膜的故事

膜的故事
       
       膜(Membrane)是一种过滤屏障物。它允许一些物质通过,但阻止其他物质。这些物质可能是分子、离子或其他小颗粒。生物膜包括:
  • 细胞膜(允许某些成分通过的细胞或细胞外壳);
  • 覆盖细胞核的核膜 ;
  • 组织膜,如粘膜和浆膜等;
  • 用于实验室和工业的人造膜。 
       膜的概念自十八世纪以来就有,但是在第二次世界大战结束之前,除实验室外很少使用。受到战争的影响,膜过滤器被用来测试欧洲的饮用水安全。然而,由于缺乏可靠性、操作缓慢、选择性降低,以及成本提高,膜没有被广泛利用。
       首次大规模使用膜是采用微过滤和超滤技术。自20世纪80年代以来,这些分离过程,以及电渗析被用于大型工厂;如今,一些经验丰富的公司则将它推广到市场上。
       膜的过滤程度取决于膜的孔径。根据孔径,它们可分为微滤(MF),超滤(UF),纳滤(NF)和逆渗透(RO)膜。
       膜也可以具有各种厚度,具有均质或异质结构。膜可以是中性的或带电的,同时颗粒运输可以是主动的或被动的。后者可以通过膜处理过程中的压力、浓度、化学或电梯度来促进。
       膜通常可分为合成膜和生物膜。
 
渗透性
根据膜的渗透性可以区分:
  1. 完全不渗透
  2. 半渗透(半透膜或有选择渗透)
  3. 单向渗透
  4. 全渗透
       如果没有半透膜的话,今天的生命不可能存在!因为所有的细胞都由一层半透膜环绕,只有一定的物质能够进入细胞内部。
       技术上使用的人工膜是由聚合物组成的,一般是通过浇制非常薄的层制作的。其它的制作方法包括凝结和腐蚀。
       膜的半透性是由膜上的孔造成的,这些孔可以根据不同的溶解性、扩散或者电荷来区分不同的物质。渗透的动力是压力、化学压或者浓度压、温度和电荷。
       膜最重要的技术应用是通过逆渗透海水中提取淡水(每年全世界约700万立方米)、食品工业中的过滤回收有机蒸汽(比如回收汽油蒸汽)、通过电解制氯,以及制作防水透气的建筑施工法或服装等。在净化废水的过程中,膜技术也愈来愈重要。通过微过滤可以去除悬浮物和重分子,以此对废水消毒。尤其是要将其导入到非常敏感的蓄水池,或者是可以游泳的湖泊时,这个过程非常重要。
       还有50%的膜使用在医学中;例如,可以透析血液毒素的人工肾,以及可以对血液提供氧气的人工肺。
  
膜在建筑与制衣上的积极应用
       按前面所谈到的,膜具有很独特的渗透性,更重要的是,这个渗透性具有方向性。有方向性,就可以按照需求,来做人为的控制。因而,很多商业化的应用随之而起!其中,最广泛的莫过于「防水透气」。
      「防水透气膜」又称「防风防水透气膜」,是铺设在建筑围护结构保温(隔热)层外的一层功能膜,适用于幕墙、压型钢板、钢木结构、砌体等复合型外墙和坡屋面。通过对维护结构保温(隔热)层的包裹,减少水和空气对建筑的渗透;同时,又可让围护结构与室内潮湿气体得以排出,有效避免霉菌和冷凝水在墙体及屋面中的产成,保证保温(隔热)材料效能的发挥,进而达到节能、提高建筑耐久性的作用。
       防水透气膜是由耐久、抗紫外线的聚烯烃材料组成。能阻止热空气、冷空气和湿气渗透到屋内,有效地减少采暖与制冷的能源消耗。能帮助人们预防真菌和腐烂。
     「防水透气膜」是房屋的衣服;那么,穿在人身上的衣服是否也可以采用「防水透气膜」的原理来制造,以达到相同的目的呢?当然可以!
  
防水透气膜的发展史
       在谈到织物的「防水透气膜」前,先让我们来了解它的应用历史。
  1. 第一代鞋、服装、帐篷、睡袋等。最早为了达到防水、防风,只是在面料上覆盖防水胶,以达到防水目的。以这种材料和工艺制作的产品,可以耐一定的水压,但绝对不透气,而且防水透气性差。
  2. 第二代PU薄膜。这是一种耐水压很不错的材料,将PU膜与产品面料复合在一起,可以做到较好的防水稳定性;其高端产品可能有些许透湿功能,但效果很不理想。如:市场现有KING-TEX。
  3. 第三代TPU薄膜。是一种在PU薄膜基础上开发出来的膜。比起PU膜,它在透气、透湿、耐水压方面都有改善,是替代PU膜的一种防水透气膜。国内有TING-TEX、KING-TEX等。
  4. 第四代EPTFE(聚四氟乙烯) 薄膜是最新一代防水透气材料,世界大厂多用此种材料,再结合各自公司的研发复合处理技术,开发出各有特长,但是不同品牌的EPTFE复合面料,其防水透气性算是当今不错的。
  5. 第五代Bluetek PP多孔防水透气薄膜。由以西公司创办人林俊诚博士所开发。此膜在以下6方面更胜EPTFE膜:
           (1)可以达到业界对防水与透气的最高标准。
           (2)防水与透气是相对的要求,同时考虑防水与透气时,Bluetek PP是目前业界最高的。
           (3)相对EPTFE膜,PP膜比较环保。而Bluetek PP膜不含卤素,不使用溶剂,燃烧时只产生水和二氧化
               碳, 非常环保
           (4)Bluetek PP防水透气膜是业界最轻、最薄的膜。
           (5)保温效果良好。
           (6)在极低温(零下45℃)下,不会生成龟裂,安全!
           (7)可配合做金属加工。


