CC BY
133
УДК 677.21
Л. Р. Джанбекова
МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ ВОЛОКОН
Ключевые слова: волокно, целлюлоза, структура, производство, модификация.
В работе представлены сведения о возможных методах модификации нетканых материалов на базе целлюлозосодержащих волокон с целью повышения их эксплуатационных характеристик и придания специальных свойств.
Keywords: fiber, cellulose, structure, manufacture, updating.
The paper presents information on possible methods for modification of non- woven materials on the basis of cellulose containing fibers with the purpose of increase of their operational characteristics and giving special properties.
Широкое применение нетканых материалов обусловлено высокими показателями эксплуатационных и физико-механических свойств (прочность на разрыв, усадка после термообработки, воздухо- и паропроницаемость, гигиенические показатели). Мировое потребление всех видов волокон для текстильных нетканых материалов ежегодно возрастает, при этом значительно увеличивается доля химических волокон [1].
Однако, несмотря на широкое распространение химических волокон и увеличение их баланса в общем производстве текстильных материалов, доля материалов из натуральных волокон продолжает оставаться достаточно высокой [2]. Решение проблемы повышения конкурентоспособности нетканых материалов на базе природных волокон предусматривает улучшение комплекса эксплуатационных и потребительских характеристик как самого волокна, так и материала, из него изготовленного. Оптимизация свойств материалов, используемых как для производства товаров народного потребления, так и материалов специального назначения, может быть достигнута путем их модификации.
Традиционные методы модификации натуральных материалов являются довольно простыми в смысле технологического воплощения и нашли широкое применение в промышленном процессе подготовки и заключительной отделки нетканых материалов. Существенное влияние на процесс модификации оказывают природа волокна и его структурная неоднородность, которая может быть направленно изменена в зависимости от условий и методов обработки. Методами физико-механической модификации натуральных волокон можно достичь изменения взаимного расположения макромолекул, что приводит к улучшению свойств текстильных нетканых материалов [3].
К основным физико-механическим характеристикам текстильных материалов относятся стойкость к истиранию, усадка, относительное удлинение и др.
Более высокой стойкостью к истиранию обладают материалы, имеющие большую долю исчезающих деформаций. Характер повреждений волокон от истирания зависит от структуры самого волокна и его химической природы. Целлюлозосодержащие волокна (хлопок, лен) обладают несколько меньшей устойчивостью к истиранию, чем синтетические волокна, но значительно превышают по сравнению с шерстяным волокном.
Степень усадки волокна зависит от изменения температуры и увеличивается с ее повышением. Однако усадка в условиях повышенной влажности сохраняется. Поэтому использование гидрофобных волокон в смеси с гидрофильными является одним из методов сохранения стабильности размеров ткани и изделий. Нить, обработанная горячей водой при 80оС, усаживается меньше, чем та же нить, обработанная в тех же условиях холодной водой при 200С, так как при более высокой температуре набухание, внутреннее напряжение, имеющееся на волокне, частично выравнивается [4]. Поэтому целесообразно проводить
предварительную тепловую обработку волокна. Однако следует учитывать, что при длительном нагревании при температуре 1000С происходят необратимые структурные изменения целлюлозы, при 160-1800С начинается быстрый процесс разрушения молекул, сопровождающийся деполимеризацией и обугливанием [5].
Значительно снизить его сминаемость и усадку целлюлозосодержащего материала можно методами химической модификации. Так в работе [6] представлен способ отделки, позволяющий за счет введения препарата АГМ-9 на основе гамма-аминопропилтриэпоксисилана.
Значительное снижение прочности волокна происходит при набухании в воде. Изменить степень понижения прочности волокнистых материалов в мокром состоянии можно путем химической обработки льняного волокна, описанной в [7]. Подобная обработка позволяет получить существенное улучшение прочностных свойств волокон.
Ослабить межмолекулярное взаимодействие можно обработкой веществами, вызывающими набухание, вследствие чего прочность связей значительно ослабляется, а гибкость макромолекул повышается, что облегчает возможность перемещения молекул при вытягивании. Так, путем частичной декристаллизации хлопкового волокна при обработке его олеинами удается уменьшить относительное удлинение при разрыве [8].
В работе [9] описывается возможность использования химического метода модификации целлюлозосодержащих волокон при дегидратации бишофитом. В результате такой отделки стойкость к истиранию значительно возрастает (в 2,0-2,5 раза).
Путем химической модификации может быть изменена гидрофильность природных полимерных волокон, например, введением в полимер органических и неорганических добавок, получением сополимеров, прививкой мономеров из жидкой и газовой фазы к поверхности волокна [10, 11]. При введении в полимер различных добавок или после прививки к нему мономеров изменяется химический состав полимерного материала, т.е. получается полимер с комплексом измененных объемных и поверхностных свойств.
