odchylek plazmovaných a neplazmovaných

8


Bc. Jan Heller

vzorků a podle hodnot protisku. Hydrofobní úprava silikonová a perfluoralkanová je posuzována testem na průnik tlakové vody, Bundesmannovým testem a drop testem. Vzorky jsou vždy opracovány plazmou v atmosféře vzduchu při atmosférickém tlaku. U pigmentového tisku je k plazmování použito zařízení s dielektrickým bariérovým výbojem a u hydrofobní úpravy zařízení s koplanárním dielektrickým bariérovým výbojem. Cílem je vysledovat vliv plazmy na stálosti a dosažený efekt použitých úprav.

9


2

Bc. Jan Heller

LITERÁRNÍ PRŮZKUM

2.1 PLAZMA 2.1.1 Fyzikální popis plazmatu Plazma je často nesprávně nazýváno čtvrtým skupenstvím hmoty. Nesprávné pojetí plazmatu jako čtvrtého skupenství vychází z toho, že silným ohřevem ostatních skupenství přes pevné, kapalné, plynné je nakonec dosaženo plazmatu. Z fyzikálního pohledu je plazma plynný stav, ve kterém je kinetická energie atomů a molekul tak veliká, že při jejich vzájemných srážkách dochází k ionizaci nárazem. Jednoduše je možné říci, že zvětší-li se teplota plynu nad určitou hodnotu, dojde ke zvýšení pohybové energie jednotlivých atomů a molekul natolik, že při srážce dvou těchto částic může dojít k jejich rozbití na elektrony a kladné ionty. Tím dochází k ionizaci plynu. Elektrony a ionty vzniklé ionizací nesou elektrický náboj a působí na sebe navzájem elektrostatickými silami. Tyto síly působí na poměrně velké vzdálenosti a tím se každá částice (ion, elektron) dostává opět do silového pole ostatních částic. Tento jev se nazývá kolektivní chování. /1,2,3/

Obr. 2.1: Skupenské stavy vody v závislosti na teplotě /5/ Plazma se skládá z elektronů, iontů a elektroneutrálních částic. Ionty a elektrony jsou označovány jako těžké částice, protože jejich hmotnost několikanásobně převyšuje hmotnost elektronů. V závislosti na obsahu vnitřní energie se mohou některé částice

10


Bc. Jan Heller

vyskytovat v nabuzeném (excitovaném) stavu. Přechod částice z excitovaného do základního stavu se děje fotoemisí, která má za následek záření plazmatu. Tohoto jevu se využívá v zářivkách. Krom výše uvedených částic tedy plazma obsahuje navíc částice v excitovaném stavu a fotony. Všechny tyto složky musí splňovat podmínku kvazi-neutrality. To znamená, že kladné a záporné náboje částic musí být vzájemně vyrovnány a plazma se tedy navenek jeví jako elektricky neutrální. /4/ Shrnutím uvedeného lze získat obecnou definici: Plazma je kvazineutrální soubor částic s volnými nosiči nábojů, který vykazuje kolektivní chování. /1/ Plazma je ionizovaný plyn, který vzniká buď roztržením molekul (ionizací) anebo odtržením elektronů z elektronového obalu atomů plynu. Podle množství nabitých a nenabitých částic (tj. neutrální molekuly a atomy) rozlišujeme plazma slabě a silně ionizované. Právě nabité částice neboli volné nosiče náboje jsou tím nejdůležitějším, co odlišuje plazma od plynného skupenství. Díky volným nosičům náboje je plazma vodivé a silně reaguje na elektrická a magnetická pole. /6, 7/ Pro existenci plazmatu platí dvě základní nezbytné podmínky: přítomnost volně se pohybujících částic a velké množství těchto částic. Plazma je možné vytvořit z plynného prostředí již zmíněným zahříváním dále elektrickým polem nebo elektromagnetickými vlnami. /7/

2.1.2 Výskyt plazmy v přírodě Pozemská příroda je na plazmu vcelku chudá a to díky příliš nízkým teplotám a tudíž nízkým energiím. Jediné formy jsou: oheň, blesk, polární záře a plazma ionosféry. Oheň resp.plamen je jednou z přechodných forem mezi skupenstvím plynným a plazmatem. Blesk, vznikající náhlým vyrovnáním elektrických nábojů v atmosféře, má přes veliké vyrovnávací proudy (desítky až stovky tisíc ampér) poměrně malou celkovou energii (řádově 105 Wh) pro krátkou dobu trvání (několik ms). Polární záře je realizována světlem, které je vyzařováno horními (řídkými) vrstvami atmosféry. Předpokládá se, že k nabuzení atomů těchto vrstev dochází vlivem

11


Bc. Jan Heller

jejich srážek s rychlými nabitými částicemi, vysílanými povrchem Slunce a zachycenými magnetickým pólem Země. Ionosféra (část atmosféry ionizovaná vlivem UV záření Slunce, stupeň ionizace je cca 0,01%). Dochází na ní k odrazu elekromagnetických radiových vln a též k částečné absorpci a zkreslení radiosignálů vysílaných umělými družicemi. Vesmír je oproti Zemi na plazmu bohatý. Odhaduje se, že více než 99% jeho hmoty je tvořeno právě plazmou. Jednotlivé konkrétní formy plazmatu ve vesmíru jsou velmi rozmanité: hvězdy včetně našeho slunce. Jevy ve vesmíru vysvětluje astrofyzika na základě plazmatických resp. magnetohydrodynamických efektů. Mezi často diskutované jevy patří: záření hvězd, jevy na Slunci (koróna, erupce, skvrny), vznik nov, urychlování nabitých částic v gigantických kosmických elektromagnetických polích (kosmické záření) atd. /2/

Obr. 2.2: Blesk

Obr. 2.3: Oheň

Obr. 2.4: Polární záře

Obr. 2.5: Slunce

12


Bc. Jan Heller

2.1.3 Rozdělení plazmatu Na základě způsobu vytvoření resp. způsobu dodání energie k vzniku se plazma může nacházet v širokém spektru stavů, od teplotně rovnovážného až po extrémně nerovnovážný stav. Tyto pojmy lze též duplikovat pojmy izotermní a neizotermní. U plazmatu v rovnovážném stavu (izotermním) mají všechny částice stejnou teplotu i energii. Takové plazma se nachází v nitru hvězd. U plazmatu neizotermního teplota elektronů výrazně převyšuje teplotu ostatních druhů částic. Izotermní plazma bývá často spojeno s vysokou teplotou ovšem není to podmínkou. Pro neizotermní plazma však platí stoprocentně, že v přírodě samovolně zaniká a je tedy třeba ho udržovat uměle. /6/ Druhým zásadním způsobem dělení plazmatu je na nízkoteplotní a vysokoteplotní: Nízkoteplotní plazma má teplotu nižší než 106 K. Vzniká během elektrických výbojů v plynu a je využívána různými obory vědy a průmyslu. Dále ho ještě dělíme na studenou plazmu s teplotou plynu řádově 102 K a na horkou plazmu s teplotou plynu řádově 104 K. Studená plazma je standardně generována za nízkých tlaků ve vakuu s využitím nízko výkonných generátorů stejnosměrného proudu a mikrovlnného záření. Teplota elektronů se pohybuje v rozmezí 10 000–50 000 K a je vyšší než teplota iontů, která je stejná jako teplota neutrálního plynu. Teplota plazmového plynu se pohybuje kolem 30100° C, a proto lze tuto plazmu použít pro všechny typy organických materiálů. /8/ Horká plazma je připravována za vysokých tlaků (více než 10 kPa) s využitím stejnosměrného i střídavého proudu, mikrovlnného záření nebo radiových frekvencí. Teplota plazmového plynu je blízká teplotě elektronů a proto bývá označována jako teplotně vyvážená plazma. Typická je nízká ionizace plazmového plynu. Tento typ plazmy se používá k plazmovému naprašování při tvorbě povrchových nánosů na kovech a anorganických materiálech a k likvidaci pevných, kapalných i plynných toxických a nebezpečných látek. /8/ Vysokoteplotní plazma je plně ionizováno a už v něm téměř neexistují neutrální atomy. Tento stav nastává při teplotách kolem 105 K. Elektrické vlastnosti vysokoteplotního plazmatu jsou podobné vlastnostem kovů.

13


Bc. Jan Heller

Uměle vytvořit lze vysokoteplotní plazma buď jaderným výbuchem nebo jen ve velmi složitých zařízeních, zpravidla pracujících jen v pulzním režimu s délkami pulzů řádově mikrosekundy až milisekundy. Jsou to uzavřené torusy (tokamaky), magnetická zrcadla,

zařízení využívající ohřev laserem apod. Možnosti v nich probíhajících

jaderných reakcí a následného energetického využití jsou však zatím velmi omezené. /8, 10/ Plazmatické skupenství můžeme rozdělit ještě na několik dalších skupin: •

Běžné plazma: elektronové obaly atomů jsou částečně poškozené (vysokou teplotou nebo tlakem). Volné elektrony jsou zodpovědné za plazmatické vlastnosti látky.

•

Termonukleární plazma: atomární obaly neexistují, látka je směsicí holých jader a volných elektronů. V tomto stavu je plazma v jádrech hvězd, kde probíhá termojaderná syntéza.

•

Nukleonové plazma: vysokou teplotou nebo tlakem jsou rozrušena sama jádra atomů. Látka je směsicí elektronů, protonů a neutronů. Nukleonové plazma se ve vesmíru objevilo v časech 10−5 s po vzniku, kdy se z kvarků tvořily první protony a neutrony. Nalezneme ho také ve vnějších obalech explodující supernovy, kde jeho vznik vyvolá stlačení plynů rázovou vlnou. V obálce krátkodobě probíhají překotné termonukleární reakce vedoucí ke vzniku těžkých prvků.

•

Kvark-gluonová plazma: při vysokých energiích jsou roztaveny samotné nukleony na své konstituenty – kvarky a gluony. V tomto stavu byla látka asi do deseti mikrosekund po vzniku vesmíru a uměle se podařilo tento stav látky vytvořit v CERNu v roce 2000. /6/

Člověk dnes snadno dokáže vytvořit plazma i v laboratoři . Nejtypičtější příklady jsou: •

laserové plazma – doba života: 10−12 - 10−9 s

•

pulsní plazma – doba života: 10−9 - 10−6 s

•

tokamak – doba života: 1 s

•

studené plazma – doba života: hodiny, dny, roky /6/

14


Bc. Jan Heller

2.1.4 Vlastnosti plazmatu Tři základní podmínky, které musí plazma splňovat: 1. λD << L 2. ND >> 1 3. ωτ > 1 kde

λD … Debyeova délka ND … počet částic v Debyeově sféře L … charakteristický rozměr plazmatu ω … frekvence plazmových oscilací τ … střední doba mezi srážkami s neutrálními atomy /14/

2.1.4.1 Teplota Krom hustoty má každý plyn i teplotu, která je mírou náhodného pohybu částic plynu. Podle teploty lze rozlišit dva druhy plazmatu: vysokoteplotní a nízkoteplotní. /12/ Teplota je důsledkem pohybu částic. Na teplotu plazmatu je však třeba nahlížet trochu jinak, než jak je běžné. Vysoká teplota totiž nijak nesouvisí s vysokou tepelnou energií systému. Teplota se tedy určuje ze statistického rozdělení energií jednotlivých částic. /13/ Zajímavostí je, že plazma může mít několik teplot současně. K tomu může docházet proto, že frekvence srážek elektronů mezi sebou a iontů mezi sebou je větší než frekvence srážek mezi elektrony a ionty. Každý druh částic potom může být ve své vlastní teplené rovnováze, ale plazma se nemusí udržet dostatečně dlouhou dobu nezbytnou k tomu, aby se obě teploty vyrovnaly. /7/

2.1.4.2 Kvazineutralita Kvazineutralita znamená, že z makroskopického hlediska je i v malých dílčích objemech plazmatu hustota elektronů téměř rovna hustotě iontů. Navenek se tudíž plazma jeví jako elektricky neutrální, ale z mikroskopického hlediska volné elektrony a ionty způsobují svými elektromagnetickými interakcemi všechny charakteristické jevy v jeho chování. /13/

15


Bc. Jan Heller

2.1.4.3 Kolektivní chování Neutrální molekuly spolu interagují pouze prostřednictvím srážek, jejich chování tedy závisí pouze na stavu nejbližších okolních molekul. Elektricky nabité částice však mohou při svém pohybu vytvářet v určitých oblastech vyšší či nižší koncentrace kladného a záporného náboje, a tedy i elektromagnetická pole. Tato pole ovlivňují prostřednictvím elektromagnetické interakce pohyb jiných nabitých částic i ve větších vzdálenostech, protože coulombovské (elektrostatické) síly jsou mnohem větší než gravitační síly mezi atomy či molekulami a mají daleký dosah. To je důvod k tomu, aby měl plazmat možnosti vlastních pohybů. Kolektivním chováním se rozumí takové pohyby, které nezávisejí pouze na podmínkách nejbližšího okolí, ale rovněž na stavu plazmatu ve větších vzdálenostech. Příkladem těchto pohybů mohou být sluneční erupce. /14/

2.1.4.4 Debyeovo stínění Pojem Debyeovo stínění úzce souvisí s kvazineutralitou. Tento jev je jedním z projevů kolektivního chování částic v plazmatu. Částice v plazmatu se chovají společně tak, aby eliminovaly vliv externě přivedených nábojů. Tento efekt lze pozorovat jen v případě, že je Debyeova sféra podstatně menší než jsou rozměry systému. Je to také jedna z nutných podmínek, abychom plyny s nabitými částicemi mohli nazvat plazmatem. /7, 13/

λD = kde

ε 0 ∗ k ∗ Te Ne

2

<< L

ε0 … permitivita vakua, ε0 = 8, 854 187 . 10-12 F.m-1 k … Boltzmannova konstanta, k = (1,380658 ± 0,000012) . 10-23 J.K-1 Te … elektronová teplota N … hustota, Ni = Ne ≈ N e … elementární náboj (1,602 189 2 .10-19 C) /15/

2.1.5 Typy elektrických výbojů generující plazma Elektrický výboj je jev vznikající při průchodu elektrického proudu plynem. Podmínkou vzniku výboje je: existence volných nosičů náboje (elektronů a iontů) a

16


Bc. Jan Heller

elektrická energie dodávaná do plynu (elektrickou energii lze do plynu ve výbojce dodávat různými způsoby) Výboje lze dělit na základě různých kritérií: délky jeho trvání, tlaku, typu buzení, přítomnosti ionizačního činidla. Pokud je nutná přítomnost ionizátoru, mluvíme o nesamostatném elektrickém výboji (výboj zanikne, když ionizátor přestane působit). V opačném případě jde o samostatný elektrický výboj (výboj se udrží vlastní ionizací). /11/ Jiskrový výboj je krátkodobý samostatný výboj vznikající při vysokém napětí mezi dvěma vodiči za atmosférického tlaku. Tento výboj je doprovázen zvukovými a světelnými efekty. Jiskra má podobu jasně svítících rozvětvujících se kanálků, ve kterých dochází k ionizaci při teplotě až 30 000 K. Nejtypičtějším př. jiskrového výboje je blesk. /9/ Obloukový výboj. Jedná se o samostatný výboj mezi elektrodami, charakteristický vysokými

proudy

a

teplotami

v řádech

tisíců

kelvinů.

Probíhá

nejčastěji

za atmosférického tlaku a používá se např. při obloukovém sváření kovů. /9/ Doutnavý výboj je samostatný výboj s viditelnou složkou, který lze pozorovat ve výbojkách za snížených tlaků. Probíhá při malých proudech (řádově miliampéry), teplota výbojky i elektrod je nízká. Doutnavý výboj ve výbojkách a zářivkách je úsporným zdrojem světla (oproti klasickým žárovkám je světlo výbojek při stejném příkonu 5krát intenzivnější). Tento výboj lze vytvořit několika způsoby a jeho vlastnosti jsou značně odlišné v závislosti na účelu využití. Lze ho použít buď pro plnění plynového laseru a to jako pulzní výboj s amplitudou proudu až několik ampér anebo pro plazmové zpracování ve formě prostorového výboje, kdy naopak nemá pulzní charakter a jsou používány proudy v rozsahu desetin miliampér. Doutnavý výboj vzniká při rovnoměrném homogenním elektrickém poli při nízkých tlacích. Stabilizace tohoto výboje je složitější než u koróny. Pro udržení stabilního výboje je nutná vhodná atmosféra (např. helium) a frekvence vyšší než 1kHz. Pro vytvoření tohoto výboje musí být alespoň jedna elektroda pokryta dielektrikem. Hlavní výhodou tohoto výboje je vyšší hustota energie než u koróny. Hlavní nevýhodou jsou vyšší nároky na stabilizaci a udržení výboje. /9/

17


Bc. Jan Heller

Stejnosměrný výboj. V mikroskopickém měřítku je popisována tvorba tohoto výboje tak, že kladný iont vytvořený srážkou elektronu s molekulou nebo atomem plynu v oblasti „katodové vrstvy“ je urychlován napěťovým spádem (elektrickým polem), směrem k záporné elektrodě. Po následné kolizi iontu s elektrodou jsou z elektrody vyraženy tzv. „sekundární elektrony“, které jsou urychlovány ve zpětném směru napěťovým spádem o stejné velikosti. Tyto elektrony pak předají největší část své energie opět v oblasti „katodové vrstvy“. Tento výboj je zejména využíván pro leptací operace a depozice tenkých filmů. Procesní tlaky se pohybují v rozmezí 10-1 - 10 Pa. Při využití dodatečného magnetického pole (magnetrony), dojde ke zvýšení ionizačního stupně výboje. /18/ Radiofrekvenční výboj disponuje dvěma hlavními výhodami. Díky měnící se polaritě může operovat s izolujícími materiály a z hlediska konstrukčního může pracovat v tzv. bezelektrodovém uspořádání (elektrody jsou vně plazmové nádoby). Nejčastěji využívané frekvence jsou v rozsahu f = 1 - 100 MHz, což odpovídá vlnové délce záření λ = 300 - 3 m. Tyto výboje jsou rozdělovány pomocí mnoha parametrů, jimiž jsou např.: umístění elektrod s ohledem k plazmové nádobě (vnitřní, vnější elektrody); dle druhu zapojení elektrod (symetrické, nesymetrické zapojení), ale také dle druhu zapojení výkonu a to na kapacitně vázaný výboj a induktivně vázaný výboj. /18/ Mikrovlnný výboj. Charakteristickou vlastností tohoto typu výboje je vlnová délka, která odpovídá u většiny běžně používaných zařízení λ = 12,24 cm při f = 2,24 GHz. Hodnota ionizačního stupně mikrovlnné plazmy odpovídá radiofrekvenčnímu induktivně vázanému výboji. Tím je dána i vyšší koncentrace vysoko-energetických elektronů. Důsledkem toho má výboj i zvýšenou celkovou teplotu. Pokud tedy chceme využít tento výboj pro polymerní anebo tepelně citlivé materiály, musíme většinou využít tzv. „downstreamové“ uspořádání, tj. umístění substrátu mimo hlavní zónu výboje. /18/ Korónový výboj je běžným jevem při atmosférickém tlaku. V přírodě vzniká např. při bouřce na ostrých hranách listů nebo špičkách stromů, kde se projevuje

