Разработка научных основ технологии поверхностной модификации волокон текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с химическим закреплением модификатора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат наук Аксенова, Ирина Викторовна

• Аксенова, Ирина Викторовна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Аксенова, Ирина Викторовна

Содержание

Стр.

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Модификация поверхностных свойств волокон тканей

1.1.1 Основные направления модификации текстильных материалов с целью придания им заданных свойств

1.1.2 Основные принципы придания гидрофобности и олеофобности текстильным материалам

1.2 Модифицирующие препараты для текстильных материалов и технологии их нанесения

1.3 Фторсодержащие ПАВ как модификаторы

1.4 Модификация полиэфирных волокон

1.4.1 Структура и свойства полиэфирных волокон

1.4.2 Методы модификации полиэфирных волокон

Выводы по обзору литературы

2 Методический раздел

2.1 Объекты исследования, характеристика сырья и реактивов

2.1.1 Волокнистые материалы

2.1.2 Фторсодержащие препараты

2.1.3 Вспомогательные материалы

2.2 Методы подготовки материалов к работе

2.2.1 Приготовление растворов

2.2.2 Подготовка образцов ткани

2.3 Методы исследования

2.3.1 Методика определения поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ

2.3.2 Методика определения удельной поверхности ткани

2.3.3 Методика предварительной активации образцов текстильных материалов карбамидом

2.3.4 Методика предварительной модификации образцов текстильных материалов хитозаном

2.3.5 Методика измерения краевых углов смачивания

2.3.6 Методики определения масло- и водоотталкивающих свойств модифицированных материалов

2.3.7 Методика определения количества адсорбированного модификатора на поверхности волокон

2.3.8 Методика оценки устойчивости гидро- и олеофобных покрытий к различным обработкам

2.4 Математическая обработка результатов

3 Результаты эксперимента и их обсуждение

Оценка возможности использования фторсодержащих ПАВ, ПФСК-8 и Неофлон-306 в качестве модификаторов текстильных

3.1 материалов

3.2 Исследование свойств растворов ПФСК-8 и Неофлон-306

3.3 Определение удельной активной поверхности адсорбента (волокна) методом адсорбции красителя метиленового голубого

из водного раствора

3.4 Исследование адсорбции фторсодержащих ПАВ

3.5 Обоснование оптимального технологического режима поверхностной модификации волокнистых материалов фторсодержащими ПАВ

3.5.1 Исследование влияния продолжительности обработки и содержания ПАВ в растворе на эффективность модификации закономерностей получения ультратонких волокон из растворов

3.5.2 Исследование влияния предварительной обработки раствором хитозана на эффективность модификации волокнистых

материалов фторсодержащими ПАВ

3.5.3 Исследование влияния относительной влажности волокон на

эффективность модификации

3.6 АСМ поверхности волокон до и после модификации

3.7 Испытание устойчивости олеофобного и гидрофобного покрытий к различным обработкам

3.8 Сравнительная оценка эффективности модификации

текстильных материалов фторсодержащими препаратами

Выводы

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научных основ технологии поверхностной модификации волокон текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с химическим закреплением модификатора»

Введение

Актуальность темы

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.

Научная новизна

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 фторсо держащими 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

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.

Личный вклад автора

Представленные в диссертации результаты получены лично автором в процессе проведения анализа литературных источников по теме диссертации, экспериментов по разработке метода модификации полиэфирных тканей фторсодержащими ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств, а также формулирования выводов и рекомендаций.

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

' ' \ ' 1 \

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 «Сучасштехнологи в легкш промысловостЬ>, (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 ХХ1века», (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).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 в научных журналах из перечня 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, приложений. Работа содержит 16 таблиц и 31 рисунок.

1 Обзор литературы

1.1 Модификация поверхностных свойств волокон тканей

1.1.1 Основные направления модификации текстильных материалов с целью придания им заданных свойств

Анализ научной и патентной литературы показывает, что в последнее время во всем мире резко возрос интерес к созданию текстильных материалов, обладающих специальными свойствами. Эти виды текстильных материалов, как показывает их название, выполняют определенную функцию при их использовании, в связи с этим их также называют функциональными. Спрос на материалы, обладающие специальными свойствами, послужил стимулом для производителей текстиля, и к концу прошлого столетия

Г ■ '

сформировалось производство различных видов бытового и технического текстиля со специфическими свойствами.

Многообразие свойств современных волокнистых материалов, текстиля, пленочных материалов и технологий их получения, в принципе, позволяют осуществить самые смелые фантазии.

Сегодня на мировом рынке доступны следующие функциональные текстильные материалы:

барьерные (против микроорганизмов, химикатов, радиации); антистатические или электропроводящие; антимикробные или бактериостатические; гидро- и олеофобные;

высокосорбционные и высококапиллярные; дышащие мембраны; металлические и металлизированные; трехмерные (ЗБ) трикотажные полотна;

ламинированные со специфическими отделками [1].

