Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Технологии


Технологии/Получение модифицированных льноволокон для изготовления эко-продукции технического и медицинского назначения

Получение модифицированных льноволокон для изготовления эко-продукции технического и медицинского назначения

13 апреля 2012
Технический текстиль №27, 2012

Морыганов Андрей Павлович

Лен-долгунец – одна из важнейших исконно российских технических культур комплексного использования.

В экономике страны льняной комплекс являлся в прошлом и может стать в будущем одним из основных структурообразующих элементов сельскохозяйственной и текстильной отраслей.

 На протяжении длительного исторического периода наша страна традиционно являлась крупнейшим мировым производителем льноволокна и льняных тканей. В начале ХХ в. из 1,5 млн. гектаров мировых посевных площадей льна и 700 тыс. тонн производства льноволокна около 90% принадлежало России. Однако в последние 20 лет ситуация кардинально изменилась.

Не углубляясь в анализ всех причин (и объективных, и субъективных) этого печального факта, выделим главную: по ныне существующим технологиям из всего объема выращиваемой льнотресты полезно используется (в виде волокна) лишь 25…30%.  При этом максимум 1/3 полученного льноволокна идет на выработку достаточно дорогих чистольняных и полульняных тканей (дороговизна обусловлена многостадийной и энергоемкой технологией облагораживания льна).

В то же время Китай, благодаря дешевой рабочей силе, меньшим энергетическим затратам и солидной государственной поддержке продает эти ткани в странах Евросоюза, да и в России по более низким ценам. Что же касается ныне выпускаемых изделий из короткого льна, то они имеют сравнительно небольшую добавочную стоимость и при повышении цены волокна также могут не выдержать конкуренции.

Активно предпринимаемые в России в 1995-2003 годах попытки получить из короткого льноволокна котонин (хлопкоподобное волокно, пригодное для совместного прядения по сухому способу с хлопком, вискозой, шерстью) не увенчались успехом: из 10 закупленных за рубежом и  изготовленных в России линий котонизации в настоящее время не работает ни одна. Солома масличных сортов льна после отделения семян, как правило, не перерабатывается.

Таким образом, наиболее реальный путь создания необходимой базы для существенного увеличения производства российского льна и «реанимации» имеющихся мощностей по его переработке - это освоение выпуска новых, не производимых ранее конкурентоспособных товаров из короткого льноволокна и отходов льнопроизводства (костры, очесов).

В Институте химии растворов РАН на основе выявления механизма гидролитической, окислительной и структурной трансформации целлюлозы льна и сопутствующих ей природных примесей (лигнина гемицеллюлозы, пектинов) разработаны научные основы процесса модификации лубяных волокон и создания льнонанокомпозитов металлов (серебра, меди и др.). С использованием полученных данных совместно с рядом научно-производственных организаций разработаны уникальные технологии производства из модифицированного короткого льноволокна широкого спектра инновационной продукции.

Модифицированное льноволокно: перспективы использования. Как показано на рис. 1, при отварке механически модифицированного льноволокна можно поэтапно получить: хлопкоподобное льноволокно для сухого способа прядения • смесовую и чистольняную пряжу на его  основе • ткани и трикотажные полотна, технические ткани (для производства последних возможно также использование механически модифицированного волокна Рослан®) • текстильные продукты для медицины, гигиены и косметологии на основе отбеленного льноволокна (медицинскую льновату, биологически активные нетканые материалы) • артиллерийские пороха, специальные виды бумаги для Гознака, продукцию на основе эфиров целлюлозы на основе льняной целлюлозы, получаемой при белении льноволокна с деполимеризацией • экологически безопасные огнебиозащитные утеплители, теплошумоизоляционные и радиоэкранирующие композиционные материалы для транспорта и строительства – в результате обработки механически очищенного льноволокна соответствующим отделочными составами.

Ниже представлены результаты, характеризующие технологии изготовления эко-продукции технического и медицинского назначения на основе модифицированных льноволокон и ее качественные показатели.