Использование перечисленных методов обработки позволяет также придать целлюлозосодержащим нетканым материалам свойства невоспламеняемости, что позволяет получать огнестойкие полотна, устойчивые к прожиганию, которые могут быть использованы в строительстве для внутренней отделки помещений, потолочных конструкций, а также для производства защитной спецодежды [12, 13]. Введением добавок в виде небольшого количества низкомолекулярных реагентов, обладающих специфическими свойствами без химического взаимодействия с полимером между его макромолекулами, можно повысить устойчивость волокон и материалов к термической, термоокислительной деструкции, увеличить прочность, придать другие специальные свойства [14].
Еще одним методом модификации целлюлозосодержащих материалов с точки зрения их дальнейшего использования является пропитка текстильной основы составами на базе олигомерных и полимерных композиций с целью изготовления изделий специального назначения.
В работах [15-18] представлены составы, повышающие влаго- и маслостойкость текстильных материалов, улучшающие тепло- и огнестойкость [19-22], что позволяет эксплуатировать модифицированные таким образом материалы при неблагоприятных погодных условиях [23]. Таким материалом является, например, рулонный гидроизоляционный наплавляемый нефтеполимерный материал Башмостопласт [24], предназначенный для гидроизоляции мостовых сооружений. Материал представляет собой текстильную основу, на которую с обеих сторон нанесено нефтеполимерное вяжущее. В качестве нефтеполимерной составляющей могут быть использованы гудрон, асфальт пропановой деасфальтизации гудрона или остаточный битум.
В зависимости от предполагаемой области использования материала эксплуатационные свойства нефтеполимерного модификатора могут меняться в широких пределах путем варьирования состава композиции.
Кроме того, для создания долговечной защитной композиции на базе целлюлозосодержащих волокон, наряду с модификацией непосредственно текстильной нетканой основы целесообразно проводить модификацию полимерных и олигомерных композиций, применяемых для улучшения свойств натуральных высокомолекулярных материалов.
Правильный выбор метода модификации целлюлозосодержащих волокон и создаваемых на их основе нетканых материалов различного назначения позволит получить материалы с показателями прочностных и эксплуатационных характеристик, удовлетворяющих требованиям сегодняшнего дня, что позволит расширить ассортимент изделий из натуральных целлюлозосодержащих волокон.
Литература
1.Айзенштейн, Э.М. Сырье для текстиля: мировая перспектива /Э.М. Айзенштейн //Текстильная промышленность .-2003. - №4. - С.34-38.
2. Нетканые текстильные полотна: справочное пособие / Е.Н. Бершев [и др.]
3.Пасениченко, К.А. Исследование структуры и свойств льняного волокна на различных стадиях технологической обработки /К.А.Пасениченко, Н.В.Комарова. - М.: Сб.тр.ЦНИИЛВ, 1987.- С.108-118.
4.Кричевский, Г.Е. Химическая технология текстильных материалов./ Г.Е.Кричевский, Н.В.Корчагин, В.Сенахов - М:Легпромбытиздат, 1985. -640 с.
5.Mahale, G. Plamuia bility of cellulosic fibers / G.Mahale, M.Radder //Text.Technol.Dig. - 1995. - 52, N 44.- P.61.
6.Давыдова, Т.К. Способ малосминаемой и малоусадочной отделки целлюлозного текстильного материала./ Т.К.Давыдова [и др.].// Пат.2030496, Россия, МПК 6 D06 M 15/29. ЦНИИ х.-б. Пром-ти. -№ 4914736/05. - Заявл.25.02.91. - Опубл. 10.03.95. - Бюл.№ 7. RU.
7. Изгородин, А. К. Изменение свойств льноволокон после облагораживания их химическим воздействием / А.К. Изгородин [и др.] // Междунар.науч.-технич.конф.”Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности”, Иваново, 2001. -Тез.докладов. - Иваново: изд.ИГТА, 2001. - С.190-191.
8.Akim, E.L. Changes in cellulose structure auring manufacture and converting of paper//E.L.Akim / Cellul.Chem. and Technol., ASC Symp.Ser.-1977. - V.48.- P.153-172.
9.Васильева, Б.Д. Возможности модификации текстильных материалов природным бишофитом / Б.Д. Васильева, В.Е. Дербишер // Изв.вузов хим.и хим.техн. - 1995. - № 4-5. - С.134-138.
