Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время текстильные материалы со специальными свойствами, обеспечивающими защиту человека от вредных токсических веществ, находят широкое применение. Одним из перспективных направлений в области создания текстильных материалов, обладающих антиадгезионными (масло- , водоотталкивающими) свойствами является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ), имеющих в своем составе фторсодержащий фрагмент, т.к. благодаря своей низкой поверхностной энергии фторсодержащие ПАВ способны при введении в состав поверхностного слоя волокна снижать его поверхностную энергию и уменьшать смачиваемость жидкостями различной химической природы. В настоящее время фторсодержащие ПАВ представлены практически всеми классами органических соединений. Однако принципиально новый вариант химической модификации волокон текстиля достигается при использовании поверхностно-активных фторсодержащих кетонов, которые обеспечивают химическое связывание фторсодержащих поверхностно-активных фрагментов с волокнами текстиля.
Известно, что модификация текстильных материалов чаще всего осуществляется за счет адгезии молекул полимера в виде пленки на волокнах ткани. Простота такой модификации ткани сопровождается существенным недостатком - сравнительно низкая устойчивость модифицирующих веществ на поверхности тканевых волокон к воздействию последующих чисток и стирок. В связи с этим, является актуальной разработка метода модификации текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с их химическим закреплением на поверхности, что позволит значительно повысить устойчивость модифицирующих эффектов.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «МГУДТ», в рамках темы № 12-621-45 «Разработка принципов получения наноструктурированных функциональноактивных полимерных материалов».
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка нового метода поверхностной модификации волокон текстильных материалов для придания им гидрофобных и олеофобных свойств, основанного на использовании фторорсодержащего ПАВ, формирующего наноразмерные слои и способного химически закрепляться на поверхности материала.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
- Анализ литературных источников, в которых рассматриваются способы поверхностной модификации текстильных материалов, с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств;
- Оценка эффективности использования фторсодержащих ПАВ
Неофлон-306 и ПФСК-8 для придания текстильным материалам антиадгезионных свойств;
- Исследование и анализ влияния основных технологических параметров процесса обработки (концентрация рабочего раствора, продолжительность обработки, влагосодержание волокон, предварительная активация волокон) на эффективность модификации;
- Исследование структуры, гидрофобных и олеофобных свойств, а также устойчивости к различным обработкам сформированных на поверхности волокон покрытий из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8.
Объекты и методы исследования
Объектом обработки являлась полиэфирная ткань, выбор которой обусловлен широким применением её для пошива специальной и форменной одежды. В работе применялся комплекс современных аналитических и физико-химических методов исследования, спектроскопия, атомная силовая микроскопия, автоматический прибор для определения краевого угла смачивания, общепринятые методы оценки специальных потребительских характеристик текстильных материалов, их устойчивость к эксплуатационным
воздействиям.
Научная новизна работы
Разработаны физико-химические основы метода поверхностной модификации волокон с целью придания текстильным материалам гидрофобных и олеофобных свойств на основе формирования поверхностных наноразмерных слоев из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 с химическим закреплением модификатора на обрабатываемой поверхности. При этом получены следующие наиболее существенные результаты:
показано, что препараты Неофлон-306 и ПФСК-8 являются эффективными модификаторами предварительно активированных полиэфирных тканей для придания им олеофобных и гидрофобных свойств;
установлено, что обработка волокон растворами фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с проведением дальнейшей термофиксации модифицируемого материала обеспечивает формирование на поверхности волокон молекулярного химически закрепленного наноразмерного слоя, придающего ткани свойство олеофобности;
установлено, что предварительная обработка текстильного материала в растворе хитозана, способного взаимодействовать как с предварительно активированными полиэфирными тканями, так и с исследуемыми в работе фторсодержащими ПАВ, позволяет при дальнейшей модификации сформировать на поверхности модифицируемого материала слой, придающий ткани свойства и гидрофобности, и олеофобности;
показано, что модифицирующий слой, сформированный на поверхности полиэфирных тканей, обладает устойчивостью к многократным стиркам и химическим чисткам.
Практическая значимость работы Обоснована целесообразность применения в качестве поверхностных модификаторов фторсодержащих препаратов ПФСК-8 и Неофлон-306 для получения полиэфирных тканей, обладающих свойствами только олеофобности, а также и олеофобности, и гидрофобности. Разработанная технология поверхностной модификации с использованием растворов исследованных в работе фторсодержащих ПАВ может осуществляться на существующем оборудовании, в том числе и для обработки одежды специального назначения в промышленных стиральных машинах и машинах химчистки.
Автор защищает:
- Экспериментально установленные закономерности формирования наноразмерных слоев из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 на поверхности текстильных материалов;
- Новый метод модификации текстильных материалов путем формирования и химического закрепления наноразмерного слоя на поверхности волокон;
- Оптимальный режим аппретирования препаратами Неофлон-306 и ПФСК-8 полиэфирных материалов с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств на существующем оборудовании.
Апробация работы
Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку в ходе работы: Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов ДНИ НАУКИ 2010 «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной легкой и полиграфической отрасли промышленности», (Санкт-Петербург, 2010); V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах – ФАГРАН-2010», (Воронеж, 2010); Международной научно-технической конференции «Текстиль 2010», (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции «Текстиль 21 века», (Москва, 2010); I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» с международным участием, (Казань, 2011); Всеукраинской научно-практической конференции с международным участием «Сучаснi технологii в легкiй промысловостi», (Хмельницкий, 2011); Международной научно-технической конференции «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности», (Иваново, 2011); 4 Всероссийского семинара "Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2012); VI Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах – ФАГРАН-2012», (Воронеж, 2012); Всероссийской научной конференции «Текстиль XXI века», (Москва, 2012); 9 Всероссийской конференции «Химия фтора», (Москва, 2012); 5 Всероссийского семинара "Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2013); IV International conference on colloid chemistry and physico-chemical mechanics, (Москва, 2013).
Личный вклад автора Вклад автора состоит в анализе литературных источников, планировании эксперимента, выборе методов исследования, проведении экспериментов и обсуждении их результатов, формулировании выводов.
Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах ВАК.
Объем и структура диссертации Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 113 ссылок. Работа содержит 15 таблиц и 31 рисунок.
Содержание работы Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и указаны ее цели и задачи. В обзоре литературы проанализированы основные методы модификации текстильных материалов и применяемые для этой цели препараты. В методическом разделе дана характеристика объектов исследования, используемых реагентов, а также методов исследования.