Основным направлением расширения и улучшения ассортимента химических волокнистых материалов является не столько разработка новых видов полимеров, сколько модификация уже существующих волокон с целью придания им новых свойств [2].

Модификация волокон — направленное изменение текстильных волокон и нитей с целью придания им новых заранее заданных свойств. Все методы модификации можно подразделить на несколько основных групп [3]:

- физическая модификация заключается в направленном изменении надмолекулярного строения, формы и внешней поверхности нитей (без изменения химического состава). Физические методы используются на стадии формования и/или последующей обработки волокон;

- композитная модификация заключается в добавлении к основному волокнообразующему полимеру мелкодисперсных или растворимых компонентов — носителей новых свойств. Модифицирование (путем введения добавок осуществляется на стадии подготовки исходного расплава (раствора) к формованию или непосредственно перед формованием волокон [4];

- химическая модификация заключается в направленном изменении химического состава волокнообразующего полимера, при которой происходит либо изменение химического строения волокнообразующих полимеров путем введения функциональных групп в исходный полимер, либо при обработке готовых волокон до их переработки в изделия, а также при обработке готовых текстильных материалов или изделий.

Рассматривая проблему химического модифицирования волокон, следует выделить два основных направления:

- ограниченная модификация с целью улучшения отдельных функциональных свойств при незначительном снижении физико-механических свойств или даже их сохранении практически неизменными;

- «глубокая» модификация с целью изменения всего комплекса функциональных свойств волокон или придания им принципиально новых специфических свойств. При этом многие физико-механические характеристики волокон изменяются весьма существенно, по сути, образуются новые волокна [5].

Возможно применение комбинированных методов модификации. Часто используется сочетание физического с композитным или химическим модифицированием. Комбинация методов композитного и химического модифицирования применяется редко, потому что в обоих методах изменяется химический (или композитный) состав волокон.

Химические обработки свежесформованных и готовых многотоннажных видов волокон текстильного и технического назначения применяются относительно редко, так как при этом существенно усложняется технология их производства. В данном случае, как правило, требуется установка дополнительного оборудования, возникает необходимость в процессах промывки и рециклинга рабочих растворов, образуются нежелательные выбросы — сточные воды, что в совокупности в условиях многотоннажных производств приводит к сложным технологическим и экологическим проблемам. Необходимо заметить, что методы химического модифицирования (полимераналогичных превращений, прививочной полимеризации) для полноты протекания реакций требуют значительного времени, что также затрудняет их включение в технологический процесс.

По вышеуказанным причинам проведение химической модификации часто предпочтительнее на стадии отделки текстильных полотен. При этом происходит модификация именно волокон, хотя мы говорим — полотен (тканей и др.). Химическое модифицирование полотен широко используется на практике как для полотен на основе химических волокон, так и из природных волокон или их смесок. Оно производится с применением самых разных реагентов и методов [6].

В настоящее время в текстильной промышленности внедряется заключительная отделка текстильных изделий с использованием нанотехнологий. При заключительной отделке используют наночастицы .различных веществ в виде наноэмульсий и нанодисперсий. Нанотехнологическое воздействие не затрагивает макроструктуры и принципиально новые свойства возникают на микроуровне. Нанотехнологии предполагают использование частиц вещества или структур вещества, имеющих размеры менее 100 нм и существенно влияющих на эффективность получаемых результатов. Один из основателей нанотехнологий Ричард Фейнман писал, что, когда говорят о нанотехнологиях, то речь идёт о проблеме контроля и управления строением вещества в интервале очень малых размеров с поразительно сложным внутренним миром форм [7].

Современные тенденции применения нанотехнологий в сфере текстиля можно условно разделить на три категории:

- улучшение текстиля с помощью наноматериалов и нанопокрытий;

- внедрение в обычные материалы электронных компонентов и микроэлектромеханических систем (МЭМС);

- гибридизация текстиля и биомиметических систем.

Из этих направлений пока удалось коммерциализовать только первое. В отдельных продуктах, правда, используется и наноэлектронные системы и МЭМС, но, как правило, это - прототипы, единичные экземпляры или специальные военные и медицинские изделия, которые не выпускается серийно. Нанотехнологии также применяются для улучшения свойств традиционного текстиля и изделий из него. В этом случае на текстиль наносятся покрытия, модифицирующие его в микронном и субмикронном размерных диапазонах [8].

Возможны следующие варианты модификации поверхности волокон ткани нанослоями с целью придания им заданных свойств:

осаждение частиц, несущих полезные свойства, например, частиц серебра, обладающих бактерицидными свойствами. Если частицы не должны

вступать в непосредственный контакт с телом человека, то можно их закреплять с помощью пленки полимера, формируемой из наночастиц (латексов);

- формирование адсорбционного ориентированного слоя, обладающего необходимыми свойствами.

