ورق مقاوم للماء: تجربة لصنع مواد أكثر فائدة في المنزل

هذا تقرير سريع عن تجربة "في ورشة العمل" لمحاولة صنع مادة تحمل بعض الخصائص المفيدة لمنتج تايفك.

تايفك هو منتج صناعي يشبه الورق ويتميز بكونه خفيف الوزن، مرنًا، ومقاوم للتمزق والرطوبة، وغالبًا ما يُستخدم في صناعة "المحافظ الورقية"، لكنه أيضًا شائع جدًا بين محبي التنزه والتخييم بسبب وزنه الخفيف وطبيعته المقاومة للماء.

نعلم أنه يمكننا استخدام طبقات البوليمر لتوفير مقاومة للماء ومقاومة للتمزق مثل الورق اللاصق، وأشرطة التغليف، وأجهزة الترقيم الحراري وغيرها، إلا أن هذه الطرق تضيف طبقة سميكة من البلاستيك على الورق، وهذا يغير من وزن الورق وقدرته على الطي أو التشكيل.

كما أنني لست ماهرًا في تركيب الورق اللاصق بسلاسة، مما يجعلني غالبًا أتلف أي قطعة مصممة قبل أن أتمكن من استخدامها في مشاريعي، لذلك في محاولة لتقليد خصائص مادة تايفك، قمت بتجربة تعديل تقنية قديمة كانت تُستخدم لجعل الأقمشة مقاومة للماء.

وفي هذه الطريقة يتم تخفيف مادة السليكون المخصصة للمعاجين والعزل باستخدام مذيب، ثم يتم تطبيقها على القماش بحيث تتغلغل في الألياف وتمنحه خاصية مقاومة الماء، وتعد هذه الطريقة مفيدة لصناعة الملابس المخصصة للاستخدام الخارجي، أو لصناعة أغطية مقاومة للماء باستخدام الأقمشة أو الملاءات القديمة.

على الرغم من أنني لم أتمكن من تقليد جميع خصائص مادة تايفك للاستخدام المنزلي، إلا أنني اكتشفت طريقة لجعل الورق مقاوم للماء مع الحفاظ على خفته ومرونته، ومع بقائه صالح للاستخدام في بعض الأغراض التي يتميز بها الورق.

كانت الوصفة الأصلية تتطلب استخدام مادة السليكون العازلة، بالإضافة إلى مادة مذيبة مثل النفثا أو التربنتين، وعادةً يتم خلط المذيب بنسبة 3:1 "ثلاثة أجزاء من المذيب إلى جزء واحد من السليكون"، ثم يتم دهن الخليط أو غمره في أنسجة القماش.

لكن من أجل طلاء الورق أو تشريب أليافه أردت أن أتمكن من تخفيف السليكون أكثر بكثير مما هو موصى به عادةً في المنتديات الخاصة بمعالجة الأقمشة.

في الحالة المثالية إذا نجحت هذه التجربة كنت أرغب في أن أتمكن من رش السليكون على الورق للحصول على طلاء بسمك موحد، ولكن هذا سيكون خطوة لاحقة بناءً على نتائج التجارب الأولية.

لبدء التجربة جمعت مادة سليكون شفافة مخصصة للاستخدام الخارجي، وبعض البرطمانات للخلط، وموازين للقياس، وستة أنواع مختلفة من المذيبات لتجربة إذابة أو تخفيف السليكون غير المعالج، وهذه المذيبات كانت: شلايت "وهو منتج أسترالي يتكون من جزء من النفثا"، التربنتين المعدني، الكحول الميثيلي "وهو في الأساس إيثانول عالي التركيز مع بعض الشوائب"، الأسيتون، خلات الإيثيل، وكيتون ميثيل إيثيل (MEK). 

معظم هذه المواد يمكن شراؤها من أي متجر مستلزمات مهنية، وكانت خلات الإيثيل وميثيل إيثيل كيتون متبقية لديّ من تجربة أخرى كنت أجريها لتنعيم مطبوعات PLA.

رغم أن مادة السليكون العازل متوفرة بعدة ألوان، فقد حرصت بشكل خاص على اختيار السليكون الشفاف حتى أتمكن من ملاحظة أي تغير في اللون قد يحدث أثناء العملية.

