CC BY
11
УДК 677.077.65
Г.В. М1ЩЕНКО, О.В. М1ЩЕНКО, О.О. ВЕНГЕР, Д Р. 1ЩЕНКО
Херсонський нацiональний технiчний унiверситет
П1ДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТ1ЙКОСТ1 ЗАХИСНОГО ТЕКСТИЛЮ
ДЛЯ СПЕЦОДЯГУ
В po6omi до^джена можливкть тдвищення 3HococmrnKocmi бавовняних текстильних Mamepianie, призначених для спецодягу, за рахунок формування на Их поверхнях полiмерних композицшних плiвок.
Ключовi слова: захисний текстиль, зносостшюсть, спецодяг, апрет, сумш полiмepiв, полiмepнa плiвкa, композицiя.
А.В. МИЩЕНКО, Е.В. МИЩЕНКО, Е.А. ВЕНГЕР, Д.Р. ИЩЕНКО
Херсонский национальный технический университет
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОУСТОЙЧИВОСТИ ЗАЩИТНОГО ТЕКСТИЛЯ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ
В работе исследована возможность повышения износоустойчивости хлопчатобумажных текстильных материалов, предназначенных для спецодежды, за счет формирования на их поверхностях композиционных полимерных пленок.
Ключевые слова: защитный текстиль, износоустойчивость, спецодежда, аппрет, смесь полимеров, полимерная пленка, композиция.
H.V. MISCHENKO, O.V. MISCHENKO, O.O. VENGER, D.R. ISCHENKO
Kherson National Technical University
ENHANCEMENT OF WEAR RESISTANCE OF PROTECTIVE TEXTILES FOR UNIFORM
The possibility of increasing the wear resistance of cotton textile materials intended for uniform, due to the formation ofpolymeric composite films on its' surfaces, was investigated in the work.
Keywords: protective textiles, wear resistance, uniform, dressing, a mixture of polymers, a polymer film, a composition.
Постановка проблеми
Анал1з тенденцш розвитку асортименту тканин сввдчить про зростання попиту та обсяпв виробництва текстильних матер1ал1в техшчного призначення [1, 2].
В групу тканин техшчного призначення входять тканини для захисного одягу, що е необхщним для працюючих на промислових тдприемствах р1зних галузей виробництва. До таких тдприемств вщносяться, зокрема, виробництва х1м1чно!, легко!, харчово! промисловосп, тдприемства мшстерства буд1вництва, житлово-комунальш тдприемства, транспорту та шшг Спецодяг працюючих на цих тдприемствах вимагае мщних тканин, що виробляються з надмщних волокон або мають захисне пол1мерне покриття. Оброблення тканин пол1мерами здшснюеться з метою ф1зично!, х1м1чно! або ф1зико-х1м1чно! модифжацп поверхш тканин та тдвищення зносостшкосп, яка е одтею з основних вимогових властивостей тканин для одягу [3].
У тепершнш час р1вень впливу негативних фактор1в на людину зростае, зростають i вимоги до опорядження захисних тканин полiмерами. В той же час ринок високомолекулярних сполук, яш можуть бути використанi у текстильному виробнищга, майже не змшився, тому модифiкацiя властивостей тканин може бути здшснена лише за рахунок модифжованих полiмерних речовин, зокрема, за рахунок застосування сумiшей полiмерiв i формування на тканинах - потмерних композитiв.
Композицп полiмерiв володiють новими властивостями [4^6], як1 об'еднують властивосп рiзних полiмерiв, що утворюють сумш, i проявляють новi. Отже, штерес представляе застосування для пiдвищення зносостшкосп тканин сумiшей полiмерiв i формування на поверхнях тканин композицшних полiмерних плiвок.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй
Розглядання i аналiз типових складiв для заключного опорядження текстильних матерiалiв [7], за допомогою яких пiдвищуеться зносостiйкiсть текстильних матерiалiв, показуе, що так склади у свош бiльшостi мiстять предконденсат термореактивних смол (ПТРС).
За допомогою предконденсапв термореактивних смол ущшьнюють мiжшаровий простiр на меж1 под^ поверхня тканини - полiмер апрету, пiдвищують адгезiю полiмеру до тканин, збiльшують
стшшсть апрету на тканиш до фiзико-механiчних дiй, за рахунок «зшивки» макромолекул мiж собою молекулами предконденсапв термореактивних смол.