18


Bc. Jan Heller

světélkováním. Rovněž v blízkosti vysokého vedení může dojít k vytvoření dostatečně silného elektrického pole nutného ke vzniku koronového výboje. /16/ Korónový výboj je nízkoenergetický bodový výboj. Napětí potřebná pro vznik koronového výboje se pohybují v oblasti několika kilovolt. Korónový výboj se v současné době již běžně průmyslově využívá. Jeho hlavní nevýhodou je malá rychlost zpracování daná nízkou energetickou hustotou. Další nevýhodou je daná vzdálenost výboje od zpracovávaného materiálu a tomu odpovídající nižší hustota aktivních částic. /17/ Dielektrický bariérový výboj (též nazývaný jako tichý výboj). Jeho hlavním znakem je filamentární (vláknitý) charakter. Při atmosférickém tlaku se vytvoří spousta velice tenkých „vláken“ s poloměrem přibližně l00µm, které se v dolní části rozšiřují na povrchový výboj s poloměrem cca 0,5cm. Tato „vlákna“ jsou náhodně rozmístěna po zpracovávaném povrchu a navzájem se neovlivňují. Výboj lze stabilně udržet od frekvence 50Hz. Alespoň jedna z elektrod musí být pokryta dielektrikem. Vlastnostmi dielektrika je zároveň omezeno množství energie ve výboji. Hlavní výhodou tohoto výboje je snadná stabilizace a technická jednoduchost zařízení. /9, 10/ Koplanární výboj. Jedná se o typ dielektrického bariérového výboje. Tyto výboje generují nerovnovážnou plazmu při atmosférickém tlaku. Elektrody koplanárního výboje jsou tvořené kovovými pásky nacházejícími se v dielektriku blízko jeho povrchu. Po přivedení napětí mezi kovové pásky se na povrchu dielektrika (nejčastěji keramiky) rozhoří mikrovýboje. Takto generovaná plazma je makroskopicky homogenní a tvoří na povrchu dielektrika vrstvu hlubokou několik desetin milimetru. Výhodou tohoto typu výboje je, že při zvyšovaní výkonu dodávaného do výboje nedochází k zvyšování nehomogenity výboje, ale dokonce dochází k jeho homogenizaci. V porovnaní s povrchovým bariérovým výbojem je jeho výhodou neomezená životnost, protože plazma není v kontaktu s elektrodami. /10, 11/

2.2 PLAZMATICKÁ ÚPRAVA MATERIÁLŮ Plazmatem je možné upravit povrch na molekulární úrovni, takže je schopen snadné vazby s jinými látkami. Dále je možné vhodnou volbou pracovního plynu pokrývat povrch novými vrstvami. Schopnost plazmatu ovlivňovat vlastnosti povrchů pochází z vysoké energie elektronů, které jsou schopné přetrhat chemické vazby. Vedle 19


Bc. Jan Heller

úprav povrchů je možné plazma využívat i pro jejich čištění. Technickému a technologickému pokroku dnes vděčíme za zdroje generující nízkoteplotní plazmu využitelnou i na povrchové úpravy textilií. Podstata plazmové

úpravy je založena na změně chemických i fyzikálních

vlastností povrchu polymeru. Plazma vzniká pod vlivem výbojů, k nimž dochází ve vakuové komoře nebo při atmosférickém tlaku. Výboje jsou generované rychle se měnícím energetickým polem v plynném prostředí (nejčastěji kyslík, dusík, hélium, argon, xenon, chlor, fluor a vzduch).

2.2.1 Interakce plazmy s vrchní vrstvou materiálu Při interakci vrchní vrstvy materiálů s plazmou dochází ke čtyřem základním procesům: - čištění povrchu materiálu - moření vrchní vrstvy - síťování molekul ve vrchní vrstvě - vznik nových chemických struktur. Vliv jednotlivých procesů modifikace vrchní vrstvy závisí hlavně na těchto podmínkách: 1. Doba modifikace, tj. doba působení plazmy na materiál 2. Energii a výkonu přístroje 3. Tlak a teplota ve výbojové komoře 4. Intenzita proudění a druh plynu 5. Elektrické napětí a frekvence výbojů 6. Teplota modifikovaného materiálu 7. Rozměry výbojové komory 8. Umístění modifikovaného výrobku v komoře 9. Druh a vlastnosti modifikovaného materiálu /12/

2.2.2 Plazmová modifikace v různých atmosférách Při plazmové modifikaci v různých atmosférách vznikají ve vrchních vrstvách materiálů různé nové chemické struktury jako např. ketoskupiny, skupiny aldehydické, karboxylové, hydroxylové atd., které jsou původcem nových chemických vlastností.

20


Bc. Jan Heller

Nejčastěji používanými plyny jsou dusík (zdroj skupin -NH2, -NH-, -NH3), kyslík (zdroj skupin -OH, -CO-, -COOH), vzduch a plyny obsahující halogenové skupiny.

2.2.2.1 Modifikace ve vzduchu Vzduchová plazma je generovaná výboji, k nimž dochází v atmosféře vzduchu o sníženém tlaku. Zajímavé jsou rovněž účinky modifikace pomocí tzv. tichých výbojů ve vzduchu. Jsou jistou obměnou korónových výbojů, ale s tím rozdílem, že jsou generovány mezi dvěma rovnoběžnými destičkami. Takové uspořádání výbojových elektrod způsobuje, že elektromagnetické pole vznikající mezi nimi je mnohem homogennější než během korónových výbojů. Tiché výboje jsou méně destruktivní vůči modifikovanému materiálu. /19/

2.2.2.2 Modifikace v atmosféře kyslíku Podle experimentálních pokusů způsobí kyslíková plazma při tlaku menším než 1 mbar dochází převážně k odstranění nánosů na vláknech, odstranění znečištění a eventuelně dodatečně tvorbu funkčních hydrofilních skupin. Přitom nedochází k žádnému znatelnému poškození vláken. V důsledku procesů implantace molekul plazmy do vrchní vrstvy materiálu vznikají kyslíkové skupiny : C-O , C=O, O-C=O, CO-O atd. Modifikace s pomocí kyslíkové plazmy vede k oxidaci vrchní vrstvy. Oxidace se zvětšuje spolu s prodlužováním doby působení plazmy, a také závisí na síle výboje. Proces se skládá ze dvou fází. První fáze trvá 10-20 sekund a vyznačuje se rychlým zvětšením obsahu kyslíku ve vrchní vrstvě. Druhá fáze se vyznačuje pomalejším zvětšováním obsahu kyslíku a zabírá hlubší prostory vrchní vrstvy. /19, 20/ Působením kyslíkové plazmy lze dosáhnout lepších vlastností materiálu: - Lepší mechanické vlastnosti (větší měkkost se stejnou pevností v tahu u bavlny a jiných celulózových vláken) - Lepší smáčivost, nešpinivá a antistatická úprava u PA, PE, PP, PET, PTFE - Nižší plstivost a lepší bělení u vlny - Lepší vzlínavost při barvení u vlny a bavlny /21/

2.2.2.3 Modifikace v atmosféře dusíku Vrchní vrstva materiálu se pomocí plazmy generuje v atmosféře dusíku nebo čpavku. Vede k růstu smáčivosti (u PA, PE, PP, PET, PTFE), volné povrchové energie a adhezní pevnosti. Základem je zvětšení obsahu dusíku ve vrchní vrstvě každého materiálu. Během plazmové modifikace vznikají ve vrchní vrstvě také radikály. Obsah 21


Bc. Jan Heller

radikálů se zvětšuje s dobou modifikace, s nárůstem intenzity výbojů a s intenzitou proudění dusíku. Výhodou oproti zpracování v kyslíkové plazmě je menší míra degradace materiálu. /19-21/

2.2.2.4 Modifikace plazmou obsahující fluor Modifikace vrchní vrstvy materiálů v plazmě obsahující fluor má opačný efekt než modifikace v kyslíku, dusíku, vzduchu nebo chlóru. Následkem implantace fluoru se vrchní vrstva modifikovaných materiálů stává hydrofobní, což je provázeno zvětšením úhlu smáčení. Plazma obsahující atomy fluoru může být generovaná ve směsi fluoru a hélia v atmosféře nenasycených fluorovaných uhlovodíků jako např. fluoridu sírového (SF6) nebo fluoridu sulfunilového (SOF ). Metoda modifikace vrchní vrstvy 2

plazmou obsahující fluor má použití hlavně v případě PE, PP a PET. Implantované atomy zabírají nejčastěji místa atomů vodíku nacházejících se v makromolekulách těchto materiálů. Rychlost zvětšování úhlu smáčení během modifikace závisí na intenzitě proudícího plynu, jeho tlaku a intenzitě výbojů. Tloušťka takto modifikované vrchní vrstvy dosahuje až 4 µm. Materiál, který ji tvoří, je nezesítěný a vyznačuje se zvýšeným obsahem krystalické fáze. /19/

2.2.2.5 Modifikace plazmou obsahující chlór Aplikace chlóru je známá jako metoda sloužící k úpravě smáčivosti materiálu. Molekulami chlóru vpravovanými do vrchní vrstvy materiálu, získává materiál hydrofilní charakter. Za tímto účelem lze též použít plazmu generovanou v atmosféře různých plynů obsahujících atomy chlóru, např. tetrachlormetan (CCl4), trichlormetan (CHCl3), trifluorchlormetan (CF3Cl), atd. Působení plazmy generované v atmosféře CCl4 vede k větším změnám volné povrchové energie a úhlu zvlhčení PP než působení kyslíkové a dusíkové plazmy generované ve stejných podmínkách. /19/

2.2.3 Plazmová modifikace textilií 2.2.3.1 Modifikace polypropylenu Polypropylénová vlákna mají vysokou pevnost, vysoký koeficient tření (0,24), ale neuchovávají elektrostatický náboj, jsou ultra-nenavlhavé (0,005 % navlhavost) a vykazují nízkou barvitelnost, která je proto řešena barvením ve hmotě. Díky vysoké hydrofobitě PP vláken je většina plazmových modifikací směřována k odstranění této

22


Bc. Jan Heller

vlastnosti. Hydrofilita je zvyšována N2 nebo O2 plazmou, ale i naroubováním jiného polymeru na povrch. Tímto je dosaženo změny topografie povrchu a samozřejmě také chemického složení. He plynem, který je jinak standardně používán k čištění vakuových systémů, lze dosáhnout významné změny v topografii povrchu (navození vrás a rýh). Přidání O2 plynu do He výboje způsobí ještě silnější topografické změny. Pro vytvoření kompatibilního povrchu PP vláken s anorganickou matricí se používá SiCl4 plazma, která sníží povrchové napětí, zvýší pevnost v tahu, zdrsní povrch a vytvoří chemicky polární povrch. /18/

2.2.3.2 Modifikace bavlny Mechanické vlastnosti bavlny jsou citlivé na změnu vlhkosti. S růstem vlhkosti dochází k růstu pevnosti. Kombinací Ar plazmy a chemického (aminového) působení v roztoku můžeme dosáhnout přeměny aniontového povrchu bavlny na kationtový, který umožní zvýšení barvitelnosti vláken. Při použití plazmy o složení plynů vzduch/He nebo vzduch / O2 / He lze dosáhnout odstranění šlichty z povrchu a tím také umožní rozštěpení okrajových řetězců a formování polárních skupin. CF4 a C3F6 plazmová modifikace polymerizuje povrch bavlny a tím zvyšuje měkkost povrchu, jeho barvitelnost a odolnost vůči abrazi. Tyto dosažené vlastnosti jsou intenzivnější, než při použití běžného chemického postupu. Plazmová úprava vzduchem, O2, N2 nebo H2 vede k erozi povrchu (váhové ztráty) doprovázené zvýšením obsahu karboxylových a karbonylových skupin. To s sebou přináší vyšší smáčivost a lineárně stoupá i barvitelnost. Problémem je zachování modifikačního efektu. Zjištěný efekt se vytrácí za 4 týdny. S rostoucím časem od modifikace klesá také barvící schopnost vláken. /18/

2.2.3.3 Modifikace polyesteru Povrchová úprava následující po formování vláken může vytvářet specifické a dobře definované vlastnosti na vlákenném povrchu. U polyesterů byla věnována velká snaha zvýšení hydrofility, jelikož hydrofobita přináší v textilním průmyslu nechtěné vlastnosti jako jsou např. nízká smáčivost, nízká samočistící schopnost ve vodných roztocích, vysoká přilnavost mastnot, silná tendence k hromadění elektrostatického náboje a v neposlední řadě i nízká adheze k pryžím a jiným polymerům. Jednou z možností jak tomuto předejít je použití nízkoteplotní plazmy. Nežádoucí nízkou navlhavost a vysokou tvorbu elektrostatického náboje PES vláken lze změnit pomocí akrylové, parné (vodní pára), vzduchové, kyslíkové nebo dusíkové plazmy. Zvýšení

23


Bc. Jan Heller

navlhavosti zlepší adhezi vláken v kompozitech a zároveň také jejich barvící schopnosti. Další možností plazmové modifikace je povrchové roubování různých organických, ale i anorganických látek, které s sebou přináší vytvoření např. antibakteriální vrstvy, zlepšení adheze PES kordů k pryži v automobilovém průmyslu či k jiným polymerům. Kyslíkovou před-modifikací zvýšíme pronikání chemických roztoků textilem. Pro zvětšení vodo-odpudivosti je často využívána CF4 plazma. Pro zvýšení hydrofility, ale ne s dlouhotrvajícím účinkem, je možno využít atmosférického koronového výboje.

2.2.4 Výhody plazmových úprav textilních materiálů 1. Možnosti utváření různých vlastností vrchní vrstvy materiálu. Provádí se to příslušnou volbou základních podmínek modifikačního procesu a druhu plynu. Lze vytvářet vlastnosti jako: - Zvýšení tepelné odolnosti - Změna průměrné molekulové hmotnosti makromolekul nacházejících se ve vrchní vrstvě - Schopnost makromolekul vytvářet pevné adhezní spoje zvláště s barvami a lepidly - Zvýšení odolnosti vůči působení různých aktivních chemických sloučenin - Mechanická pevnost vrchní vrstvy - Propustnost fólií pro různé plyny a páry 2. Žádné vedlejší produkty modifikačního procesu škodící životnímu prostředí jako např. jedovaté plyny nebo agresivní kapaliny. Hlavními vedlejšími produkty jsou kyslík, oxid uhličitý a vodní pára. 3. Modifikace a změna vlastností pouze tenké vrstvy výrobku bez změn vlastností hlouběji umístěného materiálu. Což umožňuje zachování všech výhodných vlastností výrobku, které mají význam při dlouhodobém využití. Týká se to zachování struktury a délky řetězců polymeru, který je základní složkou materiálu. 4. Možnosti modifikace vrchní vrstvy různých materiálů. Aktivní součásti plazmy mají schopnost měnit fyzikální a chemickou strukturu vrchní vrstvy klasických materiálů: polyolefinů, polyesterů, styrenových materiálů, fluorových materiálů, amidových a aminových materiálů atd. 5. Možnost modifikace vrchní vrstvy výrobků složitých geometrických tvarů. Plazma se dostává do těžko dostupných míst modifikovaného výrobku, snadno vniká do štěrbin a

24


Bc. Jan Heller

otvorů. To umožňuje modifikaci celé vrchní vrstvy daného výrobku, což má rozhodující význam pro jeho jakost.

2.2.5 Nevýhody plazmových úprav textilních materiálů 1. Velké potíže s aplikací laboratorních poznatků v průmyslových podmínkách. 2. Nutnost provádět procesy modifikace ve výbojové komoře při velmi nízkém tlaku. Výbojové komory musí mít speciální těsnění a jejich malé rozměry omezují množství modifikovaného materiálu, které může být dáno do této komory. 3. Účinky procesu závisí na mnoha faktorech. Často neexistují výrazné souvislosti mezi těmito faktory a konečným efektem procesu. To ztěžuje a omezuje možnosti řízení procesu.

2.3 POVRCHOVÁ ENERGIE, POVRCHOVÉ NAPĚTÍ A ADHEZE 2.3.1 Povrchová energie a povrchové napětí Povrch kapaliny lze charakterizovat povrchovým napětím, které udává jakou silou je třeba působit, aby se zvětšil povrch kapaliny. Povrchová vrstva molekul má tedy specifické vlastnosti - povrch kapaliny se snaží zaujmout vždy co nejmenší plochu. Pokud na kapalinu nepůsobí žádné vnější síly, zaujímá kapalina kulový tvar (koule má pro daný objem nejmenší povrch). Téměř kruhový povrch se vytváří i v případě, jsou-li vnější síly velmi malé proti silám povrchovým. /22, 23/ Povrchová vrstva se snaží stáhnout na nejmenší velikost, je v ní tedy napětí, které nazýváme povrchové napětí γ. Je definováno jako síla v rovině povrchu, kterou působí jednotková délka mezifází proti snahám o zvětšení mezifází. Pokud je povrchové napětí kladné, je požadována kladná práce k rozšíření povrchu. Následkem toho kapičky kapaliny spontánně inklinují k tvorbě kulovitých tvarů, které poskytují minimální plochu povrchu. Povrchová energie je definována jako energie, kterou je třeba dodat k zvětšení mezifází o jednotkovou plochu. Povrchové napětí i povrchová energie popisují stejný jev a mají i stejný rozměr (N.m-1 = J.m-2 = k.g.s-2). Termín „povrchové napětí“ se používá častěji pro kapalinová mezifází (ll, lg). „Povrchová energie“ se používá zejména při popisu mezifází tvořícího povrch pevné látce (ss, sl, sg). Oba termíny jsou z fyzikálního hlediska zaměnitelné.

