Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные функциональные синтетические волокнистые материалы. Монография
.pdf
51
модификации, что ограничивает его применение для обработки рулонных текстильных материалов из синтетических волокон с низкой термостойкостью.
В работе [364] для модификации полиимидных волокнистых ма-
териалов в процессе формования применяют воздействие импульсного
электрического поля или ультразвуковое облучение. В ходе обработки
после начала стадии отверждения волокон и до ее полного завершения
происходит временное увеличение подвижности цепей полиимида.
Данный метод позволяет получать полиимидные волокнистые материалы с термоокислительной стабильностью. В способе [365] ультразвуковое воздействие используют в процессе обработки гранулята ПЭТФ,
используемого для формования волокон. В данном случае волокнообразующий полимер подвергается ультразвуковой обработке при частоте 40 кГц в течение 2 ч и модификации фторсодержащим форполимером. Полученный волокнообразующий полимер обладает повышенной стойкостью к термоокислительной деструкции.
Авторами [366] показана возможность применения ультразвуко-
вых низкочастотных волн в процессах окрашивания смесовых текстильных материалов с содержанием ПЭФ волокон. Воздействие ультразвуковой обработки на материал в течение 15–20 мин при мощности
3 кВт приводит к удалению с поверхности текстильного материала технологических примесей и позволяет интенсифицировать последующие
процессы крашения.
Использование звуковых колебаний УЗ-частот возможно на
этапе влажно-тепловой обработки текстильных материалов. В работе [367] исследовано влияние ультразвуковой сушки при мощности
100–300 Вт на разрывную нагрузку трикотажных и нетканых полиэфирных материалов. Ультразвуковая обработка приводит к повышению прочности текстильных материалов до 20 %, однако существует
«пороговое» значение мощности излучателя, при превышении которого прочность образцов начинает снижаться. Данный метод применим
для модификации термочувствительных и легко окисляющихся синтетических волокнистых материалов. Однако использование УЗ-обработки
позволяет получать эффекты, в основном связанные с изменением механических свойств волокон, что существенно ограничивает применение данного метода для комплексной модификации текстильных материалов из синтетических волокон.
В способе [368] для процессов термообработки текстильных ма-
териалов предложено использовать циклическое воздействие
52
ИК-излучения при пересечении материалом постоянного магнит-
ного поля. При этом происходит смена вектора магнитной индукции
на противоположное с частотой 0,3–3 Гц при абсолютном значении
300–400 мТ. Данный способ позволяет получать полимерные текстильные материалы с эффектом устойчивого блеска без каландрирования.
Также электромагнитная обработка текстильных материалов из синтетических волокон применяется для повышения эффективности их взаимодействия с растворами красителей [369] и комплексными солями
металлов [370].
В работе [371] для фиксации красителя на полиэфирных волок-
нах предложено применять сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение частотой 915 или 2450 МГц. При этом материал может обрабатываться
микроволновым излучением как в сухом, так и в мокром состоянии.
Данный способ позволяет получать полиэфирные текстильные материалы с равномерной, насыщенной окраской и сниженным поверхностным электрическим сопротивлением. Авторами [372] установлено, что
воздействие электромагнитных волн СВЧ-диапазона мощностью от
450 до 850 Вт на высокоусадочную полиэфирную комплексную нить
позволяет снизить усадку c 36 до 6 % и повысить ее объемность. В данном случае преимуществом использования в отделочном производстве
СВЧ-обработки является ее энергоэффективность по сравнению с традиционными способами, основанными на конвекции, а также равномерность и высокая скорость нагрева текстильных материалов различной поверхностной плотности. В работе [373] представлены результаты
исследования влияния СВЧ-излучения на структурно-фазовые превращения в полипропиленовых волокнах. Показано, что кратковременное
СВЧ-облучение в процессе волокнообразования приводит к образованию однородной структуры кристаллической фазы и увеличению температуры плавления волокон.
СВЧ-излучение широко используется для проведения физико-хи-
мических процессов, например для разложения солей и гидроксидов,
а также дегидратации различных веществ. В работах [374, 375]
СВЧ-излучение применяется для образования и закрепления на поверхности полимерных волокон наноразмерных частиц диоксида олова.
Воздействие СВЧ-излучения мощностью 1200 Вт в течение 4–7 мин
позволяет избирательно нагреть гидроксид олова на поверхности волокон до температуры дегидратации, при этом деструкции самого полимера не происходит, а образованные частицы диоксида олова устойчиво закрепляются на поверхности полимерных волокон за счет
53
локального вплавления. Данный способ позволяет получать фильтрующие текстильные материалы для комплексной очистки сточных вод от
механических примесей и ионов тяжелых металлов. Авторами [376]
также получен ультрадисперсный слой полупроводникового оксида
олова на поверхности полиэфирных волокон за счет протекания твердофазной химической реакции под воздействием СВЧ-излучения. Данный метод в отличие от золь-гель технологий позволяет получать наноструктурированные полупроводниковые пленки на полимерных волокнах в одну стадию. Полученные материалы обладают повышенной
электро- и теплопроводностью и могут быть использованы для элементов электронных устройств.
Применимость методов модификации с использованием
СВЧ-излучения существенно ограничивается температурой, создаваемой на поверхности обрабатываемого материала, составляющей порядка 130–160 °С. Это не позволяет использовать СВЧ-обработку для
синтетических волокон с низкой термостойкостью, так как при термическом воздействии могут происходить необратимые структурно-фазовые превращения, приводящие к деструкции поверхностных слоев волокон и существенному ухудшению их физико-механических свойств.
Для получения металлизированных текстильных материалов
с повышенной огнестойкостью и теплоотражающими свойствами применяются физические методы модификации, заключающиеся в адгезивном закреплении металлических пленок на текстильных полотнах.
В способах [377, 378] на ткань на основе ароматических полиамидов
методом клеевого дублирования наносят металлизированную
пленку, что позволяет увеличить стойкость материала к инфракрасному воздействию в 1,2–2,1 раза, а также повысить его прочность на
разрыв на 10–25 %. Данные материалы применяют для изготовления
теплоотражательных костюмов для защиты работников аварийных
служб газоконденсатных месторождений. В работе [379] металлизированные ткани получают путем переноса металла с металлизированной
полярной или неполярной полимерной пленки, покрытой полистирольным лаком. Данный метод позволяет получать огнезащитные ткани,
металлизированный слой которых представляет собой пленку алюминия толщиной 0,04–0,06 мкм, адгезивно нанесенную на текстильный
материал. Использование методов клеевого дублирования приводит
к увеличению массы защитных костюмов. Получаемые материалы не
воздухопроницаемы и обладают относительно невысокой стойкостью
к изгибу.
54
При металлизации поверхности синтетических текстильных ма-
териалов различного волокнистого состава нашли применение электрофизические и электрохимические методы модификации. В способе [380] на термостойкую ткань с нанесенным фторпластом методом
термического испарения наносят наружный теплоотражательный метализированный слой из алюминия при остаточном давлении 2,8–3,2 сПа,
температуре в зоне осаждения 80 °С и скорости протяжки 2 м/с. Полученный данным способом материал обладает огнестойкостью, устойчив к многократным деформациям и может быть использован для изготовления средств индивидуальной защиты и тентов. В способе [381]
для получения текстильных материалов с повышенной термостойкостью и электропроводностью применяют метод газотермического
напыления алюминия. Для получения покрытий равномерной толщины
тканое полотно в процессе напыления металла изгибают на угол порядка 90° с использованием специальных валков. Изгибание зоны
напыления с одновременным растяжением материала создают условия
для максимального заполнения напыляемым металлом пустот между
переплетениями нитей. К недостаткам данных методов металлизации
текстильных материалов относится невозможность напыления покрытий сложного состава из-за фракционирования, происходящего вследствие разницы в давлениях пара компонентов.
В работе [382] с целью металлизации нити лавсана подвергали уль-
тразвуковой обработке в водно-спиртовой среде в течение 20–40 мин, а затем проводили их меднение из смеси растворов хлоридов или сульфатов меди в виде медно-аммиачных комплексов. Данный метод позволяет получать на нитях ПЭТФ однородные электропроводящие покрытия, которые могут применяться в качестве подслоя для дальнейшей
гальванической металлизации синтетических волокнистых материалов,
а сами нити могут использоваться в электротехнической продукции.
Недостатком метода является относительно низкая скорость процесса.
Авторами [383] получены ПАН волокна с медным покрытием,
металлизированные гальваническим способом. В данном способе стадии гальванической металлизации предшествует активация поверхности волокон щелочным раствором и химическое меднение в электролите, содержащем медный купорос. Полученные волокнистые материалы позволяют снижать напряженность электрического поля в 3 раза
и применяются для изготовления защитных экранов от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона от 30 Гц до 3000 ГГц. В работе [384] для гальванической металлизации синтетических нитей
предложено применение лазерного излучения с одновременным вращением нити вдоль оси. Облучение нитей на глубине 1–2 мм от поверхности раствора позволяет снизить концентрацию растворов для металлизации, а дополнительное вращение нити приводит к повышению равномерности наносимых покрытий.
В работе [385] описано получение металлизированной ткани
с гальваническим покрытием толщиной 20–30 мкм из никель-вольфрама, которая может применяться для изготовления многослойных
текстильных материалов для индивидуальных и коллективных средств
защиты от γ- и рентгеновского излучений. К недостаткам всех гальванических методов металлизации относят необходимость использования многокомпонентных химических систем, а также многостадийность и низкую скорость процессов.
Несмотря на достоинства существующих на данный момент фи-
зических, электрофизических и электрохимических методов, они достаточно ограниченно применяются для модификации текстильных материалов из синтетических волокон. В основном данные методы востребованы при структурировании волокнообразующих полимеров,
а также для активации и интенсификации химических процессов модификации материалов. Описанные электрофизические методы отличаются достаточно высокой температурой процессов, что может вызвать
деструкцию волокнообразующего полимера, а электрохимические методы в большинстве случаев не являются ресурсоэффективными и экологичными в силу использования большого количества реагентов.
Альтернативой изложенным методам модификации синтетиче-
ских волокнистых материалов служат газофазные методы на основе
применения плазмы тлеющего, барьерного, искрового, дугового, коронного, высокочастотного и сверхвысокочастотного разрядов. Применение плазмы газовых разрядов исключает использование токсичных
жидких реагентов, является ресурсосберегающим подходом в модификации текстиля и позволяет направленно изменять поверхностные
и физико-механические свойства материалов при сохранении комплекса основных эксплуатационных характеристик.
55
8 . ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ
ПОВЕРХНОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ
ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
При разработке функциональных текстильных материалов для
функционализации и подготовки поверхности синтетических волокон
перспективными являются методы обработки в плазме газовых разрядов, что связано с возможностью обработки волокон, нитей, тканых,
трикотажных и нетканых материалов, достаточной универсальностью
достигаемых эффектов для большинства тоннажных волокнообразующих полимеров, отсутствием жидких отходов, поскольку процессы
в массе своей газофазные.
Для модификации свойств поверхности полимерных волокни-
стых материалов находит применение низкотемпературная плазма тлеющего разряда, где обработка осуществляется в зоне положительного
столба. В работе [386] плазму получают в стационарном тлеющем разряде атмосферного давления, при скорости воздушного потока до
70 м/с и подаваемом постоянном электрическом напряжении до 35 кВ
газоразрядная плазма выносится из межэлектродного промежутка
и воздействует на модифицируемый материал. Данным способом удалось повысить гидрофильность поверхности текстильных материалов,
улучшить их адгезионные свойства, что может быть использовано для
модификации синтетических волокон с низкой термостойкостью.
В способе [387] плазму тлеющего разряда используют для обра-
ботки полиэфирного текстильного материала после его пропитки раствором гидроокиси щелочных металлов. Экспозицию в плазме проводят в течение 60–90 с при плотности тока 0,014–0,027 А/см2 и давлении
23,9–40,0 Па. Данная модификация позволяет получать полиэфирные
текстильные материалы с улучшенными антистатическими, гидрофильными и грязеотталкивающими свойствами. В работе [388]
ПЭТФ волокна после пропитки раствором антистатика обрабатывают
плазмой тлеющего разряда при силе тока 15–30 мА, частоте 50–40000 Гц
и давлении 20–30 Па в среде воздуха. Это позволяет получать текстильные материалы, обладающие антистатическими свойствами, устойчивыми к многократным мокрым обработкам.
Авторами [389] предложен способ применения низкотемператур-
ной плазмы тлеющего разряда (плотность тока в разряде 1,5 мА/см2,
давление 100–130 Па, плазмообразующий газ – воздух) и токов
56
57
высокой частоты для интенсификации огнестойкой отделки волокнистых материалов. При этом функция плазмы заключается в активации
поверхности текстильных волокон, повышении их гидрофильности
и интенсификации процессов пропитки антипиреном. Воздействие токов высокой частоты приводит к увеличению глубины проникновения
антипирена в волокна и его устойчивому закреплению.
В работе [390] описан способ получения полимерного нетканого
фильтрующего материала с антибиотическим покрытием. Для нанесения покрытия материал сначала помещают в плазму тлеющего разряда
пониженного давления на 50–150 с при давлении 80 Па, плазмообразующий газ – аргон. После в камеру подаются пары адамантана при давлении 15–100 Па и плотности тока разряда 0,1–30,0 А/м2, при этом время
обработки зависит от давления паров адамантана, частоты и плотности
тока. Таким образом получают нетканые материалы с антибиотическим
покрытием толщиной 20–50 нм, которые используются в изготовлении
фильтров для очистки воздуха промышленных помещений.
Авторами [391] получены электретные нетканые фильтрую-
щие материалы на основе ПП, ПЭФ и ПАН, заряженные стабильным
зарядом не менее 1,0 нКл/см2. Для этого обработку нетканых материалов проводили низкочастотным тлеющим разрядом в интервале
частот 50 Гц–10 кГц или тлеющим разрядом постоянного тока при
давлении 1–100 Па в плазме воздуха, аргона, кислорода или азота
в течение 10–300 с, при напряжении 300–800 В и плотности тока
0,01–0,50 мА/см2. Полученные нетканые материалы обладают высокой
устойчивостью заряда и используются для фильтрации с повышенной
эффективностью задержания аэрозольных частиц из газов и жидкостей.
Плазма тлеющего разряда пониженного давления используется
в том числе для ориентации полимерных волокон при формировании
холстов методом электроформования в процессах укладки волокон на
подложку [392]. Изменение направления поперечного градиента концентрации плазмы позволяет получать нетканые материалы с ориентированной волокнистой структурой.
К недостаткам модификации волокнистых материалов плазмой
тлеющего разряда относят зависимость получаемых результатов от величины контактирующей с плазмой площади поверхности материалов,
невозможность обработки материалов с низкой термостойкостью,
а также невысокая устойчивость эффекта плазменной модификации
[393, 394].
58
Модификация текстильных волокнистых материалов коронным
разрядом применяется для получения электретов [395]. В работе [396]
описан способ получения нетканого полипропиленового микроволокнистого материала, несущего электретный заряд с поверхностной плотностью 17–21 нКл/см2. Электризация текстильного материала происходит в процессе аэродинамического распыления расплава волокнообразующего полимера при воздействии поля коронного разряда. Полученный нетканый материал характеризуется высокой эффективностью
фильтрации воздушных сред, стабильностью электретных свойств на
протяжении 120 сут и применяется для изготовления фильтрующих
элементов в средствах защиты органов дыхания. В способе [397] электризацию полипропиленовых волокон производят в поле отрицательного коронного разряда напряженностью 5–12 кВ/см при формировании холста нетканого материала. Электретный материал характеризуется поверхностной плотностью электретного заряда до 20 нКл/см2
и может быть использован для фильтрации газовых сред за счет объемного захвата частиц электростатическим притяжением.
Авторами [398] предложен способ получения электретного мате-
риала путем воздействия поля коронного разряда напряженностью
2,5 кВ/мин на синтетический нетканый материал, сформированный из
полимера с фторсодержащей добавкой от 1 до 2 % мас. Полученный
материал имеет плотность заряда не менее 10 мкКл/м2, а присутствие
фторсодержащей добавки позволяет данному материалу эффективно
фильтровать масляные аэрозоли из воздушных сред. В способе [399]
при воздействии плазмы коронного разряда получают электретный
микроволокнистый материал на основе полиолефинов или ПВХ и добавки 0,1–5,0 % мас., включающей гетероциклическое имидное соединение, которое способствует электризации материала. Нетканые полотна,
полученные данным способом, могут быть использованы в качестве электростатических элементов в электроакустических устройствах.
Коронный разряд может также применяться в процессе волокно-
образования и формирования волокнистых материалов. В работе [400]
плазма коронного разряда применяется в технологии получения нетканых материалов методом электрофлокирования. В данном случае функция плазменного воздействия заключается в повышении заряда волокон
до 15 нКл/см2 и выпрямлении траекторий их движения, за счет чего возможно получение нетканых холстов с ориентированными волокнами.
В способе [401] обработка волокна происходит в зоне коронного разряда
при подаче потенциала 30–50 кВ, изменяющегося на противоположный
59
каждые 1,5 с. Повышение однородности внешней зоны коронного разряда достигается установкой электродов на расстоянии 10 мм от обрабатываемого материала, время экспозиции составляет 30–40 с. Данный
способ используется для подготовки волокон к пневмомеханическому
прядению и позволяет повысить их прочность на 11 %.
