Нанотехнологии в текстильной промышленности Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 678.03; 677.494; 677.46

Н. Г. Васильева

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: нанотекстиль, волокнистые материалы, термо-фотохромные красители, умные волокна,

нановолокна, полимеры, сенсорные волокна.

Нанотехнологии занимают ведущее место в современной науке, как одни из приоритетных направлений. Активное развитие в данной области способствует разработке новых научнометодических принципов и подходов. Лежащих в основе создания новейших волокнистых материалов с измененной химической структурой.

Keywords: nanotextile, fibrous materials, thermo-photochromic dyes, intelligent fibers, nanofibers, polymer, sensory

fibers.

Nanotechnology occupy a leading place in modern science, as one of its priorities. Active development in this area contributes to the development of new scientific and methodological principles and approaches. Underlying the creation of new fibrous materials with a modified chemical structure.

Нанонаука и производство наноразмерных материалов и изделий, как одно из магистральных направлений развития современной науки и технологии, заявило о себе не так давно, в последние 10-15 лет. Это направление в области материаловедения и технологии активно развивается, захватывая все новые и новые области науки и промышленного производства.

По мере проникновения в структуру веществ и материалов, в сущность технологических процессов производства специалистам становилось очевидным, что для достижения определенного материаловедческого или технологического эффекта необязательно затрачивать избыточное количество как основных, так и вспомогательных веществ и материалов. Нужны новые научно-методические принципы и подходы

Развитые страны, передав традиционные текстильные технологии в развивающиеся страны, заранее, с опережением, очень активно и эффективно начали внедрять самые передовые технологии: информационные, био-, нано-, плазменные, лазерные и радиационные.

Производство текстиля, одежды и обуви в РФ не является приоритетным направлением уже на протяжении последних 15-20 лет. Ситуация не меняется и сегодня. Кризис в этой отрасли, как одной из перерабатывающих, начался не сегодня, а в 1993 году; объем производства текстиля сократился за это время на 60-70%. Надо заново воссоздавать отрасль, производящую современный «умный» текстиль [1].

Когда появились первые положительные результаты, стали говорить о начале эры «умного текстиля», а положенные в их основу технологии назвали высокими, наукоемкими. Изделия из «умного текстиля» находят широкое применение для экипировки военнослужащих, космонавтов и участников экспедиций, альпинистов, спротсменов, а так же в экстремальных условиях природных катаклизмов.

Развитие работ в области «:умных волокон» идет в двух направлениях: колористическом и интеллектуальном. Колористическое направление связано с разработкой принципиально новых видов армейского камуфляжа и развитием моды, предлагающей одежду с необычными цветовыми эффектами. Суть их состоит в использовании фото-, термо- и гидрохромных красителей. Окрашенные ими ткани могут изменять цвет под действием воды, тепла и света подобно хамелеонам. Изменения могут иметь локальный характер неопределенной формы и четко выраженный рисунок на тех или иных деталях или участках одежды [3].

Другая важная область использования нанотехнологий в текстильной промышленности - это колорирование, то есть крашение и печатание. Цветной рисунок текстильных

материалов по определению - нанотехнология. Так как молекулы или ионы красителей (имеют размеры 2-3 нм) проникают в структуру волокон, и там происходит их самосборка в моно- и полиадсорбционные слои толщиной не более 2-6 нм.

В некоторых случаях, окрашенное вещество вступает в химическую реакцию с функциональными группами волокон и образует прочную связь с полимером волокна. В результате формируются единые окрашенные макромолекулы волокна. Окраска становится суперустойчивой к многократным стиркам.

Сейчас нанотехнологи подбираются к формированию устойчивых окрасок вообще без всяких красителей и пигментов. Это так называемая структурная окраска, когда тот или иной цвет возникает за счет структуры, состоящей из отверстий определенного размера и геометрии, образующих «нанокружева» определенного орнамента.

Впрочем, живая природа давно уже освоила этот процесс. Так, глубокий черный и ярко-голубой цвета крыльев бабочки Papilio Ulysses обязаны именно такой структурной окраске. Такая окраска возникает в результате взаимодействия света и кружевной структуры крыльев бабочки.

Кружевными наноструктурами можно добиться не только цветного эффекта, но и получить эффект «невидимки». Этот принцип используется в знаменитых самолетах-невидимках «Стеллс». Положительные результаты на опытных образцах получены и для производства одежды-невидимки. Эта одежда становится невидимой, например, для приборов ночного видения.