формирование пленки полимера из латексов, обладающей необходимыми свойствами;

- формирование слоя из молекул поверхностно-активного или иного вещества, придающего волокнам заданные свойства, например водо- или олеофобность [9].

1.1.2 Основные принципы придания гидрофобности и олеофобности текстильным материалам

Большое значение в процессе эксплуатации изделий из текстильных материалов в быту и на производстве имеет способность волокон не смачиваться водой, водными растворами различных веществ и органическими жидкостями, а так же противостоять смачиванию и адгезии различных загрязнений, то есть обладать гидрофобным и олеофобным эффектами. При разработке материалов с такими свойствами предполагается применение низкоэнергетических покрытий, обеспечивающих водо- , масло-и грязеотталкивающие свойства. В последние годы эти свойства объединяются термином антиадгезионные и лиофобные характеристики [10].

Различают два вида отделки тканей с целью сообщить им гидрофобные свойства: водонепроницаемая и водоотталкивающая. При водонепроницаемой отделке поры и поверхность ткани покрываются сплошной пленкой, прочно удерживаемой на поверхности. Такая ткань получается водоупорной и непроницаемой для воды, водяного пара и воздуха. При водоотталкивающей отделке — пропитывании гидрофобными препаратами — ткань сохраняет воздухопроницаемость, а

водоотталкивающие свойства приобретает за счет покрытия волокон гидрофобными веществами или за счет химического взаимодействия этих веществ с целлюлозой, т. е. в результате изменения характера поверхности волокон [11].

Целевое назначение гидрофобной обработки волокнистых материалов определяется ассортиментом изделий. Для верхней одежды требуется придание гидрофобности при сохранении пористости изделий, чтобы обеспечить комплекс санитарно-гигиенических свойств — свободный газообмен и диффузию паров воды, выделяющихся на поверхности человеческого тела. Для технических тканей (палаточные ткани, ковры, подстилки, брезенты для грузовых машин) часто требуется придание водонепроницаемости. Некоторые ткани должны быть умеренно пористыми, чтобы обеспечить комфорт, и одновременно воздухонепроницаемыми для защиты от холодного воздуха и т. д. [12,13, 14, 15].

( Основу гидрофобной и олеофобной отделки ,-тканей составляет снижение его поверхностной энергии (поверхностного натяжения). Гидрофобный эффект наступает при снижение критического поверхностного натяжения до 40 мДж/м, олеофобный - до 20 мДж/м. Следует отметить, что для жидкостей понятие «поверхностная энергия» и «поверхностное натяжение» равнозначны. Оценка поверхностного натяжения существенно затрудняется при переходе от жидкости к твердому телу, причиной чему служит различие для них между понятиями «поверхностная энергия» (скалярная величина) и «поверхностное натяжение» (векторная величина). Оценка данной не эквивалентности разработана в работе [16].

Фильность и фобность текстильных волокон в совокупности зависит от множества факторов - их поверхностной энергии и поверхностной энергии применяемых отделочных препаратов и оценивается по значению краевого угла смачивания <9. Для получения несмачивающейся поверхности необходимо снизить поверхностную энергию твердого тела до значения, меньшего поверхностной энергии смачивающей жидкости. Этого можно

достигнуть введением в состав поверхностного слоя твердого тела веществ с низким поверхностным натяжением, создающих ориентированный и предельно упакованный мономолекулярный слой [17].

Краевой угол смачивания © зависит от соотношения величин поверхностного натяжения на границах твердое тело - воздух сг^, твердое тело - жидкость ат/ж и жидкость - воздух аж/г. Силы, действующие на жидкую каплю, находящуюся на химически инертной по отношению к ней, гладкой и однородной поверхности, описаны уравнением Юнга [18]

со5 © = (ат/г- ат/ж)/аж/г, (1.1)

где © - макроскопический краевой угол между мениском объемной жидкости и подложкой (угол Юнга).

Чем больше © при смачивании материала жидкостью, тем в большей степени материал обладет гидрофобностью. Смачивание жидкостью происходит при ©<90°, при ©>90° материал не смачивается. В настоящее время глубоко „ исследуются возможности создания

высокогидрофобных (0 >120°) и супергидрофобных (© >150°) материалов и покрытий [19].

В связи с невозможностью непосредственного определения значения <ут/ж, Фоукс предложил метод прямого расчета величин межфазных натяжений, входящих в уравнение Юнга, предполагая, что поверхностное натяжение можно представить как сумму инкрементов отдельных взаимодействий: [20]

а = (/ + ор + (1.2)

где индексы с1 и р обозначают эффективные поверхностные натяжения, обусловленные дисперсионными и полярными взаимодействиями, х - остальная часть поверхностного напряжения, связанная, например, с наличием водородной связи.

Поверхность текстильных материалов не является идеальной, она состоит из множества переплетенных волокон, в результате чего текстильные материалы приобретают свойства капиллярно-пористого тела [11, 21, 22, 23].