25


Bc. Jan Heller

Značení

Mezipovrchová energie (= povrchové napětí)

kapalina - plyn

lg

γlg

pevná látka - plyn

sg

γsg

kapalina - kapalina

ll

γll

kapalina - pevná látka

ls

γls

pevná látka - pevná látka

ss

γss

Rozhraní

Tab. 2.1: Označení povrchových napětí

Obr. 2.6: Povrchová napětí působící na mezifázovém rozhraní

2.3.2 Kapka kapaliny na povrchu pevné látky Je-li na povrch pevné látky umístěna kapalina, mohou nastat dva případy: 1) Je-li povrchová energie pevné látky větší než součet povrchové energie kapaliny a mezifázové energie pevná látka – kapalina, γsg > γsl + γlg , kapalina se po povrchu pevné látky rozestře do souvislé vrstvy. Fázové rozhraní pevná látka – plyn je tak nahrazeno dvěma rozhraními, pevná látka – kapalina a kapalina – plyn (každé z nich o stejné ploše jako původní rozhraní) a výsledná energie systému je nižší. 2) Jestliže naopak platí γsg < γsl + γlg , k rozestírání nedojde a kapka kapaliny zaujme na povrchu pevné látky rovnovážný tvar charakterizovaný tzv. úhlem smáčení (kontaktním úhlem) θ – úhlem, který svírá tečna k povrchu kapky kapaliny rozhraním pevná látka - kapalina v bodě linie smáčení. Podmínka rovnováhy, vyjádřená jako vektorový součet mezifázových napětí vede k tzv. Youngově rovnici:

γ sg = γ sl + γ lg cos θ 26


Bc. Jan Heller

Z Youngovy rovnice lze odvodit jednoduchý vztah mezi mezipovrchovými energiemi γsl, γsg, γlg a smáčecím úhlem θ: /24/

γ sg − γ sl cos θ = γ lg Smáčení je nahrazením mezifáze pevná látka - vzduch mezifází pevná látka – kapalina, jedná se o dynamický proces. Spontánní smáčení je migrace kapaliny na povrchu pevné látky k dosažení termodynamické rovnováhy. Smáčení vlákenného svazku, stejně jako textilie, je komplikovaný proces. Různé smáčecí mechanismy, jako vzlínání, proudění, adheze a kapilární penetrace se mohou vyskytovat současně. /25,26/

2.3.3 Adheze a adhezní práce Adheze je schopnost materiálu (především dvou rozdílných materiálů) spolu soudržet. Vzniká působením přitažlivých sil mezi částicemi povrchových vrstev dvou stýkajících se různých látek. Adheze označuje přilnavost různých materiálů, zatímco koheze označuje jejich soudržnost. /27/ Vratná práce Wa

(adhezní práce) potřebná k izotermnímu rozdělení dvou

kondenzovaných fází A a B podél fázového rozhraní jednotkové plochy, při čemž zanikne mezifází AB o energii γAB a vytvoří se dva nové jednotkové povrchy fází A a B o povrchových energiích γA a γB . Je vyjádřena Dupréovou rovnicí:

Wa = γ A + γ B − γ AB

Obr. 2.7 : Rozdělení dvou kondenzovaných fází podél fázového rozhraní

27


Bc. Jan Heller

1.) Adheze mezi dvěma nemísitelnými kapalinami (A = l1, B = l2) Adhezní práci lze vypočítat přímo z Dupréovy rovnice

Wa = γ l1 + γ l2 − γ l1l2 neboť obě povrchové energie i mezifázovou energii je možno zjistit experimentálně. 2.) Adheze mezi kapalinou a tuhou látkou (A = l, B = s) Mezifázové energie γsℓ a γsg obvykle nejsou známy; jejich rozdíl (adhezní napětí) je však možno vyjádřit z Youngovy rovnice pomocí měřitelných veličin, povrchového napětí γℓg a úhlu smáčení θ, takže pro adhezní práci kapaliny na tuhé látce platí

Wa = γ lg ∗ (1 + cos θ ) 3.) Adheze mezi tuhými látkami (A = s1, B = s2) V tomto případě nelze vypočítat adhezní práci na základě hodnot mezifázových energií, protože obvykle nejsou známy. Jednotlivé případy je možno řešit na základě různých teorií podle charakteru tuhých látek a podle podmínek, za kterých adhezní spojení vzniká. Univerzální teorie vzájemné adheze tuhých látek neexistuje. Skutečné hodnoty adhezní práce často mnohokrát převyšují hodnoty vypočtené na základě teoretických předpokladů a závisí na rychlosti porušení adhezního spojení. /28/

2.4 HYDROFOBNÍ ÚPRAVA 2.4.1 Typy hydrofobních úprav Hydrofobní úpravou se potlačuje smáčivost textilie a propůjčuje se jí vodoodpudivost. V praxi se rozlišují úpravy takto: 1. Neprodyšná, vodotěsná, která musí odolat určitému tlaku vodního sloupce. Provádí se povrstvením nebo zatíráním latexy, termoplastickými pryskyřicemi, tuhnoucím olejem apod. Nanesený film musí být dostatečně pružný, pevný s dostatečnou adhezí. Podobné úpravy nejsou vhodné pro oděvy neboť tkanina je neprodyšná, nošení je nehygienické, tkaniny jsou těžké, tuhé a špatně splývají. Jejich využití je směrováno především pro plachtoviny na nejrůznější použití. 2. Prodyšná úprava

a) s odperlujícím efektem. Aplikuje se nejčastěji

na sportovní oblečení. Způsob provedení spočívá v obalení jednotlivých vláken

28


Bc. Jan Heller

tenkým polymerním filmem. Do takto upravené textilie nemůže proniknout voda, propustnost pro vzduch je však zachována, neboť zůstanou zachovány póry mezi vlákny. Úprava neomezuje respiraci pokožky a vyhovuje veškerým požadavkům hygieny. Hodí se pro svrchní ošacení jako plášťoviny, větrovky apod. b) nepromokavá, která je schopna vodu nejen odrážet, ale i zabránit jejímu pronikání do textilie. Prodyšnost upravené textilie je v menší míře zachována a lze je použít na pláště a pracovní oděvy do deště, stanoviny apod. /29/

2.4.2 Pochody při hydrofobizaci Mírou hydrofobie je úhel smáčení θ, který se vytvoří na rozhraní tří fází, tj. mezi kapalinou, textilií a vzduchem. Je-li kapka na textilní podložce v klidu, ustavuje se na fázovém rozhraní rovnováha dle Youngovy rovnice. Rozdíl γsg – γsl je tzv. smáčecí napětí. Je-li γsg – γsl kladné, je θ < 90° a dochází ke smáčení. Je-li γsg – γsl záporné, je θ > 90° a převažuje působení mezifázového napětí na rozhraní mezi vodou γlg a textilní podložkou γsl. Voda vzhledem k minimální adhezi k textilní podložce nemůže vniknout do textilie. Aby nesmáčela povrch textilie , musí být kritické povrchové napětí textilie menší než povrchové napětí vody, což činí 72,8 N.m-1. Čím je vyšší úhel smáčení θ, tím lepší je vodoodpudivý, odperlující efekt.

Obr. 2.8: Nejdůležitější případy kontaktu kapky kapaliny s textilií Pro dosažení dobrého hydrofobizačního efektu musí být splněny následující podmínky: 1. hladká, rovnoměrná a uzavřená struktura tkaniny

29


Bc. Jan Heller

2. čistý povrch textilie, prostý všech alkálií a povrchově aktivních látek 3. výběr vhodného hydrofobizačního prostředku s vysokým úhlem θ 4. Rovnoměrné pokrytí povrchu vlákna hydrofobizačním prostředkem a co nejmenší zádrž vody 5. pevné zakotvení hydrofobní substance na povrchu vláken pro zajištění permanentní úpravy Hydrofobizací se musí na textilii vytvořit film, který svou elasticitou a uzavřeným, orientovaným uspořádáním molekul hydrofobizujících substituentů zamezuje vniknutí vody. Při mechanickém namáhání (tření, mačkaní) se může hydrofobní vrstva narušit, takže v dotyčných místech se vodoodpudivost sníží. /29/

2.4.3 Předúprava hydrofobní úpravy Rozhodujícím předpokladem pro dosažení požadované hydrofobní úpravy je odstranění všech povrchově aktivních látek, které zůstaly na textilii z předchozích operací. Protože anioaktivní tenzidy jsou snadněji vypratelné než-li neionogenní, doporučuje se jejich použití v předúpravách. Pro dosažení optimálního efektu se doporučuje zpracování zboží před vlastní úpravou speciálními prostředky nebo polyfosfáty a komplexony. /29/

2.4.4 Typy hydrofobizačních prostředků Druh použitého hydrofobizačního prostředku spolu s vlivem různého uložení na textilii ovlivňuje kvalitu a stálost úpravy, především při praní nebo chemickém čištění. Určuje také jeho vhodnost pro jednotlivé druhy textilních materiálů. Rozdělení hydrofobizačních prostředků: 1. Parafin-voskové emulze obsahující kovové soli 2. Deriváty vyšších mastných kyselin (C12-C18) - s kvarterními amoniovými sloučeninami - s chromovými komplexy karbonových sloučenin - jako substituované aminoplasty 3. Silikony 4. Perfluorované sloučeniny

30


Bc. Jan Heller

2.4.4.1 Emulze parafinů a vosků s kovovými solemi Nejstarší, dnes již téměř nepoužívaný, způsob vodoodpudivé úpravy je natírání povrchu tkanin roztaveným voskem nebo parafinem. Jednalo se o mechanické uložení mastných hydrofobizačních látek na vlákna, čímž se zvýšilo mezipovrchové napětí a potlačily se kapilární síly, které umožňují vzlínavost a smáčivost povrchu. Kromě parafinů a vosků se také používala ve vodě nerozpustná kovová mýdla, která se aplikovala dvoulázňovým postupem. První lázeň obsahovala roztok mýdla, druhá lázeň roztok kovové soli. Vzájemným působením karboxylové kyseliny a vícemocných kovových iontů vznikalo kovové mýdlo. K tomuto se používalo alkalické mýdlo (např. palmitan sodný) a z kovových solí soli hliníku. /30/

Obr. 2.9: Reakce palmitanu sodného se solemi hliníku Ačkoliv jsou hlinitá mýdla usazená na povrchu vláken nerozpustná ve vodě, nebyla tato úprava stálá v praní ani chemickém čištění. Parafinové emulze se solemi hliníku Tyto emulze jsou značným pokrokem oproti předcházejícím hydrofobizačním prostředkům, neboť je možno je aplikovat jednolázňovým postupem. Chemické složení, princip hydrofobizace: Vlákenný materiál je upraven parafinovou emulzí, která se vysráží na niti nebo tkanině a při sušení vnikne do nitra materiálu. Emulze obsahují kromě emulgátorů také hlinité soli, které se projevují hydrofobním účinkem a současně kation Al3+ dodává dispergovaným částečkám parafinu kladný náboj a zvyšuje tak jeho afinitu k vláknu. Aby se zabránilo vyvločkování emulgovaných parafinových částeček přidáním elektrolytu, obsahuje emulze ochranný koloid, kterým bývá olej nebo polyvinylalkohol.

Obr. 2.10: Parafinová emulze se solemi hliníku

31


Bc. Jan Heller

Tyto emulze se používají na lacinější druhy tkanin, zejména bavlněných, kde se nevyžaduje stálost hydrofobního efektu při praní nebo chemickém čištění. Parafinové emulze se solemi zirkonu Tyto sloučeniny dosahují lepšího vodoodpudivého efektu v porovnání se solemi hliníku, zvyšuje se také stálost v praní nebo chemickém čištění. Chemické složení, princip hydrofobizace: Vyšší účinnost těchto produktů je dána tím, že se soli zirkonu silně adsorbují na vlákna a při aplikaci na vlnu či PAD vytváří vazby se skupinami –NH2.

Obr. 2.11: Parafinová emulze se solí zirkonu Technologická aplikace: Oba typy parafinových emulzí umožňují snadné a bezpečné textilní zpracování. Jedná se o impregnaci na fuláru a zasušení. Výhodou je snadná regenerace této úpravy v čistírenském provozu, a to jak z vodného prostředí, tak z organického rozpouštědla.

2.4.4.2 Deriváty vyšších mastných kyselin Přípravky tohoto typu tvoří nejmenší skupinu hydrofobních prostředků, která je však zajímavá z chemického hlediska i z hlediska dosahované kvality finálních úprav. Ve většině případů dochází u této skupiny hydrofobizantů k chemické vazbě mezi aplikovaným produktem a –OH skupinou celulózy. Rozsahem průmyslového použití nedosahuje tato skupina úrovně parafin-voskových emulzí nebo silikonů, používá se jen na některé speciální úpravy. /31/ Kvarterní amoniové soli Tato skupina hydrofobizačních TPP je charakteristická tím, že kromě hydrofobního efektu propůjčuje upraveným textiliím měkkost a teplý omak. Při aplikaci na syntetická vlákna se upravená textilie při tření nabíjí nižším elektrostatickým nábojem a má menší sklon ke špinění se.

32


Bc. Jan Heller

Chemické složení, princip hydrofobizace: Z hlediska průběhu chemických reakcí a vazby na celulózce jedná o eterifikaci nejčastěji pomocí chemikálií založených na amoniové nebo pyridinové bázi. Nejznámější sloučeninou je stearáto-amido-metylen-pyridiniumchlorid, který reaguje s celulózou dle rovnice:

Obr. 2.12: Reakce stearáto-amido-metylen-pyridiniumchloridu s celulózou Jedná se o monofunkční produkt, který nemůže realizovat zesítění řetězců celulózy. Vyrábí se i produkty bifunkční, které mají schopnost zesíťovat celulózu příčnými můstky. Jejich aplikací na regenerované celulóze se docílí snížení bobtnavosti, a tím vyšší pevnosti za mokra, rozměrové ustálení i částečné odolnosti vůči mikroorganismům. Nevýhodou je nižší hydrofobizační efekt.

Obr. 2.13: Bifunkční produkt – hexametylen-bis-oxymetyl-pyridiniumchlorid. Nevýhodou kvarterních bází je odštěpování kyseliny solné, která je příčinou poškození celulózy. Proto se odštěpená HCl blokuje přídavkem octanu sodného. Moderní produkty mají blokátory HCl již ve svém komerčním složení. Technologická aplikace: Tkaniny se impregnují na fuláru, po sušení se zahřívají na 90130°C, aby proběhla reakce. Je třeba zajistit odsávání uvoněného pyridinu a dále praní upravené tkaniny v roztoku sody, aby se zbavila pyridinového zápachu.

33


Bc. Jan Heller

Deriváty vyšších mastných kyselin s chromovými komplexy Chemické složení, princip hydrofobizace: Tyto sloučeniny vznikají reakcí bazického chloridu chromitého s mastnými kyselinami v alkalickém prostředí. Téměř všechny přípravky obsahují 25-35% chromstearoylchloridu, 30-50% etanolu a 45-15% vody. Při textilní aplikaci dochází při zřeďování vodou nejdříve k hydrolýze za tvorby bazického komplexu, který při sušení (při 100-120°C) dehydratuje a přeskyslíkový můstek dochází k tvorbě vysokomolekulární sloučeniny dle následujícího zjednodušeného postupu.

Obr. 2.14: Reakce v hydrofobizační lázni Vytvořená makromolekula má zbytky mastných kyselin orientovány vůči vnějšímu prostředí (voda). Mezi reaktivními skupinami vláken (-NH2, -OH, -COOH), chromem a hydrofobním řetězcem karboxylové kyseliny se vytváří koordinační vazba. Tím se vysvětluje dobrá stálost této úpravy ve vodě. Dále je tato úprava těžko extrahovatelná i v běžných rozpouštědlech. Technologická aplikace: Naimpregnované textilie (na fuláru, džinu či hašpli) se suší při teplotě 100-110°C. Nevýhodou je zelená barva přípravku i lázně, která negativně ovlivňuje bělost výrobku i jiskrnost vybarvení. Proto není vhodná pro světlá a bílá vybarvení.

34


Bc. Jan Heller

Substituované aminoplasty Chemické složení, princip hydrofobizace: Vychází se z motivu zabudování zbytku mastné kyseliny, která je nositelem hydrofobních vlastností, zatímco předkondenzát termoplastické pryskyřice převedený na vysokomolekulární pryskyřici zajisťuje její vysokou stálost. Jde o produkty na základě metylolsloučenin, močoviny a melaminu. Metylolsloučeniny

jsou

eterifikované

vyššími

alkoholy

nebo

se

jedná

o metylolsloučeniny substituované na dusíku vyšším alkylem. Úprava modifikovanými N-hydroxymetylaminy je velmi stálá v praní a v chemickém čištění, protože na povrchu vláken vzniká hydrofobní film melaminové pryskyřice, který se částečně váže i s –OH skupinami celulózy dle následujícího schématu.

Obr. 2.15: Reakce pryskyřice s –OH skupinou celulózy Technologická aplikace: Produkty jsou ve vodě nerozpustné, musí být proto roztaveny a dle předpisů emulgovány v kyselém prostředí. Jako katalyzátor se nejčastěji přidává síran hlinitý. Naimpregnované zboží se vytvrzuje při teplotě 160°C. Tato nepromokavá úprava se může kombinovat se současným zesíťováním celulózy, čímž se docílí snížení mačkavosti, sráživosti a plošné stability.

