Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Разработка технологии получения полиакрилонитрильного волокна для производства биоцидных текстильных материалов

Разработка технологии получения полиакрилонитрильного волокна для производства биоцидных текстильных материалов

03 мая 2010
Технический текстиль №24, 2010

Будкуте Ирина Александровна
Пчелова Наталья Владимировна
Щербина Леонид Александрович

Важной составной частью промышленности химических волокон является производство волокон на основе сополимеров акрилонитрила (АН) (ПАН волокон). В последнее время общемировой тенденцией в области производства ПАН волокон является увеличение доли волокон со специальными свойствами (до 25...35%) 1. В связи с этим расширение ассортимента выпускаемых в Республике Беларусь волокон данного типа представляется весьма важной задачей, связанной с решением целого ряда социально-хозяйственных проблем (экологических, санитарно-гигиенических и др.). Существенный интерес представляет разработка методов получения биологически активных, в том числе и бактерицидных, волокон.

Известно, что свежесформованные ПАН волокна представляют собой сравнительно рыхло упакованные, одноосно-ориентированные структуры, характеризующиеся развитой внутренней поверхностью. Особенности надмолекулярной организации таких  гель-волокон обусловливают доступность полимерного субстрата действию различных реагентов.

Высокая активность  вновь образованных в результате фазового распада при нитеобразовании внутренних поверхностей гель-волокон предопределяет возможность реализации эффективного метода придания химическим волокнам специфических свойств - инклюдационной модификации 2. Целесообразность технической реализации подобных процессов очевидна, поскольку введение различных неорганических и органических веществ позволяет существенно разнообразить ассортимент выпускаемой продукции и способствует удовлетворению потребности в волокнах специального назначения.

Цель настоящей работы - изучение основных закономерностей взаимодействия ПАН гель-волокна и антибактериального препарата  катамин АБ, относящегося к катионным поверхностно-активным веществам и представляющего собой четвертичную аммониевую соль (ЧАС) - алкилбензилдиметиламмоний хлорид 3. Катамин АБ активен в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий. Выбор данного препарата обусловлен его экологичностью, отсутствием мутагенного, канцерогенного и эмбриотоксического эффектов 4.

Объектом исследований служили производственные образцы ПАН волокна на основе поли[АН (90,4)-со-метилакрилат (МА) (8,2)-со-2-акриламид-2-метилпропанульфокислоты (АМПС) (1,4)], сформованного по «водно-роданидному» способу (нитрон С) в условиях завода Полимир ОАО  Нафтан (г. Новополоцк), отобранные с технологического потока до авиважной обработки и не подвергавшиеся тепловым обработкам. Линейная плотность волокна составляла 0,33 текс. Первичная структура полимерного субстрата волокна представлена в виде статистического сополимера следующего состава (1):

  

В результате проведенных исследований  установлено, что статическая обменная емкость (СОЕ) этого волокна составляет 0,08 ммоль/г, а его удельная внутренняя поверхность, Sуд, достаточно велика и достигает 12,6 м2/г (по азоту) 5.

Определение количества катамина АБ, сорбированного волокном, проводилось посредством анализа его содержания в исходном растворе и «остаточной» ванне колориметрическим методом [[6 , с.173-174]]. В результате серии предварительных экспериментов установлено, что при 20...25оС взаимодействие катамина АБ с ПАН гель-волокном протекает очень медленно. Это обстоятельство обусловило выбор температур: 60, 70 и 80оС. Среднестатистические результаты проведенных экспериментов при температурах 60 и 80оС показаны на графиках (а, б).

Процесс сорбции в системе «ПАН гель-волокно -  водный раствор ЧАС» протекает сравнительно быстро: в течение 90 мин. достигается равновесие. При этом содержание катамина АБ в волокне существенно зависит как от температуры обработки, так и от концентрации сорбата в растворе.  Так, повышение температуры с 60 до 80оС приводит к увеличению количества сорбированного препарата (концентрация раствора - 5,0 % (масс.)  ПАН гель-волокном с 1,0 до 1,9 % (масс.). По-видимому, взаимодействие ЧАС с ПАН волокном происходит в результате образования ионных связей между препаратом и функциональными группами волокнообразующего сополимера (2):

                                                                                                                                             

Кинетические данные процесса сорбции позволили рассчитать значения  коэффициентов диффузии, D, в соответствии с уравнением Кренка (3) [[7, с.71]]:

                                                                                                                                            
 , где

  • Сt , С- содержание сорбата в волокне через период t и при достижении равновесия, соответственно;
  • D - коэффициент диффузии;
  • r - радиус филамента;
  • t - продолжительность обработки.

С этой целью были построены соответствующие анаморфозы в координатах «Сt/С-√t» и оценены значения D (табл. 1). Увеличение концентрации катамина АБ в растворе, а также повышение температуры процесса приводит к интенсификации диффузионных процессов. Следует отметить, что полученные значения соизмеримы с коэффициентами диффузии красителей в ПАН гель-волокно (3...8·10-14 м2/с) [[1, с. 149]].

Известно, что температурная зависимость кинетических характеристик процессов может быть описана уравнением Аррениуса. Анализ функции  ln D - T-1  показал возможность ее описания прямолинейной зависимостью с коэффициентом корреляции, R2, более 0,9. На основании этих результатов были рассчитаны значения кажущейся энергии активации, ΔЕа, процесса диффузии катамина АБ в гель-волокно (табл. 2).

Увеличение концентрации катамина АБ в растворе приводит к некоторому уменьшению ΔЕа.

Изучение равновесной сорбции в различных температурно-концентрационных условиях позволило оценить величины «пределов насыщения», [Sa], (по Лэнгмюру) (табл. 3).

В результате изучения зависимости ln [Sa] = f(Т-1) было рассчитано значение интегральной теплоты сорбции, Qс, катамина АБ ПАН гель-волокном, которая оказалась равной 23,0 кДж/моль.

Было проведено микробиологическое исследование ПАН волокон, обработанных катамином АБ, в лаборатории Центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья (г. Могилев) в соответствии с  8. В результате исследования установлено, что данный материал активен по отношению к штаммам Staphylococcus aureus и Escherichiа coli. При этом по мере увеличения количества катамина АБ бактерицидная активность ПАН волокна повышается (табл. 4).

В результате модификации катамином АБ изменяется отношение ПАН волокна к красителям: оно теряет способность окрашиваться катионными красителями, но появляется сродство к анионным красителям. Изучение сорбции красителей хромового оранжевого, хромового зеленого антрахинонового, кислотного голубого, кислотного ярко-красного, прямого чисто-голубого и прямого красного 2С показало, что их равновесное содержание в волокне составляло 1,7...1,9 % (масс.). Прочность окраски к «сухому» трению  образцов характеризовалась 4...5 баллами.

Была изучена биологическая активность окрашенных анионными красителями модифицированных ПАН волокон, содержащих 1,95 % (масс.) катамина АБ. Установлено, что антимикробная активность такого волокна снижается на 10...15 % по отношению к Staphylococcus aureus и на 50...60 % - к Escherichiа coli, что, по-видимому, обусловлено образованием стабильных аддуктов «полимер - модификатор - краситель».

Для оптимального выбора условий текстильной переработки и последующей эксплуатации модифицированных волокнистых материалов  была проведена оценка их физико-механических свойств в соответствии с ГОСТ 10213.1-2002, 10213.2-2002. Результаты этих испытаний приведены в табл. 5.

Изменение условий сорбции (повышение концентрации антимикробного препарата в растворе, увеличение температуры и продолжительности обработки) приводят к небольшому снижению удельной разрывной нагрузки и возрастанию удлинения при разрыве. Сохранение физико-механических свойств модифицированного ПАН волокна обусловлено, по-видимому, тем, что данный процесс не приводит к значимому изменению его первичной и надмолекулярной структуры.

На основании полученных экспериментальных данных  разработана технология получения бактерицидного ПАН волокна марки  нитрон С  применительно к производству  Нитрон I  завода  Полимир ОАО Нафтан. На промышленном потоке F прядильно-отделочного цеха указанного производства  изготовлена опытная партия антимикробного волокна  и передана на РУПП   Гроднотекстиль  для дальнейшей текстильной переработки. Комплекс физико-механических характеристик этой партии волокна соответствовал требованиям ТУ РБ 300041455.027-2002 «Волокно и жгут полиакрилонитрильные, нитрон С».

Опытная партия бактерицидного волокна была переработана в одеяла ассортимента арт. 07С3. Технологическая схема получения одеял включала следующие стадии:

  • наработка суровой пряжи состава: шерсть полугрубая - 25 %(масс.), шерсть полутонкая - 45 %(масс.), модифицированный нитрон С - 30 %( масс.)
  • получение суровой ткани
  • получение готового изделия.