10. Chardon, I. Processe pour adoucir, Render hydrophile et non ja unissante composition comprenant un polyorganosiloxane./ I.Chardon, P. Olier // Заявка 2815049, Франция, МПК 7 D06 M 15/643, Rhodia Chimie. № 0012739.- Заявл. 05.10.2000. - Опубл.12.04.2002. - Фр., FR.
11. Силкина, Т.А. Синтез и исследование свойств полимерных материалов со специальными свойствами на основе фосфор- и серосодержащих полимеров для текстильной промышленности / Т.А. Силкина [и др.]// Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: Межвуз. Научно-технич.конф.:Москва, 2002. - Тез.докл.- М.:Изд.РосЗИТЛП. - 2002. -С.541-547.
12. Зубкова, Н.С. Исследование эффективности огнезащитного действия фосфоразотсодержащих соединений для снижения горючести полимерных , в том числе целлюлозосодержащих материалов/ Н.С Зубкова [и др.]//Тез. докл. Всеросс.научн.-техн. конф. “Современные технологии и оборудование текстильной пром-ти”.- М.: изд.МГТА, 1998.- С. 177-178.
13. Середина, М.А. Особенности огнезащиты и горения многокомпонентных волокнистых систем./ М.А.Середина, Н.С.Тюганова, Л.С. Гальбрайх // Химические волокна, 2001.- №6.- С.21-25.
14. Карякина, Л.Б. Прядение льна и химических волокон: справочник / Л.Б.Карякина, Л.Н. Гинсбург.-М.: Легпромбытиздат, 1991. - 544 с.
15. Lenti, D. Hydro- oil-repellent comprositions. / D. Lenti, T.Trombetta, G.Carignano // Заявка 1038919 ЕПВ, МПК 7 C 08 L 33/16. № 00105518.5.- Заявл. 15.03.2000. - Опубл. 27.09.00. - Англ.
16. Мотонобу, К. Эмульсия блокированного изоцианата, водо- и маслоотталкивающий состав. / К.Мотонобу, Я.Масаюки, Е.Такаси. // А.с.98119538/04, Россия, МПК 7 D 06 M 13/395. Заявл.29.10.98. -Опубл.20.07.00. - Росс. RU.
17. Mobus, M. Wasserige Polymerdispersioen und ihre Verwendung zur Herstellung wasserdampf-durchlassiger Textilbeschichtungen/ M. Mobus, E.Bister, R. Mulhaupr//Заявка 4315259 ФРГ, МПК 5 С 08 L 75/04, С 08 L 33/06. № 4315269.4. - Заявл. 7.05.93.- Опубл.10.11.94.
18. Miyadai, Sh. Water -soluble, water/oil repellent treating composition and method of making. / Sh.Miyadai, K.Matsumara, A.Yamamoto.//Заявка 1217119. Англ. МПК 7 D06 M 15/657. № 01310597.8.-Заявл. 19.12.01. - Опубл.26.06.02.- Англ.
19. Engel, E. Textile Feuer- und Thermusperren. / E.Engel, E.Redling, J. Geps.// Заявка 19718876, Германия, МПК 6 С 09 К 21/00. - Заявл. 3.05.97. - Опубл.5.11.98.
20. Алексюк, Г.П. Водорастворимые олигомеры пониженной горючести на основе меламина / Г.П.Алексюк [и др.]// Тез.докл. I Всеросс.конф. по полимер. матер. пониж. горючести, Волгоград, 1995. - С.97-99.
21. Буцких, А.Д. Способ получения огнестойкого тентового материала с поливинилхлоридным покрытием / А.Д.Буцких [и др.].//Пат. 2148116. Россия, МПК 6 D06N 3/00, № 99112766/04.-Заявл.24.06.99. - Опубл.27.04.00.
22. Starzak, M. LubeckaM., Krzemien W. Kapiel impregnacyjna do wytwarzania wlokienniczych materialow trudno palnich / M. Starzak, M.Lubecka, W.Krzemien // Пат. 179366, Польша, МПК 7 С 08 L 27/08. № 308182. - Заявл.13.04.95. - Опубл.31.08.00. - Пол., PL.
23. Schog, L. Witterungsschutzelement /L.Schog, R.Sxhog// Заявка 10011853, Германия, МПК 7 В 32 В 7/12. № 10011853.4. - Заявл.10.03.00 - Опубл. 17.01.2002. - Нем.
24. Доломатов, М.Ю. Новые нефтеполимерные композиционные материалы на текстильной основе / Доломатов М.Ю. и др. // Нефтепереработка и нефтехимия, 2000. - № 4. - С.13-14.
© Л. Р. Джанбекова - канд. техн. наук, зав. лаб. каф. плазмохимических и нанотехнологий высомолекулярных материалов КГТУ, [email protected].