2.4.4.3 Silikony Silikony jsou nejrozšířenější skupinou hydrofobních prostředků z následujících důvodů: 1. příprava úpravnických lázní je velmi snadná pouhým naředěním, 2. jsou univerzální, lze je použít na všechny typy textilních materiálů, 3. upravené textilie mají příjemný, měkký, vláčný typicky "silikonový " omak,

35


Bc. Jan Heller

4. jsou vysoce účinné i v malých koncentracích, snížení prodyšnosti prakticky nenastává, 5. lze je kombinovat s klasickými pryskyřicemi i reaktanty. Nevýhodou jsou velké nároky na povrchovou čistotu upravovaných textilií, neboť jejich stálost je dána adhezí na povrchu zušlechťovaného materiálu. Vyžadují vysokotepelné zpracování, mohou snížit stálost vybarvení v otěru. Chemické složení, princip hydrofobizace: Hydrofobní prostředky obsahují polymery siloxanů, a to polymethylhydrogensiloxan nebo polydimethylsiloxan anebo jejich směs.

Obr. 2.16: Polymethylhydrogensiloxan

Obr. 2.17: Polydimethylsiloxan

Tyto produkty nejsou schopné chemicky se vázat na textilní materiál, ale jsou dokonale fílmotvorné a obalují textilní vlákno pružným bezbarvým a hladkým filmem. Filmotvornost je dána jejich schopností se prostorově síťovat. Nositeli hydrofobních vlastností jsou převážně metylové skupiny, které musí být orientované vůči vnějšímu okolí, aby se získal maximální hydrofobní účinek.

Obr. 2.18 : Orientace molekul siloxanů na textilním substrátu. Pro polymeraci siloxanů a orientaci metylových skupin se používají anorganické a organické katalyzátory. Organické katalyzátory se dělí na sloučeniny obsahující kovovou sůl (např. zinečnaté soli karboxylových kyselin) a nekovové sloučeniny (např. epoxidové pryskyřice). Výběrem katalyzátorů je ovlivněna konečná kondenzace polysiloxanů. V přítomnosti anorganických sloučenin postačuje kratší čas zahřátí nebo nižší teplota, neboť tyto katalyzátory reagují rychleji. Prostředky se na trh dodávají ve formě emulze (stability emulze se dosahuje úpravou pH). Účinnost impregnačního přípravku závisí také na druhu a množství použitého emulgátoru, kterými mohou být 36


Bc. Jan Heller

např. polyvinylalkohol, aniontové a kationtové emulgátory, samosíťující epoxidové pryskyřice. /32/ Technologická aplikace: Příprava úpravnické lázně se provádí pouhým naředěním příslušným organických rozpouštědlem, přípravky se aplikují pomocí fuláru. Poté se upravená tkanina suší na napínacím rámu při 120-135°C. Kondenzace probíhá v teplovzdušném sušícím stroji 3 min při 160°C.

2.4.4.4 Perfluorované sloučeniny Chemické složení, princip hydrofobizace: Úprava těmito sloučeninami se zakládá na vytvoření vrstvy na povrchu textilního materiálu, jejíž povrchové napětí je menší, nežli povrchové napětí kapalin, které mohou přijít do styku s materiálem. Fox a Zisman uvádí, že povrch tuhého tělesa smáčí pouze ta kapalina, jejíž povrchové napětí je menší než kritické povrchové napětí tuhého povrchu, které je v případě těchto sloučenin v rozmezí 17,5-20,5 mN.m-1. Tato úprava je zároveň úpravou oleofobní. Na snížení povrchového napětí má vliv chemická konstituce fluoralkylových skupin, délka perfluorováného řetězce a jeho orientace. Aby se zaručila volná pohyblivost CF3-skupiny, musí mezi koncovou skupinou a povrchem vlákna ležet řetězec nejméně šesti uhlíků substituovaných fluorem.

Obr. 2.19: Orientace perfluorované sloučeniny na textilním substrátu Technologická aplikace: Přípravky je možno aplikovat fulárovým nebo vytahovacím způsobem z vodného prostředí či z organických rozpouštědel. Po sušení následuje fixace při 110-120°C.

37


Bc. Jan Heller

2.4.5 Hodnocení hydrofobních úprav Účinnost

hydrofobizačních

prostředků

je

dána

dosaženým

efektem

nepropustností pro vodu, nepromokavostí a vodoodpudivostí. Součástí hodnocení je stanovení stálosti úprav v praní, chemickém čištění nebo při mechanickém namáhání. /29/ 1. Zkoušení vodoodpudivosti metodou zkrápění podle ČSN 80 0827. /33/ Metoda spočívá ve stanovení vodoodpudivosti jakékoliv plošné textilie po zkrápění jejího povrchu vodou ohodnocením stupni na základě porovnání s etalony. 2. Stanovení nepromokavosti umělým deštěm podle ČSN 80 0856. /34/ Pomocí této metody se hodnotí nepromokavost a s ní související vodoodpudivost a nasákavost textilie. Vzorek textilie se umístí na otáčivý nosič zařízení. Na tento nosič působí po určitou dobu s určitou intenzitou umělý déšť. Nepromokavost se hodnotí množstvím vody, které proteče textilií za určitý čas. Odperlovací efekt se posuzuje podle etalonu a vyjadřuje se ve stupních odperlovacího efektu v rozmezí A-E (1 -5). Nasákavost se vyjadřuje procentuálním přírůstkem hmotnosti vzorku, který vyjadřuje množství přijmuté vody. 3. Stanovení vodotěsnosti podle ČSN 80 0818. /35/ Zjišťuje se hydrostatický tlak, při kterém voda pronikne zkušebním vzorkem na třech místech. Zaznamená se tlak proniknutí vody na třetím místě textilního vzorku. 4. Stanovení savosti podle ČSN 80 0828. /36/ Zkouška slouží ke stanovení savosti textilního materiálu vůči vodě vzlínáním, což je schopnost textilie přijímat vodu protřednictvím kapilárních sil. Stanovuje se tzv. sací výška v mm. Pokus probíhá 30 minut za podmínek blíže definovaných v ČSN 80 0828. 5. Drop test - 3M Water Repellency Test II. Test je založen na zkoušení smáčivosti textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím. Stupeň úpravy značí roztok, který textilii ještě nesmáčí.

38


Bc. Jan Heller

6. Měření úhlu smáčivosti. Hodnota úhlu smáčení představuje objektivní hodnocení hydrofobnosti daného materiálu. Měření úhlu smáčení (kontaktního úhlu) je možné metodou fotografování. Hodnota tohoto úhlu je funkcí času, při měření je důležité počítat s touto časovou závislostí. Nejpřesnějším způsobem pro měření hodnoty kontaktních úhlů je použití speciálního analyzátoru CA-A vyvinutého japonskou firmou Kyowa Kaimen Kagaku. Toto zařízení umožňuje určit mezipovrchové napětí a volné povrchové energie mezi fázemi.

2.5 PIGMENTOVÝ TISK Textilní tisk je nejstarším způsobem zdobení textilií. Díváme-li se na tisk jako na místní barvení, můžeme tiskací pastu chápat jako barvící lázeň pro daný odstín, která je nanášena na místa předem určená požadovaným vzorem. Při tisku se pak ve většině případů jedná o opakování určité vzorové jednotky, která se rozloží po celé délce i šířce textilie. Používaná barviva jsou prakticky stejná jako při normálním barvení. Oproti barvení má textilní tisk zcela odlišné praktické provedení. Barvení probíhá ve zředěném roztoku barviva, ze kterého se barvivo pozvolna vyčerpává a upevňuje na vlákna. Tisk probíhá zcela jinak. Barvivo se smí dostat pouze do míst daných vzorem a proto nelze použít prostý vodný roztok barviv – došlo by k rozpíjení vzoru mimo jeho plochy. Z toho důvodu se barviva aplikují z prostředí s poměrně vysokou viskozitou tj. z tiskací pasty. TP je silně zahuštěný, koncentrovaný roztok barviva. Na rozdíl od barvicích lázní TP obsahuje záhustku, která zajišťuje správnou viskozitu. TP se na textilii nanáší různými tiskařskými technikami a to na místa určená vzorem. Po nanesení TP musí být provedeny dokončující operace, aby došlo k fixaci barviva a tím k místnímu obarvení s požadovanými stálostmi. První dokončující operací je zasušení potištěné textilie, které má za úkol eliminovat nebezpečí rozmazání nebo obtisknutí vzoru. Po sušení následuje fixace, ve většině případů pařením. Během paření dochází k ohřevu tkaniny na teplotu potřebnou k proběhnutí chemických reakcí v natištěné barvě a k difúzi barviva do vlákna. Paření může být definováno jako barvení za vyšších teplot při malém poměru lázně. Poslední dokončující operací je praní, při kterém se odstraňuje zaschlý film zahušťovadla spolu s nefixovaným barvivem.

39


Bc. Jan Heller

Pigmentový tisk má jisté odchylky od běžného způsobu potiskování. K místnímu potištění s určitými stálostmi dojde již po sušení. Ke zvýšení stálostí se využívá fixace horkým vzduchem při vyšší teplotě, paření nasycenou parou nebo přehřátou parou. Pigment nemá žádnou afinitu k vláknu a na vlákně je uchycen prostřednictvím adheze pojidlového filmu. Praní po pigmentovém tisku není nutné provádět, protože dojde k úplnému upevnění barviva a použitá záhustka má nepatrnou sušinu. /37/

2.5.1 Záhustky Pro dosažení potřebné viskozity TP slouží záhustka. Záhustka je nosným prostředím pro barviva, chemikálie, pomocné prostředky a rozpouštědla, které se jejím prostřednictvím dostávají do vzájemného kontaktu a do kontaktu s vlákny.

2.5.2 Zahušťovadla Zahušťovadla jsou látky, které dávají rozpouštěním nebo bobtnáním ve vodě viskózní mazy. Používají se různé typy zahušťovadel, převážně organické vysokomolekulární látky koloidní povahy nebo jejich deriváty. Druhy zahušťovadel: ¾ Přírodní zahušťovadla •

Škroby a jejich deriváty

•

Deriváty jádrových mouček

•

Rostlinné klovatiny

•

Algináty

¾ Emulzní a poloemulzní záhustky ¾ Syntetická zahušťovadla

2.5.3 Záhustky pro pigmentový tisk Dříve se k zahušťování pigmentových TP používaly klasické záhustky (tzn. přírodní makromolekulární látky koloidní povahy nebo jejich deriváty). Tyto záhustky bohužel nepřinášely pigmentovému tisku optimální výsledky. Úspěch pigmentového tisku přišel teprve po nástupu emulzních zahušťovadel. Dnes se už od emulzních a

40


Bc. Jan Heller

poloemulzních záhustek upouští a to pro ekologické a bezpečnostní problémy spojené s jejich užíváním. Jedná se např. o nebezpečí výbuchu při sušení, obtěžující zápach, znečišťování ovzduší a odpadních vod a v neposlední řadě i vysoké ceny. Nahrazovány jsou proto vhodnějšími zahušťovadly syntetickými. Nejčastěji používané monomery v syntetických záhustkách:

kyselina akrylová

CH2=CH-COOH

kyselina metakrylová

CH2=C(CH3)-COOH

ethyl-akrylát

CH2=CH-COOC2H5

butyl-akrylát

CH2=CH-COOCH2(CH2)2CH3

akrylamid

CH2=CH-CONH2

kyselina maleinová

anhydrid kyseliny maleinové

ethylen

CH2=CH2

2.5.4 Složení pigmentových TP TP pro pigmentový tisk obsahuje pigment, zahušťovadlo, pojidlo a přísady (tj. emulgátory, zesíťující prostředky, katalyzátory, změkčovadla apod.). Příklad složení pigmentové TP: Komplexní záhustka: Voda

xg

Amoniak 25% Pojidlo Syntetické zahušťovadlo

10 g 80-150 g 15-30 g 1000 g

Tiskací pasta:

Pigmenty Komplexní záhustka

20-50 g 980-950 g 1000 g

41


Bc. Jan Heller

2.5.5 Funkce jednotlivých složek pigmentové tiskací pasty ¾

Pigmenty Pigmenty z chemického hlediska rozdělujeme na organické a anorganické.

Velká většina organických pigmentů je na bázi ftalocyaninu mědi.

Anorganické

pigmenty se používají vyjimečně a patří mezi ně např.: oxid železitý, chromitý a chroman olovnatý. Pigmenty jsou nerozpustné ve vodě i v organických rozpouštědlech. Při potiskování jsou upevňovány na textilii vhodnými pojidly, protože nemají žádnou afinitu k textilním vláknům. Způsob aplikace pigmentů umožňuje tisk všech známých druhů textilních vláken, a to i směsových materiálů. Dosažené odstíny jsou téměř stejné na všech materiálech. Pigmenty jsou distribuovány jako pasty nebo disperzní kapaliny s velikostí částic 1µm. Obchodní pigment obsahuje pouze 30-50% samotného pigmentu, dále obsahuje

10-20% dispergátoru ke stabilizaci pigmentů, vodu, glykol zlepšující

odolnost proti zmrznutí, antimikrobiální látky proti vzniku plísní a často i odpěňovač silikonového typu. Dávkování pigmentů se pohybuje v rozmezí 30-50g na 1kg TP. ¾

Pojidla Pojidla jsou filmotvorné polymery, které tepelnou úpravou vytváří tenký film.

Tento film obklopuje pigmentové částice a přilepuje je na vlákno. Tvorba filmu probíhá ve dvou stupních. Nejprve se vypařováním extrahuje voda z pojidla a TP. Disperze pevné látky koaguluje do vrstvy silných kulovitých shluků. V druhém stádiu se sražené částečky sloučí do filmu, který obklopuje pigmenty. Požadavky na pojidlový film: - odolný proti praní v rozpouštědlech - odolný proti stárnutí na světle - bezbarvý, transparentní - dobrou adhezi k textilii (přilnavý) - elastický - nelepivý - stabilní k mechanickému a chemickému zpracování

42


Bc. Jan Heller

Obr. 2.20: Příčná vazba pojidlového filmu Původně se používala přírodní pojidla např. klih, želatina. Dnes se téměř výhradně používají syntetická polymerní pojidla. Nejpoužívanější jsou akrylátová a butadienová. Akrylátová pojidla jsou stabilizované a samozesíťující emulze akrylátových monomerů. Poskytují velmi dobré mokré stálosti a stálost v chemickém čištění, ale horší stálosti v suchém a mokrém otěru. Mají dobré stálosti na světle, nenastává žloutnutí potištěného zboží. Často se používají kopolymery kyseliny akrylové

se styrenem nebo

akrylonitrilem . Butadienová pojidla jsou samostatné nebo modifikované butadienakrylonitrilové emulze. Oproti akrylátovým pojidlům nabízejí horší mokré stálosti, rychlejší stárnutí filmů na světle, ale naopak lepší stálosti v suchém i mokrém otěru. Jedná se např. o kopolymer butadien-akrylonitril. ¾

Zahušťovadla V souladu s ekologickými a bezpečnostními potřebami se v současné době již

nepoužívají emulzní záhustky s lakovým benzínem. Byly vyvinuty čistě vodní systémy se syntetickými zahušťovadly na bázi polykarbonových kyselin, zvláště kyseliny polyakrylové. Zahušťovací účinek je úměrný stupni disociace, ke které dochází po přídavku alkálie. Při pigmentovém tisku se jako alkálie používá amoniak a nikoli hydroxid sodný. Při použití NaOH by k jeho odstranění bylo nutné praní po tisku, čemuž se použitím amoniaku, který vyprchá při sušení a fixaci, vyhneme.

43


Bc. Jan Heller

Obr. 2.21: Disociace kyseliny polyakrylové vlivem amoniaku ¾

Přísady • Zesíťující (fixační) prostředky – Jsou to produkty na bázi různých předkondenzátů,

které

mohou

reagovat

s reakce

schopnými

skupinami

obsaženými v makromolekulách pojidel. Vysokým stupněm zesítění se zvyšuje odolnost pojidel vůči působení vody a horkých pracích lázní, tzn. zvyšují se užitkové stálosti tisku za mokra. Po chemické stránce se ve většině případů jedná o esterifikované melaminoformaldehydové kondenzáty. Největší význam mají zesíťující prostředky při tisku na textilie z regenerované celulózy a syntetických vláken. Problémem těchto produktů je vyšší obsah volného formaldehydu. Proto se některé firmy začaly zabývat výrobou fixačních prostředků s jeho nízkým až nulovým obsahem. • Katalyzátory – Používají se k urychlení zesíťování. Při vysoké teplotě kondenzace snižují nebo zvyšují pH, podle použitého pojidla. Jsou na kyselé, vyjimečně alkalické bázi. • Změkčovadla – Jejich úkol spočívá ve snížení tuhosti a zvýšení pružnosti, pevnosti,

tažnosti

a

termoplasticity

pojidlového

filmu.

Jedná

se

o nízkomolekulární látky způsobující nabobtnání pojidlového filmu. Tím se zvětší vzdálenost mezi molekulami pojidla a jejich pohyblivost. Moderní změkčovadla jsou často na bázi silikonových olejů. /37/

44


Bc. Jan Heller

2.5.6 Výhody pigmentového tisku Pigmentový tisk má celou řadu technických, technologických a ekonomických výhod, z nichž nejdůležitější jsou: ¾ Jednoduchá příprava TP. ¾ Univerzální použití na různých materiálech a směsích vláken: Všechny druhy vláken se vybarví na stejný odstín, proto je tisk pigmentovými systémy vhodný právě pro směsové tkaniny nebo úplety. ¾ Velmi dobrá viditelnost a snadná zjistitelnost chyb při tisku: Na rozdíl od jiných skupin barviv lze snadno a rychle postřehnout případné chyby tisku a provést potřebná opatření k jejich odstranění. ¾ Konečný vzhled barev: Odstíny natištěných TP se mění pouze nepatrně. ¾ Možnost použití různých způsobů fixace ¾ Jednoduchý a ekonomický technologický postup: Na rozdíl od afinitních druhů barviv odpadá u pigmentů dodatečné zpracování potištěných tkanin po tisku a fixaci (tj. praní a sušení), což značně snižuje výrobní náklady na tisk. Ekonomičnost pigmentových tisků je jedna z hlavních příčin jejich rostoucí obliby. ¾ Značně široká paleta barviv s vysokou stálostí na světle ¾ Možnost speciálních efektů v tisku: Jedná se o efekty matové, lesklé, svítivé atd. (např. tisk kovovými prášky, tisk perletí).