Разработанные нами методы модификации низкономерного льносырья предусматривают проведение механической и жидкостной  обработок льноволокон, обеспечивающих придание им  комплекса свойств, необходимых для создания принципиально нового ассортимента продукции текстильного, медицинского и  технического назначения. Главной задачей механической модификации является удаление костры и сорных примесей при одновременном изменении параметров волокна (геометрических размеров, линейной плотности), определяющих его технологичность (способность к дальнейшей переработке)  и влияющих на качество получаемых готовых изделий.

На основании проведенных научных исследований, опытно-конструкторских разработок и широкой промышленной апробации разработана технологическая схема и определен состав линии очистки и модификации короткого льноволокна (рис. 2), позволяющей получать волокно Рослан®  (Российский лен академии наук).

Испытания показали, что, изменяя количество единиц оборудования и параметры обработки, можно в достаточно широких пределах варьировать степень разволокнения льна, очистку его от костры и придавать полуфабрикату показатели, необходимые для дальнейшей переработки его в смесовые пряжу, ткани, нетканые материалы, продукцию медицинского и технического назначения.

Следует подчеркнуть, что разработанная технологическая схема предусматривает использование серийно производимого российского оборудования (ОАО Завод им. Королева, ООО Рослан) и позволяет перерабатывать не только традиционное сырье – лен-долгунец, но и более дешевый лен-межеумок. В сравнении с известными способами котонизации, новая технология позволяет в 1,5…3 раза уменьшить число единиц используемого в линии оборудования, занимаемые площади и удельный расход электроэнергии.

Огнебиозащищенные объемные утеплители для транспорта и гражданского строительства. На первом образце линии (рис. 3), установленном на заводе первичной льнопереработки  (ООО Знаменский лен) в 2007-2011 г.г. выпущено и реализовано на предприятиях РФ около 2000 тонн модифицированного льноволокна.

В ООО НПО Алтайский лен из льна-межеумка, помимо традиционной продукции – льняного масла, семян и жмыха - освоен выпуск модифицированного волокна для производства огнебиозащищенных объемных утеплителей.

В настоящее время ООО Рослан разработало новый усовершенствованный образец линии механической очистки и модификации короткого льноволокна, отличающийся более высокой производительностью и лучшим качеством очистки. Этот образец будет установлен в Вологодской области в создаваемом на базе ОАО Шекснинский льнозавод  центре глубокой переработки льна (рис. 4).

Как было показано на рис. 1, одно из основных направлений получения эко-продукции технического назначения из механически очищенного льноволокна – это обработка его огне- и биозащитными отделочными составами. Как известно, иммобилизовать огнебиозащитные препараты в процессе или после  изготовления нетканого полотна технически сложно, не всегда возможно и требует больших затрат.

Так, обрабатывать готовые нетканые полотна методом пропитки можно только при их сравнительно невысокой поверхностной плотности (не более 400…500 г/м2). Но, даже в этом случае, из-за деформируемости их структуры нежелательно удалять избыточную влагу механическим отжимом. Поскольку ее содержание на нетканом материале может превышать 200%,  высушивание становится слишком затратным процессом.

Поэтому использование огнебиозащищенного льноволокна является наиболее рациональным, экономичным, а главное, пока единственно возможным вариантом изготовления надежно защищенных от действия биодеструкторов и источников огня льносодержащих нетканых материалов любой поверхностной плотности.

Мы разработали технологию дозированного нанесения различных функциональных препаратов на льноволокнистую массу и изготовили опытный образец устройства для ее реализации (рис. 5).

На рис. 6 представлены фотографии модифицированных льноволокон и показатели приданных им функциональных свойств.

Опытный образец огнебиозащищенного теплоизоляционного объемного утеплителя, полученного на основе механически очищенного модифицированного льноволокна с огнебиозащитными свойствами (рис.7), изготовлен на опытно-промышленной базе фирмы ERCO Truetzschler (Германия).

