Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена созданию научных основ получения тканей и изделий легкой промышленности, свойства которых позволяют изготавливать одежду специального назначения, предотвращающую вредное воздействие окружающей среды на организм человека. Такие работы в настоящее время являются необычайно актуальными и перспективными, особенно в связи с ухудшением экологической обстановки во всем мире.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры АФКХ МГТУ им. А.Н.Косыгина, в рамках темы № 09-632-42 «Исследование закономерностей структурной и поверхностной модификации волокнистых и пленочных материалов на основе самоорганизующихся полимерных систем, наночастиц и наноразмерных слоев».
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в создании научных основ нового метода поверхностной модификации волокон тканей и нетканых материалов для получения текстильных материалов, обладающих свойствами сверхгидрофобности, олеофобности и грязеотталкива-ния на основе использования фторорганических веществ, формирующих на-норазмерные слои из интерполимерных комплексов, в которых полимер играет роль закрепляющего, якорного компонента.
В качестве основной задачи исследования явилась разработка состава аппретирующего препарата для поверхностной модификации текстильных материалов с использованием водной среды и технологии его применения для получения специальной отделки одежды на существующем оборудовании.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
осуществлен анализ литературных источников, в которых рассматриваются способы поверхностной модификации текстильных материалов, с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств;
исследовали адсорбцию катионактивных фторсодержащих ПАВ и определили механизм формирования адсорбционных слоев;
исследовали формирование интерполимерных комплексов в водных растворах;
исследовали формирование наноразмерных слоев на поверхности волокон текстильных материалов: 1) при последовательном молекулярном наслаивании полимерной матрицы и адсорбционного слоя анионактивного ПАВ; 2)путем осаждения интерполимерного комплекса, сформированного в водной среде.
исследовали свойства защитных покрытий - краевые углы смачивания и устойчивость к химчистке и стирке.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Исследовалась хлопчатобумажная ткань, выбор которой обусловлен широким применением её для пошива специальной и форменной одежды, нетканые материалы
различного волокнистого состава исследовали с целью выявления зависимости модифицирующего действия от природы модифицируемых волокон.
В работе применялся комплекс современных аналитических и физико-химических методов исследования (спектроскопия, фотоколориметрия, по-тенпиометрия, атомная силовая микроскопия, лазерное динамическое светорассеяние), автоматический прибор для определения краевого угла смачивания, а также специально сконструированная установка для определения электрокинетического потенциала волокон.
Научная новизна. Разработаны физико-химические основы нового метода поверхностной модификации волокон с целью придания тканям и нетканым материалам гидрофобных, олеофобных и грязеотталкивающих свойств на основе формирования поверхностных наноразмерных слоев из интерполимерных комплексов из водной среды. При этом получены следующие наиболее существенные результаты:
установлено, что формирование адсорбционных слоев из фторсодержащих катионных ПАВ не может быть использовано для модификации тканей, изделия из которых подвергают стирке и химчистке, так как процесс адсорбции этих веществ является обратимым и поэтому модифицирующий слой не устойчив и может вымываться как в водной, так и в органической среде при очистке текстильных изделий от загрязнений;
установлено, что путем формирования наноразмерного модифицирующего поверхностного слоя из интерполимерных комплексов, сформированных в водном растворе можно придать тканям сверхгидрофобные, олео-фобные и грязеотталкивающие свойства устойчивые к химической чистке. Формирование таких комплексов непосредственно на поверхности волокон не способно придать тканям требуемых свойств;
установлено, что для эффективной модификации текстильных материалов не требуется создавать насыщенного мономолекулярного слоя фтор-содержащего вещества, но можно использовать принцип наношероховатости модифицирующего слоя для усиления модифицирующего действия.
Практическая значимость. Разработана новая эффективная технология поверхностной модификации тканей с использованием водных растворов фторсодержащих веществ, образующих интерполимерные комплексы с катионными водорастворимыми полимерами, для осуществления которой не требуется специальное оборудование. Новая технология может осуществляться на существующем оборудовании, в том числе и для обработки специальной и форменной одежды в промышленных стиральных машинах.
Автор защищает:
Экспериментально установленные закономерности формирования наноразмерных интерполимерных комплексов в водной среде.
Новый метод формирования поверхностного модифицирующего слоя путем осаждения наноразмерных комплексов на поверхности волокон текстильных материалов с последующим термическим воздействием для упорядочивания структуры модифицирующего слоя.
- Новую технологию аппретирования тканей с целью придания им супергидрофобных, олеофобных и грязеотталкивающих свойств на существующем оборудовании.
Личный ВКЛАД АВТОРА. Вклад автора является значительным на стадии анализа литературных источников, планирования эксперимента, выбора методов исследования, проведения экспериментов и обсуждения их результатов, обобщения и обработки экспериментальных данных.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научно-технических конференциях и получили положительную оценку: Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы экономики, прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2008), СПБ, СПГУТД, апрель 2008; (Дни науки 2009), СПБ, СПГУТД, апрель 2009; 3-я Международной конференции по Коллоидной химии и физико-химической механике, М, МГУ, 2008; Научной сессии секции Научного совета по физической химии поверхностно-активных веществ РАН, Мурманск,
г.; Научно-технической конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» Фагран-2008, Воронеж, ВГУ; Всероссийской конференции-школы «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении (индустрия наносистем и материалы), Воронеж, ВГУ, 2009; 2-ого Всероссийского семинара «Физико-химия поверхностей и наноразмерных систем», М.: ИФХиЭх им. Фрумкина, 2010 г.; Научно-практической конференции и выставки «На-нотехнологии в текстильной и легкой промышленности - от разработки до внедрения», М.: МГТУ, 2010 г.; Симпозиума «Техноткани, нетканые и композиционные материалы: жизнедеятельность человека, экология, производство, логистика. Инновационные разработки, современные технологии и применение технического текстиля» в рамках «Международной выставки технического текстиля, нетканых материалов и защитной одежды». М.: 2010г., Конференции «Текстиль 21-го века»М., МГТУ им. А.Н.Косыгина,
г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты, теоретические и экспериментальные положения диссертации изложены в 11 публикациях, из них 9 статей (2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ)
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из: введения, в котором обоснована актуальность работы, её научная новизна и практическая значимость; обзора литературы, в котором проведен обзор публикаций, посвященных способам модификации текстильных материалов и применяемых для этой цели препаратов. На основании анализа публикаций сформулирована цель исследования. В структуре диссертации - экспериментальная часть (2 главы), методическая часть - объекты исследования и методики эксперимента (1 глава), результаты эксперимента и их обсуждение (2 глава), выводы, в которых сформулированы результаты исследования; список цитированной литературы из 128 наименований, приложения, в которых приведены второстепенные результаты исследования. Основная часть дис-