几种防水透气功能性薄膜的区别
        防水透湿织物在经历了紧密织物、涂层防水透湿织物之后,到现在已发展为粘贴薄膜型织物。此种织物所用的功能性膜可分为:微孔膜致密亲水膜,以及微孔亲水结合膜
       致密亲水膜是利用亲水型高聚物(含有亲水型基团或侧链)制成的致密实心膜,也就是无孔亲水膜。目前市场上,用于与面料结合的防水透气薄膜主要是前两种。由于商家提供了大量的数据来证明自己产品的优势,使得消费者无从下手比较各种面料的性能。为此,我们站在消费者关注的角度,对无孔和微孔两大类薄膜进行比较,以方便消费者根据自己的需要选到满意的产品。
       微孔薄膜中比较有代表性的是 Gore-Tex ,而致密亲水膜的代表则是刚刚登陆中国市场的新保适(Sympatex)无孔亲水薄膜,在此以两者为例,对无孔、微孔薄膜进行比较。

       四代 --  微孔薄膜代表产品:EPTFE( GORE-TEX )
       四代 --  无孔亲水薄膜代表产品:PEE(Sympatex)
       五代 --  微孔薄膜代表产品:PP(Bluetek) 
 
原理比较
       在一平方英寸的 GORE-TEX 薄膜上有90亿个微细孔,每个微细孔都比雨珠小2万倍,又比人体的汗气分子大700倍;因此,水无法穿过面料,但汗气可以从容地穿过面料。
       新保适(Sumpatex)的动作原理是,人体与外部环境之间所存在的湿度和温度差异,促使水蒸气分子由湿度高的地方向湿度低的地方对流水分子和水蒸气分子都含有一个氧原子和两个氢原子。
       当水分子处于气态时,相互非常独立,各自像云一样运动自由,温度、湿度差推动着它们,以一个传一个的方式穿过薄膜向外走,像玩撞球游戏一般。而水分子处于液态时,则通过分子间作用力紧密结合在一起,以密实的团状形态出现。让水不能通过薄膜,进而起到了防水的作用。
       新保适(SYMPATEX)无孔亲水薄膜是由亲水与拒水的两种物质组成的聚合物。其中,亲水物质的内部呈分子链结构,而且分子链上带有正负电荷,可以吸附单个的水蒸气分子,加速了水蒸气通过薄膜的速度。
 
防水性透气性与湿阻抗的比较 
       防水与透气必须同时可率比较。只有在相同的防水性时,才能比较透气性。同理,也只有在相同的透气性时,才能比较防水性。欧美先进国家厂商,认为湿阻抗最能表现多孔透气膜的舒适度。
       防水性的单位一般以耐水压 mm/H2O(厘米/水柱[承受水压强度])为单位。透气的单位则以 g/M2/day (每24小时,每平方米,多少克)为单位。
       下表就是各种材料的防水透气与湿阻抗的比较:

 
防水性比较 
       GORE-TEX 面料的防水性:28,000mm 以上水压。最高耐水压可达250 ,000mm,相当于60层高的水柱的压力下仍能保持防水。
 
透气性比较
       GORE-TEX 两层布透气性:16,000 克/平方米/24 小时。厚度为5微米的薄膜的透气度是30000克/平方米/24小时;厚度为10微米的薄膜透气度是 20000 克/平方米/24小时(ISO标准下)
 
防风性比较
        微孔膜大大了削弱了风力,空气在九曲十八弯的穿透 Gore 类的微孔薄膜后,已经没有多大劲头了。无孔实体薄膜结构,风压根就没办法通过,而且可以最大限度减少热量损失,避免风冷效应。
 
延展性比较
       新保适(Sympatex)能300%向任何方向伸展。强度是PTFE膜的7倍。
 
轻薄比较 
 新保适(Sympatex)  
       轻:每平方米约重 20 克。
       薄:大约 100 毫米分之一厚。

Bluetek PP
       轻:每平方米约重4克。
       薄:大约 18毫米分之一厚。


     在轻薄方面,Bluetek PP占有明显优势。
 
环保比较 
       100% 聚酯成份,不含卤素,不使用溶剂,充分环保。是世界上仅有的获得「 Öko-Tex 100」认证的薄膜制造商 , 绝对不会引起皮肤过敏。
 
耐用性比较 
       -250°C ~ +260°C 温度范围内,性能稳定的GO RE-TEX防水是指持久性防水。 一般是使用 5 年以上时间,测试标准是在产品面市前连续洗涤700小时后测试的防水性能。
       15年保用寿命。在马丁代尔(Martindale)耐磨测试下,数值达 40,000 次旋转。用于服装和鞋子上的新保适(Sympatex 薄膜能终生保持其功能性。低温下SYMPATEX抗寒撕裂度为 -30°C。
 
保养比较  
       新保适(Sympatex)服装可以很容易地在家中清洗,使用新保适(Sympatex)专用保养产品尤佳。
 
       以上针对无孔与微孔膜的比较,只是将产品各自的功能数据优缺点与消费者息息相关的重点列举出来,为消费者在选择户外衣服制品时,提供一些参考与建议。消费者可以根据自己的需求,选择适当的面料服装。


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