Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химические волокна и нити, композиты


Тенденции/Химические волокна и нити, композиты/Перспективы модифицирования синтетических волокон и нитей

Перспективы модифицирования синтетических волокон и нитей

24 октября 2014
Технический текстиль №32, 2014

Захаров Анатолий Георгиевич
Пророкова Наталия Петровна


Мировое производство текстильных волокон в 2012 г., по данным проф. Э.М. Айзенштейна 1, достигло 85,8 млн.т. При этом их среднее потребление на душу населения составило 12,2  кг. Такие рекордные показатели стали возможными благодаря динамичному росту производства химических волокон, объем выпуска которых составляет примерно 2/3 всего объема текстильных волокон.

Как и в прошлые десятилетия, самые высокие темпы роста сохраняют полиэфирные волокна, получаемые, главным образом, из полиэтилентерефталата 1,2. Их производство в 2012 г. составило 73% от общего объема выпуска химических волокон. По оценкам экспертов PCI Fibres и Международного консультативного комитета по хлопку (ICAC), к 2020 г. мировое производство полиэфирных волокон и нитей возрастет до 70 млн. т.

В России в 2012 г. было произведено 140 тыс. т химических волокон и нитей, а их потребление составило 347 тыс. т. (для полиэфирных волокон и нитей - 57 тыс. т и 199 тыс. т, соответственно). Причем спрос на химические волокна был в среднем на 6% выше их потребления и на 67% выше производства 1. Разница между этими показателями частично восполнялась за счет импорта.

Так,  импорт полиэфирных волокон и нитей в 2012 г. составил почти 156 тыс. т.

Таким образом, очевидно, что в России выпускается очень мало химических, в том числе, полиэфирных волокон и нитей.  Кроме того, необходимо отметить, что на российских предприятиях полиэфирное волокно производится в основном  из вторичного полиэтилентарефталата, полученного после рециклинга бутылок, и имеет сравнительно низкое качество.

В свете всего сказанного ясно, что большое значение для экономики России имеет реализация проекта строительства в Ивановской области завода по производству полиэфирного волокна (ОАО КТА Иврегионсинтез). Это предприятие планируется запустить уже в 2017 г. В соответствии с проектом завод будет выпускать в год 170 тыс. т полиэфирного штапельного волокна и 30 тыс. т гранулированного полиэтилентерефталата текстильного назначения, который можно будет использовать для производства текстильных и технических нитей.

Введение в эксплуатацию этого предприятия позволит, по данным ОАО КТА Иврегионсинтез, сократить долю импорта в РФ полиэтилентерефтных волокон и нитей на 23%. Следует отметить, что для выпуска полиэфирного волокна будет использоваться, в основном, первичное сырье (доля вторичного будет составлять не более 20%) 3. Это обеспечит высокое качество выпускаемых волокон.

Хотя новый, современный завод по производству полиэфирного волокна будет выпускать сырье для текстильной промышленности всей России, его не случайно планируют разместить именно в Ивановской области, которая является исторически сложившимся центром российской текстильной промышленности. Несмотря на то, что объемы текстильного производства в настоящее время значительно уменьшились, этот регион по-прежнему выпускает более половины всего объема тканей, производимых в России, а значит острее всего испытывает постоянный недостаток сырья. Новый завод позволит стабильно снабжать сырьем текстильные предприятия и при выпуске обновленного ассортимента тканей использовать имеющийся кадровый потенциал и культурно-эстетические традиции Ивановской области.

Между тем,  изменение и в перспективе значительное расширение ассортимента выпускаемой текстильной продукции ставят перед работающими в этой области учеными серьезные задачи по широкому модифицированию свойств синтетических волокон и изделий их них. Для материалов различного назначения требуется как значительное улучшение отдельных качественных характеристик (прочности, модуля упругости и др.), так и придание им принципиально новых свойств (биоцидности, электропроводности и др.). В этом направлении проводятся многочисленные исследования.

В настоящей статье мы остановимся на результатах работ по модифицированию синтетических волокнистых материалов, выполняемых в Институте химии растворов им. Г.А. Крестова РАН в содружестве с коллегами из других институтов РАН и НИИ. Часть предлагаемых способов модифицирования может быть использована в процессе получения синтетических волокон и нитей, часть – для придания необходимых свойств материалам и готовым изделиям на их основе.