وأخيرًا، التزمت بارتداء القفازات في كل مرة أتعامل فيها مع المذيبات أو السليكون غير المعالج، فالأمان أولاً.

للبدء، قمت باستخدام ستة برطمانات جديدة ووضعت عليها ملصقات بأسماء المذيبات الستة المختلفة، ثم أضفت إلى كل برطمان 20 جرامًا من السليكون غير المعالج و75 جرامًا من كل مذيب، بعد ذلك أُغلقت البرطمانات بإحكام وتم رجّها بقوة حتى ذاب السليكون قدر الإمكان.

تركت البرطمانات بالخارج طوال الليل، مع الاستمرار في رجّها بقوة كل ساعة تقريبًا خلال الساعات الأولى من التجربة.

في صباح اليوم التالي، لاحظت أن معظم البرطمانات لا تزال تحتوي على كمية من السليكون غير الذائب، لذلك أضفت 50 جرام إضافي من كل مذيب إلى البرطمانات الخاصة به، ثم قمت برجها بقوة مرة أخرى، وتركتها لتستقر لمدة 24 ساعة إضافية.

بحلول الوقت الذي بدأت فيه استخدام المحاليل كانت قد مضت أكثر من 36 ساعة منذ الخلط الأولى للسيليكون والمذيب، وأصبح لدينا نسبة إجمالية تقارب 125 جرامًا من المذيب مقابل 20 جرامًا من السليكون، أي بنسبة تزيد قليلاً عن 6:1.

عندما حان الوقت لتطبيق عوامل التجربة لتوفير مقاومة الماء على الورق، جمعت جميع المذيبات لفحصها، ومن بين الستة مذيبات بدا أن ثلاثة منها قد حلت أو علقت السليكون في المحلول، وكانت هذه المذيبات هي التربنتين المعدني، الشلايت "الذي يعد بديلاً للنفثا"، وخلات الإيثيل. 

أما الأسيتون والكحول الميثيلي فقد تباينت فيهما الطبقات المرئية من السليكون والمذيب، في حين كان لدى ميثيل إيثيل كيتون تعليق بلون مختلف عبر المذيب، رغم أنه لم يكن هناك انفصال مرئي بين المكونات.

الخطوة التالية والتي نسيت تصويرها قبل التطبيق، كانت لصق ورقة A4 مخططة على ستة ألواح ماسونيت مقطعة، وتحتوي الماسونيت على جانب أملس وكان هذا مفيد للحفاظ على الورق مسطح أثناء تطبيق المذيب، وتم وضع ملصق على كل ورقة يحتوي على اسم مزيج المذيب الذي يتم اختباره عليها.

تم رج كل برطمان بقوة لخلط أي طبقات مفصولة في كل مزيج قبل تطبيق طبقة من المذيب باستخدام فرشاة دهان على الورق، ثم تركت الورق ليجف وأُضيفت طبقة ثانية، ثم تركت طوال الليل لتجف تمامًا.

ثم تم تطبيق المزيجات من الشلايت، التربنتين، MEK وخلات الإيثيل كان على سطح أملس، فجف الشلايت وخلات الإيثيل تقريبًا على الفور، بينما ظل التربنتين "رطبًا" لأطول فترة بين جميع المذيبات.

كان مزيج الأسيتون يحتوي على كتل مرئية من السليكون معلقة في الخليط أثناء التطبيق، ولم يكن من الممكن فردها بسلاسة باستخدام فرشاة الطلاء، أما مزيج الكحول الميثيلي فقد احتوى على كتل أكبر من السليكون المجفف مسبقًا في الخليط، والتي لم تلتصق بالورق بشكل جيد كما كان متوقعًا.

في صباح اليوم التالي كانت أمامي 6 أوراق من الورق "المقاوم للماء"، أظهرت الفحوصات البصرية ما يلي:

الشلايت: كان الجزء المغطى من الورقة ناعمًا عند اللمس، ولكنه تعرض لتغير لوني طفيف إلى اللون الأصفر.