Нетканое полотно вырабатывалось из смеси волокон (80% огнебиозащищенное льноволокно и 20% полиэфирное бикомпонентное) методом термоскрепления. Основные качественные показатели объемного утеплителя на основе огнебиозащищенного льноволокна представлены на рис. 8.

Анализируя приведенные данные,  можно сделать вывод о том, что полученный в производственных условиях объемный огнебиозащищенный утеплитель приобретает полифункциональные свойства, соответствующие и даже превышающие существующие нормативные требования.

В качестве примера, на рис. 9 представлены  фотографии образцов нетканых полотен с поверхностной плотностью 450…650 г/м2, содержащие от 70 до 100% нативного огне- биозащищенного льноволокна.

На основе огнебиозащищенных  льнополиэфирныхнетканых полотен разработан многослойный теплошумоизоляционный материал НО-Л-1А, включающий алюминиевую фольгу со слоем защитного покрытия и сотовый заполнитель (рис.10).

В отличие от существующих аналогов, данный материал обеспечивает коэффициент звукопоглощения на уровне 0,7…0,9 в широком диапазоне частот, соответствует требованиям, предъявляемым к трудногорючим материалам по объему, скорости и токсичности выделяемых при горении газообразных продуктов существенно (в несколько раз) превосходит по своим эксплуатационным показателямм широко применяемый импортный огнезащитный нетканый материал Огнетекс и стеклоткань теплостойкую ТАФ-3. Материал НО-Л-1А обладает высоким уровнем светоотражающих свойств, долговечностью, паронепроницаемостью, минимальными гигроскопичностью и водопоглощением, а стоимость его в 1,5…3 раза ниже аналогов.

С использованием разработанных огнебиозащищенных элементов мягкой мебели (обивочная декоративная хлопкополиэфирная ткань, прослойка из нетканого льносодержащего полотна и вкладыш из поролона) созданы матрасы и другие изделия с высокими противопожарными показателями для пассажирских вагонов нового поколения и различных учреждений (рис. 11). На все разработанные материалы подготовлены и утверждены технические условия, получены патенты РФ на полезные модели, санитарно-эпидемиологические заключения и сертификаты пожарной безопасности.

Выпущены опытно-промышленные партии материалов, которые успешно прошли испытания в условиях опытной эксплуатации в ОАО РЖД. На базе ООО Наукоемкие технологии (Балашиха МО) в 2008-2011 г.г. начато их промышленное производство для вагоностроительных заводов.

Биокомпозитные промышленные фильтры для извлечения радионуклидов из жидких сред. Разработан новый механоакустический способ получения гибридных органо-неорганических ультрадисперсных сорбентов, способных закрепляться на волокнистых материалах. Синтез и механоакустическая активация гибридных частиц осуществлена в роторно-импульсном аппарате в условиях действия ультразвуковой кавитации. В качестве неорганического ядра нано- и мезоразмерных частиц использованы минеральные соли и окислы, в качестве органического регулятора размера частиц и связующего – природные полисахариды (хитозан, альгинат).

Изготовлены опытные партии льноволокон, модифицированных композитными селективно-сорбционными частицами и экспериментальный образец волокнистого биокомпозитного фильтра для извлечения радионуклидов из жидких сред (рис.12).

Установлено, что волокна льна, модифицированные композитными селективно-сорбционными частицами, по статической объемной емкости по отношению к ионам стронция в области низких и умеренных концентраций (С<0,05 г-экв/л) превосходят в среднем в 2 раза заданные значения, соответствующие этому показателю для высокоэффективных промышленных гранулированных сорбентов. Полученный волокнистый фильтрующий материал позволяет очистить в 1,5 раза больший объем жидкости при скорости фильтрации в 3,5 раза выше, чем мелкозернистый сорбент Microionex MB143F (США), который является одним из наиболее эффективных промышленных фильтров.

Полученные данные показывают возможность создания на основе отбеленного льноволкона и гибридных органо-неорганических ультрадисперсных сорбентов нового поколения селективно-сорбирующих фильтрующих материалов для обеззараживания воды и минимизации техногенных отходов.

