CC BY
157
УДК: 678. 677.03
Ю. Н. Хакимуллин, Э. Р. Рахматуллина, Р. Ю. Галимзянова, М. С. Лисаневич, И. Е. Когенман, Р. С. Яруллин
ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СТОЙКИХ К ТРАДИЦИОННЫМ
МЕТОДАМ СТЕРИЛИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Ключевые слова: полипропилен, нетканые материалы, стабилизаторы, спанбонд, мелтблаун.
Изучено влияние стабилизаторов на физико-механические свойства нетканых многослойных материалов на основе полипропилена до и после воздействия ионизирующего облучения дозой 30 кГр . Показано, что комплекс из органического фосфита и фенольного антиоксиданта повышает радиационную стойкость нетканого материала.
Keywords: polypropylene, nonwoven materials, stabilizers, spunbond, meltblown.
The effect of stabilizers on the physico-mechanical properties of the laminates of nonwoven polypropylene-based before and after exposure to ionizing radiation dose of 30 kGy. It has been shown that a complex of an organic phosphite, a phenolic antioxidant and improves the radiation resistance of the nonwoven material.
В последние годы среди подавляющего большинства развитых стран в области здравоохранения происходит вытеснение традиционного хлопчатобумажного белья и одежды многоразового использования одноразовыми изделиями, выполненными из технического текстиля, в частности различных видов нетканых материалов (НМ). Такие свойства НМ, как гидрофильность или гидрофобность,
воздухопроницаемость, хорошие барьерные и прочностные показатели при относительной дешевизне позволяют эффективно использовать НМ для медицинских целей. Они являются основными исходными материалами для изготовления одноразовой медицинской одежды и белья , включая одноразовую хирургическую одежду и белье, а также медицинские одноразовые средства индивидуальной защиты. Этот сектор рынка непрерывно расширяется [1].
Для производства стерильной одноразовой медицинской одежды и белья широкое распространение получили нетканые материалы на основе полимеров, в частности на основе полипропилена (ПП) [2-4].
У изделий из нетканых материалов на основе полипропилена множество преимуществ -высокая эластичность, стойкость к действию кислот, щелочей и органических растворителей, гипоаллергенность, возможность придания гидрофобных или гидрофильных свойств.
Нетканые полотна из полипропилена получают методом экструзии с последующим термоскреплением.
При всём разнообразии такие полотна можно разделить на 3 группы:
- спанбонд;
- мелтблаун;
- многослойные материалы на основе комбинации спанбонда и мелтблауна - спанбонд-мелтблаун-спанбонд (СМС, ССМС, СММС, ССММС).
Данные нетканые материалы представляют собой многослойные материалы, которые состоят из внешних слоев материала спанбонд и одного (СМС)
или двух (СММС) внутренних слоев материала типа «мелтблаун». Мелтблаун так же, как и спанбонд, получают фильерным способом, но, в отличие от технологии производства материала спанбонд, волокна имеют ограниченную длину и укладываются непосредственно на приемный конвейер без вытягивания.
В результате образуется своеобразная полипропиленовая вата, которая уплотняется впоследствии путем каландрования. Данный материал обладает повышенными гидрофильными и барьерными свойствами по отношению к проникновению микроорганизмов, что позволяет его использовать в качестве фильтрующего слоя в хирургических масках, респираторах и других фильтрующих элементах. Изделия на его основе обеспечивают более эффективную защиту от проникновения бактерий [5].
Однослойное полотно спанбонд получают по схеме, представленной на рис. 1
полотна спанбонд: 1 - экструдер, 2 - формующая головка, 3 - вытяжное устройство, 4 -транспортерная лента, 5 - каландр
Расплав полипропиленовой композиции из экструдера 1 подаётся в формующую головку 2. Выходящие из формующей головки бесконечные волокна проходят через вытяжное устройство 3 и укладываются на движущуюся транспортёрную ленту 4.
Формируемый на ленте волокнистый холст, подвергается точечному термоскреплению в каландре 5, после чего нетканое полотно направляется на резку, намотку и упаковку.