2.5.7 Nevýhody a problémy pigmentového tisku ¾ Tužší omak textilie v potištěných místech: Pigmenty nemají žádnou afinitu k vláknům a proto se musí k jejich fixaci na vlákna použít

pojidel, která

vytvářejí na povrchu vláken pojidlový film. Tyto filmy však nepříznivě ovlivňují omak a tuhost potištěné textilie. Zvlášť patrné je to na jemnějších textiliích. ¾ Nižší stálosti v otěru: Pigment ulpělý na povrchu vláken se na namáhaných místech relativně snadněji otírá. Stálosti v otěru za sucha a za mokra jsou závislé na druhu vláken, na hladkosti jejich povrchu, na vlastnostech pojidel a na jemnosti pigmentu. ¾ Tiskařské vlastnosti TP: Pigmentové TP někdy zasychají na šablonách nebo tiskacích válcích, mohou se lepit na tiskací elementy a zalepovat tak rytiny válců nebo oka šablon. Tisk se proto po natištění určitých metrů musí přerušit. /37/

45


3

Bc. Jan Heller

CÍL PRÁCE V této diplomové práci byl sledován vliv plazmatické předúpravy na adhezní

vlastnosti textilií. Cílem bylo zjistit vliv plazmy na stálosti a dosažený efekt použitých úprav. Použitými úpravami byl pigmentový tisk a hydrofobní úpravy. Při pigmentovém tisku byla polovina polypropylénových vzorků opracována plazmou po dobu 1 min DBD výbojem a následně veškeré vzorky potištěny. Na potištěných vzorcích byla hodnocena stálobarevnost při otěru za sucha a za vlhka, zapouštění do doprovodné tkaniny, úbytek hmotnosti vlivem odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti, barevné odchylky plazmovaných a neplazmovaných vzorků a hodnoty protisku. Hydrofobní úpravy byly použity dvě: silikonová a perfluoralkanová. Použité tkaniny (CO, PES/CO, PES) byly opracovány plazmou po dobu

½ min a 1 min

DCSBD výbojem. Na tyto vzorky byly spolu s neplazmovanými naneseny zmiňované hydrofobní úpravy. U vzorků byla stanovena odolnost proti pronikání tlakové vody, nepromokavost umělým deštěm (hodnocena nasákavost, nepromokavost a odperlovací efekt) a stanovena smáčivost textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím (drop test) přímo po nanesení úpravy a pak vždy po pěti cyklech praní.

46


4

Bc. Jan Heller

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

Pigmentový tisk 1.experiment: stanovení stálosti v suchém a mokrém otěru (podle ČSN EN ISO 105X12, bývalá ČSN 80 0139 ) 2.experiment: stanovení stálosti v praní (podle ČSN EN ISO 105-C06, bývalá ČSN 80 0123) 3.experiment: stanovení úbytku hmotnosti vzorku po odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti 4.experiment: měření remise a vyhodnocení změny barevnosti a protisku Hydrofobní úprava 5.experiment: stanovení odolnosti proti pronikání vody – zkouška tlakem vody (podle ČSN EN 208 11, ČSN 80 0818) 6.experiment: stanovení nepromokavosti umělým deštěm (podle ČSN 80 0856) -stanovení: a) nasákavosti, b) nepromokavosti, c) odperlovacího efektu 7.experiment: stanovení smáčivosti textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím - drop test

4.1 POUŽITÉ CHEMIKÁLIE Pigmentový tisk komplexní záhustka -

již namíchaná dodaná firmou BASF

Helizarin Blau BGT -

modré pigmentové barvivo

Hydrofobní úprava Silikonová Lukofix T40D -

mlékovitě bílá emulze polyhydrogenmetylsiloxanu

-

ionogenita: kationaktivní

-

pH: 2,5 – 3,0

47


Bc. Jan Heller

Katalyzátor C48 -

katalyzátor na bázi epoxyaminu pro zesítění všech prostředků založených na polyhydrogenmetylsiloxanu

kyselina octová konc. Perfluoralkanová Oleophobol CO -

vhodný pro bavlnu

-

béžová disperze fluoropolymerů obsahující plnidlo

-

ionogenita: neionický, kationaktivní

-

pH: 3,0 – 5,0

Oleophobol SLA NEW -

vhodný pro syntetické materiály

-

béžová disperze fluoropolymerů obsahující plnidlo

-

ionogenita: neionický, kationaktivní

-

pH: 3,0 – 5,0

Knittex Catalyst MO -

katalyzátor založený na hořečnaté soli

-

bílé vločky

-

pH: 6,0 – 7,5

Knittex FEL -

zesíťující reaktant založený na modifikované dimethyloldihydroxyetylen močovině

-

jasná, bezbarvá až nažloutlá kapalina

-

pH: 3,5 – 5,0

Invadine PBN -

povrchově aktivní přípravek: smáčedlo

-

jasná, opalizující kapalina

-

pH: 7,5 – 9,5

48

Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií Sapamine RL -

změkčovadlo

-

bílá až nažloutlá disperze reaktivního derivátu alkyl močoviny

kyselina octová konc.

4.2 POUŽITÝ MATERIÁL Pigmentový tisk Tkanina 1

- materiál: 100% polypropylen - plošná hmotnost: 190 g.m-2 - dostava:

- osnova: 12 ks . cm-1 - útek: 12 ks . cm-1

- vazba: plátnová Netkaná textilie - materiál: 100% polypropylen - plošná hmotnost: 90 g/m2 Pletenina

- materiál: 100% polypropylen - plošná hmotnost: 100 g/m2

Tkanina 2

- materiál: 100% polypropylen - plošná hmotnost: 170 g/m2 - dostava:

- osnova: 10 nití/cm - útek: 10 nití/cm

- vazba: plátnová Hydrofobní úprava Tkanina 1

- materiál: 100% bavlna - plošná hmotnost: 210 g/m2 - dostava: - osnova: 22 nití/cm - útek: 23 nití/cm - vazba: atlas 4/1

49

Bc. Jan Heller

Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií Tkanina 2

Bc. Jan Heller

- materiál: 65% polyester, 35% bavlna - plošná hmotnost: 190 g/m2 - dostava: - osnova: 24 nití/cm - útek: 23 nití/cm - vazba: keprová

Tkanina 3

- materiál: 100% polyester - plošná hmotnost: 100 g/m2 - dostava: - osnova: 42 nití/cm - útek: 40 nití/cm - vazba: plátnová

4.3 ZAŘÍZENÍ PRO PLAZMOVOU MODIFIKACI Plazmochemický reaktor DCSBD s lineárním posunem Zařízení je určeno pro opracování rovinných materiálů do velikosti formátu A4 plazmatem za atmosférického tlaku, v různých pracovních plynech. Opracovávaný vzorek se pomocí vakuových přísavek připevní k pohyblivému vozíku, který je spojený s lineárním posuvem. Po zapálení výboje na povrchu keramické elektrody se pohyblivý vozík uvede do chodu, a připevněný vzorek se tak dostane do kontaktu s plazmatem. Zařízení tak simuluje podmínky kontinuálního opracování vzorku. Plazmový reaktor obsahuje následující funkční komponenty: DCSBD plazmochemický box -

Uzavíratelný box pro práci DCSBD v různých pracovních plynech

-

Opracovávaný materiál je připevněný k lavici s lineárním posunem, s regulovatelnou rychlostí posunu

-

Uchycení vzorku je zabezpečené membránovou vývěvou

DCSBD keramická výbojka -

Olejem chlazená keramická elektroda z 96% Al2O3, rozměry aktivní plochy 9x20 cm

-

Součástí zařízení je olejové čerpadlo a vzduchový chladič oleje

VN napájecí zdroj pro DCSBD elektrodu (500 Watt) -

500 Watt, 10-20 kHz, 15 kVp-p

-

Olejem izolovaný transformátor

50


Bc. Jan Heller

Koplanární výboj se jeví výhodným při použití v plochých panelových zdrojích pro efektivní generaci viditelného a excimerního záření o vysoké intenzitě. Tímto novým typem dielektrického bariérového výboje (DBD) je difúzní koplanární povrchový výboj (DCSD) vyvinutý ve spolupráci Komenského univerzity v Bratislavě a Masarykovy univerzity v Brně. Hlavním rysem DCSD výboje je jeho schopnost vytvořit tenkou vrstvu makroskopicky homogenního difúzního plazmatu pracujícího ve streamerovém módu za atmosférického tlaku v libovolném elektronegativním plynu. Unikátní vlastností DCSBD výboje, která ho předurčuje na povrchové úpravy netkaných textilií v porovnaní s jinými dostupnými plazmovými zařízeními, je jeho schopnost generovat homogenní plazmu při atmosférickém tlaku v prakticky libovolném složení pracovního plynu bez použiti drahých inertních plynů jako jsou hélium a argon. Tato tenká vrstva plazmy s hloubkou asi 0,33 mm se vyznačuje vysokou hustotou energie řádově až 100 W/cm3, s čím souvisí krátké časy opracování díky vysoké energii a koncentraci aktivních častíc. Popis zařízení: 1. Keramická DCSBD elektroda s olejovým čerpadlem a chladičem. 2. Zdroj vysokého napětí s VN transformátorem v olejové lázni. 3. Plazmochemický box s lineárním posuvem a napájením. 4. Oddělitelný, výškově nastavitelný posuvný vozík s vakuovými přísavkami a membránovou vývěvou.

51


Bc. Jan Heller

Obr.4.1 : Plazmochemický reaktor DCSBD

Univerzální plazmový reaktor UPR100W Pro generaci plazmatu slouží reaktor, jehož výkon se mění změnou frekvence v rozsahu 7 až 15 kHz. Účinnost zdroje je přibližně 75 %. Reaktor se může používat jak v kyslíkové tak i v dusíkové atmosféře, minimální tlak pro použití je atmosférický tlak (101,325 kPa). Nerovnovážné plazma povrchového výboje je buzeno stejnosměrným napětím. Celé zařízení je možno vyčerpat a následně naplnit definovanou směsí plynů. Maximální rozměry opracovávaného vzorku jsou 10x10 cm. Současná konfigurace neumožňuje posuv vzorků a proto vlastní kontakt s plazmatem se děje jen v úzkých proužcích, v nichž hoří výboj. Vlastní doba plazmatického opracování může být měněna v rozsahu od několika sekund až po desítky minut, zpravidla však stačí doba okolo jedné minuty.

52


Bc. Jan Heller

Obr. 4.2: Plazmový reaktor UPS100W

4.4 RASTROVACÍ ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE Rastrovacím elektronovým mikroskopem lze pozorovat povrch vláken a vnitřní strukturu vláken, defekty a poškození vláken, přízí, nití, plošných textilií. Dále je možnost analyzovat příčiny různých vad v textiliích (mrtvá vlákna bavlny, zašpinění, oděr, atd.). Rastrovací elektronová mikroskopie umožňuje nedestruktivní analýzu poruch textilních struktur, kdy není nutno strukturu rozebírat na jednotlivé konstrukční elementy (příze, nitě, vlákna). Rastrovací elektronový mikroskop Vega na Katedře textilních materiálů je určen k pozorování povrchů při velkém zvětšení s velkou rozlišovací schopností, k následnému zaznamenávání a archivování obrázků ve standardním obrazovém formátu na počítačová záznamová média. Program používá rozlišení 512 x 512 pixelů na zobrazení obrazu. Jeho maximální rozlišovací schopnost jsou 4 nm. Systém Vega se skládá ze čtyř základních jednotek: fyzikální části, elektroniky, počítače a softwaru. Ve fyzikální části mikroskopu vzniká obraz povrchu vzorku a další signály. Počítač je řídící jednotkou celého mikroskopického systému. Fyzikální část obsahuje tyto bloky: • optický systém – tubus • detekční systém • komoru s manipulátorem • vakuový systém

53


Bc. Jan Heller

Obr. 4.3: Rastrovací elektronový mikroskop Vega Pro rastrovací elektronovou mikroskopii je charakteristická jednoduchá příprava vzorku, ale složité pracovní zařízení. K dosažení obrazu musí být vzorek zbaven organických nečistot a umístěn ve vakuové komoře, aby dopadající elektronový svazek i odražené nebo vyražené elektrony nebyly rozptylovány srážkami s molekulami vzduchu. Postup práce: Preparáty byly nejprve nalepeny na pracovní stolek a poté umístěny do zařízení SCD 030, kde proběhlo jejich naprášení tenkou vrstvou (10 – 30 nm) platiny. Takto připravené preparáty byly umístěny do komory mikroskopu. Z rozžhavené katody (wolframového drátu) vyletují elektrony, které jsou zpracovány Wehneltovým válcem a elektromagnetickými čočkami. Paprsek primárních elektronů dopadá na povrch preparátu do hloubky 10 nm (pohybuje se po řádcích preparátu - rastruje) a vyráží sekundární elektrony, které jsou snímány sondou, převáděny v elektronické části na videosignál a zobrazeny na obrazovce monitoru. Získaný obraz lze dále upravovat příkazy až na námi požadovaný obraz. Informace o použitém urychlovacím napětí a zvětšení jsou uvedeny na snímcích z mikroskopu.

4.5 PROVEDENÍ EXPERIMENTU 4.5.1 Pigmentový tisk 4.5.1.1 Předúprava textilních substrátů Materiál pro tento experiment bylo nutné důkladně vyprat. Veškeré vzorky byly prány dvakrát při 80°C po dobu 20 min v lázni obsahující Syntapon ABA o koncentraci 2 g/l při poměru lázně okolo 1:50.

54


Bc. Jan Heller

Následně byly vzorky oplachovány střídavě v teplé a studené vodě až oplachovací lázeň nevykazovala známky pěnění. Pro dokonalé zbavení se PAL byl materiál ještě zpracováván po dobu 20 min při 80°C v destilované vodě. Následoval oplach destilovanou vodou o laboratorní teplotě. Nakonec byl POP materiál sušen zavěšený při laboratorní teplotě.

4.5.1.2 Modifikace

povrchu

Univerzálním

plazmatickým

reaktorem

UPR100W Povrch POP substrátů byl modifikován plazmou pomocí DBD výboje. Vzorky o rozměrech 10x10 cm byly uvedeným zařízením povrchově opracovány jednostranně a to po dobu 1 min.

4.5.1.3 Příprava tiskací pasty, potištění, sušení a fixace Komplexní záhustka byla již namíchaná dodána firmou BASF. Její složení je známo pouze částečně neboť přesné složení je součástí obchodního tajemství. Jedná se o pigmentovou

záhustku

následujícího

složení:

standardní

akrylátový

binder

pro pigmentový tisk + emulgátor + fixierer (na bázi melamin-formaldehydu) + silikonový olej + syntetické zahušťovadlo (emulze V/O). Viskozita komplexní záhustky byla měřena na laboratorním rotačním viskozimetru VISCOTESTER VT 550 firmy Haake. Naměřeno bylo: Tečné napětí ……………………………………. 72,61 Pa Gradient smykové rychlosti …………………….. 85,18 s-1 Teplota při měření ………………………………. 22,1°C Viskozita ……………………………………… 0,852 Pa.s Smícháním komplexní záhustky s barvivem byla připravena tiskací pasta dle následujícího složení. Kompexní záhustka ……………………………… 970 g Helizarin Blau BGT ………………………………. 30 g 1000 g

55


Bc. Jan Heller

Tiskací pasta byla důkladně rozmíchána na laboratorním rychlomíchadle. Vzorky POP materiálu byly potištěny na laboratorním tiskacím stroji pro filmový tisk s magnetickou stěrkou JOHANNES ZIMMER typ MINI-MDF/752 (Rakousko). Byla použita šablona se sítem 43T (tj. 43 ok na 1cm) a stěrka o průměru 10 mm. Rychlost pohybu stěrky byla nastavena na 6 m/min se střední intenzitou magnetického pole. Potištění nastalo po jednom tahu.

Obr. 4.4: laboratorní tiskací stroj JOHANNES ZIMMER typ MINI-MDF/752 Potištěné vzorky usušené v sušárně při 80°C byly fixovány horkovzdušně po dobu 5 min a to jedna sada při 100°C a druhá při 120°C.

4.5.1.4 Stálostní zkouška v suchém a mokrém otěru Všechny potištěné vzorky byly testovány na stálost v suchém a mokrém otěru. Otěr byl proveden na přístroji STAININGTESTER. Na ocelový palec přístroje o kruhovitém průměru 15 mm a zatížení 900 g byla navlečena bavlněná tkanina, která byla desetkrát posouvána sem a tam po délce 10 cm. Pro suchý otěr byla použita suchá bavlněná tkanina, pro otěr mokrý byla bavlněná tkanina navlhčena vodou. Subjektivní posouzení stálostí vzorků bylo provedeno pomocí šedé stupnice pro posouzení stupně zapuštění od 5 do 1 (5 – nejlepší stálost, 1 – nejhorší stálost).

56


Bc. Jan Heller

Obr.4.5: přístroj STAININGTESTER pro stanovení stálosti v otěru

4.5.1.5 Stálobarevnost v praní Byla stanovena dle normy ČSN EN ISO 105-C06 (bývalá ČSN 80 0123) Stálobarevnost v domácím a komerčním praní. Zkušební vzorek o velikosti 10 x 4 cm byl vložen mezi dvě doprovodné tkaniny stejného materiálového složení a s nimi sešit podél všech čtyř stran ve sdružený vzorek. První doprovodná tkanina má být dle normy z téhož materiálu, tudíž z POP, ale pro předem zřejmý výsledek byla tato nahrazena vlněnou doprovodnou tkaninou. Druhá doprovodná tkanina byla z bavlny. Sdružené vzorky byly vloženy do nerezových patron zkušebního zařízení LINITEST po jednom, spolu s prací lázní v poměru 1:50 a 15 ocelovými kuličkami. Prací lázeň byla připravena z komerčního pracího prostředku Automat Ariel Color a to v koncentraci 4 g/l. Ve zkušebním zařízení se sdružené vzorky praly po dobu 30 min při 60°C. Po ukončení byl sdružený vzorek vyjmut a 10 min vymačkáván ve studené tekoucí vodovodní vodě. Ze sdruženého vzorku byla odstraněna přebytečná voda, vzorek byl otevřen odstraněním šití kromě jedné kratší strany a byl sušen na vzduchu při laboratorní teplotě, přičemž se jednotlivé části dotýkaly pouze v místě sešití. Po usušení byly vzorky hodnoceny podle etalonů šedé stupnice pro zapouštění.