Это способствует впитыванию жидкостей в ткань и ее смачиванию. Происходит также распространение жидкости по капиллярам, которое определяется капиллярным давлением Р, зависящим от поверхностного натяжения жидкости, краевого угла смачивания и радиуса капилляра г.

Эта зависимость описывается известным уравнением Лапласа [20]

Рк = 2 <тж cos ©/г (1.3)

Очевидно, что чем меньше размер капилляров и больше косинус краевого угла смачивания, тем сильнее жидкость будет впитываться в ткань. Для предотвращения смачивания требуется уменьшить критическое поверхностное натяжение волокон до такой степени, когда оно будет меньше межфазового натяжения на границе волокно-жидкость. В этом случае должно соблюдаться неравенство

Яж-cos в < ат— о„/ж (1 -4)

В таблице 1.1 приводятся значения поверхностного натяжения некоторых жидких и твердых веществ [24]. Из данных таблицы можно сделать вывод, что без модификации поверхности почти все полимерные волокна будут смачиваться водой, водосодержащими загрязнителями и органическими маслоподобными жидкостями, поскольку растекание и, соответственно, прилипание определяется, как показал Зисман [25], разностью поверхностного натяжения жидкости и критического поверхностного натяжения волокон ткани. Без учета пористости и капиллярного всасывания угол смачивания ткани жидкостью можно приближенно рассчитать по уравнению Зисмана:

Cos 0=1-р( аж/г -о кр.) (1.5)

Таблица 1.1 - Значения поверхностного напряжения жидкостей и

критического поверхностного напряжения твердых тел

Вещество С>кр ®кр Вещество жидкое а üd

твердое мДж/ 2 мДж/ 2 л мДж/м •у мДж/м

М М при 298К при 298К

Полиолефин 34,5 34,4 Вода 72,8 22,1

(полиэтилен) Красное вино 45,0 -

Полистирол 40,6 39,7 Арахисовое масло 40,0 -

Полиэфир 38,9 35,5 Метилиодид 50,8 44,1

Моноацетат 43,5 27,0 Трикрезилфосфат 40,2 34,5

целлюлозы Этиленгликоль 47,4 24,9

Диацетат 42,8 27,8 Диэтиленгликоль 44,7 27,:3

целлюлозы Триэтиленгликоль 45,9 28,0

Триацетат 38,9 29,2 Тетраэтиленгликоль 45,6 29,4

целлюлозы Полиэтиленгликоль 45,2 30,1

Целлофан 59,0 20,0 ПЭГ-400

Жирные кислоты

С 14 33,5 32,0 Н-Гептан 19,7 19,7

С 16 32,3 32,0 Н-Гексан 20,6 20,6

С 18 32,0 31,9 Н-Октан 21,5 21,5

Жирные спирты Н-Декан 23,6 23,9

С14 62,4 13,8 Н-Додекан 25,3 25,3

С16 34,5 15,3 Н-Тетрадекан 26,3 26,3

С18 24,1 19,6 Н-Гексадекан 27,3 27,3

Олефин

СЮ 23,3 23,3

С12 24,7 24,7

С14 25,4 25,8

С16 25,8 25,8

Твердый парафин 24,8 24,8

Например, для воды ото ~ 72,75 мДж/м2, а для

политетрафторэтилена сг^ =18 мДж/м2 ; Р = 0,03.

Поэтому Cos© = 1 - 0,03(72,45 18,0) = 0,645; в >90°, что указывает на несмачиваемость тефлона водой. Действительно, измеренный равновесный краевой угол смачивания тефлона водой составляет 0 = 112°.

Гидрофобные свойства капиллярно-пористых тел, помимо краевого угла смачивания, характеризуют такими параметрами, как капиллярность К (высота поднятия жидкости по вертикально подвешенной полоске ткани, мм/ч), W - водопоглощение (относительное увеличение массы образца материала за определенный период времени, %), С - смачиваемость (отражает время растекания капли воды по горизонтальной поверхности материала, с) [11, 17, 21].

Поверхность различных текстильных материалов характеризуется не только капиллярной структурой, но обладает и большой степенью шероховатости. При этом следует различать два основных механизма влияния шероховатости на смачивание. Если поверхность внутри дефектов не смачивается жидкостью (эффект лотоса) и смачиваемая площадь поверхности уменьшается за счет шероховатости, то при повышении величины краевых углов смачивания жидкость не будет удерживаться на волокнах и скатывается уже при незначительном наклоне поверхности. Если же внутренняя поверхность дефектов смачивается жидкостью и при этом увеличивается смачиваемая площадь (эффект розы), то при увеличении краевого угла смачивания капли будут прочно удерживаться на поверхности [26].

На рисунке 1.1 приведены три случая смачивания поверхности жидкостями [27]. В первом случае (а) равновесие смачивания описывается уравнением Юнга (1.1), второй случай (б) описывается уравнением Венцеля-Дерягина:

Cos 0Н = г Cos ©0 , (1.6)

где г - шероховатость, &ни&0 - угол смачивания наблюдаемый и истинный.