Экологическая продукция медицинского и гигиенического назначения. Следующее важное направление глубокой льнопереработки – это получение эко-продукции медицинского назначения на основе модифицированного короткого льноволокна.  

Научное обоснование данного направления базируется на выявленных приемах целенаправленного регулирования гидролитической и окислительной деструкции природных спутников целлюлозы льна, при которых исключаются конденсационные процессы и достигается последующее эффективное разрушение хромофорных систем окрашенных соединений. Стимулирование реакций гетеролитического разложения пероксида водорода позволило разработать способы получения из низкономерного льноволокна высокоочищенных, высокосорбционных волокон Рослан®-мед с заданными физико-механическими параметрами (по массодлине, разрывной нагрузке и др.), пригодных для изготовления изделий медицинского назначения без использования экологически опасных кислых растворов хлорсодержащих реагентов и надуксусной кислоты.

На этой основе разработаны технологические схемы и оптимизирован состав технологических линий по производству медицинской льноваты ВХЛС-ИХР, антимикробных перевязочных средств  Биолен (объем выпущенных опытно-промышленных партий – около 20 т).

Принципиальная схема получения такой продукции показана на рис. 13.

Все изделия прошли государственную регистрацию, разрешены к промышленному производству и медицинскому применению, рекомендованы для принятия на обеспечение лечебных учреждений Минобороны РФ.

В 2011 г. на специально построенном заводе ООО ЛенОм  проведена серия работ по постановке продукции на производство, наладке технологического оборудования, разработке НТД на технологический процесс, отработке технологического регламента и выводу предприятия на запланированную проектную мощность:  770 т/год ваты медицинской хирургической льняной ВХЛС-ИХР. За 2011г. предприятие произвело около 200 т медицинской льноваты.

С использованием отбеленного биозащитного льноволокна ОАО НИИ нетканых материалов изготовило  полотна (244…732 г/м2) (рис. 14), которые отличаются высокой устойчивостью к микробиологическому разрушению и обрастанию плесневыми грибами, а также новые стелечные материалы для спортивной обуви (рис. 15).

Предпосылки организации промышленного выпуска высокотехнологичных биологически активных изделий медицинского назначения из льна обобщены на рис. 16.

Суммируя представленные в статье данные, можно заключить, что крупномасштабное внедрение разработанных наукоемких технологий производства инновационной продукции технического и медицинского назначения из отечественного низкономерного льносырья позволит:
увеличить неразвитый в настоящее время сегмент технических нетканых материалов на основе биозащищенных и огнебиозащищенных нативных льноволокон и изделий из них для стройиндустрии, мебельной промышленности, вагоно-, авиа- и автомобилестроения
создать новый класс селективно сорбирущих фильтрующих материалов
расширить сегмент медицинских высокоэффективных полифункциональных, многослойных изделий с антимикробным, анестетическим и лечебным действием, а также высококачественного комфортного медицинского белья (постельного и нательного), изделий детского ассортимента (пеленок, одежды, салфеток), одноразовых антимикробных средств гигиены и косметических изделий на основе гигроскопичных отбеленных или антимикробных волокон льна и льнонанокомпозитов серебра
повысить стратегическую безопасность страны вследствие создания  сырьевой базы для отечественной текстильной и легкой промышленности и сокращения объемов импортируемого хлопка
создать новые рабочие места как при возделывании льна, так и на предприятиях по его первичной и глубокой переработке
улучшить использование сельхозугодий в нечерноземных областях России, в которых лен является одной из основных выращиваемых технических культур
способствовать возрождению отечественного машиностроения для выращивания, уборки, первичной и глубокой переработки льна.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

НАШИ  ЖУРНАЛЫ И СПРАВОЧНИКИ

Смотреть архив

АНОНСЫ:
ЖУРНАЛ "РЫНОК ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ" №118

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "РЫНОК ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ" №117

                    ( читать ... )