التربنتين: سقطت هذه الورقة من الطاولة وجمعت بعض الأوساخ من الأرض، لذا لست متأكدًا تمامًا مما إذا كان تغير اللون بسبب المذيب أو إذا التقطته من البيئة المحيطة، وبدأ أن طبقة التربنتين كانت أكثر سمكًا قليلاً مقارنة بالمذيبات الأخرى من الناحية البصرية.

الأسيتون: كان هذا المذيب على الأرجح الأقل تغيرًا في اللون من بين الستة، وكان يحتوي على الإحساس بالملمس الشمعي للسيليكون، ومع ذلك كانت السطح مغطى بكتل صغيرة من السليكون، بدلاً من أن يكون قد تم توزيعه بسلاسة عبر السطح بأكمله.

ميثيل إيثيل كيتون "MEK": كان هذا المذيب متغير اللون بشكل ملحوظ، حتى مقارنة بالعينة الأخرى، وكانت طبقة السيليكون التي تم ترسيبها داكنة ولكنها كانت لا تزال ناعمة جدًا وموزعة بشكل متساوٍ على السطح.

الكحول الميثيلي: لم يكن الورق نفسه متغير اللون كثيرًا في المناطق الجافة تمامًا، ولكن كانت هناك كتل كبيرة وواضحة من السليكون المتفاعل على سطح الورقة، وكانت هذه الكتل ملتصقة بما يكفي لكي لا تسقط عندما يتم رفع الورقة، ولكن يمكن إزالتها بسهولة باليد عند التعامل مع الورقة، وكان هناك بعض الأدلة على سطح لامع، ولكن ليس بما يكفي للثقة في قدرتها على مقاومة الماء.

خلات الإيثيل: تبين أن هذا المذيب هو الحصان الأسود بين المذيبات، حيث كان الأقل تغيرًا في اللون "بخلاف الأسيتون" من بين الستة، كما كان يحتوي على طبقة ناعمة ومتساوية جدًا من السليكون على سطح الورقة.

الخلاصة، من الناحية الجمالية أعتبر خلات الإيثيل هو أفضل مرشح حتى الآن، حيث أن المذيبات الأخرى إما تسببت في تغير اللون للورقة أو تركت تجمعات مرئية من السيليكون على السطح، والاختبار التالي سيكون لقياس قدرة العينات على طرد الماء.

كان هذا الاختبار بسيطًا إلى حد ما، حيث تم تحديد ما إذا كانت الطبقة قادرة على صد الماء بما يكفي لحماية الورق الذي يوجد تحته "والذي عادةً ما يكون قابلاً لامتصاص الماء"، حيث تم وضع قطرة كبيرة من الماء على كل سطح، ثم تم فحص ما إذا كان الماء سيتجمع على السطح ويتدفق "مقاوم للماء" أو إذا كان سيمتصه الورق أو ينتشر "قابل لامتصاص الماء"، وبشكل عام فنحن نتحقق بصرياً من أن السطح قد حقق خصائص الطرد المائي "الزئبقيّة".

فـ كما يظهر في الصور، كانت جميع العينات باستثناء واحدة تظهر خصائص مقاومة للماء ممتازة، والعينة الاستثنائية كانت عينة الكحول الميثيلي، حيث انتشرت قطرة الماء إلى شكل قطرة كبيرة منتشرة، مع زاوية تماس منخفضة، وهذا يشير إلى أن المزيج لم يكوّن طبقة مقاومة للماء قوية، وأن الماء قادر على اختراق ألياف الورق.

الآن إذا كان الهدف هو استخدام هذا المزيج في مشاريع مستقبلية، فسيكون من المهم معرفة كيفية تفاعله مع الألوان والعلامات، ويمكننا ملاحظة أن طبقة السيليكون كانت شبه شفافة، مما يعني أن أي علامات أو طباعة على الورق قبل المعالجة ستظل مرئية بعد تطبيق الطبقة المقاومة للماء، ولكن السؤال كان: هل يمكن الكتابة أو وضع علامات على الورق بعد المعالجة؟

تم إجراء هذا الاختبار على عينة الورق المعالج بمزيج التربنتين فقط، ولكنني واثق من أن العينات الخمس الأخرى التي تم طلاؤها جيدًا ستتصرف بطريقة مماثلة.