А третий случай (в) описывается уравнением Касси - Бакстера:

Cos вн ~ fv Cos 0О +f-l, (1.7)

где f- доля проекции смоченной жидкостью поверхности.

Рисунок 1.1- Смачивание твердой поверхности жидкостью: а - гладкая поверхность; б - при заполнении впадин шероховатости воздухом (эффект лотоса); в - при заполнении впадин жидкостью (эффект розы).

Соотношения (1.6) и (1.7) справедливы, если характерные размеры шероховатости поверхности много меньше диаметра контакта капли с поверхностью. Теоретическое описание условий реализации каждого из механизмов смачивания и возможности их перехода от одного к другому описаны в работах [19, 28-32], а экспериментальное наблюдение за изменением режима смачивания наблюдалось в работе [33].

Таким образом, для придания текстильным материалам устойчивой несмачиваемости необходимо значительно понизить их поверхностную энергию. Для этого необходимо, не перекрывая микропоры текстильного материала, на каждое отдельное волокно нанести химическое вещество, гидрофильные группы которого могли бы блокировать гидрофильные группы полимера, а гидрофобные участки были бы ориентированы во внешнюю область, то есть сформировать наружный слой с низкой поверхностной энергией.

Анализ основных факторов, определяющих смачивание поверхностей материалов, показал, что для формирования устойчивых гидрофобных свойств волокнисто-сетчатых материалов необходимо выполнение как минимум двух условий:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аксенова, Ирина Викторовна, 2013 год

Список литературы

1. Березенко Н.П., Власенко В.И., Ковтун С.И. Возможности использования многофункциональных текстильных композитов. Электронный ресурс http://rustm.net/catalog/article/82.html // Технический текстиль, №12, 2005.

2. Перепелкин К.Е.Прошлое, настоящее и будущее химических волокон // М:МГТУ, 2004, - с. 208.

3. Перепелкин К.Е. Принципы и методы модифицирования волокон и волокнистых материалов // Химические волокна, №2, 2005. - с. 37-49.

4. Перепелкин К.Е. Модификация волокон и текстиля. Часть 1. Физические и композитные методы модифицирования // Директор, №3, 2002. - с. 38-42.

5. Перепелкин К.Е. Модификация волокон и текстиля. Часть 1. Физические и композитные методы модифицирования Часть 2. Химическое модифицирование волокнообразующих полимеров ,; и/или волокон // Директор, №4, 2002. - с. 42.

6. Калмыкова Е.А., Лобацкая О.В. Материаловедение швейного производства: Учебное пособие,- Мн.: Выш. шк., 2001- с. 412.

7. Соболев Г.П., Ильин А.Н. Роль структуры материала наноуровня для изделий из фторопласта-4, Электронный ресурс http://notes.fluorinel.ru/public/2011/1 2011/retro/rusindex.html // Фторные заметки , № 1(74), 2011.

8. Свидиненко Ю. Г. Нанотехнологии в текстиле. Современные достижения // Рынок легкой промышленности. 2005. - №42.

9. Волков В.А., Агеев A.A., Амарлуи А. Нанотехнология формирования модифицирующих покрытий на волокнах для маслооталкивающей отделки тканей. Электронный ресурс ustm.net/catalog/article/1846.html // Технический текстиль, №24, 2010.

10. Морыганов А.П., Заиков Г.Е. Современные проблемы модификации природных и синтетических волокнистых и других полимерных

материалов: теория и практика, Издательство Научные основы и технологии, СПб., 2012. - с. 206-226.

11. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. В 3 т. М.: РосЗИТЛП, 2001. - Т 1, с. 298.

12. Lafimal A., Querel D., Superhydrophobic states. Nature materials // 2003. V.2. p. 457-460.

13. Chun A.L. Superhidrophobic surfaces: Not so hot / Nature Nanotechnology Published online, Электронныйресурс, 2009.

14. ГОСТ 19196-93, 939-88, 9009-93.

15. ТУ 858-5988-2008, 858-5966-2007, 7297-90, 11209-85, 28486-90, 900993.

16. Вакула В.JI., Притыкин Л.М. Физическая химия адгезии полимеров. М.: Химия, 1984.-с. 222.

17. Агеев А.А, Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М.: СовьяжБево, 2004,464 с.

18. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. - с.232.

19. Бойнович Л.Б., Емельяненко A.M. // Успехи химии. - 2008. - Т.77. №7. -с. 619-638.

20. Волков В.А. Коллоидная химия, М.: МГТУ, 2001. - 640 с.

21. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. -

М.: РосЗТЛП, 2001. - Т. 1, с. 436, Т.2, с. 540.

22. Балашова Т.Д., Журавлева Н.В., Коновалова М.В., Куликова М.А. основы химической технологии волокнистых материалов. - М.: МГТУ, 2005.-с. 363.