Авторами [402, 403] предложен метод модификации СВМПЭ во-
локон плазмой коронного разряда с энергией, составляющей от 0,2
до 1 Вт/м2/мин. Обработку материалов производят в плазмообразующей смеси газов аргона и кислорода, в соотношении 90/10 соответственно, а также воздуха. Полученный материал обладает улучшенными адгезионными свойствами, что позволяет использовать его для
создания сверхпрочных композиционных материалов. В работе [404]
модификация полимерных волокон плазмой коронного разряда применяется для активации их поверхности перед последующей пропиткой
металлполимерной композицией, содержащей нано- и микрочастицы
феррита стронция. Данный метод позволяет получать магнитные ткани,
используемые в защитных костюмах, а также для магнитотерапии.
В работе [405] показана возможность применения коронного раз-
ряда отрицательной полярности при напряженности 15 кВ/см для модификации ПЭТФ волокон в процессе их ориентационной вытяжки в присутствии изопропанола. Данная обработка облегчает протекание процесса крейзинга на стадии вытяжки волокон с формированием ориентированных фибриллярных структур на их поверхности и поляризованных
пор для введения целевых функциональных добавок в крейзы. Модифицированные таким образом волокна в зависимости от типа вводимых
функциональных наполнителей могут быть использованы для получения
полупроводниковых и малогорючих синтетических волокон.
Авторами [406] предложен способ получения нетканых ПП,
ПВХ, ПЭТФ материалов, фторированных в плазме коронного разряда.
Для этого в реактор вводится фтор-аргоновая газовая смесь при скорости потока 8 л/мин и давлении 67 Па. Фторированные таким образом
нетканые полотна обладают повышенной стойкостью к термоокислительной деструкции и используются для фильтрации газовых сред.
В работе [407] нетканое полотно на основе ПЭФ волокон пропитывается связующим, после чего в газовой фазе при давлении 0,1–1,0 Па
происходит внедрение йода. Далее материал обрабатывается коронным
разрядом в плазме воздуха при плотности переменного тока 0,2 мА/см2
и скорости протяжки 0,5 м/мин. Полученные материалы обладают
60
высокой эффективностью при очистке газовых сред от пыли, а также
используются для сепарации жидкостей.
В способе [408] описано получение полиамидных нитей с анти-
бактериальными свойствами при применении плазмы коронного разряда. Это достигается путем пропитки полифиламентных нитей антибактериальным составом, содержащим хитозан, доксициклин и моногидрат-1-гидроксигерматран, при этом непосредственно перед пропиткой и сразу после пропитки и отжима нить обрабатывают плазмой коронного разряда атмосферного давления с дозой иррадиации
2–200 мА·с/м. Экспозиция волокон в плазме коронного разряда позволяет очистить и гидрофилизировать их поверхность перед пропиткой,
а плазменная обработка влажных волокон сразу после пропитки антибактериальным составом приводит к образованию пероксида водорода,
который вступает во взаимодействие с волокном и позволяет закрепить
антибактериальные компоненты на поверхности волокон.
Особенностью использования плазмы коронного разряда для мо-
дификации текстильных материалов является то, что процессы ионизации в данном разряде происходят не по всей длине промежутка между
электродами, а лишь вблизи коронирующего электрода. Именно эта
зона характеризуется высокими значениями напряженности поля и используется для модификации материалов. Кроме того, эффективность
обработки текстильных материалов с целью активации их поверхности
плазмой коронного разряда ниже по сравнению с плазмой низкого давления, что связано с меньшей длиной свободного пробега частиц в возбужденном состоянии.
Плазменная обработка дуговым, барьерным и искровым разря-
дами менее распространена при модификации текстильных материалов. В работах [409, 410] показано, что модификация синтетических волокон в плазме барьерного разряда атмосферного давления в плазмообразующей среде воздуха, аргона или азота приводит к повышению смачиваемости поверхности волокнистых материалов, что связано с изменением поверхностной энергии образцов. Это позволяет повысить эффективность пропитки текстиля из синтетических волокон модифицирующими составами с целью придания различных функциональных
свойств. Авторами [411, 412] описано взаимодействие плазмы барьерного разряда с текстильными материалами в зависимости от их химического состава. При этом под действием плазменной обработки изменяется элементный состав поверхностных слоев полимеров, а протекание окислительных процессов влияет на окислительно-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]