Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0019

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0019
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Название доклада
Разработка технологии управления микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности для отраслей экономики Российской Федерации (энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса)
Докладчик
Хамматова Венера Василовна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
В процессе эксплуатации одежды и обуви в производственных условиях, существует проблема низкого уровня соответствия изделий основной целевой функции, качественным показателям и защитным свойств натуральных текстильных и кожевенных материалов в течение всего срока их службы. В этой связи целью работы отчетного этапа является разработка и изготовление экспериментальных образцов натуральных материалов легкой промышленности за счет применения плазменной технологии наноструктурирования в потоке неравновесной низкотемпературной плазмы (ННТП), которая позволит повысить показатели качества - физико-механические характеристики, с устойчивым во времени гидрофобным эффектом лицевой поверхности, с высокими гигиеническими показателями за счет изменения надмолекулярной структуры коллагена кожевенных материалов, волокнистых микро- и наноструктур текстильных материалов.
Для реализации выше поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изготовить экспериментальные образцы наноструктурированных и наномодифицированных текстильных и кожевенных материалов с повышенными гидрофобными, гигиеническими свойствами для одежды и обуви специального назначения; провести исследовательские испытания экспериментальных образцов; разработать лабораторный технологический регламент получения наноструктурированных натуральных текстильных и кожевенных материалов; определить режимы на плазменных установках; изготовить и провести испытания опытных образцов одежды специального назначения из разрабатываемых материалов; провести дополнительные патентные исследования; подготовить заявку и провести оценку РИД, полученные при выполнении ПНИ.
Актуальность и новизна исследования
В последнее время многие зарубежные и отечественные производители текстильных и кожевенных материалов проявляют интерес к проблеме защиты человека от комплекса негативных факторов возникающих в строительном, энергетическом, оборонно-промышленном и нефтехимическом комплексе. Проект направлен на решение актуальной проблемы обеспечения рынка потребителей новым поколением одежды и обуви специального назначения, отличающиеся повышенными качественными показателями и соответствующие мировому уровню; импортозамещение натуральных материалов в высокотехнологичных секторах экономики; повышение качества продукции.
Новизна исследования - получение наноструктурированных и наномодифицированных экспериментальных образцов текстильных и кожевенных материалов с повышенными гидрофобными, гигиеническими свойствами для одежды и обуви специального назначения, обладающих повышенными показателями качества: высокими физико-механическими, эксплуатационными, эстетическими, гигиеническими и антибактериальными характеристиками, с устойчивым во времени гидрофобным эффектом лицевой поверхности, основанной на наноструктурировании и наномодифицировании волокнистых микро- и наноструктур текстильных материалов и надмолекулярной структуры коллагена кожевенных материалов за счет их обработки потоком неравновесной низкотемпературной плазмы пониженного давления и коллоидным раствором наночастиц серебра.
Описание исследования

Технологический процесс изготовления  экспериментальных образцов наноструктурированных текстильных материалов с повышенными гидрофобными и гигиеническими свойствами предлагается выполнить  на плазменной установке "ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3". Данная установка является однокамерной, периодического действия и предназначена для обработки рулонных тканей из натуральных и смесовых тканей в потоке ННТП пониженного давления в условиях вакуума. Питание установки осуществлялось от сети переменного тока напряжением 380/220 В ± 5% и частотой 50 Гц. Сам процесс изготовления экспериментальных образцов текстильных материалов с повышенными гидрофобными и гигиеническими свойствами отличался от обычного производственного процесса тем, что добавился процесс наноструктурирования текстильных материалов потоком ННТП. Разработанный метод наноструктурирования экспериментальных образцов заключался в том, что суровые ткани после ткачества подвергались  обработке потоком ННТП за счет усовершенствования технологии получения материалов и регулирования режимов их обработки,  которые непосредственно влияют  на обеспечение  комплекса гидрофобных и гигиенических свойств натуральных текстильных материалов.