Тобто, за загальноприйнятим механiзмом, дiя предконденсатiв термореактивних смол при його додаванш до полiмерного апрету зводиться до ролi зшиваючого агенту. Тому у склади, що додатково мiстять добавки предконденсатiв термореактивних смол, вводять вiдповiднi каталiзатори, яш забезпечують саме «зшивку» макромолекул полiмеру i утворення сичато! структури полiмерно! плiвки, сформовано! полiмером апрету. Але вщомо, що предконденсати термореактивних смол здатш до реакцп полжонденсацп з утворенням полiмеру лшшно! або сичато! структури.
Якщо забезпечити протiкання саме ще! реакцп - реакцп полжонденсацп предконденсатiв термореактивних смол, то на поверхш тканини утвориться композицiйна полiмерна плiвка: з полiмеру, що знаходиться у складi апрету i з полiмеру, що утвориться безпосередньо на поверхш тканини, за рахунок реакцп полжонденсацп предконденсатiв термореактивних смол. При цьому композитна плiвка матиме новi властивостi.
Використання сумiшей полiмерiв в тому чи^ !х розчинiв i водних дисперсiй або латексiв сьогодш е перспективним напрямком сучасних технологш модифжацп полiмерних речовин, за рахунок чого створюються зовам новi композицшш мaтерiaли, що володiють унiкальними властивостями. Вичизняна наука в цьому напрямку досягла значних успiхiв, зокрема, завдяки науковим дослiдженням нaуковцiв 1нституту хiмi! Високомолекулярних сполук НАН Укра!ни [4^6].
Науковцями ще! установи розробленi теоретичш аспекти створення композицiйних полiмерних мaтерiaлiв, в тому числi шляхом синтезу взаемопроникаючих полiмерних сiток (ВПС) [8, 9]. Модифжоваш полiмери, як1 мають високу мiцнiсть та теплостiйкiсть, адгезш до будь-яко! поверхнi, прозорiсть, отримують пiдвищену стiйкiсть до ультрaфiолету, води, кислот, лупв, пiдвищених температур та шших критичних фaкторiв. Цi фiзико-хiмiчнi аспекти модифжацп полiмерiв можуть слугувати теоретичними передумовами визначення шляхiв, надання текстильним мaтерiaлaм модифiковaними полiмерaми тдвищено! зносостiйкостi, надання за !х рахунок спещальних властивостей текстильним виробам, здшснити вибiр вiдповiдних компонентiв для апрепв, визначити умови здiйснення технологи апретування модифiковaними полiмерaми.
Формування мети дослвдження
Метою роботи е пiдвищення зносостшкосп тканин для спецодягу за рахунок утворення на поверхнях тканин композицшно! полiмерно! плiвки.
Зaдaчi дослiдження: встановлення природи зв'язку, що виникае у сумiшi полiуретaн -предконденсат термореактивно! смоли, здатно! як до реакцп зшивки, так i полжонденсацп; тдтвердження iнструментaльними методами анал1зу утворення саме композицшного мaтерiaлу; оцiнкa ступеня тдвищення зносостiйкостi тканин.
Викладення основного MaTepi&^y дослiдження
Робота виконувалась з використанням 30-вщсотково! водно! дисперсп полiуретaнового юномера типу Пулан (ТУ-88-УССР-95-014-89), що синтезуеться на основi толуiлендiiзоцiaнaту, лапролу молекулярно! маси 1000 та подовжувача ланцюга на основi гiдрaзину. Вiдмiтною його особливютю е те, що полiмер мiстить йоногенну сульфогрупу в ароматичному фрагменп мaкродiiзоцiaнaту, що робить полiмер здатним до самодиспергування у вод^ тобто товарна форма водно! дисперсп полiмерa не мiстить поверхнево-активних речовин.
З водно! дисперсп полiмеру формували полiмернi плiвки, вiльнi вiд iнших добавок i у присутностi предконденсaтiв термореактивних смол: частково етерифжованого похiдного мелaмiну, здатного до реакцп зшивки i полжонденсацп. Плiвки формували при темперaтурi 140° С. Для вивчення плiвок використовували спектрофотометричний метод дослiдження i оптичний - метод спектра мутностi [10]. Спектрофотометричш дослiдження виконували на IЧ-спектрофотометрi UR-20 (Нiмеччинa). Для дослiдження методом спектра мутносп плiвки одержували у вщповщносп з ГОСТом 14243-78 (Методы получения свободных пленок). Для 1Ч-спектрофотометричних дослщжень плiвки одержувались з розчишв на кристaлi KP-S-5.
Kiлькiсть предконденсапв термореактивних смол при формувaннi плiвки з !! добавкою складала 20 % по вщношенню до маси полiуретaну у перерахунку на сухi продукти.
Пiсля кондицiонувaння плiвки дослщжували на спектрофотометрi в облaстi довжин хвиль 7004000 см-1 при точносп вiдтворення спектрiв за хвильовим числом 1 -2 см-1, за величиною пропускания -5 %.