Технология мелтблаун подразумевает формирование волокон путем раздува
расплавленного полимера (фильерно-раздувная технология) горячим воздухом непосредственно на транспортерную ленту или на другую приемную поверхность. Технология мелтблаун позволяет получать нетканые материалы с наиболее тонкими волокнами и их равномерным расположением в холсте. Эти характеристики придают материалу высокие фильтрационные и абсорбционные характеристики. Еще одной особенностью, отличающей ее от технологии спанбонд, является то, волокна при фильерно-раздувном способе получения нетканых материалов, после осаждения на приемно-транспортировочную поверхность склеиваются естественным образом за счет липкости горячего полимера, что исключает необходимость в дополнительном скреплении.
В чистом виде полотно мелтблаун в России практически не производится.
Путем объединения обоих способов производства нетканых полотен (спанбонд и мелтблаун) получают многослойные материалы типа СМС.
инициирует интенсивную, в том числе и термоокислительную, деструкцию полипропилена
В связи с этим, несмотря на использование комплекса стабилизаторов, проблема
дополнительной стабилизации полипропилена и повышение его стойкости к воздействию радиации остается открытой. С этой целью изучалось влияние стабилизаторов на свойства нетканого материала на основе полипропилена.
Были выбраны традиционные
стабилизаторы, используемые в производстве полипропилена:
- пентаэритрит тетраокси (3 - (3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил) пропионат) (Ирганокс 1010)
— с
>
■ трис (2,4-трет-бутил-фенил) фосфит (ФОС-1);
сг
тг
ТГ
Х>
ы* и.псптеу
Рис. 2 - Схема производства многослойного материала типа СМС: 1, 2 и 3 - экструдеры
Экструдеры 1 и 3 производят непрерывные волокна, которые укладываются в слои С, а экструдер 2 формирует слой мелтблаун М. Структура получаемого продукта напоминает бутерброд с наружными слоями С (спанбонд) и внутренним слоем M (мелтблаун) [6].
Изменяя параметры технологического процесса, а также состав полипропиленовой композиции, можно целенаправленно изменять свойства отдельных слоёв материала СMС и при неизменном аппаратном составе поточной линии получать широкую гамму свойств конечного продукта.
В состав полипропиленовой композиции для получения НМ входят различные добавки: красители (1-1,5 %), антистатики (1%), УФ-стабилизаторы (2%), добавки повышающие его гидрофильность или гиброфобность (1-2%). Часть из перечисленных добавок вводятся в виде мастербатчей.
Для производства НМ СМС-типа, медицинского назначения, используют
полипропилен волоконных марок, обладающий долговременной термостабильностью, стойкостью к термоокислительной деструкции в процессе производства НМ. Требования по повышенной стойкости к термоокислению полипропилена для нетканых материалов обусловлены тем, что медицинские изделия однократного применения после изготовления стерилизуются, как правило, воздействием ионизирующего излучения, которое
Ч
КН-
в соотношении 1:1.
Стабилизаторы вводились в виде гранул в расплав полипропилена вместе с другими добавками на стадии смешения полипропиленовой композиции.
В результате были получены опытные образцы (ОО) нетканого материала типа СМС (плотность 35 г/м2) на основе полипропилена марки РР 1562 с содержанием 0,15% и 0,3% указанных стабилизаторов (далее обозначение ОО15, ОО30 соответственно). Материалы получали на ООО «Завод Эластик», г. Нижнекамск.
После получения НМ были проведены физико-механических испытания опытных образцов. Свойства нетканого материала оценивались до и после облучения ионизирующим излучением дозой 30кГр. Облучение осуществляли на радиационно-технической установке
«Электронный стерилизатор» с ускорителем электронов УЭЛВ-10-10-с-70.
Испытания нетканых материалов проводились в соответствии со стандартами, представленные в таблице 1. Полученные физико-механические показатели, приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2 введение стабилизаторов не влияет на исходную прочность при растяжении и пылеворсоотделение НМ, но приводит к падению их эластичности (относительного удлинения) и водоупорности. По-видимому, это происходит из-за плохого распределения стабилизаторов.
