Гигроскопичность — свойство материалов поглощать влагу¶

Гигроскопичность — это свойство веществ и материалов поглощать влагу из окружающей среды (воздуха, почвы, жидкостей) и удерживать её внутри своей структуры. Простыми словами, гигроскопичный материал «тянет» на себя воду: если оставить его на воздухе, он постепенно станет влажным, даже без прямого контакта с водой. Слово происходит от греческих корней hygros («влажный») и skopeo («наблюдаю») и буквально означает «влагопоглощающий».

¶Механизм явления

Гигроскопичность обусловлена строением материала и химической природой его составляющих. Влага притягивается к материалу по нескольким причинам:

• Гидрофильные группы. Молекулы целлюлозы, крахмала, белков и многих солей содержат гидроксильные (–OH) и карбонильные (–CO) группы, которые образуют водородные связи с молекулами воды.
• Пористая структура. Микроскопические поры и капилляры увеличивают площадь поверхности, с которой материал контактирует с влажным воздухом.
• Растворимость. Некоторые вещества (например, хлорид кальция, сахар) при поглощении влаги растворяются в ней, формируя жидкие или сиропообразные растворы прямо внутри массы материала.

Поглощение влаги происходит до определённого предела, после которого устанавливается равновесие между материалом и окружающей средой. Скорость и интенсивность процесса зависят от относительной влажности воздуха, температуры и площади поверхности.

¶Отличие от смачиваемости и набухания

Гигроскопичность часто путают с близкими понятиями:

Гигроскопичный материал не обязательно набухает: силикагель активно поглощает влагу, но его объём практически не меняется, тогда как древесина при увлажнении разбухает заметно.

¶Степень гигроскопичности

Материалы различаются по интенсивности поглощения влаги. Условно их можно разделить на группы:

• Сильно гигроскопичные — хлорид кальция, едкий натр, сахар, силикагель, некоторые соли. Могут впитывать влагу в количествах, превышающих их собственную массу.
• Умеренно гигроскопичные — древесина, бумага, хлопок, шерсть, крахмал. Поглощают от нескольких до 15–20 % влаги от массы.
• Слабо гигроскопичные — некоторые виды пластика, стекло, керамика. Впитывают незначительные количества воды.

Количественно гигроскопичность оценивают по величине равновесной влажности — содержанию влаги, которое материал достигает при определённой температуре и относительной влажности воздуха. Например, при влажности 65 % и температуре 20 °C древесина сосны содержит около 12 % воды, а бумага — до 8–10 %.

¶Проявление в быту и промышленности

Гигроскопичность проявляется повсеместно:

• Сахар и соль слёживаются и комкуются во влажную погоду — кристаллы поглощают влагу из воздуха и склеиваются.
• Древесина меняет размеры в зависимости от влажности: мебель из массива может «дышать», а двери — перекашиваться в сырую осень.
• Бумага размягчается и деформируется при высокой влажности, а типографская краска может расплываться.
• Электроника страдает от конденсации влаги внутри корпуса, если герметизация недостаточна.

В промышленности гигроскопичность считают как свойство, которое необходимо учитывать при хранении и транспортировке: цемент, удобрения, лекарственные препараты и пищевые продукты упаковывают в влагозащитные материалы.

¶Борьба с нежелательной гигроскопичностью

Для защиты материалов от поглощения влаги применяют:

• Гидрофобизацию — обработку поверхностей составами, отталкивающими воду (силиконовые, фторсодержащие покрытия).
• Ламинирование и плёночную упаковку — создание барьеров между материалом и воздухом.
• Сушку и вентиляцию — снижение влажности в складских помещениях.
• Использование осушителей — силикагель, молекулярные сита, хлорид кальция в упаковках с товарами.

¶Гигроскопичность как полезное свойство

В ряде случаев гигроскопичность намеренно используют:

• Силикагель в пакетиках-осушителях защищает обувь, электронику и лекарства от влаги.
• Хлорид кальция применяется в системах осушения воздуха и в противогололёдных составах (поглощает воду и снижает точку замерзания).
• Древесина в качестве строительного материала регулирует влажность в помещении, поглощая избыток влаги и отдавая её при сухом воздухе.
• Бумажные индикаторы влажности работают на изменении свойств гигроскопичных полимеров.

¶Измерение

Гигроскопичность измеряют весовым методом: образец материала выдерживают в климатической камере при заданной температуре и влажности, затем взвешивают до и после поглощения влаги. Разницу массы относят к исходной массе сухого образца и выражают в процентах. Для быстрой оценки влажности материалов используют электронные влагомеры, принцип работы которых основан на изменении электрического сопротивления или ёмкости гигроскопичного элемента при увлажнении.

Источники:

• ГОСТ 21000-75. Материалы полимерные. Методы определения гигроскопичности
• Вентцель Б. Н. «Технология лёгких и полимерных материалов»
• Рейнерс Р., Вуд Л. «Физика древесины»
• Крылов А. С. «Основы технологии материаловедения»