Дослщження з використанням ГЧ-спектроскопп дозволяють найбшьш точно iдентифiкувaти рiзнi типи зв'язк1в. А саме ця задача поставлена нами у робота встановити природу зв'язк1в, що встановлюються у системi полiуретaн - продукт «роботи» предконденсату термореактивно! смоли. На рис. 1 наведено 1Ч-спектри плiвок з предконденсaтiв термореактивних смол, полiуретaну та !х сумiшi, що сформоваш при темперaтурi 140 °С. На спектрах вiдмiчaеться зменшення iнтенсивностi смуги при
3350 см-1, що вщповщае валентним коливанням груп -ОН. Це дае пiдстави вважати участь ще! групи у хiмiчнiй реакци. Ймовiрно, що це реакцiя полжонденсацп похщного меламiну по групах -ОН.
Довжина хвил1 * 100 см-'
ПТРС+пол^етан
Рис. 1. 1Ч-спектри полiуретановоl плiвки, сформовано'1 в присутностi частково етерифжованого похiдного меламiну
Аналiз спектрiв сввдчить, що зшивка макромолекул полiуретану молекулами предконденсапв термореактивних смол не вщбуваеться. Тобто, зв'язк1в хiмiчно! природи ПТРС с полiуретаном на спектрi не встановлюеться. При аналiзi спектрiв вiдмiченi змiни, як1 свiдчили лише про утворення водневих зв'язк1в та зв'язшв, зумовлених молекулярною взаемодiею мiж полiуретаном та похiдним меламiну. Висновок зроблено на основi змiн 1Ч-спектра в обласп, що пов'язана з триазиновим к1льцем ПТРС, здатним до комплексоутворення (820 см-1 i 890 см-1).
Отже, за даними з спектроскопп найбшьш ймовiрним е смолоутворення з ПТРС, тобто утворення другого полiмеру, за рахунок реакци конденсацп з предконденсатом термореактивних смол, а це дае тдстави для припущення щодо утворення композицшно! полiмерно! плiвки, сформовано! з полiуретану та смоли, утворено! з меламiну. Тобто, утворюеться плiвка iз сумiшi двох полiмерiв.
Зробити висновок щодо утворення полiмерно! плiвки композицiйного типу (ймовiрно шляхом синтезу ВПС за структурою) дають тдстави результати оптичних дослiджень, проведенi нами методом спектра мутносп, який запропоновано для вивчення ВПС [10].
Шдставою застосування цього методу дослiдження для системи полiуретан - продукт конденсацп ПТРС слугували уявлення про утворену полiмерну композицiйну систему як дисперсну, тобто ми розглянули сформовану композицшну полiмерну плiвку як двофазну систему, в якш полiуретан е дисперсшним середовищем (частка його складае 80%), а продукт конденсацп ПТРС (20%) е дисперсною фазою. Система сформована з термодинамiчно несумюних полiмерних компоненпв, що означае вiдсутнiсть мономолекулярного взаемопроникнення i можливостi розчинятися одного полiмера в iншому. За результатами дослщження найвiрогiднiше, що утворена система - це ВПС - система, утворена двома гомополiмерами.
У таких системах можна визначити розмiри частинок полiмеру, розподiленого у полiмерi-матрицi, що утворюе дисперсшне середовище системи, що i було здiйснено у нашш роботi для того, щоб довести наступне: у присутносп в апреп на основi полiуретаново! дисперсi! ПТРС формуеться двофазна система, тобто ПТРС не виконуе роль зшиваючого агенту мiж макромолекулами полiмеру апрету, як прийнято вважати. Саме двофазнiсть системи зумовлюе висок1 механiчнi властивостi композицшно! плiвки, що було вже вiдмiчено вище. Отже, необхiднi механiчнi властивосп композицiйно! плiвки можна отримати шляхом цшеспрямованого впливу вiдповiдних факторiв на фазову структуру полiмерно! сумiшi. Такими факторами е склад апрету, сшввщношення компоненпв, ступiнь сумiсностi полiмерiв, умови формування другого полiмеру, наявнiсть вщповщних каталiзаторiв смолоутворення або реакцi! зшивки.
Дослщження спектрiв мутностi за методом, запропонованим в роботi [10] дозволили оцшити розмiри частинок, сформованих реакцiею полжонденсацп ПТРС, i розподiлених в полiмерi-матрицi, тобто в дисперсiйному середовищi, роль якого виконуе полiуретан. Результати розрахуншв показали, що розмiри частинок ПТРС тсля реакцi! конденсацi! в полiуретановiй плiвцi знаходяться для вказаних сшввщношень полiмерiв в межах 2,94 10-6см-1 5,05 10-6см-1, тобто частинки ПТРС знаходяться в межах розмiрiв частинок коло!дних систем, данi наведено в табл. 1.
