Chytré textilie
21. 1. 2011
Přišla zima a s ní hromady sněhu. Proto je důležité si brát takové oblečení, které vodu dokážou odpudit. Mít na sobě mokré věci za chladných dnů totiž může vést k návštěvě doktora s těžkou rýmou, nebo i něčím daleko horším. Michael nám vysvětlí, jak některá přírodní i umělá vlákna účinně odpuzují vodu, a pomocí několika zajímavých experimentů předvede vědecké principy, na kterých je tento jev založen. Přidejte se k Michaelovi v mokrých dobrodružstvích!
Tereza: Dnešní oblečení – to už není jen móda. Součástí návrhů je také spousta vědy a technologií.
Michael: High-tech látky a materiály se staly lukrativním a inovativním průmyslem.
Filip: Všechno to začalo takhle – nylonem. První pokus člověka vyrobit umělé vlákno. Vtip je v tom, že až teprve když textilní specialisté pochopili chemii tohoto polymeru, mohli přesně namíchat vlastnosti tohoto umělého vlákna podle požadavků trhu.
Michael: One market need was for an all-weather material that would keep me dry but, at the same time, would allow my skin to breathe thus preventing the accumulation of sweat under the material.
Jedním z požadavků trhu byl materiál do každého počasí, který by mě udržel v suchu, ale zároveň by dovolil, aby moje kůže dýchala. Zabránil by tak hromadění potu pod oděvem.
Látku, která by zabránila proniknutí vody dovnitř, ale zároveň nechala vodu vypařit.
Filip: Vyrobit nepromokavou látku, to zas není žádný velký problém. Pardon … Nepromokavá může být dokonce i bavlna, která jinak vodu velmi dobře saje. Podívejte.
Filip: Vidíte, teče.
Tereza: Vlhký kapesník sice není vodotěsný, je ale vzduchotěsný. Přestože sklenici otočíme dnem vzhůru, bavlna tvoří dobrou zábranu proti tomu, aby voda vytekla.
Filip: Ale vyrobit látku, která bude pouštět vodu jen jedním směrem a ne tím druhým, to už je oříšek.
Michael: Když u takové výzvy stojí vědec, musí k tomu přistoupit logicky. A v tomto případě první, na co musí myslet, jsou vlastnosti vody.
Filip: Michael se vrací. Nazdar. Michaele, budeme zkoumat vlastnosti vody?
Michael: Ano.
Filip: A doma.
Michael: Ano.
Filip: Prosím tě, jak?
Michael: Se slinami.
Filip: Se slinami?
Michael: Ano.
Filip: Já jsem myslel, že vědci jsou slušní lidi.
Michael: To bude slušný pokus, podívejte se. Vezměte si trošku slin – vlastních – a opatrně je natáhněte mezi palcem a ukazováčkem. A copak vidíte?
Filip: Kapičky.
Tereza: Ze slin vzniklo vlákénko s řadou kapiček. Na vodu ve slině totiž působí stálá síla, která se snaží povrch vody omezit na minimum.
Michael: And the shape that has the smallest surface area for any given volume is, of course, the sphere. And the force acting on the spit to form the spherical beats is called surface tension.
A tvar, který má nejmenší povrch při jakékoli velikosti, je samozřejmě koule. Síla, která na slinu působí tak, že se vytvoří kulový povrch, se nazývá povrchové napětí.
Filip: A pokud rozumíme povrchovému napětí, pak také umíme ovládnout pronikání vody.
Tereza: Nepatrné molekuly vody se vzájemně přitahují. Jenže molekuly na hladině jsou vtahovány dolů do kapaliny. Nad nimi už totiž další molekuly nejsou.
Filip: Tak vzniká povrchové napětí. To dává vodě její povrch, podobný kůži.
Tereza: Lehký míček na hladině zpočátku přitahuje rozhraní vody a nádoby. Když vodu doléváme, zdálo by se, že přeteče.
Filip: Přesto právě povrchové napětí umožňuje, že se vytvoří malý kopeček vody nad okrajem. A míček na něm pokaždé směřuje k jeho vrcholku.
Tereza: Ke druhému pokusu nám stačí proužek papírového kapesníku a obyčejná jehla.
Filip: Jehlu podélně umístíme na papír a ten opatrně položíme na hladinu vody.
Michael: Trpělivost.
Tereza: Papír nasál vodu a klesá ke dnu. Jehla však zůstává ležet na hladině! A to právě díky povrchovému napětí.
Filip: Zblízka teď můžete sledovat, jak nepatrné molekuly, tvořící hladinu vody, statečně odolávají obrovské hmotnosti jehly. Hladina se pod ní doslova prohýbá.
Tereza: Přesto jehla stále nejeví ani náznak ponořování. Jako by se vznášela na hedvábné plachtě.
Michael: Povrchové napětí je tedy hlavní vlastností vody. Proto voda vytváří kapky jako je tato …
Filip: Mimochodem – taková kapka vody, to je vlastně jednoduchá zvětšovací lupa.
Tereza: Chemický inženýr Wilbert Gore se svým synem Robertem vlastnostem vody rozuměli velice dobře a své znalosti patřičně využili. Společně vyvinuli nový typ textilu z polytetrafluoroetylenového polymeru.
Michael: The new material had a porous structure with amazing 1.4 billion holes per square centimeter.
Tento nový materiál měl pórovitou strukturu s asi jednou a půl miliardou pórů na čtvereční centimetr.
Filip: Tomu říkám dírkování.
Michael: A každý otvor je asi dvacet tisíckrát menší než kapička vody.
Filip: Díky povrchovému napětí.
Michael: Pro kapalnou vodu je nepropustný, ale dostatečně velký na to, aby umožnil vodní páře – tedy i potu – uniknout ven.
Filip: A tak vznikl Gore-tex a mnohé další materiály. Voda po něm stéká, ale vodní pára proniká ven.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough