Острота глобальной проблемы техногенного ухудшения экологической обстановки на Земле и вредного воздействия на человека ее последствий заметно возросли в XXI в., обусловив актуальность задач ее локального ослабления. При рассмотрении системы «человек - текстильное изделие - среда обитания», становится очевидным, что текстильные товары могут выполнять защитную функцию. На рынке появились текстильные изделия, которые реагируют на резкое изменение параметров окружающей среды и минимизируют последствия вредных воздействий. Одним из наиболее простых способов получения текстильных изделий с новыми функциональными свойствами является использование при их производстве современных модифицированных полиэфирных волокон.
В России промышленное производство полиэфирных волокон заводами по производству химических волокон с 2007 г. практически прекращено. Российские предприятия текстильной промышленности вынуждены закупать по импорту или самостоятельно производить полиэфирные волокна, в основном для нетканых материалов. Перспективный рост производства полиэфирных волокон в России и Белоруссии в основном связан с созданием новых видов волокон и импортозамещением. Ассортиментный сдвиг - один из мощных инструментов выхода из кризиса в производстве волокон и текстильных изделий.
В рамках научно-технической программы Союзного государства «Современные технологии и оборудование для производства новых полимерных и композиционных материалов, химических волокон и нитей на 2008-2011 годы», шифр «Композит 10». выполняется разработка технологии производства и переработки новых модификаций химических волокон, полученных на основе крейзинга полимеров (бактерицидных, пониженной горючести, бикомпонентных, одорированных, супертонких и др.) в инновационные изделия со специальными свойствами . Руководитель программы: Открытое акционерное общество Центральная компания Межгосударственной промышленно-финансовой группы Формаш.
Термином крейзобразование обозначают явление образования микропустот и нанопор в полимерной матрице в процессе деформирования полимера в адсорбционно-активных жидких средах. Возникающая во время деформирования волокна система микротрещин и нанопор непрерывно заполняется окружающей жидкой средой, обеспечивая тем самым возможность введения в структуру полимера любых несовместимых с ним низкомолекулярных соединений и их равномерное распределение в полимерной матрице. Фиксация модифицирующей добавки осуществляется путем механического захвата низкомолекулярного компонента из-за соизмеримости его молекулярных размеров с размерами пор в структуре волокна.
Преимущества введения модификаторов на стадии крейзообразования
- обеспечивает достаточно прочное удержание модифицирующего вещества в структуре волокна;
- исключается необходимость введения дополнительных операций в технологический процесс получения волокна,
- модифицирование осуществляется на серийном оборудовании, дополнительно оснащенном специальной технологической оснасткой;
- замкнутый технологический цикл модифицирования волокон исключает образование стоков и, следовательно, повышает экологическую безопасность производства;
- проведение ориентационной вытяжки при температуре окружающей среды значительно снижает энергозатраты и позволяет вводить активные вещества, не подвергая их действию высоких температур.
- дает возможность игнорировать условие совместимости и снизить расход модификатора, вводя его в поверхностный слой волокна.
На рис 1. представлены крейзы в ПЭТФ-волокне, растянутом в этиловом спирте. Участки напряженного состояния полиэфирного волокна: I - зарождение крейзов, II - рост, III - уширение крейзов, IV - формирование фибриллярной структуры волокна; 1 - стенки трещины, 2 - трещина, 3 - тяжи.
В рамках настоящего проекта выработаны экспериментальные партии наномодифицированных в процессе крейзинга полиэфирных волокон со следующими специальными свойствами.
- волокна пониженной горючести: кислородный индекс 28...32% по ГОСТ 21.793-76, каплепадение не допускается
- волокна бактерицидные: зона задержки роста бактерий до 4 мм (бактериостатический эффект); более 4 мм (бактерицидный эффект); устойчивость бактерицидного эффекта к мокрым стиркам по ГОСТ 9733-83: для регулярно стираемых текстильных изделий не менее - 50 циклов, для редко стираемых - 5 циклов
- волокна одорируемые с терапевтическим эффектом: наличие запаха лаванды, чайного дерева и др., определяемого органолептическим путем или с помощью газовой хроматографии
- волокна одорируемые с репеллентным эффектом: коэффициент отпугивающего действия КОД не менее 70%.