57


Bc. Jan Heller

Obr. 4.6: laboratorní zařízení LINITEST

4.5.1.6 Úbytek hmotnosti vzorku po odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti textilií Vzorek o velikosti 15 x 15 cm byl sušen do konstantní hmotnosti, zvážen s přesností na čtyři desetinná místa a byl upevněn na ocelový válec o průměru 5 cm. Přes tento válec obíhal nekonečný pás z bavlněné tkaniny SARA a uchycený vzorek byl odírán. Styčná plocha odírání činila 5 x 15 cm tj. 75 cm2. Celkem urazila odírací tkanina na testovaném vzorku 1000 m, což při rychlosti oběhu 39 m/min činilo 25 min 39 s. Po ukončeném odírání byl vzorek opět sušen do konstantní hmotnosti, zvážen s přesností na čtyři desetinná místa a z rozdílu hodnot před a po odírání byl vypočten úbytek hmotnosti.

Obr. 4.7: vývojový přístroj pro měření prášivosti

58


Bc. Jan Heller

Obr. 4.8: detail zařízení pro provádění oděru tkanin

4.5.1.7 Vyhodnocení změny barevnosti Pro všechny potištěné vzorky byl na přístroji DATACOLOR 3890 firmy OPTON stanoven stupeň remise lícní a rubní strany při normovaném osvětlení D65 pro vlnové délky 400-700 nm s ekvidistantním krokem 20 nm. Použita byla clona o průměru 12 mm. Naměřené hodnoty remise byly zpracovány a vyhodnoceny počítačem pomocí rovnice CMC (l:c). Váhové faktory l a c byly zvoleny: l = 2, c = 1. Toto nastavení odpovídá ∆ECMC pro průmyslově akceptovatelné barevné odchylky. 2

2

∆ECMC

⎛ ∆L* ⎞ ⎛ ∆C * ⎞ ⎛ ∆H * ⎞ ⎟⎟ + ⎜⎜ ⎟⎟ ⎟⎟ + ⎜⎜ = ⎜⎜ ⎝ lS L ⎠ ⎝ cS C ⎠ ⎝ S H ⎠

kde

∆L* *

2

je jasová odchylka vzorku a standardu

∆C

je odchylka v měrné čistotě vzorku a standardu

∆H*

je odstínová odchylka vzorku a standardu

lac

jsou váhové faktory

SL, SC, SH

jsou souřadnice tolerančního elipsoidu

Tab. 4.1: Hodnocení barevných odchylek z hlediska prodejnosti Intervaly ∆ECMC 0 – 0,8 0,8 – 1,4 1,4 – 1,8 nad 1,8

Hodnocení výborné akceptovatelné mez akceptovatelnosti neakceptovatelné

59


Bc. Jan Heller

4.5.1.8 Protisk potištěných vzorků Protisk neboli penetrace TP do tkaniny byl hodnocen nepřímo měřením remise. Jednotlivé hodnoty remise byly přepočítány na hodnoty Kubelka-Munkovy funkce, která řeší závislost stupně remise barevné plochy a koncentrace barviva na vlákně. Hodnota Kubelka-Munkovy funkce se určí vztahem:

K (1 − R ) = S 2R

2

kde

R

je stupeň remise

K

je koeficient absorbance

S

je koeficient rozptylu světla

Výpočtem plochy pod celým průběhem Kubelka-Munkovy funkce v rozsahu vlnových délek 400-700 nm byly získány intenzity tisku lícní a rubní strany jednotlivých potištěných vzorků. Protisk je potom možné spočítat následovně:

P (% ) = kde

IR ∗100 0,5 ∗ ( I R + I L )

IL

je intenzita tisku lícních stran

IR

je intenzita tisku rubních stran

4.5.2 Hydrofóbní úprava 4.5.2.1 Předúprava textilních substrátů Totožná s předúpravou textilního substrátu pro pigmentový tisk.

4.5.2.2 Modifikace povrchu Plazmochemickým reaktorem DCSBD Vzorky o rozměrech 17 x 17 cm byly upravené pomocí plazmového zařízení, kterým byl Plazmochemický reaktor DCSBD, umožňující kontinuální jednostranné opracování textilie. Zařízení je konstruováno tak, že je na něm možné regulovat pracovní rychlost, tj. čas působení plazmy na upravovaný materiál, intenzitu generované plazmy, přesnou vzdálenost mezi deskovými plazmovými elektrodami a velikost mechanického zatížení.

60


Bc. Jan Heller

Textilie byly uvedeným zařízením povrchově opracovány oboustranně na plnou intenzitu generované plazmy, jako pracovní plyn byl použitý vzduch. Čas modifikace činil ½ min a 1 min.

4.5.2.3 Příprava klocovacích lázní Silikonová úprava Silikonová úprava měla následující složení klocovací lázně: Lukofix T40D …………………………… 30 g/l Katalyzátor C 48 ………………………… 20 g/l Kyselina octová konc. …………………… 2 g/l Perfluoralkanová úprava Klocovací lázeň pro úpravu perfluorovanými sloučeninami měla pro každý použitý materiál specifické složení. Pro úpravu bavlny byla použita klocovací lázeň následujícího složení: Invadine PBN ……………………………. 5 ml/l Knittex FEL ……………………………… 25 g/l Knittex Catalyst MO ……………………... 8 g/l Oleophobol CO …………………………... 50 g/l Sapamine RL ……………………………... 10 g/l Pro úpravu směsi polyester/bavlna byla použita klocovací lázeň následujícího složení: Invadine PBN ……………………………. 5 ml/l Knittex FEL ……………………………… 25 g/l Knittex Catalyst MO ……………………... 8 g/l Kyselina octová konc. …………………… 2 ml/l Oleophobol CO …………………………... 70 g/l

61


Bc. Jan Heller

Pro úpravu polyesteru byla použita klocovací lázeň následujícího složení: Invadine PBN ………………………….. 10 ml/l Knittex FEL ……………………………… 20 g/l Knittex Catalyst MO ……………………... 6 g/l Kyselina octová konc. …………………… 1 ml/l Oleophobol SLA NEW …….……………... 50 g/l

4.5.2.4 Klocování, sušení, fixace Vzorky byly klocovány na laboratorním foulardu značky Mathis. Pro důkladnou aplikaci byly vzorky klocovány dvakrát po sobě. Přívažek na vzorcích: CO …………………… 70 % PES/CO ……………… 50 % PES …………………... 35 %

Obr. 4.9: laboratorní foulard značky Mathis Vzorky naklocované lázní silikonové úpravy byly sušeny při 120°C a fixovány po dobu 3 min při teplotě 160°C. Vzorky naklocované lázní perfluoralkanové úpravy byly sušeny při 120°C a fixovány po dobu 5 min při 150°C.

4.5.2.5 Praní Na vzorcích bylo simulováno standardní domácí praní a to na laboratorním patronovém zařízení Linitest. Na jedné sadě vzorků bylo provedeno 5 cyklů praní, na druhé 10 cyklů a na třetí 15 cyklů praní. Jeden cyklus obnášel praní jednotlivých vzorků

62


Bc. Jan Heller

po dobu 20 min při teplotě 40°C v lázni pracího prostředku Ariel Automat o koncentraci lázně 5 g/l při poměru lázně 1:50 spolu s 15 ocelovými kuličkami.

4.5.2.6 Stanovení odolnosti proti pronikání vody – zkouška tlakem vody Při této zkoušce bylo postupováno dle normy ČSN EN 208 11, ČSN 80 0818. Odolnost plošné textilie vůči pronikání vody je vyjádřena výškou vodního sloupce ([cm] nebo [m]), kterou textilie udrží. Na vzorek plošné textilie působí v normálním ovzduší stále se zvyšující tlak vody. Tlak vody může působit na vzorek z lícní nebo rubní strany. Vzorky pro tuto zkoušku musí být před jejím provedením 24 hodin klimatizovány podle ISO 139 - normální klimatizované ovzduší, tj. relativní vlhkost (65 ± 2) % a teplota (20 ± 2) °C. Se vzorky je před zkoušením nutno manipulovat co nejméně. Je třeba zabránit vytvoření přehybů či lomů. Kromě klimatizování se vzorky nijak neupravují. Po automatickém doplnění vody do zásobníku byl zkušební vzorek plošné textilie upnut tak, aby: -

byl vodorovný a nevydouval se,

-

na jeho plochu působil zespodu stále se zvyšující tlak vody,

-

u upínacích přírub během zkoušky neprosakovala voda,

-

v upínacích přírubách neprokluzoval,

-

bylo u sevřeného okraje co nejvíce zabráněno pronikání vody. Voda používaná pro zkoušení je destilovaná o teplotě (20 ± 2) °C. Jelikož je

rychlost zvyšování tlaku proměnlivá v [cm/min] vodního sloupce (norma uvádí (10 ± 0,5) cm nebo (60 ± 3) cm vodního sloupce za minutu), bylo třeba ji nastavit knoflíkem potenciometru a to na normou danou nižší hodnotu. Měření bylo započato stisknutím tlačítka START. Po krátké chvilce začal tlak stoupat a to až do okamžiku, kdy se na třech místech objevily kapičky pronikající vody. Bylo stisknuto tlačítko READ a nárůst tlaku se zastavil. Na displeji zůstala k odečtení naměřená hodnota tlaku vodního sloupce.

63


Bc. Jan Heller

Obr. 4.10: přístroj pro stanovení odolnosti textilií proti pronikání vody pod tlakem SDL M018

4.5.2.7 Stanovení nepromokavosti umělým deštěm Tato zkouška byla prováděna dle normy ČSN 80 0856.

Skrápěcí zařízení

„Bundesmann BP 2” umožňuje stanovit dosažený impregnační efekt vodoodpudivě impregnovaných materiálů. Přístroj je vybaven následujícími zařízeními: -

Skrápěcí zařízení - je tvořeno systémem asi 300 stejných tvořičů kapek, např. trysek, stejnoměrně rozdělených na kruhové horizontální ploše (plocha ≈ 1300 cm2 ) o průměru 406 mm. Každý tvořič kapek vytváří kapky o průměru přibližně 4 mm a o objemu asi 0,07 ml. Průtok vody skrápěcím zařízením se reguluje pro vytvoření předepsaného množství vody v závislosti na čase (100 ± 5) ml/min na zkrápěnou plochu 100 cm2. Výška dopadu kapky (vertikální vzdálenost mezi tvořičem kapek a středem povrchu vzorku) je 1500 mm. Teplota vody (přiváděná přes mechanický filtr) je (20 ± 2) °C.

-

Zařízení pro upínání zkušebních vzorků - upínací zařízení pro zkušební vzorky je zásobník ve tvaru pohárku, umožňující jímání a měření vody protékající zkušebním vzorkem. Otvor nádobky slouží k upevnění zkušebního vzorku upínacím kroužkem. Každá nádobka obsahuje i přídavné třecí zařízení, které během zkoušky působí na spodní stranu zkušebního vzorku tlakem 250 cN a otáčí se pod úhlem 1OO° rychlostí 20 ot./min.

-

Odstředivka - sestává z disku s horizontální plochou pro uložení vzorku o průměru 175 mm, otáčejícího se rychlostí 700 ot./min. K upevnění zkušebních

64


Bc. Jan Heller

vzorků slouží čtyři ocelové jehly. Odstředivka obsahuje i spínač pro automatické vypnutí po uplynutí předem určené doby odstřeďování. Vzorky musely být před provedením zkoušky 24 hodin klimatizovány podle ISO 139 - normální klimatizované ovzduší, tj. relativní vlhkost (65 ± 2) % a teplota (20 ± 2) °C. Vzorky byly vystřiženy tvaru kruhu o průměru 14 cm a musely být bez pomačkání a záhybů. Před vlastním měřením bylo třeba nastavit intenzitu deště tak, aby se během 2,5 min v prázdných nádobkách zachytilo (200 ± 10) ml vody. Nejprve byly vzorky zváženy a následně upevněny do 4 zkušebních hlav zařízení pomocí kónických upínacích kroužků, které jsou zajištěny pomocí úchytek. Po té bylo zkušební zařízení nasazeno na hnací zařízení a to uvedeno do chodu vypínačem. Vychýlením výkyvné misky odchytávající umělý déšť do krajní polohy bylo započato skrápění a to po dobu 10 min. Po uplynulých 10 min byla výkyvná miska vrácena zpět pod kapkové zařízení a přístroj vypnut. Vzorky byly postupně vyjmuty z hlav zkušebního zařízení a odstředěny na odstředivce po dobu 2,5 s. Zaznamenán byl stupeň odperlení podle etalonů A-E. Dále byl vzorek zvážen pro výpočet přírůstku hmotnosti. Voda zachycená v nádobkách byla vypuštěna do odměrného válce a množství bylo zaznamenáno. Vyhodnocení zkoušky Přírůstek hmotnosti Přírůstek hmotnosti [%] se vypočítá podle následující rovnice: wH 2O =

m1 − m0 * 100 m0

kde:

m0[g] ... je hmotnost vzorku před zkoušením; m1[g] ... je hmotnost vzorku po zkoušce (včetně případně částečně smočených okrajů upevněných vzorků).

Stupeň odperlovacího efektu Etalony: A … malé kapky rychle odperlující B … tvoření větších kapek

65


Bc. Jan Heller

C … kapky ulpívají na některých místech zkušebního vzorku D … zkušební vzorek je částečně smočen E … celý povrch zkušebního vzorku je smočen

Obr. 4.11: Etalony pro hodnocení stupně odpalovacího efektu Množství proteklé vody Proteklá voda zachycená v nádobkách se vypustí do odměrného válce a odměří se [ml].

66


Obr. 4.12: Skrápěcí zařízení Bundesmann BP 2

Bc. Jan Heller

Obr. 4.13: zařízení pro upínání zkušebních vzorků

4.5.2.8 Stanovení smáčivosti textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím - drop test K provedení zkoušky drops test byl použit Drops test firmy Du-Pont. Složení jednotlivých kapalin je uvedeno v tabulce. Při provádění zkoušky se začíná s nejnižším číslem kapaliny. Na testovaný povrch je na několik míst naneseno po jedné kapce a ta je po dobu 10s sledována. Jestliže kapka povrch po uvedenou dobu nesmočí, je postup opakován s kapalinou s vyšším číslem dokud nejvyšší číslo kapaliny povrch nesmočí. Tab. 4.2 : kapaliny používané v hydrofobním drop testu

Hydrofobní test Kapalina číslo

Isopropanol

Voda [%]

[%]

Povrchové

Bod vzplanutí

napětí [mN/m]

[°C]

1

2

98

-

-

2

5

95

-

50

3

10

90

43,57

40

4

20

80

34,40

28

5

30

70

29,35

23

6

40

60

26,36

19

67


Bc. Jan Heller

Tab.4.3 : kapaliny používané v oleofobním drop testu

Oleofobní test Kapalina číslo

Kapalina

1

Kaydol (minerální

Povrchové napětí [mN/m]

Bod vzplanutí [°C]

31

>100

29,2

>100

olej) 2

65/35 kaydol/nhexadekan

3

n-hexadekan

27,3

>100

4

n-tetradekan

26,2

99

5

n-dodekan

24,6

74

6

n-dekan

23,6

46

68


5

Bc. Jan Heller

EXPERIMENTY A JEJICH VÝSLEDKY

5.1 PIGMENTOVÝ TISK 5.1.1 Stanovení stálosti v suchém a mokrém otěru Tab. 5.1: stálosti v suchém otěru na plazmovaných a neplazmovaných POP vzorcích

Stálost v suchém otěru Textilní materiál 100% POP tkanina I. 100% POP netkaná textilie 100% POP pletenina 100% POP tkanina II.

Fixováno při 100°C Neplazmováno Plazmováno


2-3

2-3

3-4

4-5

3

3

4-5

4-5

4-5

2-3

4-5

3-4

3

3

4-5

4-5

Tab. 5.2: stálosti v mokrém otěru na plazmovaných a neplazmovaných POP vzorcích

Stálost v mokrém otěru Textilní materiál


100% POP tkanina I. 100% POP netkaná textilie 100% POP pletenina 100% POP tkanina II.


4

2-3

4-5

4

3

2-3

5

5

3

2-3

4-5

4

3

2-3

5

5

Zhodnocení výsledků: Podtržení číslice znamená modifikaci-rozšíření pětistupňové škály šedé stupnice pro posuzování stálosti v otěru. Doslovně to znamená: “hodnota stálosti se více přibližuje k podtržené číslici“.

69


Bc. Jan Heller

Při posouzení stálosti v otěru dle teploty fixace se v obou případech, a to v suchém i mokrém otěru, ukázaly lepší hodnoty u teploty fixace při 120°C. To lze vysvětlit tím, že se při vyšší teplotě fixace pigment lépe uchytil na textilním substrátu. Stálosti v suchém otěru činily při teplotě fixace 120°C v průměru okolo 4-5, v mokrém otěru okolo 4-5. Stálosti v suchém otěru se při fixaci při 100°C průměrně pohybovaly okolo 3 a v mokrém otěru okolo 2-3. Vliv plazmy se buď neprojevil anebo došlo pod vlivem plazmatického opracování ještě k zhoršení stálosti v suchém i mokrém otěru a to o ½ stupeň až stupeň šedé stupnice.

5.1.2 Stanovení stálosti v praní Tab. 5.3: stálosti v praní na plazmovaných a neplazmovaných POP vzorcích

Stálost v praní Textilní materiál 100% POP tkanina I. 100% POP netkaná textilie 100% POP pletenina 100% POP tkanina II.



5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

Zhodnocení výsledků: Při tomto experimentu měla stálost v praní u všech vzorků hodnotu 5. stupně šedé stupnice, což je nejvyšší stupeň. Stálost se tak projevila na tolik dobrá, že nebylo možné posoudit vliv teploty fixace ani plazmování.