Осшльки розм!ри частинок ПТРС в систем! пол!уретан - ПТРС знаходяться в межах частинок дисперсних систем - 10-6 см-1, маемо тдставу стверджувати, що система представляе собою гетерогенну пол!мерну систему коло!дного р!вня неоднор!дност!. Саме це зумовлюе п!двищення !! механ!чних характеристик.
Таблиця 1
Результати розрахунку |)озч1|)1в частинок в кочпозицшнш плiвцi (полiуретан - ПТРС)
Сп!вв!дношення ПУ:ПТРС Оптична густина пл!вки Характеристична мутшсть системи, см-1 Розм!р частинок, см-1 •Ю-6
9,0:1,0 0,225 43,84 2,94
8,5:1,5 0,650 110,21 5,06
8,0:2,0 0,569 71,89 4,79
Метод спектра мутност! дозволив також встановити сшввщношення пол!мерних компонент!в, яке забезпечуе формування найб!льш м!цно! ! ст!йко! пол!мерно! композиц!!. Таким чином, оптичним методом досл!дження (методом спектра мутност!) також тдтверджуеться утворення другого пол!меру ! двофазн!сть системи.
Утворення з пол!уретану ! ПТРС пол!мерно! системи типу ВПС з тдвищеними механ!чними показниками ф!ксуються в процеа визначення адгез!йно! м!цност!. ВПС характеризуются п!двищеною енерг!ею когез!!' ! збшьшенням показника розривно! м!цност!, у пор!внянш з !ндив!дуальними пол!мерами, з яких складаеться пол!мерна с!тка. Адгез!йну мщшсть пол!мерно! пл!вки, сформовано! !з сумш! пол!уретан - ПТРС оц!нювали за мщшстю скл!йок двох смуг тканини (30х150 мм), просочених пол!мерним пл!вкоутворюючим складом з пол!уретану та ПТРС, взятих у р!зних сп!вв!дношеннях. Смужки накладали одну на одну, просочували апретом, в!джимали до w=75%, висушували ! проводили термообробку (140° С, 5 хв).
Адгезшну м!цн!сть визначали за руйнуючою напругою ср:
СТр =
Р
ЪЬ
де Р - розривне навантаження, Н; ЪИ - площа смужки, м2.
Величину Р визначали на розривнш машин! РМ-3-1.
На рис. 2 представлена залежшсть адгез!йно! м!цност! пол!мерно! композиц!! пол!уретан-ПТРС.
Рис. 2. Залежшсть адгезшноТ чiциостi склейок вiд сшввмиошеиия полiуретан-ПТРС 1,1 - бавовняна тканина; 2,2 - по. мефнрио-бавовияиа; 1,2 - у ирисутностi КИ4С1
Як видно !з рис. 2, введення гл!казина в склад пол!уретаново! пл!вки зб!льшуе адгез!йну мщшсть, при цьому залежн!сть адгез!! ввд вм!сту ПТРС проходить через максимум, який мае м!сце при сшввщношенш компонент!в пол!мерно! сум!ш!, при якш !! м!цн!сть найб!льша. Подальше збшьшення к!лькост! в пол!мерному склад! глжазина приводить до зниження адгез!!'. При високих концентрац!ях гл!казина, коли вщбуваеться перетворення фаз, адгез!я знову збшьшуеться, причому на бавовняному субстрат! в бшьшш м!р!, н!ж на бавовнянопол!еф!рному.
Тканина, оброблена двофазною пол!мерною системою, характеризуеться тдвищеною м!цн!стю.
Утворення ВПС сприяе ущ!льненню шару на меж! розподшу пол!мер волокна - пол!мер апрету, що сприяе п!двищенню мщносп системи, !! зв'язку з поверхнею тканини ! ст!йкост! апрету на тканин!, а також тдвищенню !! зносост!йкост!.
Ощнка ще! властивосп тканини (арт. 1303 «ПШстрявотканна») при формуванш на Г! поверхш композицшно! пл1вки показала, що стшшсть до стирання по площиш зростае шсля апретування композицшним складом з 1600 циктв до 2050, бавовняно! спецтканини «Д1агональ» - з 3010 - до 4100. Зшивка макромолекул пол1меру апрету навпаки, сприяла б зниженню цього показника, осшльки шсля зшивки знижуеться еластичшсть пол1меру, рухливють макромолекул пол1меру 1 здатшсть до перерозпод1лу навантаження.
