Почему выстиранное полотенце после сушки становится жёстким

Полотенце, высохшее на верёвке после стирки, часто становится жёстким и колючим, хотя оно совершенно чистое. Химики японской компании Kao и Университета Хоккайдо впервые напрямую разглядели виновника: тонкий слой особой воды, который остаётся на хлопковых волокнах после высыхания и сцепляет их друг с другом. Просто слой этой воды слишком тонкий, чтобы увидеть его обычными методами. Однако теперь его не только обнаружили на отдельном волокне, но и показали, что по строению он отличается от привычной воды, которая, кстати, постепенно заканчивается на Земле.

Белое полотенце высыхает на верёвке в саду

Хлопок высыхает не до конца

Обнаружение той самой воды стало результатом исследования одной японской компании, которая выпускает кондиционеры для белья, и ей было важно понимать, с чем именно они имеют дело. То есть бытовой факт-то всегда был хорошо известен: хлопковое полотенце, выстиранное без кондиционера и высушенное на воздухе, становится жёстким, будто его слегка проклеили. Но вот внятного объяснения у явления долгое время не было.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

Ключ к разгадке — так называемая связанная вода. Когда ткань сохнет, основная масса влаги испаряется, но часть молекул воды удерживается поверхностью целлюлозы, из которой состоят хлопковые волокна. Такая вода ведёт себя иначе, чем вода в стакане: её молекулы менее подвижны, а замерзает она при более низкой температуре. То есть свойства такой воды заметно отличаются от обычной, которая, впрочем, тоже может кипеть и замерзать одновременно.

Водяные мостики сцепляют волокна как песчинки в замке

Одно из исследований 2011 года объясняло жёсткость так. Нить в ткани скручена из множества тонких одиночных волокон, и в мокром состоянии они свободно скользят друг относительно друга. По мере высыхания вода уходит, но в местах контакта волокон остаются мостики связанной воды, которые стягивают их за счёт капиллярного сцепления. Это та же сила, из-за которой два мокрых стекла трудно разлепить, а влажный песок держит форму замка, тогда как сухой рассыпается.

А что об этом думаете вы? Присоединяйтесь к дискуссии в нашем Telegram-чате!

В результате волокна оказываются скреплены во множестве точек, и внутри нити образуется сетка перекрёстных сшивок. Ткань теряет подвижность на микроуровне и на ощупь становится жёсткой. Речь не о загрязнении и не об остатках порошка: полотенце чистое, просто его волокна связаны водой, которая не испарилась. Это отдельный механизм, никак не связанный с тем, почему белые вещи после стирки сереют.

Долгое время всё это оставалось стройной гипотезой без прямого наблюдения. Слой связанной воды на волокне слишком тонок, чтобы разглядеть его в оптический микроскоп или отличить его сигнал от сигнала обычной влаги стандартными методами.

Микроскоп с атомным разрешением нашёл воду на одиночном волокне

Авторы использовали два инструмента. Первый — атомно-силовой микроскоп (АСМ): к поверхности подводят иглу с остриём толщиной в несколько атомов, и прибор регистрирует силы между атомами острия и образца. Так строится карта рельефа с точностью до отдельных атомов. Второй метод, АСМ-ИК-спектроскопия, добавляет химический анализ: поверхность облучают инфракрасным лазером с перестраиваемой длиной волны, участок, поглотивший свет, чуть нагревается и расширяется, а расширение улавливает та же игла микроскопа. Перебирая длины волн, получают инфракрасный спектр буквально из одной точки.

Микроскопическое исследование структуры волокон хлопка и водяных слоёв

Этими методами исследователи напрямую увидели связанную воду на поверхности одиночного хлопкового волокна, высохшего в естественных условиях. Спектры показали, что водородные связи в этой воде устроены не так, как в обычной. Колебания OH-групп молекул воды разделились на два независимых режима: один задаёт граница воды с воздухом, которая ведёт себя как гидрофобная поверхность, другой — граница воды с целлюлозой, поверхностью гидрофильной. Проще говоря, в тонкой плёнке у молекулы воды один бок смотрит на волокно, другой — в воздух, и эти стороны колеблются по-разному, тогда как в объёмной воде молекула окружена соседями со всех сторон и такого разделения нет.

Вывод авторы формулируют осторожно: найденные особенности лишь указывают на возможную связь между микроскопическим строением связанной воды и механическим поведением ткани. Прямого измерения того, сколько жёсткости добавляет каждый водяной мостик, в работе нет.

Кондиционер для белья работает не только как смазка

Устоявшееся объяснение действия кондиционеров — снижение трения между волокнами: средство покрывает нить скользким слоем, и волокна легче двигаются. Новая работа предлагает дополнительный взгляд: если жёсткость создают водяные сшивки, то кондиционер может влиять и на них. Как именно — в исследовании не разбирается, это отправная точка для дальнейших работ, а не готовое доказательство. Но, что интересно, сушить белье можно не по-всякому. Например, на батарее этого лучше не делать.

Льдинки на волокнах замёрзшей верёвки из хлопка

Здесь уместна оговорка: исследование выполнено при участии производителя кондиционеров, хотя авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, а статья прошла рецензирование и опубликована в открытом доступе. Сам механизм жёсткости от этого не меняется, но выводы о том, чем её «лечить», стоит воспринимать как научный контекст, а не как повод покупать конкретный продукт.

Условия стирки и сушки остаются за рамками работы

Авторы описывают конкретную ситуацию: хлопок выстиран без кондиционера и высох на воздухе естественным путём. Именно для этих условий показано наличие связанной воды на волокне. Что происходит с водяными мостиками в сушильной машине, при сильном отжиме, в жёсткой или мягкой воде или при разной дозе порошка, в статье не проверяли. Поэтому из неё нельзя вывести универсальный домашний рецепт мягкого полотенца: любые советы такого рода — уже не результат исследования, а догадки по аналогии.

Читайте также: Как пить больше воды и зачем это вообще нужно. Вот несколько простых способов

Зато работа отвечает на вопрос, который многие задавали себе, снимая с верёвки полотенце-доску: жёсткость — не признак плохой стирки и не налёт на ткани. Это физика тончайшего слоя воды на целлюлозе, который держит волокна вместе. Авторы отмечают, что вода на поверхностях материалов сейчас активно обсуждается в самых разных областях — от биологии до микрофлюидики, и обычное хлопковое полотенце оказалось удобным объектом для этой большой темы.