Для придания тканям определенных гидрофобных свойств,  их пропитывали различными составами (водоупорной, водооттакивающей,  нефтемасловодооталкивающей пропитками). Максимальный расход раствора 78 л/мин   при температуре 40-800С. Она равномерно распределялась по всей толщине экспериментальных образцов текстильных материалов, путем поверхностного нанесения  раствора в виде пленки определенной толщины с помощью гладких вращающихся валов. При этом величина остаточной влажности образцов текстильных материалов регулировалась на входе,  в пределах от 60 до 70%, на выходе 130%. Температура среды при их запаривании поддерживалась в пределах 103—108 °С в течении  20 минут.  Время промывки в водной среде составляло  30с.

В результате обволакивания волокон гидрофобной пленкой вода не проникала через ткань, либо быстро стекала, а либо разбивала на мельчайшие капли, остающихся на поверхности экспериментальных образцов  наноструктурированных текстильных материалов. При этом повышение водо- и нефтемаслостойкости происходило в результате соединения гидрофобных кремнийорганических комплексов с волокнами экспериментальных образцов текстильных материалов. При этом гидрофобные группы ориентировались таким образом, что они отталкивали частицы воды, при одновременном сохранении гигиенических свойств  у экспериментальных образцов текстильных материалов для спецодежды.

Технологический процесс изготовления  экспериментальных образцов кожевенных материалов предложен  в соответствии с оптимизированными методами их получения на технологическом комплексе прецизионной  плазменной установке, где создавался поток  ННТП пониженного давления в оптимальных режимах обработки. Установлено, что в процессе изготовления экспериментальных  образцов шкур,  немаловажным фактором являлась как очистка  поверхности экспериментальных образцов кожевенных материалов от химических реагентов, так и  изменение их поверхностных свойств. В процессе наноструктурирования  и химической реакции с участием плазмообразующих газов, с поверхности экспериментальных образцов кожевенных материалов удалялись органические загрязнения. После наноструктурирования потоком ННТП экспериментальные образцы кожевенных материалов становились  полностью чистыми от жировых  эмульсий и химических реагентов. Кроме того, наноструктурирование потоком ННТП позволяло изменить поверхностные свойства материалов, не меняя их объемных характеристик, что способствовало  улучшению их гидрофильности к пропиточным растворам и красителям, повышению адгезии покрывной пленки. Таким образом, за счет плазменной активации поверхности экспериментальных  образцов кожевенных материалов потоком ННТП, появляется возможность получить материал с принципиально новыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками, в которой также увеличивается плотность поперечных сшивок и изменяется поверхностная энергия. Эффективность применения потока ННТП пониженного давления в качестве инструмента наноструктурирования поверхности экспериментальных образцов натуральных кожевенных материалов, обусловлена особенностями процессов, протекающих в разряде, которые позволяют проводить не только поверхностную, но и объемную  их обработку. 

Результаты исследования

Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов наноструктурированных текстильных и кожевенных материалов, а также  исследования их нано- и микроструктуры, которые показали, что  плазма не оказывает деструктирующего воздействия на их поверхностную структуру, а приводит к изменению размеров нанопор, которые способствуют повышению гидрофобных и гигиенических свойств.  Под воздействием потока ННТП пониженного давления,  экспериментальные образцы  наноструктурированных текстильных материалов обладают комплексом поверхностных свойств, что приводит к увеличению впитываемости  водоотталкивающих, нефтемасло-водоотталкивающих  и масловодоотталкивающих пропиток, обеспечивает быстрое и равномерное  пропитывание их технологическими растворами, а также интенсифицирование  процесса их крашения с сохранением полученных ранее  комплекса физико-механических и эксплуатационных характеристик,  превосходящих  лучшие мировые аналоги.