23. Аронина Ю.Н., Гайдаров Л.П., Лечицкий И.М., Павлов С.А., Чернов Н.В. Технология меха. - М.: Л.: ГНТИ текстильной, легкой и полиграфической промышленности, 1948. - с. 400.

24. Пащенко A.A. Гидрофобизация, Киев:Наукова думка, 1973. - с. 1-63.

25

26

27

28,

29

30

31

32,

33,

34,

35.

36,

37.

38.

39.

Слеткина Л.С., Ануфриева Ю.Я. Придание текстильным материалам гидрофобности и олеофобности, ЖВХО им.Менделеева, 1976. - с. 5664.

Сумм Б.Д. // Суворовский образовательный журнал, №7 - 1999. -с. 98-102.

Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. - М.: Наука, 1987.-с. 398.

Marmur А. // Langmuir. - 2003. - Vol.19. - p. 8343-8348

Marmur A. // Langmuir. - 2004. - Vol.20. - p. 3517-3519.

Patankar N.A. // Langmuir. - 2003. - Vol.19. - p. 1249-1253.

He В., Patankar N.A., Lee J. // Langmuir. - 2003. - Vol.19. - p. 4999-5003.

Werner O., Wagberg L., Lindstrom Т. // Langmuir. - 2005. - Vol.21. - p.

12235-12243.

Бойнович Л.Б., Емельяненко A.M., Музафаров A.M., Мышковский A.M., Пашинин A.C., Цивадзе А.Ю., Ярова Д.И. // Российские нанотехнологии. №9-10, 2008. - с. 100-105.

Страхов И.П., Шестакова И.С., Куциди Д.А. Химия и технология кожи и меха. - М.: Легпромбытиздат, 1985. - с. 495.

Аверко - Антонович И.Ю. Синтетические латексы. - М.: Альфа - М, 2005.-с. 680.

Соболевский М.В., Музовская O.A., Пепелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. - М.: Химия, 1975. - с. 446.

Что такое биомиметика? // Электронный ресурс http://www.cleandex.ru Буадзе Е.П., Паилодзе Н.Р., Хурцилава И.А. Умный текстиль и нанотехнологии в текстиле // Научные новости Грузии, №3(11), 2011. -с. 26-37.

СвидиненкоЮ.Г. Лучшие текстильные нанопродукты, Электронный ресурс // Рынок легкой промышленности №42, 2005.

40

41

42

43

44

45,

46,

47,

48,

49,

50,

51,

52.

Артамонов А. Применение гидрофобизирующих составов для водо- и грязеотталкивающей пропитки текстильных изделий на предприятиях химической чистки, Электронный ресурс www.travers.su // Современная химчистка и прачечная, 2008.

Холмберг К., Йенссон Б., Кронберг Б., Линдбан Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах - М.:Бином. Лаборатория знаний, 2007. - с. 528.

Гальбрайх Л.С. // Химические волокна, №5, 2005. - с. 21-27. Слеткина Л.С., Редина Л.В., Колоколкина Н.В., Савостина Г.Н., Веденеева И.В. // Химические волокна, №1, 2004. - с. 31-33. Веденеева И.В., Гальбрайх Л.С., Редина Л.В., Слеткина Л.С., Мовчан Т.Г. // Химические волокна, №4, 2005. - с. 31-34.

Слеткина Л.С., Веденеева И.В., Гальбрайх Л.С. // Химические волокна, №3,2007.-с. 15-17. Патент RU 2021298.

Чапурина М.А., Гальбрайх Л.С., Редина Л.В., Колоколкина Н.В. // Химические волокна, №3,2007. - с. 9 -11.

Чапурина М.А., Гальбрайх Л.С., Редина Л.В., Слеткина Л.С., Игумнов С.М., Максарева Е.Ю., Нариян К.Е. // Химические волокна, №2, 2005. -с. 3-5.

Федорова А.Ф. Технология химической чистки и крашения. - М.: Легпромбытиздат, 1990. - с. 336. Zisman W.A. J. Polymer Sei., 1964, V.ll, p.107.

Соболевский M.B., Музовская O.A., Попелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. - М.: Химия, 1975.-е. 446.

Волков В.А.Методические указания по коллоидной химии в технологических процессах производства химических

волокон и текстильных и нетканых материалов (поверхностные явления, адсорбция газов и удельнаяповерхность волокон).-

М.:МТИ,1990. с. 51.

53. Агеев А.А, Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М.: СовьяжБево, 2004, 464 с.

54. Садова С.Ф., Кривцова Г.Е., Коновалова М.В. Экологические проблемы отделочного производства. - М.: РИО МГТУ, 2002. - с. 284.

55. Киселев A.M. // ЖВХО им. Д.И. Менделеева, T.XLVI, №1,2002.-с. 20-30.

56. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю, Завадский А.Е., Никитин JI.H. // Химические волокна, №1, 2009. - с. 37-40.

