Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Кинетика взаимодействия катамина АБ с полиакрилонитрильным волокном

Кинетика взаимодействия катамина АБ с полиакрилонитрильным волокном

05 сентября 2006
Технический текстиль №14, 2006

Русаленко Олеся Николаевна

 Придание бактерицидности полиакрилонитрильным (ПАН) волокнам позволяет не только получать биологически активные текстильные  материалы, но и в их смесях с шерстью обеспечивает придание им инсектофунгицидного эффекта. Такие материалы могут быть использованы для решения различных санитарно-гигиенических задач.

Известно, что эффективным методом придания химическим волокнам специфических свойств является инклюдационная модификация, осуществляемая в процессе их получения. Она  основана на том, что развитая удельная поверхность свежесформованных ПАН волокон (гель-волокон) обеспечивает  высокую доступность полимерного субстрата для различных реагентов 1.

Целесообразность технической реализации подобных процессов очевидна, поскольку это позволяет существенно разнообразить ассортимент выпускаемой продукции и способствует удовлетворению потребности в волокнах специального назначения.

Целью настоящей работы было изучение кинетических и термодинамических закономерностей взаимодействия ПАН гель-волокна и антисептического препарата катамин АБ, представляющего собой четвертичную аммониевую соль (ЧАС) - алкилбензилдиметиламмоний хлорид 2. Выбор данного препарата обусловлен его экологичностью 3.

Объектом исследований служили производственные образцы ПАН волокна на основе поли[акрилонитрил (АН) (90,4)-со-метилакрилат (МА) (8,2)-со-2-акриламид-2-метилпропанульфокислоты (АМПС) (1,4)], сформованного по «водно-роданидному» способу в условиях ОАО Полимир (г. Новополоцк). Образцы были отобраны с технологического потока до авиважной обработки и не подвергавшиеся тепловым обработкам. В результате проведенных исследований установлено, что статическая обменная емкость (СОЕ) такого волокна составляет 0,08 ммоль/г, а его удельная внутренняя поверхность достаточно велика и достигает 12,6 м2/г (по азоту) 4.

Ранее было показано, что интенсификация хемосорбционных процессов ПАН волокнами может быть достигнута посредством гетерофазного щелочного гидролиза (ГЩГ) [[5-7]]. В связи с этим в данной работе проведено сравнение кинетики взаимодействия катамина АБ с ПАН волокном, характеризующемся  СОЕ, равной 0,08 ммоль/г, и частично гидролизованным ПАН волокном с СОЕ, равной 2,60 ммоль/г.

Определение количества катамина АБ, сорбированного волокном, проводилось анализом его содержания в исходном растворе и «остаточной» ванне колориметрическим методом.

В результате серии предварительных экспериментов установлено, что при низкой температуре (20...25оС) взаимодействие катамина АБ с ПАН волокном протекает очень медленно. Поэтому эксперименты по  сорбции проводились при 60...80оС.

На графиках представлены среднестатистические результаты проведенных экспериментов при температуре 60 и 80оС. 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. При  идентичных условиях модификации количество сорбированного препарата возрастает в 3,5-4 раза при применении в качестве сорбента частично гидролизованного волокна, по сравнению с исходным волокном.

По-видимому, взаимодействие ЧАС с ПАН волокном происходит в результате как физической сорбции, так и образования ионных связей между препаратом и функциональными группами  волокнообразующего сополимера.

Первичная структура ПАН волокна, подвергнутого ГЩГ, предопределяет повышенное сродство ЧАС  к полимерному субстрату благодаря образовавшимся при этой обработке карбоксильным группам.

Кроме того, в результате ГЩГ и, как следствие, накопления в волокнообразующем сополимере акриламидных и акрилатных звеньев, повышается способность волокна к набуханию в воде.

Так, исходное ПАН волокно характеризуется степенью набухания 6%, а частично гидролизованное ПАН волокно - 35% 8.

Поскольку инклюдационная модификация, как и любой сорбционный процесс, зависит не только от температуры, концентрации сорбата в растворе, наличия активных функциональных групп и др., но и от надмолекулярной структуры сорбента, то повышенная набухаемость частично гидролизованного ПАН волокна также способствует увеличению равновесно сорбированного катамина АБ.

Кинетические данные процесса сорбции позволили рассчитать значения  коэффициентов диффузии, D, в соответствии с уравнением Кренка 9.  С этой целью были построены соответствующие анаморфозы в координатах «Сt/C¥-Öt» 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) [[9, с 149; 10]]. 

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, ∆Еа,  процесса диффузии катамина АБ в гель-волокно (табл. 2).

Увеличение концентрации катамина АБ в растворе, а также использование модифицированного посредством ГЩГ ПАН волокна, приводит к некоторому уменьшению ∆Еа.

Известно, что сорбция вообще, а крупных органических ионов, в частности, является сложным многофакторным процессом. Помимо условий сорбции, существенное влияние на количество сорбированного вещества оказывает количество сорбционно-активных групп, топохимия сорбента, которая определяет интенсивность диффузии сорбата, доступность функциональных групп и др.

В связи с этим, изменение как первичной, так и надмолекулярной структур ПАН волокна в результате ГЩГ приводит к снижению температурного предела процесса сорбции катамина АБ.

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 сведены в табл. 3.

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. По-видимому, данный процесс не приводит к значимому изменению первичной структуры волокна

В результате микробиологического исследования ПАН волокон, обработанных катамином АБ, в лаборатории Центра гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья (Могилев) в соответствии с работой 11 установлено, что данный материал активен по отношению к штамму St. aureus (105), причем, этот показатель не изменяется после 10-кратной стирки.

Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что инклюдационная модификация ПАН гель-волокна катамином АБ обусловливает проявление модифицированным ПАН волокном эффекта  антимикробной активности.

©  Российские торговые марки

ПРИМЕЧАНИЯ

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

2 Поверхностно-активные вещества. Справочник /под ред. Абрамзона А.А. - Л.: Химия, 1979.

3 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.

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

5 Вольф Л.А. Волокна с особыми свойствами. - М.: Химия. 1980.

6 Зверев М.П. Хемосорбционные волокна. - М.: Химия. 1981.

7 Згибнева Ж.А. Исследование в области получения полиакрилонитрильных волокон со специальными свойствами: Дис. ... канд. тех. наук: 05.17.06.-Ташкент, 1974.

8 Сало И.А., Ильенкова Н.А., Верховцова Н.В., Дудинская О.В. Новые модификации волокнистых хемосорбентов на основе терсополимеров акрилонитрила. - В сб. Материалы международ. науч.-техн. конф. Саратов, 2004. - С.394-397.

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

10 Мухамеджанова М.Ю., Ширшова Н.Ю., Никонович Г.В., Юнусов М., Бурханова Н.Д., Хамракулов Г., Рашидова С.Ш.Структурные, физико-механические и сорбционные свойства волокон из тройных сополимеров акрилонитрила // Химические волокна. - 2003. - № 3. - С.19-22.

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

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