CC BY
19УДК 677.027.62:620.3(043.2) В.А. Кузьменко, А.И. Русанова, О.И. Одинцова
ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ ДУШИСТЫХ ВЕЩЕСТВ НА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ МЕТОДОМ «LAYER-BY-LAYER»
(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: [email protected]
Оценена эффективность иммобилизации душистых веществ на целлюлозных текстильных материалах посредством формирования самоорганизованных слоев полиэлектролитов. С помощью ИК-Фурье спектроскопии показана возможность модификации целлюлозной пленки синтетическими полиэлектролитами. Методом газовой хроматографии изучено влияние концентраций полиэлектролитов в пропиточной ванне на кинетику выделения душистого вещества с текстильного материала, обработанного по методу «Layer-by-Layer».
Ключевые слова: синтетические полиэлектролиты, душистые вещества, заключительная отделка текстильных материалов, «Layer-Ьу-1ауег»
На сегодняшний день весьма популярным направлением в текстильной промышленности становится разработка косметического текстиля, способного при взаимодействии с кожей человека проявлять определенные полезные, лечебные свойства [1]. Одним из примеров подобного косметического текстиля являются ароматизированные ткани, выделяющие во время носки приятный, ненавязчивый запах, благоприятно воздействующий на здоровье человека [2,3].
Идея выпуска ароматизированных тканей не является новой. Однако лишь в последние десятилетия зарубежным ученым удалось разработать ряд эффективных технологий в этой сфере [46], основным недостатком которых является высокая стоимость используемых препаратов. В России данная идея в настоящее время еще не реализована на практике.
Поэтому весьма актуальной является разработка отечественной технологии придания текстильным материалам, трикотажным полотнам и изделиям из них ароматических свойств методом управляемого ионного наслаивания разноименно заряженных ионов полиэлектролитов («Layer-by-layer»).
Метод «Layer-by-layer» является одним из наиболее простых и дешевых способов создания наноразмерных пленок с дополнительными функциональными свойствами, позволяя формировать тончайшие пленки (5 - 500 нм) заданной толщины и требуемого состава из большого количества разнообразных систем, чувствительных к внешним воздействиям [7]. При этом сборка нанослоев может проводиться на любой заряженной поверхности. Несомненным достоинством метода является простота: процесс можно проводить на воздухе, при комнатной температуре и в водной сре-
де без использования неблагоприятных для окружающей среды органических растворителей [8,9].
Синтез нанослоев на поверхности текстильного целлюлозного материала состоит из его поочередных пропиток в растворах противоположно заряженных полиэлектролитов.
В процессе исследования использовали синтетические полиэлектролиты [10] катионной (ВПК-402, производство ОАО "Каустик", г. Стер-литамак) и анионной (Акремоны различных марок, «Оргполимерсинтез» г. Санкт-Петербург) природы, в качестве душистого вещества применяли Ваниль СРВ 17171 (производство ООО «РосКосметика», г. Николаев). Акремоны относятся к воднополимерным композиционным материалам на основе поликарбоновых кислот, их солей и эфиров.
Препарат ВПК-402 является водорастворимым катионным полимером полидиметилдиал-лиламмоний хлоридом (ПДАДМАХ) и имеет следующую химическую формулу:
СИг-ИО СН СНг
Н2С ^Нг
Ы+СГ /\ СН3СН3
Контроль формирования самоорганизованных слоев полиэлектролитов на плоских подложках можно осуществлять с помощью ИК-Фурье спектроскопии [11], а в качестве подложки использовать целлюлозную пленку толщиной 0,021 мм, так как ее химическая структура имеет наибольшее сходство с природой хлопкового волокна. С этой целью целлюлозную пленку обрабатывали различными составами и проводили ряд исследований.
На рис. 1. представлены спектры чистой целлюлозной пленки (рис. 1 а) и пленки со слоем Ванили (рис. 1 б).
\
о 90 »
гя га щ №
988,11
ЭЙН ХМ MW 2000
волновое число, см1
Волновое число, см"1 Интенсивность Отнесение полос поглощения
ИК-Фурье спектр целлюлозной плёнки, 1738,39 81,50 Валентные коле- ной группы для кетонов,альдегидов, карбоновых кислот, сложных
пропитанной Ванилью нов) и амидов (лактамов)
1646,60 74,40 Валентные колебания двойных связей С=С (в ароматических соединениях)
ИК-Фурье спектр целлюлозной пленки с послойным нанесением душистого вещества, ПДАДМАХа и Акремона ЬК-2 1634,60 76,20
1738,39 - —
Подтверждение наличия душистых веществ во внешнем полимерном слое определяет контроль следующих пиков в спектрах: 1738,39 см"1 (указывает на наличие валентных колебаний карбонильной группы для кетонов, альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров) и 1646,60 см"1 (характеризует валентные колебания двойных связей С=С (в ароматических соединениях), которые идентифицированы (рис. 1) и представлены в
,
характеристический пик ^=1738,39 см"1 полностью отсутствует у образца пленки, обработанного полиэлектролитами.
Методом газовой хроматографии (рис.2) изучена кинетика выделения душистого вещества с текстильного материала, обработанного по методу «Ьауег-Ьу-Ьауег».