Полученные результаты исследований пористости текстильных материалов подтверждают комплексное интенсифицирующее влияние применяемого метода наноструктурирования потоком ННТП на состояние поровой системы материалов, проявляющееся в развитии их макропоровой структуры, а также мезопоровых и субмикроскопических пространств в тонкой структуре биополимерных материалов, по - видимому, за счет воздействия активных частиц ННТП, достаточно интенсивного удаления низкомолекулярных веществ, в том числе связанной воды.

Результаты исследования диаметра контрольных и наноструктурированных нановолокон показывают, что уменьшение их размерного эффекта после воздействия потока ННТП, проявляется в улучшении прочностных свойств экспериментальных образцов текстильных материалов. Это связано, с одной стороны, с конформационными изменениями микроструктуры волокон, разрыхлением пряжи целлюлозосодержащих волокон, расщеплением пучков шерстяных волокон, вызывающих  увеличение сил сцепления отдельных нитей, повышение их цепкости и эластичности. Кроме того, снижается концентрация  протяженных дефектов в нановолокне за счет уменьшения вероятности локализации и последующей сегрегации нескольких точечных дефектов в области, сравнимой с диаметром нановолокна. Уменьшение размерного эффекта может проявляться в результате дополнительного взаимодействия между молекулами натурального полимера за счет воздействия потока ННТП, вызванного их ориентацией и дополнительного взаимодействия между ориентированными молекулами полимера, когда диаметр волокна становится сопоставим с длиной молекулы.

На основе проведенных микроскопических исследований установлено, что хорошо прослеживается рельефное изображение поверхности исследуемого материала. Такое строение обеспечивает важные качества волокна - его гигроскопичность, способность к прядению и свойлачиванию. После воздействия потока ННТП, поверхность шерстяного волокна становится чище,  чешуйки больше оттапыриваются, причем волоски зацепляются друг за друга зубчиками своей поверхности, что приводит к увеличению сцепляемости волокон чешуйками, и позволяет увеличить прочность и стойкость к истиранию текстильных материалов. При этом чешуйки подвижны относительно поверхности шерстяного волокна, то есть в кислой среде чешуйки прилегают к поверхности  и становятся более гладкими и блестящими.

Уровень полученных результатов сопоставим с мировым.

Практическая значимость исследования
В результате наноструктурирования и наномодифицирования текстильных и кожевенных материалов изготовлены экспериментальные образцы, обладающие повышенными гидрофобными и гигиеническими свойствами, а также экспериментальные образцы для одежды и обуви специального назначения, обладающие повышенными показателями качества. Основные характеристики полученных экспериментальных образцов натуральной кожи: предел прочности при растяжении до 22,0 МПа; удлинение при напряжении 10 МПа до 43,4%; устойчивость окраски к сухому и мокрому-5 баллов, к мокрому -4 балла; устойчивость покрытия к многократному изгибу-5 баллов; стойкость к истиранию до 8700 циклов; адгезия покрывной пленки к сухой коже до 152,2 Н/м и мокрой до 72,7 Н/м; массовая доля влаги до 14 %; краевой угол смачивания до 121 град; паропроницаемость водяных паров до 600 г/м2; гигроскопичность и влагоотдача до 16,0%.
Выявлено, что плазменное наноструктурирование экспериментальных образцов текстильных и кожевенных материалов обладают: адгезионной прочностью расслаивании до 125,3 даН; разрывной нагрузкой по основе и утку до 1305,5Н; относительным разрывным удлинением до 55,78%; стойкостью к истиранию до 30600 циклов; жесткостью при изгибе до 1,24 Н; водоупорностью до 3,2 кПа; гигроскопичностью до 9,4%; стойкостью к морской воде до 14 ч, к нефти до 17 ч, к щелочи до 9,5ч; к кислоте до 5,5 ч.
Разработан лабораторный технологический регламент получения наноструктурированных натуральных текстильных и кожевенных материалов; произведена отработка режимов на плазменных установках для изготовления и проведения испытания опытных образцов одежды специального назначения из разрабатываемых материалов.