70


Bc. Jan Heller

5.1.3 Stanovení úbytku hmotnosti vzorku po odírání na vývojovém zařízení pro měření prášivosti

Tab. 5.4: změna hmotnosti potištěných plazmovaných a neplazmovaných POP vzorků po odírání na přístroji pro měření prášivosti

Změna hmotnosti potištěných vzorků fixovaných při 120°C po odírání na přístroji pro měření prášivosti Použitý materiál POP tkanina Neplazmováno I. Plazmováno POPnetkaná Neplazmováno textilie Plazmováno POP Neplazmováno pletenina Plazmováno POP tkanina Neplazmováno II. Plazmováno

m0 [g] 2,0240 2,6713 1,0092 1,3120 1,1685 1,1850 2,1292 2,4008

m1 [g] 2,0227 2,6710 1,0080 1,3110 1,1684 1,1848 2,1272 2,3985

∆m

[g] 0,0013 0,0003 0,0012 0,0010 0,0001 0,0002 0,0020 0,0023

∆m

[%] 0,064 0,011 0,119 0,076 0,006 0,011 0,094 0,096

Zhodnocení výsledků: Při tomto experimentu se jednalo o modifikovanou zkoušku pro měření prášivosti. V naměřených datech nelze vysledovat žádnou závislost a tak tento pokus bohužel nemá žádnou vypovídací schopnost.

71


Bc. Jan Heller

5.1.4 Měření remise a vyhodnocení změny barevnosti a protisku Vyhodnocení změny barevnosti Tab. 5.5: Hodnoty barevných odchylek ∆ECMC neplazmovaného potištěného materiálu k plazmovanému

Barevné odchylky neplazmovaného potištěného materiálu k plazmovanému Souřadnice barevného

Sořadnice barevného

Použitý

prostoru nepl. potiš.

prostoru plazmovaného

materiál

materiálu

potiš. materiálu

POP tkanina I POP netkaná textilie POP pletenina POP tkanina II

∆ECMC

L

C

h

L

C

h

33,41

-4,87

-27,19

35,55

-7,15

-26,87

3,142

37,56

-4,70

-27,71

35,34

-5,33

-27,54

2,314

35,18

-4,53

-22,90

35,56

-3,75

-21,51

1,630

36,13

-4,30

-20,85

32,45

-4,98

-23,96

4,865

Zhodnocení výsledků: Barevné odchylky plazmovaného potištěného materiálu k neplazmovanému byly patrné již pouhým neškoleným okem. Měření prokázalo totéž, protože všechny hodnoty barevných odchylek se pohybovaly v rozmezí ∆ECMC = 1,6 - 4,9. Vliv plazmatické předúpravy na změnu barevnosti potištěných vzorků lze vysvětlit tak, že plazma aktivuje a rozvolňuje povrchové vrstvy substrátů, díky čemuž se pigment dostává do větší hloubky substrátu a ten se pak jeví jako tmavší.

72


Bc. Jan Heller

Vyhodnocení protisku Tab. 5.6: Hodnoty protisku plazmovaných a neplazmovaných potištěných vzorků

Protisk potištěných vzorků Použitý materiál

POP tkanina I. POP netkaná textilie POP pletenina POP tkanina II

Protisk [%] Neplazmovaný Plazmovaný vzorek vzorek 27,98 31,38 26,25 28,66 95,17 98,80 24,97 37,46

Změna protisku vlivem plazmování [%] 3,40 2,41 3,63 12,49

Zhodnocení výsledků: Hodnoty protisku neplazmovaných potištěných vzorků se pohybovaly v rozmezí od 25% do 40%, pouze u pleteniny se pohyboval okolo 95%. Hodnoty protisku plazmovaných potištěných vzorků se pohybovaly v rozmezí od 28% do 38%. Vyjímkou byla opět pletenina, u které protisk činil téměř 100%. Vysoký protisk u pleteniny lze zdůvodnit její příliš řídkou strukturou. Vliv plazmatické předúpravy se vždy projevil zvýšením protisku u plazmovaných vzorků a to u většiny od 2% do 4%, pouze u tkaniny II. činila hodnota protisku 12,5%. Nárůst protisku vlivem plazmování by se dal vysvětlit aktivací povrchů substrátů a zároveň částečným rozvolněním struktury povrchu díky čemuž došlo k většímu průchodu TP skrz substráty.

73


Bc. Jan Heller

5.2 HYDROFOBNÍ ÚPRAVA 5.2.1 Stanovení odolnosti proti pronikání vody – zkouška tlakem vody Tab. 5.7: Hodnoty po zkoušce tlakovou vodou na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Perfluoralkanová úprava

Materiál

CO

PES/CO

PES

Plazmování [s] 0 30 60 0 30 60 0 30 60

Výška vodního sloupce [cm] Počet pracích cyklů

89 100 104 92 99 103 94 97 101

0

5

10

89 100 103 91 100 103 94 98 101

90 84 84 84 76 101 98 96 97 83 103 100 100 100 85 92 88 89 88 73 99 92 93 93 78 103 99 98 99 83 96 89 89 89 74 97 94 93 93 79 101 95 95 94 79

75 83 86 74 78 83 75 79 78

15 76 83 85 74 78 84 75 79 79

76 82 82 73 77 80 75 79 77

76 83 83 73 76 80 76 77 77

77 82 83 73 76 80 75 79 78

Tab. 5.8: Hodnoty po zkoušce tlakovou vodou na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Silikonová úprava Výška vodního sloupce [cm] Plazmování Počet pracích cyklů Materiál [s] 0 5 10 0 106 106 106 81 82 81 78 77 CO 30 108 109 108 83 82 82 78 79 60 110 110 110 86 87 88 82 82 0 104 104 106 81 80 80 74 75 PES/CO 30 107 108 107 84 83 83 79 79 60 110 109 111 87 86 87 83 83 0 104 105 104 80 80 80 76 75 PES 30 106 107 106 83 82 83 78 78 60 109 109 110 84 85 84 77 79

74

77 78 82 74 80 83 76 78 78

76 77 83 74 77 83 72 77 77

15 76 78 81 74 78 83 73 77 79

75 78 82 74 77 84 73 77 79


Bc. Jan Heller

Tab. 5.9: Průměrné hodnoty po zkoušce tlakovou vodou na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Perfluoralkanová úprava Materiál CO

PES/CO

PES

Průměrná výška vodního sloupce [cm] Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 89 84 76 30 101 97 83 60 103 100 85 0 92 88 74 30 99 93 78 60 103 99 83 0 95 89 75 30 97 93 79 60 101 95 79

15 76 82 83 73 76 80 75 78 77

Pozn.: průměrné hodnoty zaokrouhleny na celá čísla

Tab. 5.10: Průměrné hodnoty po zkoušce tlakovou vodou na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Silikonová úprava Materiál CO

PES/CO

PES

Průměrná výška vodního sloupce [cm] Plazmování Počet pracích cyklů [s] 0 5 10 0 106 81 77 30 108 82 78 60 110 87 82 0 105 80 74 30 107 83 79 60 110 87 83 0 104 80 76 30 106 83 78 60 109 84 78

Pozn.: průměrné hodnoty zaokrouhleny na celá čísla

75

15 76 78 82 74 77 83 73 77 78


Bc. Jan Heller

Graf 5.1: Výška vodního sloupce na CO tkanině s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.2: Výška vodního sloupce na PES/CO tkanině s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

76


Bc. Jan Heller

Graf 5.3: Výška vodního sloupce na PES tkanině s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.4: Výška vodního sloupce na CO tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

77


Bc. Jan Heller

Graf 5.5: Výška vodního sloupce na PES/CO tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.6: Výška vodního sloupce na PES tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

78


Bc. Jan Heller

Zhodnocení výsledků: Z uvedených grafů vyplývá, že výška vodního sloupce se ve všech případech snižovala

se vzrůstajícím počtem pracích cyklů. Největší pokles byl zaznamenán

o 31 cm vodního sloupce u PES se silikonovou úpravou a to na neplazmovaném a 60s plazmovaném vzorku a ještě na neplazmovaném vzorku PES/CO se silikonovou úpravou. Nejmenší pokles vodního sloupce byl zaznamenán u neplazmovaného vzorku CO s perfluoralkanovou úpravou a to o 13 cm vodního sloupce. U perfluoralkanové úpravy maximální výška vodního sloupce dosahovala hodnoty 103 cm, u silikonové úpravy 110 cm. Perfluoralkanová úprava se na všech použitých materiálech chovala podobně. Po prvních pěti pracích cyklech byl zaznamenán nevýrazný pokles výšky vodního sloupce, po deseti pracích cyklech byl pokles výraznější a po patnácti pracích cyklech byl pokles opět nevýrazný. Silikonová úprava se chovala na všech použitých materiálech velice podobně. Po prvních pěti pracích cyklech byl pozorován výrazný pokles hodnot vodního sloupce. V průběhu dalších cyklů praní již nebyl pozorován výrazný pokles. Vliv doby plazmování je znázorněn ve všech grafických provedeních. Lze konstatovat, že vliv plazmování je přímo úměrný výšce vodního sloupce. Rozdíly mezi plazmou opracovanými a neopracovanými vzorky není výrazný. Největší rozdíl byl pozorován na CO s perfluoralkanovou úpravou mezi neplazmovaným a 60 s plazmovaným vzorkem po prvních pěti pracích cyklech a to o 16 cm vodního sloupce. Takovýto rozdíl je však výjimečný. Ostatní rozdíly se pohybují v řádu jednotek. Na žádném

z použitých

materiálů

plazmováním.

79

nebyl

patrný

výraznější

efekt

způsobený


Bc. Jan Heller

5.2.2 Stanovení nepromokavosti umělým deštěm Odperlovací efekt Tab. 5.11: Stupeň odperlovacího efektu po 1. měření na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (1.měření) Plazmování Počet pracích cyklů [s] 0 5 10 0 B C C-D 30 B B-C B-C 60 A-B B C 0 A-B B B-C 30 A-B B-C B-C 60 A-B B B-C 0 B B-C B-C 30 A B B-C 60 A A-B B

15 D D C-D C B-C B-C C B-C B

Tab. 5.12: Stupeň odperlovacího efektu po 1. měření na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (1.měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 A-B D D 30 A-B C-D D-E 60 A C D 0 A-B D D-E 30 A-B C D 60 A B-C C 0 A-B C C 30 A B-C C 60 A B C

80

15 E E D-E E D-E D C C B-C


Bc. Jan Heller

Tab. 5.13: Stupeň odperlovacího efektu po 2. měření na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (2. měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 B B-C C 30 B B-C C 60 B B B-C 0 A-B B C 30 A-B B B-C 60 A A-B B 0 A-B B B 30 A-B B B-C 60 A A B

15 D C-D C-D C C B-C B-C B-C B-C



PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (2. měření) Plazmování Počet pracích cyklů [s] 0 5 10 0 A-B D D-E 30 A-B C-D D 60 A C D 0 A-B D D 30 A-B C D 60 A C C-D 0 A C C-D 30 A B-C C 60 A-B B-C B-C

81

15 D-E E D-E E E D-E C-D C C


Bc. Jan Heller

Tab. 5.15: Stupeň odperlovacího efektu po 3. měření na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (3. měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 B C-D C-D 30 A-B C C-D 60 A-B B B-C 0 A-B B B-C 30 A A-B B-C 60 A A-B B 0 A-B B C 30 A B B 60 A B B

15 D D D C C B-C C C B-C



PES/CO

PES

Stupeň odperlovacího efektu (3. měření) Plazmování Počet pracích cyklů [s] 0 5 10 0 A-B C-D D-E 30 A C-D D 60 A-B C C-D 0 B D D-E 30 A C D 60 A C C-D 0 A C C 30 A C C 60 A B-C B-C

82

15 E E D E D-E D-E C-D C C


Bc. Jan Heller

Tab. 5.17: Průměrný stupeň odperlovacího efektu na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrný stupeň odperlovacího efektu Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 B C C-D 30 B B-C C 60 A-B B B-C 0 A-B B B-C 30 A-B B B-C 60 A A-B B 0 A-B B B-C 30 A B B-C 60 A A-B B

15 D D C-D C C B-C C B-C B-C

Tab. 5.18: Průměrný stupeň odperlovacího efektu na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrný stupeň odperlovacího efektu Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 A-B D D-E 30 A-B C-D D 60 A C D 0 A-B D D-E 30 A C D 60 A C C-D 0 A C C 30 A B-C C 60 A B-C B-C

15 E E D-E E D-E D-E C-D C C

Zhodnocení výsledků: U silikonové i perfluoralkanové úpravy došlo s přibývajícími pracími cykly ke snižování stupně odperlovacího efektu. Celkově nejhorší odperlovací efekt byl

83


Bc. Jan Heller

zaznamenán na bavlněném materiálu se silikonovou úpravou a naopak nejlepší na polyesterovém s perfluoralkanovou úpravou. U perfluoralkanové úpravy odperlovací efekt klesal rovnoměrně s nevýraznými změnami. Na počátku vykazoval odperlovací efekt lepší hodnoty u silikonové úpravy, ale po prvních pěti cyklech praní došlo k výraznému poklesu. Pak již kvalita úpravy klesala rovnoměrně. Průměrné hodnoty stupně odperlovacího efektu v tabulkách vypovídají o vlivu již 30 s plazmatické předúpravy. Oproti neplazmovaným vzorkům však rozdíl není výrazný, jedná se maxilmálně o půl stupně odperlovacího efektu. Na žádném z použitých materiálů nebyl efekt plazmování výrazně lepší či horší.

Množství proteklé vody Tab. 5.19: Množství proniknuté vody tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření


PES/CO

PES

Množství proteklé vody [ml] (1. měření) Plazmování Počet pracích cyklů [s] 0 5 10 0 0 0 9 30 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 8 30 0 0 4 60 0 0 0

84

15 18 14 9 15 13 10 11 12 8


Bc. Jan Heller

Tab. 5.20: Množství proniknuté vody tkaninou s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření


PES/CO

PES

Množství proteklé vody [ml] (1. měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0 15 19 30 0 14 18 60 0 3 21 0 0 23 23 30 0 17 26 60 0 15 21 0 0 15 11 30 0 7 16 60 0 3 7

15 33 29 27 37 24 29 15 17 14

Tab. 5.21: Množství proniknuté vody tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 2. měření


PES/CO

PES


85

15 16 14 12 14 13 7 13 7 11


Bc. Jan Heller



PES/CO

PES


15 28 34 26 29 31 24 16 15 17

Tab. 5.23: Množství proniknuté vody tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 3. měření


PES/CO

PES


86

15 14 17 12 13 10 7 9 8 11


Bc. Jan Heller



PES/CO

PES


15 29 33 28 30 29 25 20 14 17

Tab. 5.25: Průměrné množství proniknuté vody tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrné množství proteklé vody [ml] Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0 0 7 30 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 7 30 0 0 6 60 0 0 0

87

15 16 15 11 14 12 8 11 9 10


Bc. Jan Heller

Tab. 5.26: Průměrné množství proniknuté vody tkaninou s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrné množství proteklé vody [ml] Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0 16 22 30 0 12 18 60 0 5 19 0 0 24 27 30 0 15 23 60 0 17 19 0 0 13 12 30 0 5 13 60 0 5 7

15 30 32 27 32 28 26 17 15 16

Graf 5.7: Průměrné množství proniknuté vody CO tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

88


Bc. Jan Heller

Graf 5.8: Průměrné množství proniknuté vody PES/CO tkaninou s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf

5.9:

Průměrné

množství

proniknuté

vody

PES

tkaninou

s aplikací

perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

89


Bc. Jan Heller

Graf 5.10: Průměrné množství proniknuté vody CO tkaninou s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.11: Průměrné množství proniknuté vody PES/CO tkaninou s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

90


Bc. Jan Heller

Graf 5.12: Průměrné množství proniknuté vody PES tkaninou s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Zhodnocení výsledků: S přibývajícím počtem pracích cyklů u obou úprav docházelo průtoku stále většího množství vody přes tkaninu. První mililitry proteklé vody se u perfluoralkanové úpravy objevily až po deseti cyklech praní, u silikonové již po prvních pěti. Největší množství proteklé vody bylo naměřeno u PES/CO tkaniny se silikonovou úpravou, naopak nejmenší u PES/CO tkaniny s perfluoalkanovou úpravou. Vliv 30 s i 60 s plazmování byl jasně patrný na tkaninách s perfluoalkanovou úpravou. U silikonové úpravy je zřejmý vliv 60 s plazmování, na vzorcích 30 s plazmovaných docházelo k občasným výkyvům z lineární závislosti vlivu plazmy a to jak směrem nahoru tak i dolů.