توقعت في البداية أن قلم السبورة البيضاء "الكتابة القابلة للمسح الجاف" الذي استخدمته سيكتب على السطح ثم يمكن مسحه بسهولة لاحقًا، لكن فوجئت عندما وجدت أن القلم قد وضع علامة دائمة على الورق المعالج.

هذا الأمر دفعني لتجربة أنواع أخرى من أدوات الكتابة، ولاحظت أن قلم الحبر الجاف "الذي يستخدم حبر مائي" لم يتمكن من ترك أي علامة على الورقة، بينما تمكن قلم الرصاص الجرافيتي من الكتابة عليها بنجاح، أما بالنسبة لاختباري الأخير باستخدام قلم التحديد ذي الرأس اللبادي (felt-tip)، فقد تمكن القلم من وضع الحبر على الورقة، لكنه لم يلتصق جيدًا، وكان من السهل مسحه أو تلطيخه بمجرد تمرير الإصبع عليه.

بالتالي يمكن الكتابة على الورق المعالج، بشرط استخدام قلم ماركر معتمد على المذيبات أو قلم رصاص، ولكن لا يمكن الكتابة عليه باستخدام قلم حبر جاف تقليدي، وإذا كنت ترغب في إضافة تصاميم أو مطبوعات مخصصة على الورقة أنصح بطباعتها أولاً قبل تطبيق الطبقة المقاومة للماء عليها.

بالإضافة إلى كون "تايفك" خفيف الوزن وقابل للطي ومقاومًا للماء، فهو يتميّز أيضًا بمقاومة عالية للتمزق، لذا رغبتُ في التحقق مما إذا كانت عملية الطلاء التي أجريتها حسّنت من الخصائص الميكانيكية للورق، وبالتحديد مقاومته للقص أو التمزق.

لأجل ذلك، قمتُ ببناء أداة اختبار بسيطة قصت عينات الورق وفق قالبٍ محدد يهدف إلى تعزيز حدوث التمزق على طول محور واحد "كما هو موضح في الصورة"، وتم قطع شرائط بعرض 20 ملم مع عمل شقٍ في منتصفها، ثم تم تثبيت أحد جانبي الشق على سطح الطاولة باستخدام شريط لاصق، بينما تم تعليق أوزان من الجانب الآخر بواسطة مشبك.

كانت فكرتي هي زيادة الكتلة تدريجي حتى يتمزق الشريط على طول الخط المحدد مسبقًا، مما يسمح لنا بتقدير مدى مقاومة العينات للقص، وبالتالي قياس مدى التحسين الذي أضافه الطلاء إلى الخواص الميكانيكية للورق.

تم قطع ثلاث عينات "خام" من ورق غير معالج "أي بدون طلاء" من نفس النوع المستخدم، بهدف الحصول على خط أساس يمكن مقارنة نتائج اختبارنا الميكانيكي به، وقد تم تلخيص النتائج في الجدول المرفق بالصورة.

أما بالنسبة للعينات المطلية بالمزيج السيليكوني، فجاءت النتائج مخيبة للآمال، ولم تضف عملية الطلاء أي مقاومة إضافية للقص أو التمزق، بل على العكس بدا أن معالجة الورق قد أدت إلى انخفاض طفيف في مقاومته للقص مقارنة بالعينات غير المطلية.

بالتالي، يمكننا القول إن فكرة تقوية الورق باستخدام هذا الطلاء لم تُحقق النتائج المرجوة، وصحيح أن السطح الأملس الناتج عن الطلاء قد يوفر بعض المقاومة للتآكل، إلا أنني لا أعتقد أنني سأعتمد على الورق مستقبلًا لأي تطبيق يتطلب مقاومة عالية للاهتراء أو الاحتكاك.

كان هذا الاختبار الأخير غير مُحفَّز، هل توفر طبقة السيليكون أي مقاومة للحرارة؟ كانت إعداداتي للاختبار بسيطة جدًا، حيث استخدمت ولاعة يدوية من نوع "النفاثة" "التي تولد حرارة مركزة جدًا"، وقمت بتثبيت مسطرة بشكل عمودي على سطح الورق لمعرفة المسافة التي يجب أن تبعد فيها الولاعة عن السطح لكي يبدأ الورق في التضرر أو الاحتراق.