хроматограмма
36,049
32,618
ИОО ИМ
волновое число, см"1 б
Рис. 1. ИК-Фурье спектр целлюлозной пленки (а) и целлюлозной пленки со слоем Ванили (б) Fig. 1. FTIR spectrum for a cellulose film (a) and cellulose film with Vanilla layer (6)
Таблица 1
Характеристические спектры целлюлозных пленок,
обработанных душистыми веществами Table 1. Characteristic spectra of cellulose films treated
25,755
22,324
: 5,3
1
4,77
00,05 05,47 10,90 16,32 21,75 27,17 32,60 38,03
a
10,69 16,04 б
Рис. 2. Хроматограмма экстракта образца, пропитанного раствором Ванили (а) и образца с послойным нанесением Ванили, ВПК-402, Акремона АМК-10 (б) Fig. 2. Gas chromatogram for specimen extract impregnated with the Vanilla solution (a) and specimen extract with the «layer-by-layer» deposition of Vanilla, PDADMAC, Akremon AMK-10 (6)
Хроматограмма смеси веществ, полученная дифференциальным методом, представляет собой ряд пиков на диаграмме время - напряжение, имеющих в большинстве случаев форму кривой Гаусса. Площадь пиков пропорциональна количеству выделившегося вещества, поэтому для количественных расчетов необходимо измерять
их площадь. В табл. 3 представлены результаты исследования, полученные методом газовой хроматографии с использованием этилового спирта в качестве экстрагирующего вещества.
Таблица 2
Влияние способа обработки текстильного материала на экстракцию душистого вещества Table 2. The effect of textile material treatment method on the fragrant substance extraction
Из табл. 3 видно, что для всех образцов текстильных материалов, пропитанных раствором Ванили (5 г/л) и обработанных в присутствии синтетических полиэлектролитов, характерно полное исчезновение второго пика на хроматограмме и очень маленький по площади и высоте первый пик. Это свидетельствует об иммобилизации душистого вещества на текстильном материале и очень низкой степени экстракции его этиловым спиртом. Площадь первого пика образца №3 несколько меньше по сравнению с образцом № 2, что обусловлено высокой степенью закрепления душистого вещества на текстильном материале, благодаря слою анионного полиэлектролита, Ак-ремона АМК-10, препятствующего экстракции Ванили в раствор этилового спирта.
ВЫВОДЫ
Оценена возможность нанесения душистых веществ на целлюлозные текстильные мате-
риалы методом «Layer-Ьу-1ауег». С помощью ИК-Фурье спектроскопии показана возможность модификации пленки на основе целлюлозы синтетическими полиэлектролитами, закрывающими функциональное вещество.
Методом газовой хроматографии установлено влияние способа обработки полиэлектролитами на кинетику выделения душистого вещества с текстильного материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Marin ко vie S.S., Bezbradica D., Skundric P. Microencapsulation in the textile industry // CI&CEQ. 2006. №12 (1). P. 58-62.
2. Кириллова A.B., Панова С.А., Майданская О.Д. // Ученые записки Таврич. нац. ун-та им. В.И. Вернадского. Серия Биология, химия. 2012. Т. 25 (64). № 3. С. 256-266; Kirillova A.V., Panova S.A., Maiydanskaya O.D. // Uchenye zapiski Tavtrich. Nats. Un-ta im. B.I. Vernadskogo. Seriya Biologiya, khimiya. 2012. V. 25 (64). N 3. P. 256-266 (in Russian).
3. Clarke S. Essential chemistry for aromatherapy. Elsever Limited. 2008. 302 p.
4. Wang C.X., Chen Sh.L. // Fibres and textiles in easten Europe. 2005. V. 13. N 6 (54). P. 41-44.
5. Specos M.M., Escobar G., Marino P., Puggia C., Tesoriero M.V.D., Hermida L. // Journal of industrial textiles 2010. V. 40. N 1. 32 p.
6. Vasanth K.D., Boopathi N., Karthick N., Ramesh P. //
International Journal of Textile Science 2012. V. 1(3). P. 5-9.
7. Толстой Г. П.. // Успехи химии. 2006. № 75 (2). С. 183197;
Tolstoiy G.P. // Uspekhi Khimii. 2006. N 75 (2). P. 183-197 (in Russian).
8. Hyde K., Rusa M. Hinestroza J. Layer-by-layer deposition of polyelectrolyte nanolayers on natural fibres: cotton. Institute of Physics Publishing Nanotechnology. N 16. P. 422-428.
9. Hinestroza J. Nanolayer Self-assemblies: Novel. Adaptable Fiber Surfaces. National Textile Center. Annual Report: November 2007. 10 p.
10. Одинцова О.И. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52. Вып. 8. С. 3-9;
Odintsova O.I. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 8. P. 3-9 (in Russian).
11. Hyde G. K. // Thesis submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University for the degree of master of science in polymer and color chemistry. 2005. 94 p.
№ образца Последовательность обработки образца составами Высота пика, мв Площадь пика, мв-мин
1 2 1 2
1 Ваниль СРВ 17171 1,551 0,322 0,182 0,070
2 1. Ваниль СРВ 17171 2.ПДАДМАХ 0,172 - 0,022 -
3 1 .Ваниль СРВ 2.ПДАДМАХ 3. Акремон АМК - 10 0,258 - 0,017 -
4 Спиртовой раствор Ванили 7,935 8,306 0,958 1,816
НИИ Термодинамики и кинетики химических процессов, кафедра химической технологии волокнистых материалов