Опытные образцы полученной пряжи и одеял были переданы для оценки биологической активности в лабораторию Центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья (г. Могилев, Беларусь) и в лабораторию биологически активных соединений ФГУП Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов  (Москва). Была подтверждена активность материалов в отношении штаммов болезнетворных бактерий Staphylococcus aureus и Escherichiа coli, а также установлена активность в отношении фитопатогенных грибов Fusarium solani, Fusarium graminearum, Rhizoctonia solani, Botrytis cinerea.

Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что модификация ПАН гель-волокна катамином АБ обусловливает проявление им эффекта  антимикробной активности. Разработанная технология получения бактерицидного волокна  нитрон С  и ее проверка в производственных условиях доказывают возможность реализации подобных процессов на действующих прядильно-отделочных агрегатах.

ПРИМЕЧАНИЯ

 

Литература

  1. Геллер Б.Э. Полиакрилонитрильные волокна. Перспективы развития производства. Обзор. // Хим. волокна. - 2002. - № 3. - С. 3-11.

    2. Геллер А.А., Геллер Б.Э. Физико-химические и технологические аспекты инклюдационного модифицирования химических волокон // Хим. волокна. - 1990. - № 3. - С.8-17.

    3. Поверхностно-активные вещества. Справочник /под ред. Абрамзона А.А./. Ленинград: Химия (Лен. отд.), 1979. - 376 с.

    4. Седов А.В., Трегуб Т.И., Астафьева И.П. Применение изделий из антимикробных материалов в комплексе профилактических мероприятий в чрезвычайных ситуациях (методические рекомендации). М.: ВЦНК «Защита». 2002. - 15 с.

   5.  Будкуте И.А., Геллер Б.Э., Щербина Л.А. Экспериментальное изучение структуры полиакрилонитрильных гель-волокон// Хим. волокна. - 2004. - № 5. - С.40-45.

    6. Лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов. Корчагин М.В., Соколова Н.М., Шиканова И.А. и др.// М.: Легкая индустрия, 1976. - 352 с.

    7. Пакшвер Э.А Полиакрилонитрильные волокна. /в кн. Карбоцепные волокна/ под. ред. К.Е. Перепелкина. - М.: Химия, 1973. - С. 7-164.

    8. Методические указания по лабораторной оценке антимикробной активности текстильных материалов № 28-6/32 от 18.11.83.

СПРАВКА

Журнальный варинат доклада, включенного в программу V Международного симпозиума по техническому текстилю, нетканым материалам и защитной одежде в рамках Techtextil Russia 2010  (Москва, 20-21 апреля 2010 года).

Summary

Elaboration of production's technology of polyacrylonitrile fibers for biocide textile fabrics

Pchelova N.V., Budkute I.A., L.A. Shcherbina (Mogilev State University of Food-Stuff, Belarus)

Kinetics and thermodynamics of the interaction of polyacrylonitrile (PAN) gel-fibres based on poly[acrylonitrile (AN) (90,4)-co-methylacrylate (MA) (8,2)-co-2-acrylamide-2-methylpropanesulphoacid (AMPS) (1,4)], spuned from aqueous sodium thiocyanate solvent (nitron S) at conditions  of the plant "Polymir" OSC "Naftan" (t. Novopolochk), and preparation "catamin AB", referring to superficially-active material and presenting quaternary ammonium salt - alkylbenzyldimethylammonium chloride - have been studied.

The values of diffusion's coefficients (in accordance with equation of Krenk) and activation energy was calculated. It has been found that the increase of the temperature of the modification and concentration of catamin AB in solution intensify of diffusion  processes.

The «saturation limits» (by Langmur) of polymeric substratum  and heat of sorption of catamin AB by PAN gel-fiber has been calculated. There  have been studied the anti-microbe properties of modifying PAN fiber in laboratory of the Centre of hygiene, epydemiology and public health (t. Mogilev).  It has been established that modified PAN fibers  active to Staphylococcus aureus and Escherichiа coli.

It has been investigated the dyeing of PAN fibers with anion dyes. The biocidity of dyed and modified by catamin AB PAN fibers  has been determined in the course of microbiological tests.

The pilot batch of antibacterial fibre nitron  has been produced at plant «Polymir» OSC «Naftan». Textile process of manufacture of biocidic blankets was realized at  plant "Grodnotextile". It has been established activity of blankets to Staphylococcus aureus and Escherichiа coli, as well as mushroom Fusarium solani, Fusarium graminearum, Rhizoctonia solani, Botrytis cinerea.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