كان من الصعب جدًا تصوير هذا أثناء الاختبار، لذا يرجى الإطلاع على الصورة التوضيحية التي التقطتها بعد الاختبار.

من خلال بعض العينات السريعة، يمكن للولاعة حرق الأوراق غير المعالجة من مسافة تقارب 55 مم عن السطح، وعند معالجة الجانب انخفضت هذه المسافة إلى حوالي 40-45 مم "تفاوتت خلال الاختبار"، وهذا يظهر أن طبقة السيليكون توفر بعض المقاومة للحرارة على الرغم من أنها ليست كافية للادعاء بأنها مقاومة للحرائق.

جربنا 6 خليط من المذيبات والسيليكون لنرى إذا كان بإمكاننا معالجة الورق ليصبح مقاومًا للماء والتمزق "والحرارة"، ومن بين الـ 6 مذيبات كانت عينة الميثيل ated spirits "المعروفة أيضًا بالإيثانول" هي الخاسر الواضح، حيث لم تختلط جيدًا مع السيليكون غير المعالج ولم تشكل طبقة مستقرة على الورق المعالج. 

لست متأكدًا تمامًا إذا كان السيليكون قد بدأ في التصلب بشكل جزئي أثناء تواجده في المذيب قبل تطبيقه على الورق، مما أدى إلى سطح قابل لاختراق الماء مع قطع كبيرة من مادة السيليكون اللاصق عالقة على السطح.

كان الأسيتون هو الأداء الثاني الأسوأ، لأنه على الرغم من أنه شكل طبقة مقاومة للماء إلا أنه كان لا يزال هناك الكثير من الكرات الصغيرة من السيليكون موزعة عبر السطح، بدلاً من طبقة ناعمة ومتسقة.

من بين المذيبات الأربعة الأخرى "جميعها شكلت طبقة مقاومة للماء على الورق" ولكن من بين الأربعة أوصي باستخدام الإيثيلين أسيتات - يليه بشكل قريب الشيليت كأفضل أداء، حيث تركا طبقات متساوية من الحماية من الماء على سطح الورق مع أقل تلوين، ومن بين الاثنين يعتبر الشيليت أرخص بكثير، لذلك ما لم يكن لون السطح أمرًا بالغ الأهمية، سأستخدمه كمذيب في المستقبل لمشاريع أخرى.

تم اختبار جميع العينات لتحسين مقاومة القص، ولكن لم يظهر أي تحسين.

تم اختبار إحدى عينات الورق المغطاة بالسيليكون لاختراق الحبر / الصبغة "أي الكتابة باستخدام أدوات مختلفة"، وكما كان متوقعًا كان من الصعب على الأقلام المائية الكتابة على السطح، ولكن أقلام الجرافيت والعلامات المعتمدة على المذيب استطاعت أن تترك علامات دائمة على الورق.

بينما وفرت الطبقة بعض المقاومة للاحتراق، إلا أن هذه المقاومة لم تكن ملحوظة بشكل كبير.

إذن، ما زالت رحلة البحث عن صنع مادة مشابهة لـ Tyvek في المنزل مستمرة، وفي الوقت الحالي لديك وصفة "6 أجزاء من Shellite إلى 1 جزء من Silicone لتغطية عينات الورق وجعلها مقاومة للماء، مع الاحتفاظ بقدرتها على التفاعل مع الأقلام الرصاص وبعض أنواع الأقلام الأخرى، ولكن ليس الأمر كافي لتقديم طلب للحصول على براءة اختراع، ولكنها معرفة قيمة لمشاريعك المستقبلية أو لإجراء المزيد من البحث في المستقبل.

في هذه الأثناء، قمت باستخدام الأقسام المتبقية من عيناتي لصنع دفتر جيب صغير لحمل الملاحظات، مع ربط قلم رصاص بخيط، فالآن لدي وسيلة صغيرة ومقاومة للماء لكتابة الملاحظات في أي وقت.