Одним из предложенных нами эффективных способов модифицирования синтетических нитей является иммобилизация в них ультрамалых количеств наполнителя, который вводится в расплав волокнообразующего термопластичного полимера на стадии формования. В качестве наполнителя используется либо 1…2 % политетрафторэтилена торговой марки Форум, представляющего собой смесь высокодисперсных и наноразмерных частиц порошка, и полученного методом термогазодинамической деструкции отходов промышленного тефлона, либо десятые доли процента композитов, содержащих наноразмерные частицы оксидов металлов переходной группы, иммобилизованные в полиэтиленовой матрице 4, 5, 6, 7, 8, 9.

На примере полипропиленовых нитей мы показали, что введение в расплав волокнообразующего полимера незначительного количества ультрадисперсного политетрафторэтилена обеспечивает придание модифицированным нитям повышенной прочности, высокого модуля упругости, улучшенной способности к переработке; ткани из них отличаются высокими модулем упругости и износостойкостью. При получении окрашенных в массе модифицированных нитей значительно снижается их обрывность. Нетканые материалы из модифицированных нитей приобретают повышенную прочность как по длине, так и по ширине, равномерность по разрывной нагрузке, повышенную гидрофобность 4, 5, 6, 7, 8. Данная работа награждена в 2013 г. золотой медалью 41-го Женевского международного инновационного салона Инновации – Женева.

Мы также установили, что использование в качестве наполнителей композитов на основе иммобилизованных в полиэтилене металлсодержащих наночастиц обеспечивает стабильность наноразмерного состояния частиц и равномерность их распределения в структуре нити.

Нами было показано, что при введении в расплав полипропилена микроколичеств иммобилизованных металлсодержащих частиц наблюдается увеличение относительной разрывной нагрузки полипропиленовых нитей без снижения разрывного удлинения и ухудшения трибологических характеристик нитей. Наиболее значительный рост прочности зафиксирован при использовании железо-, марганец- и никельсодержащих композитов. Установлено, что в результате модифицирования нитей микроколичествами наноразмерных металлсодержащих частиц происходит значительное (в 105…106 раз) снижение поверхностного электрического сопротивления нитей, в то время как использование промышленных антистатических препаратов обеспечивает уменьшение этого показателя лишь в 104 раза.

Выявлено, что полипропиленовые нити, модифицированные наноразмерными частицами, содержащими металлы переходного ряда, оказывают ингибирующее действие на развитие всех видов болезнетворных микроорганизмов. Наиболее сильно активность грам-положительных, грам-отрицательных бактерий и патогенных микрогрибов  снижается при использование малых количеств марганец- и железосодержащих нанокомпозитных порошков 9,10.

Для придания полиэфирным, полипропиленовым и полиамидным нитям высокой устойчивости к действию агрессивных сред и ультрафиолетового излучения, низкого коэффициента трения, высокой гидрофобности нами предложен способ формирования сплошного фторполимерного покрытия на поверхности нитей из термопластичных полимеров на последнем этапе их получения. Способ основан на нанесении разбавленной суспензии фторопласта 4Д, на поверхность полуотвержденной нити на стадии замасливания. В результате нанесения покрытия из суспензии фторопласта повышается гидрофобность нитей, значительно снижается коэффициент трения и повышаются прочность и модуль упругости, возрастает устойчивость к воздействию солнечных лучей и агрессивных жидкостей. Нанесенное покрытие, и, следовательно, достигнутый эффект, являются устойчивыми к действию механического истирания 11,12.

Мы предложили также принципиально новый способ придания полипропиленовому нетканому материалу барьерных антимикробных свойств, основанный на воздействии на волокнистый материал газовой смеси на основе фтора 13,14. Выявлены условия фторирования (продолжительность процесса, состав фторирующей смеси), при которых нетканое полотно приобретает бактериостатичность или одновременно грибостойкость и гидрофобность. Показано, что при модифицировании физико-механические характеристики нетканого полотна не ухудшаются.

Также мы уделяли большое внимание модифицированию полиэфирсодержащих текстильных материалов для придания им высокой гидрофобности. Мы показали эффективность модифицирования полиэфирных волокнистых материалов посредством формирования на поверхности образующих их волокон наноразмерного покрытия на основе низкомолекулярного политетрафторэтилена 15,16. Покрытие придает волокнистому материалу высокую гидрофобность, присущую фторполимеру. При этом поверхностная пленка фторполимера повторяет шероховатый микрорельеф поверхности волокнистого материала. Предварительная химическая модификация волокнистого материала, приводящая к увеличению его шероховатости, также может способствовать повышению гидрофобности. Малая (наноразмерная) толщина покрытия обеспечивает его высокую устойчивость к эксплуатационным воздействиям.