Работы по использованию термо-, фотохромных красителей и материалов для военных целей и космоса начали интенсивно развиваться в 70-е годы прошлого века. По уровню разработок камуфляжа впереди идут США и Япония. Интенсивные исследования проводятся в Китае, Южной Корее, Тайване. Ткани-«хамелеоны», способные изменять свой цвет в зависимости от внешних факторов-идеальный материал для армейского камуфляжа. Подобно коже живых рептилий защитная одежда военного сможет мимикрировать, адаптируясь к изменениям окружающей среды. Реализация этих идей достаточно сложна и пока не осуществлена полностью, поскольку, в отличие от бытовой одежды, к армейскому камуфляжу предъявляются очень жесткие требования по устойчивости окрасок к действию светопогоды, трению, стиркам и химчистке [2].

Мода чрезвычайно активно влияет на расширение сфер применения «умного текстиля», предоставляя ему все новые и новые позиции и ниши в ее царстве. Идея выпуска ароматизированных тканей витала в мире моды давно. Известно много попыток в этом направлении. Однако запахи были слишком резкие и сильные или быстро улетучивались. Создание ароматного текстильного материала, с мягким ненавязчивым парфюмом пролонгированного действия, долго не удавалось. Успех пришел только в конце прошлого века. Химикам известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством-способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами, соединениями-включениями, клатратами. При создании душистых текстильных материалов «гостями» стали химические соединения, обладающие запахами. Комплексы-включения обладают эффектом пролонгированного действия, и запах способен сохраняться в течение длительного времени. Особое распространение и популярность ткани с парфюмом получили в Азии [1].

Сегодня нанотекстиль и наноодежда используются в следующих областях, во-первых, это производство нановолокон. Природные волокна: растительные (хлопок, лен, пенька и др.), животные (шерсть, натуральный шелк) по размеру пор (меньше 1-20 нм) - это нанопористые материалы. Отсюда их непревзойденные потребительские свойства: они дышат, впитывают пот, быстро набухают и быстро сохнут.

Химические волокна производятся ультратонкими, используя специальную технологию электропрядения, когда на выходе из фильеры раствор или расплав волокнообразующего полимера проходит электрическое поле. Эта технология была много лет

назад предложена академиком Петряновым и использовалась для производства из ультратонких волокон фильтров специального назначения. Сейчас электропрядение широко используется за рубежом для производства ультратонких и нановолокон для медицины, гигиенического текстиля.

В структуру любого химического волокна на стадии приготовления раствора или расплава волокнообразующего полимера вносятся частицы наполнителя наноразмеров. В зависимости от их химической природы получают волокна с разными свойствами (высокая механическая прочность, электропроводность, фотоактивность, антимикробные, сенсорные свойства, чувствительность к изменению температуры и т.д.). Отсюда и потенциальные области применения: силовые структуры, спорт, медицина, домашний текстиль, одежда [3].

Еще одна интересная область использования нанотехнологий-получение различных потребительских эффектов с помощью нанесения и закрепления на текстиле различных структур-контейнеров: нанокапсулы, липосомы, макроциклические химические соединения с нанополостями внутри цикла. В эти контейнеры временно помещаются вещества с различными свойствами, воздействие которых на текстиль проявляется в определенных условиях эксплуатации изделия. С помощью таких веществ можно, например, придавать одежде водо- и маслоотталкивающие свойства, пониженную горючесть, антимикробные, лечебные, химзащитные, косметические, репеллентные свойства.

Особое направление в нанотекстиле занимает производство сенсорных волокон, тканей и трикотажа. Такой текстиль еще называют электронным. Такой сенсорный текстиль позволяет в непрерывном режиме отслеживать основные параметры организма человека (температура, давление, пульс). Из такого текстиля изготавливают гибкие экраны для дисплеев и другие электронные устройства [4].

Таким образом, нанонаука и нанотехнология в производстве волокнистых материалов (текстильные полотна, кожа, искусственная кожа, мех, искусственный мех, комплесные материалы и др.) заняли определенное место, развиваются и углубляются в целях совершенствования технологии и улучшения качества продукции.

Литература

1. Синельникова, К. Десять в минус девятой - новая формула моды / К. Синельникова // «Независимая газета» - 2008.

2. Свидиненко, Ю.Г. Нанотехнологии в текстиле. Современные достижения / Ю.Г. Свидиненко // Рынок легкой промышленности. - 2005. - №42. - С. 345.

3. Никифоров, Ю. Нанотекстиль или старые технологии в новой обертке / Ю. Никифоров // Российский электронный наножурнал - 2009. - С.3.

4. Андриевский, А.М. Эра "умного" текстиля наступила и в России / А.М. Андриевский // Текстильная промышленность - 2003. - №3. - С. 51-53.

© Н. Г. Васильева - доц. каф. дизайна КГТУ; vam_pismo@list.ru.