Idrofilo si dice di ciò che l’acqua bagna
Un materiale è idrofilo quando l’acqua che lo tocca ci si distende sopra invece di raccogliersi in gocce e scivolare via. La parola mette insieme le radici greche per acqua e per affinità, e descrive un rapporto fra due superfici: dice come si comporta il liquido nell’istante in cui incontra il solido, non quanto ne resta dentro alla fine.
La distinzione conta, perché nell’uso corrente idrofilo e assorbente si scambiano di posto. Quanto un materiale trattiene dipende dal volume vuoto che ha dentro e da come quei vuoti comunicano fra loro; che il liquido riesca a entrarci dipende invece dalla superficie delle fibre, ed è lì che sta l’idrofilia. Un vetro pulito è idrofilo e non trattiene una goccia. Un velo di polipropilene, che idrofilo non è, si può rendere bagnabile con un finissaggio superficiale senza che il polimero sotto cambi di una virgola.
Energia di superficie e angolo di contatto
La misura di riferimento è l’angolo di contatto. Si posa una goccia d’acqua su una superficie piana e si legge l’angolo che il bordo della goccia forma con il piano: l’equilibrio fra le tre tensioni in gioco, quella del liquido, quella del solido e quella dell’interfaccia fra i due, è descritto dall’equazione di Young ed è quello che fissa il valore.
La soglia convenzionale sta a novanta gradi. Sotto i novanta la superficie si dice idrofila e la goccia si allarga; sopra i novanta si dice idrofoba e la goccia si rialza su sé stessa. Dietro la soglia c’è un confronto fra energie. L’acqua a venti gradi ha una tensione superficiale intorno a 72 millinewton per metro, che è un valore alto fra i liquidi comuni, e bagna soltanto i solidi la cui energia superficiale sta sullo stesso ordine o più su. Vetro, ossidi e metalli puliti ci stanno sopra; cere, poliolefine e fluoropolimeri stanno molto sotto, e l’acqua su di loro resta in gocce.
Su un tessuto l’angolo non si legge, perché non esiste un piano da cui misurarlo: c’è un intreccio di fibre con dei vuoti in mezzo, e la goccia sparisce dentro invece di fermarsi in superficie. Per questo sui materiali fibrosi l’idrofilia si accerta per via indiretta, guardando se e in quanto tempo il campione prende acqua.
Idrofilo, idrofobo, idrorepellente, igroscopico
Quattro parole vicine che non dicono la stessa cosa. Idrofobo è l’opposto esatto di idrofilo e riguarda la stessa proprietà, cioè il comportamento dell’acqua sulla superficie: la membrana di un filtro respiratorio è idrofoba per costruzione, perché il suo mestiere è lasciare passare l’aria e non il liquido.
Idrorepellente non è un sinonimo di idrofobo. Indica un finissaggio, cioè uno strato applicato dopo, che rende idrofobo qualcosa che di suo non lo era: sotto il trattamento un cotone idrorepellente resta cotone. Igroscopico riguarda un’altra scena ancora, quella del vapore: è la tendenza a prendere umidità dall’aria, senza acqua liquida a contatto. Un materiale può essere igroscopico senza essere particolarmente idrofilo, e viceversa.
Perché il cotone greggio non è idrofilo
Il caso in cui la parola si vede lavorare meglio è proprio il cotone. La fibra è cellulosa quasi pura, fra l’88 e il 96 per cento, e la cellulosa con l’acqua va d’accordo. Eppure un fiocco di cotone appena sgranato, buttato in una bacinella, galleggia e resta asciutto.
La ragione sta in un guscio. La fibra è rivestita da una cuticola che pesa attorno al due e mezzo per cento del suo peso, fatta di cere, pectine e sostanze proteiche; le cere, catene lunghe di acidi grassi e alcoli, stanno da sole fra lo 0,4 e l’1,2 per cento. È uno strato sottilissimo e continuo, con l’energia superficiale bassa tipica dei grassi, e basta a tenere l’acqua fuori. Il cotone greggio si comporta insomma da idrorepellente per conto suo, e la cellulosa che sta sotto non arriva mai a toccare il liquido.
La purga: come si rende idrofilo il cotone
Il passaggio che toglie quel guscio si chiama purga, e nella catena di pretrattamento tessile viene prima del candeggio. Il cotone cardato si porta a bollore in un bagno alcalino: la soda saponifica le cere, cioè le trasforma in saponi solubili che se ne vanno con l’acqua, e nello stesso giro se ne vanno pectine e residui azotati. Poi si lava finché il risciacquo non dà più reazione alcalina. Le descrizioni tecniche storiche fissano il trattamento in una soluzione di idrossido di sodio intorno al quattro per cento per una mezz’ora, seguita dal lavaggio fino alla scomparsa della reazione; i cicli industriali di oggi cambiano con l’impianto e con la partita.
Alla fine la fibra non è cambiata nell’ossatura, la cellulosa è la stessa di prima. È sparita la copertura, e con lei la ragione per cui l’acqua restava fuori. Quello che si chiama cotone idrofilo è cotone a cui è stato tolto qualcosa, non cotone a cui è stato aggiunto qualcosa.
Quanto è idrofilo: le due prove della farmacopea
Sul cotone per uso sanitario l’aggettivo diventa un numero. La monografia europea sul cotone idrofilo, Lanugo gossypii absorbens, lo definisce come fibre nuove o pettinatura di buona qualità ottenute dal seme di specie del genere Gossypium, pulite, purificate, sbiancate e cardate con cura, e ne fissa due prove che si eseguono una di seguito all’altra.
La prima è il tempo di affondamento. Cinque grammi di campione, prelevati in cinque punti diversi, si posano senza comprimerli dentro un cestello di filo di rame; il cestello si lascia cadere da circa dieci millimetri sull’acqua a circa 20 °C, in un becher riempito fino a dieci centimetri di battente. Il tempo che impiega ad andare sotto la superficie non deve superare i dieci secondi, e il risultato è la media di tre prove.
La seconda è la capacità di ritenzione d’acqua. Finita la prima, il cestello si sfila, si tiene orizzontale a sgocciolare per trenta secondi esatti e si pesa: il valore non deve stare sotto i 23,0 grammi d’acqua per grammo di cotone. Un cotone che affonda nel tempo previsto e regge quel rapporto è idrofilo nel senso stretto del termine; uno che galleggia non lo è, per morbido che sia al tatto. Sulle garze il riferimento cambia: la norma europea EN 14079 fissa requisiti e metodi di prova per la garza di cotone idrofilo e per quella di cotone idrofilo e viscosa, e lascia fuori le garze impregnate di sostanze farmaceutiche.