Отже, тдвищення зносостшкосп тканини шляхом використання в розчинах апрепв на основ! пол!уреташв - ПТРС можна пояснити не реакщею «зшивки», а смолоутворенням, яке вщбиваеться на вщповщних змшах у споживчих властивостях ТМ.
Утворенням ВПС на поверхш тканини можна забезпечити тдвищення зносостшкосп спецтканин 1 стшкосп апрепв на тканинах.
Забезпечення синтезу ВПС на поверхш ТМ 1 покращення його властивостей цим шляхом потребуе вщповщних змш у складах апрепв (шш! катал1затори для реакцп смолоутворення, ввдповвдт типи ПТРС) 1 технолопчних умов його застосування (температура).
Застосування сумшей пол1мер1в через синтез ВПС на ТМ в процеа !х опорядження ввдкривае нов! можливосп для надання тканинам вимогових властивостей.
Висновки
1. Методом ГЧ-спектроскопп показано, що при використанш високоетерифжованих похщних мелашну 1 створенш умови для реакцп його полжонденсацп у присутносп пол1уретану синтезуеться другий пол1мер 1 формуеться композиц1йна пол1мерна пл1вка, тобто створюеться двофазна дисперсна система.
2. Про двофазшсть пол1мерно! пл1вки як дисперсно! системи сввдчить оптичний метод дослщження, а саме, вивчення спектр!в мутност! ! визначення розм!р!в частинок, сформованих реакщею полжонденсацп предконденсату термореактивно! смоли ! розпод!лених в пол!уреташ.
3. Формування композиц!йно! пол!мерно! пл!вки зумовлюе п!двищення показник!в механ!чних властивостей тканини, на поверхш яко! створена пл!вка, зокрема, результатом е збшьшення числа м!цност! стирання по площиш опоряджено! тканини, тобто забезпечуеться збшьшення зносостшкосп тканини.
4. Таким чином, пол!мерна пл!вка, що формуеться на поверхш тканини може представляти не зшитий пол!мер, як прийнято за типовою технолопею, а сум!ш пол!мер!в ! мати властивост! пол!мерного композиту. Для забезпечення формування другого пол!меру треба створювати вщповщш умови.
Список використаноТ лiтератури
1. Крический Г.Е. Нано-, био-, химические технологии в производстве нового поколения волокон, текстиля, одежды: монография. - М.: Известия, 2011. - 528 с.
2. Перепёлкин К.Е. Основные мировые тенденции в производстве и потреблении // Текстильная химия. - 2003. - №1. - С. 21-33.
3. Захарченко А.С., Козлова О.В. Полимеры в заключительной отделке технического текстиля // Международной научно-практической конференции «Сегодня и завтра медицинского, технического и защитного текстиля» 8-9 октября 2012 г.: сборник тезисов докл. - М.: 2012. - С. 94.
4. Малышева Т.М. Когезионно-адгезионные свойства смесей полиуретанового эластомера с хлорвиниловыми сополимерами // XIII Укр. конф. з ВМС, 7-10 жовтня 2013: тези доповщей. -К.: 2013. - С. 248.
5. Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Взаимопроникающие полимерные сетки: монограф!я. - К.: Наукова думка, 1979. - 160 с.
6. Гончарова Л.А., Бровко О.О., Штомпель В.1., Сергеева Т.А., Карабанова Л.В., Сергеева Л.М., Кочетов О.О., Святина А.В. Мжропорисп пл!вки на основ! пол!уретан-пол!уретанакрилатний нашв-взаемопроникних пол!мерних аток // Пол!мерний журнал. - 2007. - Т. 29. - №4. - С. 271280.
7. Отделка хлопчатобумажных тканей : справочник в 2-х т. / [ред. Б. Мельникова]. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - Т. 1. - 432 с.
8. Гончарова Л.А., Сергеева Л.М., Ткал!ч М.Г., Бровко О.О. Синтез та дослщження в'язкопружних властивостей силановмюних епоксикрилатних взаемопроникнених пол!мерних аток // Матер!али XIII Укр. конф. з високомолекулярних сполук. - К. - 2013. - С. 171-173.
9. Штомпель В.1., Сергеева Т.А., Д.Б. Ючура Одержання пол!мерних матер!ал!в з захисними властивостями // Матер!али XIII Укр. конф. з високомолекулярних сполук. - К. - 2013. - С. 449.
10. Кленин В.И. Исследование структуры взаимопроникающих полимерных систем методами спектра мутности // Высокомолекулярные соединения. - 1977. - Т. XIX. - № 1. - С. 45-50.