В настоящей статье изложены результаты лишь части проведенных в ИХР РАН исследований, которые в перспективе могут быть использованы для модифицирования синтетических, в том числе, полиэфирных волокон и нитей для придания им улучшенных и специальных свойств.

Считаем своим долгом поблагодарить за финансовую поддержку указанных работ Президиум Российской академии наук (программа Президиума РАН Поддержка инноваций и разработок» за 2009 – 2011) и Российский фонд фундаментальных исследований (проекты №№ 08-03-12152-офи, 11-03-12048-офи-м и 13-03-12065-офи-м).

ПРИМЕЧАНИЯ

1   Айзенштейн Э.М. Химические волокна в 2012 г. на мировом и российском рынках // Рабочая одежда и СИЗ. 2013. № 3 (58). С. 6-12.

2 Айзенштейн Э.М. Настоящее и будущее волокон из полиэтилентерефталата // Рабочая одежда и СИЗ. 2013. № 2 (57). С. 10-15.

3      http://expert.ru/2014/03/14 

4      Патент RU 2394945. Композиция для получения комплексных полипропиленовых нитей / Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Морыганов А.П., Базаров Ю.М.,  Терехов А.С., Бузник В.М. Опубл 20.07.2010, Бюл. 20.

5 Патент RU 2411312. Способ получения комплексных полипропиленовых нитей. / Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Морыганов А.П., Базаров Ю.М.,  Терехов А.С., Бузник В.М. Опубл. 10.02.2011, Бюл. 4.

6 Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кумеева Т.Ю., Бузник В.М. Поверхностные свойства полипропиленовых волокнистых материалов, модифицированных ультрадисперсным политетрафторэтиленом // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т.49. № 1. С. 104 – 110.

7  Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бузник В.М., Завадский А.Е. Модифицирование полипропиленовых волокнистых материалов ультрадисперсным политетрафторэтиленом / Высокомол. соединения. Сер. А. 2013. Т. 55. № 11. С. 1333 – 1342.

8  Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бузник В.М. Новый подход к модифицированию полипропиленовых волокнистых материалов в процессе их получения // Дизайн. Материалы. Технология. 2013. № 5 (30). С. 93-98.

9      Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бирюкова М.И., Юрков Г.Ю., Бузник В.М. Модифицирование полипропиленовых нитей с использованием наноразмерных  металлсодержащих частиц, иммобилизованных в полиэтиленовой матрице // Российские нанотехнологии, 2014, Т. 9, № 9-10. С. 21-27.

10  Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бирюкова М.И., Юрков Г.Ю., Бузник В.М. Полипропиленовые нити, модифицированные стабилизированными в полиэтилене железосодержащими наночастицами // Хим. волокна. 2014. (В печати)

11 Патент РФ №2522337. Синтетические нити с высокой хеостойкостью и низким коэффициентом трения / Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кумеева Т.Ю., Морыганов А.П., Бузник В.М. Опубл. 10.07.2014, Бюл. №19.

12Патент РФ №2522338. Способ получения синтетических нитей / Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кумеева Т.Ю., Морыганов А.П., Бузник В.М. Опубл. 10.07.2014, Бюл. №19.

13 Патент РФ №2488600. Способ поверхностного модифицирования полипропиленового материала / Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Вавилова С.Ю., Истраткин В.А., Харитонов А.П., Бузник В.М. Опубл. 27.07.2013, Бюл. №21.

14 Патент РФ №2488601. Способ поверхностного модифицирования полипропиленового материала / Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Вавилова С.Ю., Истраткин В.А., Харитонов А.П., Бузник В.М. Опубл. 27.07.2013, Бюл. №21.

15 Пророкова Н.П., Бузник В.М., Кирюхин Д.П., Никитин Л.Н. Перспективные технологии гидро- и олеофобизации текстильных материалов. 2010. Т. 11. №4. С. 213-224.

16 Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Кирюхин Д.П., Никитин Л.Н., Бузник В.М. Придание полиэфирным тканям повышенной гидрофобности: формирование на поверхности волокон ультратонкого водоотталкивающего покрытия // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2011. Т. LV. №3. С. 14-23.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