Таблица 1 - Стандарты испытаний
Наименование показателей Стандарты Приборы
Прочность при растяжении, Н - в продольном направлении - в поперечном направлении ГОСТ Р 532262008 Разрывная машина Zwick-2,5
Относительное удлинение при растяжении, %: - в продольном направлении - в поперечном направлении
Водоупорность, см Н2О ЕН 2081 1-92 Гидростатический тестер FX 3000,
Пылеворсоотделение (от подсчитанных частиц корпии)), ИСО 907310 Прибор Gelbo Flex Tester
Таблица 2 - Физико-механические показатели НМ
Наименование показателей Значение показателей до облучения/после облучения.
Опытные образцы НМ
Без стабилиз. ОО15 0030
Прочность при растяжении, Н - в продольном направлении - в поперечном направлении 107,80/ 72,74 43,77/ 28,67 113,78/ 96,73 43,63/ 29,60 102,02/ 93,64 34,25/ 30,43
Относительное
удлинение при растяжении, %: - в продольном направлении - в поперечном направлении 106,67/ 56,33 124,00/ 82,67 48,53/ 34,88 63,93/ 42,38 54,44/ 45,53 55,78/ 49,90
Водоупорность, см Н2О 54,25/ 49,25 36,43/ 33,00 39,90/ 34,13
Пылеворсоотделение (Lg (от подсчитанных частиц корпии)) 3,68/ 3,48 3,61/ 3,40 3,55/ 3,34
Можно предположить, что ввод стабилизаторов в виде мастербачей позволит улучшить физико-механические характеристики нетканых материалов.
Для всех нетканых материалов наблюдается снижение всех показателей после облучения ионизирующим излучением, причем у нетканых материалов без стабилизатора падение прочности и относительного удлинения более существенные, нежели для образцов материала с добавками стабилизаторов. Также введение и увеличение содержания стабилизаторов приводит к уменьшению падения физико-механических показателей после воздействия радиации.
Таким образом, введение стабилизаторов на стадии получения нетканого материала позволяет эффективно регулировать свойства нетканого материала.
Литература
1. Технический текстиль: перспективы развития: [Электронный журнал] 2008, №28 - Режим доступа: http://www.snab.ru/razdely/stati.html, свободный
2. Хакимуллин, Ю.Н. Нетканые материалы на основе полимеров, используемые для производства медицинской одежды и белья, стерилизуемой радиационным излучением: виды материалов, технологии производства / Ю.Н. Хакимуллин, С.И. Вольфсон, Р.Ю. Галимзянова, И.В. Кузнецова, А.В. Ручкин, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казан. технол. унта.- 2011. - №23. - С. 97-103.
3. Технический текстиль [Электронный ресурс]: Современные нетканые материалы для гигиены и медицины. Российские реалии. - Электрон. дан. - С-Пб., Российские торговые марки, 2005. - № 12- Режим доступа: http://www.rustm.net/ catalog/article/74.html, свободный. - Загл. с экрана.
4. Технический текстиль [Электронный ресурс]: Перспективы применения нетканых материалов в медицине / И.В. Кузнецова - Электрон. дан. - С-Пб., Российские торговые марки, 2001. - №12. - Режим доступа: http://www.rustm.net/catalog/article/788.html, свободный. - Загл. с экрана.
5. Европейская ассоциация одноразовых и нетканых изделий Edana. Брошюра «Чтобы правильно выполнить работу, нужно правильно одеться. Нетканые материалы для медицинской одежды одноразового пользования»
6. Мальнев, С.А. «Нетканые материалы» [Электронный ресурс] / Журнал «Нетканые материалы», №3 (4), сентябрь 2008 - Режим доступа: http://ne-tkan.ru/index/0-6, свободный.
© Ю. Н. Хакимуллин - д.т.н., проф. каф. химической технологии переработки эластомеров КНИТУ; Э. Р. Рахматуллина -асп. каф. технологического оборудования медицинской и легкой промышленности КНИТУ; Р. Ю. Галимзянова - к.т.н., асс. той же кафедры; М. С. Лисаневич - к.т.н., асс. той же кафедры, lisanevichm@gmail.com; И. Е. Когенман - магистрант той же кафедры; Р. С. Яруллин - д.х.н., проф. технологии синтетического каучука КНИТУ.