57. Патент РФ 2164970.

58. Богатырева JI.A., Захарова Т.О. // Текстильная промышленность, №3, 1985.-с. 46-48.

59. Licence P., Ke.,Sokolova М., Ross S.K., Poliakoff М. // Green Chemistry, №5,2003.-p. 99-104.

60. НикитинЛ.Н., ГиллямовМ.О., Саид-ГалиевЭ.Е., ХохловА.Р., БузникВ.М. // ЖВХОим. Д.И. Менделеева, T.LII, №3,2008.-с. 56-65.

61. Галлямов М.О., Никитин Л.Н., Николаев А.Ю., Образцов А.Н., Бузник В.М., Хозлов А.Р. // Коллоидный журнал, Т. 69, №4, 2007. - с. 448-462.

62. Grajeck A.G., Petersen W.H. Oil and water Repellent Fluorchemical Finishers for cotton, Text, Res, J., №4, Vol.32, 1962. - p. 320.

63. Pittman A.G., Ludwig B.A., Sharp D.L., J., Polymer Sci., P(A-l), Vol.6, 1968.- p.1741.

64. Fox H.W., Zisman W.A., j., Colloid Sci., Vol.7, 1952/ - p. 428.

65. Агеев А. А., Аксенова И.В., Волков В. А., Елеев А.Ф. О фторсодержащих поверхностно-активных веществах, способных модифицировать полимерные волокна тканей, Электронный ресурс

http://notes.fluorine 1 .ru/public/2012/4_2012/letters/rusletter3 .html //

Фторные заметки №4(83), 2012.

66. Волков В.А.,Мицеллообразование и адсорбция дифильных веществ в

неполярных средах. Успехи коллоидной химии, Д.: 1991, с. 185-199.

!

67. Эпиламы, применение, Электронный ресурс http://www.epilam.ru //, 2012

68. Евсюкова Н.В, Полухина Л.М., Серенко O.A., Низамова З.К., Никитин Л.Н., Гидрофобная отделка целлюлозы в среде сверхкритического диоксида углерода, Сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции «Медтекстиль - 2012», 2012, с. - 75 - 76.

69. Кумеева Т.Ю.„ Пророкова Н.П., Холодков И.В., Кирюхин Д.П., Получение гидрофобных покрытий на основе теломеров тетрафторэтилена на поверхности текстильного полиэфирного материала, Сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции «Медтекстиль - 2012», 2012. - с. 83 - 84.

70. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П., Гидрофобизация текстильных мктериалов на основе полиэтилентерефталата фторсодержащими парафинами с среде сверхкритического диоксида углерода, Сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции «Медтекстиль - 2012», 2012. - с. 84 - 85.

71. Горин М.С., Редина Л.В, Колоколкина Н.В., Гидро- , олеофобизация текстильных материалов нанодисперсиями полифторалкилакрилатов, Сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции «Медтекстиль - 2012», 2012. - с. 72.

72. Naoya Y., Yuu A., Hiroaki S., Akira N., Nisashi О., Kazuhito H., Toshiya H., Sliding behavior of water droplets on flat polimer surface / J/ Amer. Chem. Soc., T.128, №3, 2006. - p. 743 - 747.

73. Футорян А.Л., Совершенная защита Нува - для текстиля, который прослужит долго / Текстильная химия №1(30), 2008. - с. 33 - 38.

74

75

76

77,

78

79,

80

81.

82,

83,

84,

85,

86,

87,

88,

89,

Штейнгарц В.Д., Фторуглероды // Соросовский образовательный журнал, №5,1999. - с. 27-32.

Волокна и нити, интернет - электронный ресурс http://www.polymerv.ru.

Волков В. А., Родионова Р.В., Синтез и свойства латексов синтетических полимеров с сополимеризующимися эмульгаторами // Химические волокна №5, 2006. - с. 13-17.

Ласская Е.А., Воронков М.Г., Ж. прикладной химии, т.35, 1962. - с. 109.

Глубиш П.А. Противозагрязняемаяотделка текстильных материалов -

Текстильная промышленность №9, 1986. - с. 56 - 57.

Dorset D.C., Text. Manufacturer, Пат.США 3645990, 1970.

Глубиш П.А. Маслоотталкмвающая отделка текстильных материалов -

Текстильная промышленность №2, 1975. - с. 84-85.

Мельников Б.Н. и др. Физико-химические основы процесса

отделочного производства. -М.: Легкая и пищевая промышленность,

1982.-с. 280.

Севастьянова Ю.Я. Слеткина Л.С. Титкова Л.В., Изв.вузов. Тех-нол.текст.пром., №4, 1984. - с.55-58. Пат.США 4619853, 1979.

Nakamura Т, Yanan Text. News, V.8, 1974. - р.80, 237. Пат.США 3382097, 1973. Пат.США 3353904,1973.