91


Bc. Jan Heller

Přírůstek hmotnosti vzorku Tab. 5.27: Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření

Perfluoralkanová úprava Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti [g] (1. měření) Počet pracích cyklů Plazmování Materiál 0 5 10 15 [s] m0 m1 m0 m1 m0 m1 m0 m1 0 4,149 4,178 4,068 4,157 4,136 4,459 4,264 4,861 CO 30 4,201 4,230 4,281 4,345 4,027 4,176 4,145 4,792 60 4,160 4,181 4,173 4,211 4,152 4,239 4,283 4,711 0 3,672 3,683 3,424 3,444 3,533 3,589 3,631 3,773 PES/CO 30 3,455 3,472 3,567 3,588 3,641 3,696 3,589 3,707 60 3,513 3,523 3,436 3,446 3,558 3,586 3,520 3,583 0 1,327 1,335 1,225 1,237 1,252 1,268 1,346 1,409 PES 30 1,239 1,246 1,351 1,362 1,334 1,358 1,243 1,264 60 1,278 1,283 1,363 1,371 1,262 1,272 1,314 1,339

Tab. 5.28: Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření

Silikonová úprava Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti [g] (1. měření) Počet pracích cyklů Plazmování Materiál 0 5 10 15 [s] m0 m1 m0 m1 m0 m1 m0 m1 0 4,169 4,206 4,084 4,737 4,063 5,513 4,195 7,194 CO 30 4,040 4,068 4,231 4,667 4,262 4,991 4,177 6,516 60 4,121 4,146 4,272 4,443 4,138 4,986 4,046 5,507 0 3,497 3,525 3,556 4,061 3,462 4,435 3,684 5,828 PES/CO 30 3,518 3,532 3,571 3,700 3,483 4,054 3,655 5,044 60 3,660 3,682 3,449 3,580 3,591 3,857 3,532 5,061 0 1,322 1,325 1,343 1,413 1,251 1,306 1,245 1,363 PES 30 1,281 1,283 1,314 1,348 1,278 1,348 1,356 1,408 60 1,330 1,338 1,269 1,284 1,367 1,389 1,292 1,371

92


Bc. Jan Heller

Tab. 5.29: Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 2. měření




93


Bc. Jan Heller

Tab. 5.31: Hmotnosti vzorků pro stanovení přírůstku hmotnosti na tkaninách s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 3. měření




94


Bc. Jan Heller

Tab. 5.33: Procentuální přírůstky hmotnosti vzorků tkanin s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření


PES/CO

PES

Přírůstek hmotnosti vzorku [%](1. měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0,7 2,2 7,8 30 0,7 1,5 3,7 60 0,5 0,9 2,1 0 0,3 0,6 1,6 30 0,5 0,6 1,5 60 0,3 0,3 0,8 0 0,6 1,0 1,3 30 0,6 0,8 1,8 60 0,4 0,6 0,8

15 14,0 15,6 10,0 3,9 3,3 1,8 4,7 1,7 1,9

Tab. 5.34: Procentuální přírůstky hmotnosti vzorků tkanin s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování po 1. měření


PES/CO

PES


95

15 71,5 56,0 36,1 58,2 38,0 43,3 9,5 3,8 6,1


Bc. Jan Heller



PES/CO

PES


15 17,4 14,4 7,8 5,7 3,5 2,1 2,9 1,4 1,6



PES/CO

PES


96

15 70,4 66,6 43,9 68,5 44,6 40,3 6,7 6,6 4,3


Bc. Jan Heller



PES/CO

PES


15 14,8 19,5 7,4 4,2 4,9 1,5 3,2 2,9 3,1



PES/CO

PES

Přírůstek hmotnosti vzorku [%] (3. měření) Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0,7 14,4 31,5 30 0,8 7,6 17,2 60 0,4 3,8 18,2 0 0,5 12,2 28,6 30 0,3 5,3 19,9 60 0,4 5,4 9,0 0 0,4 3,7 2,9 30 0,3 1,5 3,9 60 0,4 2,4 1,5

97

15 81,6 58,3 45,7 60,2 47,6 49,9 6,9 6,4 4,6


Bc. Jan Heller

Tab. 5.39: Průměrné procentuální přírůstky hmotnosti vzorků tkanin s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrný přírůstek hmotnosti vzorku [%] Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0,8 2,2 6,3 30 0,7 1,6 3,0 60 0,4 0,9 1,8 0 0,4 0,7 1,7 30 0,5 0,6 1,8 60 0,2 0,4 0,9 0 0,6 0,9 1,3 30 0,4 0,8 1,5 60 0,4 0,5 0,9

15 15,4 16,5 8,4 4,6 3,9 1,8 3,6 2,0 2,2

Tab. 5.40: Průměrné procentuální přírůstky hmotnosti vzorků tkanin s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Průměrný přírůstek hmotnosti vzorku [%] Počet pracích cyklů Plazmování [s] 0 5 10 0 0,7 15,0 32,6 30 0,7 8,3 18,2 60 0,5 4,4 19,0 0 0,6 12,8 30,1 30 0,4 4,6 18,5 60 0,5 4,9 8,0 0 0,3 4,2 4,0 30 0,2 1,9 4,3 60 0,5 2,1 1,7

98

15 74,5 60,3 41,9 62,3 43,4 44,5 7,7 5,6 5,0


Bc. Jan Heller

Graf 5.13: Průměrný přírůstek hmotnosti na CO tkanině s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf

5.14:

Průměrný

přírůstek

hmotnosti

na

PES/CO

tkanině

s aplikací

perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

99


Bc. Jan Heller

Graf 5.15: Průměrný přírůstek hmotnosti na PES tkanině s aplikací perfluoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.16: Průměrný přírůstek hmotnosti na CO tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

100


Bc. Jan Heller

Graf 5.17: Průměrný přírůstek hmotnosti na PES/CO tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

Graf 5.18: Průměrný přírůstek hmotnosti na PES tkanině s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování

101


Bc. Jan Heller

Zhodnocení výsledků: Z grafů

vyplývá,

že

s přibývajícím

počtem

pracích

cyklů

docházelo

ke zvyšování průměrného přírůstku hmotnosti. Bez praní se u všech vzorků průměrný přírůstek hmotnosti pohyboval do 1%. Celkově největší průměrný přírůstek hmotnosti byl

zaznamenán

na

CO

se

silikonovou

úpravou,

nejmenší

pak

na

PES

s perfluoalkanovou úpravou. U perfluoralkanové úpravy docházelo k postupnému přírůstku hmotnosti. Po patnácti pracích cyklech došlo k nepatrnému nárůstu přírůstku. U silikonové úpravy došlo již po prvních pěti pracích cyklech k výraznému přírůstku hmotnosti a ten se dále v průběhu praní ještě zvyšoval. Na vzorcích 60 s plazmovaných byl oproti neplazmovaným vždy přírůstek hmotnosti nižší. U vzorků 30 s plazmovaných byl oproti neplazmovaným přírůstek nižší ve velké části případů. Při porovnání 30 s a 60 s plazmovaných vzorků byly v polovině případů hodnoty přírůstku hmotnosti přibližně stejné, v druhé polovině případů byl rozdíl výraznější. Pouze ve třech případech byl přírůstek nepatrně vyšší.

5.2.3 Stanovení smáčivosti textilií pomocí koncentrační řady roztoků s různým povrchovým napětím - drop test Tab. 5.41: Výsledky drop testu na tkaninách s aplikací perfuoralkanové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Plazmování [s] 0 30 60 0 30 60 0 30 60

Drop test (Oleofobní) Počet pracích cyklů 0 5 10 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 6 5

102

15 4 4 4 4 4 5 4 4 5


Bc. Jan Heller

Tab. 5.42: Výsledky drop testu na tkaninách s aplikací silikonové úpravy v závislosti na počtu pracích cyklů a na době plazmování


PES/CO

PES

Plazmování [s] 0 30 60 0 30 60 0 30 60

Drop test (Hydrofobní) Počet pracích cyklů 0 5 10 6 4 3 6 4 3 6 4 3 6 4 4 6 4 4 6 4 4 6 5 4 6 5 4 6 5 4

15 3 3 3 4 4 4 4 4 4

Zhodnocení výsledků: U perfluoralkanové úpravy všechny vzorky bez praní a po prvních pěti pracích cyklech nesmočila kapalina č. 6 oleofobního testu. Po deseti pracích cyklech došlo ke snížení o 1 stupeň a po dalším praní ještě o jeden až na PES/CO a PES plazmovaný 60 s, kde již k poklesu nedošlo. U tohoto experimentu se jedná o jediný vliv plazmatické předúpravy. Na materiálech se silikonovou úpravou měly bez praní všechny vzorky hodnotu 6 hydrofobního testu. Pak se již každý materiál choval různě ovšem bez patrného vlivu plazmy. U bavlny došlo po prvních pěti pracích cyklech k poklesu o 2 stupně a v následujícím praní pak již jen o jeden. U PES/CO došlo taktéž k poklesu o 2 stupně a pokles se v průběhu dalšího praní neobjevil. U PES došlo k poklesu pouze o jeden stupeň a v průběhu dalšího praní pak již jen o jeden. U silikonové úpravy se dle výsledků patrně projevil vliv materiálového složení. PES je v chemické podstatě materiál hydrofobní, bavlna je materiálem hydrofilním.

103


6

Bc. Jan Heller

ZÁVĚR Cílem této diplomové práce bylo hodnotit vliv plazmatické předúpravy

na adhezní vlastnosti textilií. Byla sledována adheze pigmentového tisku a dvou hydrofobních úprav – silikonové a perfluoralkanové. Kriteriem hodnocení adhezních vlastností byla trvanlivost efektu vůči praní. Pigmentový tisk V experimentu při stanovení stálostí v suchém a mokrém otěru se vliv plazmatické předúpravy v jedné polovině případů neprojevil a v druhé došlo ještě ke zhoršení stálosti v suchém i mokrém otěru a to o půl stupně až o stupeň. Při stanovení stálosti v praní byl u všech vzorků zaznamenán 5. stupeň šedé stupnice, což je nejlepší možný stupeň. Stálost se tak projevila natolik dobrá, že nebylo možné posoudit vliv plazmatické předúpravy. V dalším experimentu při sledování změn hmotnosti potištěných vzorků fixovaných při 120°C po odírání na přístroji pro měření prášivosti nebylo možné v naměřených datech vysledovat žádnou závislost na plazmování. Při posuzování barevné odchylky plazmovaných a neplazmovaných potištěných vzorků byl patrný rozdíl již pouhým neškoleným okem. Měřením se prokázalo totéž (hodnoty barevných odchylek se pohybovaly v rozmezí ∆ECMC = 1,6 - 4,9). Vliv plazmatické předúpravy na sytost odstínu potištěných vzorků lze vysvětlit tak, že plazma aktivuje, hydrofilizuje a rozvolňuje povrchové vrstvy substrátů, díky čemuž se pigment dostává do větší hloubky struktury materiálu a proto se textilie jeví jako tmavší. Plazmatická předúprava ovlivnila i protisk (průchod TP substrátem), který se zvýšil o 2% až 12%. To lze vysvětlit aktivací povrchů substrátů a zároveň částečným rozvolněním struktury povrchu plošných textilií. Vlivem plazmatické předúpravy na pigmentový tisk bylo docíleno sytějšího odstínu. Toho by se dalo využít k úspoře barviva, ale protože plazmatická předúprava je několikanásobně dražší než samotný pigment, jednalo by se pouze o zvýšení nákladů výroby. Celkově lze konstatovat, že plazmatická předúprava má negativní vliv na adhezní vlastnosti pigmentového tisku a jednoznačně nelze doporučit její praktické využití pro tuto technologii.

104


Bc. Jan Heller

Hydrofobní úprava Po aplikaci obou hydrofobních úprav byla na vzorcích měřena výška vodního sloupce při zkoušce pronikání vody pod tlakem. Vliv praní způsoboval zhoršení kvality účinku hydrofobity úpravy. To mělo za následek snížení výšky vodního sloupce. Plazmování nepatrně prodlužovalo permanence hydrofobních úprav. To potvrzují i zvýšené hodnoty vodního sloupce plazmovaných vzorků o několik centimetrů. Dále byl hodnocen odperlovací efekt, množství proteklé vody textilií a přírůstek hmotnosti vzorku. Vlivem praní docházelo ke snižování odperlovacího efektu, k postupnému nárůstu množství proteklé vody a přírůstku hmotnosti. Vliv plazmování na odperlovací efekt se projevil jeho zlepšením o půl stupně až stupeň

oproti

neplazmovanému vzorku. Proteklá voda textilií se objevila u perfluoralkanové úpravy po deseti cyklech praní, u silikonové již po pěti cyklech. Vliv plazmatické předúpravy byl prokázán nižším množstvím proteklé vody

oproti neplazmovaným vzorkům.

Vzorky s plazmou měly nižší hodnoty přírůstku hmotnosti. Největší přírůstek hmotnosti byl zaznamenán na CO materiálu, nejmenší pak na PES materiálu. To lze zdůvodnit chemickou podstatou materiálu, CO je v podstatě hydrofilní, PES hydrofobní. V posledním experimentu byl na vzorcích prováděn drop test. Hodnoty drop testu se s přibývajícími pracími cykly snižovaly. Vliv plazmování se na testovaných materiálech neprojevil. Obecně lze zkonstatovat, že vliv plazmování se projevil zvýšením celkového efektu i trvanlivosti hydrofobních úprav a to až o 2-3 prací cykly. To vypovídá o tom, že plazmování aktivuje povrch textilních substrátů natolik, že se na něho testované hydrofobní úpravy zachytí lépe a ve větším množství. Na snímcích z elektronové rastrovací mikroskopie je na některých snímcích po patnácti pracích cyklech patrné „odchlipování“ vrstvy aplikovaných hydrofobních úprav. Plazmatická předúprava má vliv na adhezní vlastnosti hydrofobních úprav, tento však není natolik výrazný, aby bylo možno plazmování, i s ohledem na ekonomickou náročnost, doporučit pro praktické využití v textilní výrobě.

105


7

Bc. Jan Heller

SEZNAM POUŽITÉ LITERARATURY

/1/

Wagner, J., Kopal, A.: Fyzika II., Skriptum TU Liberec, 1995

/2/

Grycz, B.: Čtvrté skupenství hmoty, SNTL Praha, 1962

/3/

Kracík, J., Tobiáš, J.: Fyzika plazmatu, Academia, Praha 1966

/4/

www.uvee.feec.vutbr.cz/~aubrecht/habil.pdf

/5/

www.uvee.feec.vutbr.cz/Predmety/Private/MFPL/MFPL_S.pdf

/6/

www.aldebaran.cz/astrofyzika/plazma/basics.html

/7/

www.astropis.cz/Rocniky/txt2002_s.pdf

/8/

www.DWI - LB70 Low Temperature Plasma Treatment of Textile Substrates.de

/9/

www.uvee.feec.vutbr.cz/Predmety/Private/MFPL/MFPL_S.pdf

/10/

http://fyzsem.fjfi.cvut.cz/2001-2002/Leto02/FSL02sb/sbornik.pdf

/11/

http://atrey.karlin.mff.cuni.cz/~marble/d/?p=0

/12/

www.vakspol.cz/lsvt06/krcma_lsvt06.pdf

/13/

www.odbornecasopisy.cz/svetlo/2001/sv010103.htm

/14/

www.uvee.feec.vutbr.cz/Predmety/Private/MFPL/Technicke_aplikace_ plazmatu.pdf

/15/

www.cvut.cz/pracoviste/odbor-rozvoje/dokumenty/hab_inaug/hp/2005/hp200517.pdf

/16/

Aubrecht, L., Corona Discharges on Plants and Trees, Department of Physics, Fakulty of Electrical Engineering, Czech Technical University, 2001

/17/

Pochner, K., Neff, W., Lebert, R., Atmospheric Pressure Gas Discharges for Surface Treatment, Surface and Coating Technology, 74-75 (1995) 394-398

/18/

Vatuňa, T., Directions for experiment -The plasma modification, (2004), vnitřní zdroj TU Liberec

/19/

Zenkiewicz, M.: Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielkoczasteczkowych ,Varšava 2000.

/20/

www.dpp.fmph.uniba.sk/seminar_BB/pdf_files/short/Bucek.pdf

/21/

www.Frauenhofer IAP.com

/22/

Adamson, A.W. - Gast: Physical Chemistry of Surfaces. 6th ed., New York 1997

/23/

Moore, W. J.: Fyzikální chemie. SNTL, Praha 1981

/24/

Martovská, L., Šišková, M.: Fyzikální chemie povrchů koloidních soustav, vydavatelství VŠCHT, Praha 2005

/25/

Shaw, D. J.: Introduction to colloid and surface chemistry, Butterworths, 1980.

106

Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií /26/

Bc. Jan Heller

Ščukin, E. D., Percov, A.V., Amelinová, E.A.: Koloidní chemie, Academia, Praha 1990.

/27/

http://cs.wikipedia.org/wiki/Adheze

/28/

Martovská, L., Šišková, M.: Co je co v povrchové a koloidní chemii, vydavatelství VŠCHT, Praha 2005

/29/

Růžička, J. a kol.: Technologie předúprav, finálních a speciálních úprav textilních materiálů, vydavatelství VŠCHT Pardubice 1985

/30/

Kryštůfek, J., Machaňová, D., Odvárka, J., Prášil, M.: Technologie zušlechťování, skriptum TU Liberec 2002

/31/

Sochor, B.: Finální a speciální úpravy textilních materiálů II., VŠCHT Pardubice, 1976

/32/

Roup, R.: Chemická technologie textilu, SNTL, Praha, 1978

/33/

ČSN 80 0827

/34/

ČSN 80 0856

/35/

ČSN 80 0818

/36/

ČSN 80 0828

/37/

Heller, J.: Stabilizace pigmentových tiskacích past, bakalářská práce TUL 2005

/38/

www.otevrena- veda.cz/ov/users/Image/default/C1Kurzy/Fyzika/11weinzetl.pdf

107


8

Bc. Jan Heller

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK

POP

polypropylen

CO

bavlna

PES

polyester

DBD

dielektrický barierový výboj (dielectric barier discharge)

DCSBD

koplanární dielektrický barierový výboj (dielectric coplanar surface barier discharge)

Resp.

respektive

Atd.

a tak dále

např.

například

Cca

přibližně

Apod.

a podobně

PAL

povrchově aktivní látka

min

minuta

TP

tiskací pasta

V/O

voda v oleji

108

PŘÍLOHA: Fotografie z elektronové rastrovací mikroskopie

Pigmentový tisk: Tkanina I. - potištěný neplazmovaný vzorek

Tkanina I. - potištěný plazmovaný vzorek

Příloha - 1

Netkaná textilie - potištěný neplazmovaný vzorek

Netkaná textilie - potištěný plazmovaný vzorek

Příloha - 2

Pletenina - potištěný neplazmovaný vzorek

Pletenina - potištěný plazmovaný vzorek

Příloha - 3

Tkanina II. - potištěný neplazmovaný vzorek

Tkanina II. - potištěný plazmovaný vzorek

Příloha - 4

Hydrofobní úprava CO tkanina - neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

CO tkanina - neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 5

CO tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

CO tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 6

PES/CO tkanina - neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

PES/CO tkanina - neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 7

PES/CO tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

PES/CO tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 8

PES tkanina – neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

PES tkanina – neplazmováno, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 9

PES tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 0 cyklů praní

PES tkanina – plazmováno 60s, perfluoralkanová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 10

CO tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 0 cyklů praní

CO tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 11

CO tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 0 cyklů praní

CO tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 12

PES/CO tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 0 cyklů praní

PES/CO tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 13

PES/CO tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 0 cyklů praní

PES/CO tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 14

PES tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 0 cyklů praní

PES tkanina – neplazmováno, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 15

PES tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 0 cyklů praní

PES tkanina – plazmováno 60s, silikonová úprava, 15 cyklů praní

Příloha - 16

CO tkanina

PES/CO tkanina

Příloha - 17

PES tkanina

Příloha - 18

Vliv plazmatické předúpravy na adhezní vlastnosti textilií

Recommend Documents