Полиэфирные одорируемые волокна являются принципиально новыми для российского рынка. Ниже приведены результаты испытаний полиэфирных бактерицидных волокон, полученных на стенде ИМПС НАН РБ на основе крейзинга полимеров.
С целью унификации различных методов определения антимикробной активности модифицированных полиэфирных волокон, содержащих антимикробные препараты (добавки) ОАО ЦНИИЛКА разработан метод качественной оценки бактерицидных и бактериостатических свойств модифицированных на основе крейзинга полиэфирных волокон, согласно которому выявляется зона подавления бактерий под образцом и за его краями. Метод гармонизирован с основными показателями мировых стандартов и методик. Метод используется для сравнительной оценки бактерицидной активности модифицированных полиэфирных волокон в определенных и контролируемых условиях и применениях, для сравнения между контрольным образцом и других модифицируемых полиэфирных волокон.
На рис 2 представлены зоны задержки антимикробной активности роста микрофлоры по Staphylococcus ер. модифицированных бактерицидных полиэфирных волокон, выработанных на стенде ИМПС НАН РБ.
На рис 3 представлены зоны задержки антимикробной активности роста микрофлоры по Staphylococcus ер. для контрольного образца.
Как показывают испытания модифицированные бактерицидные полиэфирные волокна, выработанные ИМПС НАН РБ, обладают достаточно высокой антимикробной активностью к грамположительной микрофлоре Staphylococcus ер. Контрольный образец не обладает антимикробной активностью к грамположительной микрофлоре Staphylococcus ер.
Ориентировочная годовая потребность российского и белорусского рынков в полиэфирных волокнах со специальными свойствами к 2020 г. составляет не менее 30 тыс. тонн. Потребность белорусских предприятий составит не менее 5-6 тыс. т/год. В том числе: волокон пониженной горючести - 11,7 тыс. т, бактерицидных (антимикробных, фунгицидных и др.) - 12 тыс. т, одорированных , электропроводных и др.- 6,5 тыс. т.
В случае принятия в России и Беларуси законодательных актов по обеспечению безопасности среды обитания человека: обязательного страхования жилища, запрета использования воспламеняющихся материалов в общественных заведениях, детских и медицинских учреждениях, ужесточения требований к «чистым комнатам» потребность в полиэфирных волокнах со специальными свойствами может быть существенно увеличена. Потребность в полиэфирных волокнах со специальными свойствами, отвечающих требованиям специальной технической безопасности, имеющих повышенные защитные функции может быть увеличена после проведения дальнейших работ по созданию наномодифированных полиэфирных волокон с новыми свойствами и изготовлению из них соответствующих изделий.
Многообразие возможного ассортимента волокон, модифицированных волокон по способу крейзинга, частые перезаправки, ограниченность первоначальных объемов потребления обусловливают необходимость создания малотоннажного производства в объеме 1-2 тыс. тонн в год. Проблема освоения многофункциональных наномодифицированных полиэфирных волокон и инновационных текстильных материалов с их использованием может быть решена путем объединения усилий предприятий текстильной и химической промышленности.
Основным нерешенным вопросом данного проекта, который мешает привлечению инвесторов, является отсутствие практической оценки рынка (по стоимости и объемам) на указанные защитные изделия, которая может быть произведена только после реализации опытно промышленной партии в объеме 50...70 тыс. шт. Реализация указанных объемов изделий позволит оценить масштабы коммерциализации идеи. Продукция по проекту займет новую нишу на российском рынке - производства и продажи текстильных изделий с защитными функциями. Текстильные изделия с защитными свойствами предназначены: для спецодежды, обмундирования и снаряжения, форменной и рабочей одежды; трикотажного белья, в том числе спецназначения (МВД, МЧС, МО и т.п.); для спортивных изделий и др.