Айзенштейн Э. М., Легпромбизнес. Директор №9 (108), 2008 Приказ №853 Министерства Промышленности и Торговли России «Об утверждении стратегии развития легкой промышленности на период до 2020 года», от 24 сентября 2009, электронный ресурс http://www. garant.ru.

Гольдаде В.А., Гришенкова В.А., Кудрявцева Т. Н., Пинчук Л.С., Инновационные текстильные материалы с использованием

^модифицированных полиэфирных волокон со специальными свойствами, электронный ресурс http://rustm.net/catalog/article/1475.html // Технический текстиль №19, 2009.

90. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д., Кириллова М.Н., Физико-химические основы процессов отделочного производства: Учеб. Пособие для вузов, 1982.-с. 280.

91. Забашта В.Н. Основы интенсификации крашения полиэфирных волокон. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1981.-е. 135.

92. Тагер A.A., Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. - с. 544.

93. Полиэфирное волокно, Электронный ресурс http://www.noskitlt.ru

94. BorgiS. ткани из полиэфирных волокон, имитирующих натуральный шелк // Tinctoria. 1983. №11. С. 23 - 26.

95. Иванов A.M., Харичкин A.C. Влияние природы щелочи и ее содержания в исходной реакционной смеси на макрокинетические характеристики глубокого гидролиза ПЭТФ в водных и спиртовых растворах // Пластичесике массы, 2008. №6. С. 9 -12. \ .

96. Амарева Т.М. Поверхностная модификация и крашение модифицированных полиэфирных волокон и тканей. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л:ЛГТИ, 1989. 20 с.

97. Айзенштейн Э.М. Производство химических волокон и нитей, преимущество полиэфирных нитей на современном этапе // Химичесике волокна, 1999. №5. С. 3 - 12.

98. Кузнецова Г.И., мисюра A.C., Марингоф А.Л. и др. особенности использования текстурированных полиэфирных нитей // текстильная промышленность, 1985. №1. С. 37.

99. Вавилова С.Ю., Пророкова Н.П., Калинников Ю.А. Влияние водных растворов аммиака на полиэтилентерефталатное волокно // текстильная химия, 1995. №2 (7). С. 70-77.

100. Пророкова Н.П., Ильина И.И., Вавилова С.Ю., Калинников Ю.А. Новый способ придания полиэтилентерефталатному волокну

антистатических свойств // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, 1995. №5. С. 60-63.

101. Хорев A.B. Придание полиэфирным материалам дезодорирующих и антимикробных свойств с использованием поверхностного модифицирования волокна. Автореф. дис. канд. техн. наук. ИХР РАН, 2010. 16 с.

102. Нейман Р.Э. Практикум по коллоидной химии латексов и поверхностно-активных веществ // М: Высшая школа, 1972. - с. 63.

103. Слеткина JI.C. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теоретические основы переработки полимеров» // М: РИО МГТУ, 2004 - 28 с.

104. Grajeck Е. Oil and water repellent fluorochemical finishes for cotton // Text. Res. J., 1962.-c. 320-331.

105. Пат. 4741851 США, МКИ С 08 F 220/24. Fluorine-contaning oil and water - repellant copolimers. Опубл. 3.04.1979 г.

106. Дружинина T.B. Химические волокна: основы получения, методы исследования и модифицирование / М.:МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. -472 с.

107. Елеев А.Ф., Бильдинов К.Н., Деев JI.E., Клепиков Е.С., Сокольский Г.А., Кнунянц И.Л., Способ получения 2-сульфофторидперфторалканонов-3, Авторское свидетельство СССР N 683198, 1979.

108. Плетнев М.Ю., Елеев А.Ф., Ермолов А.Ф., Новый тип полярной группы, реализующейся у фторуглеродных ПАВ, Коллоидный журнал, т. 52, 1990. - с. 804-805.

109. Плетнев М.Ю., Химическая промышленность, N 1, 2000. - с. 48-61.

110. M.Y.Pletnev in: Surfactants: Chemistry, Interfacial Properties, Applications (Stud. Interface Sei., 13)/ Ed. By V.B.Fainerman, D.Möbius and R.Miller. -Amsterdam: Elsevier, 2001, pp. 1-97

111. Ермолов А.Ф., Елеев А.Ф., Бенда А.Ф., Сокольский Г.А., Ацилирование «двухосновных» СН-кислот, Журнал органической химии, т. 23, N 1, 1987. - с. 105-112.

112. Катков Д.Л., Кутакова Н.К., Ермолов А.Ф., Елеев А.Ф., Способ получения метилполифторалкилкетонов, Авторское свидетельство СССР N 1545510, 1989.

113. Елеев А.Ф, Ермолов А.Ф., Курыкин М.А. и др., Фторсодержащие Р-кетосульфокислоты или их соли в качестве ПАВ для процессов, протекающих в водных средах, и способ их получения, Патент РФ N 2005718 CI, 1992.