Результаты поиска

Поток

САМОЗАТУХАЮЩИЕ ВОЛОКНА И ИХ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ХИТОЗАНА

                                                                                               УДК 677.46:66.02+661.728.7

Целлюлозные материалы, не подверженные химической или физической обработке, легко воспламеняются и интенсивно горят даже после удаления открытого источника пламени. Для их горения необходимо малое количество кислорода, поэтому они имеют низкий кислородный индекс (КИ) 15—18% [1]. В настоящее время в текстильной промышленности особое значение придается созданию огнестойких волокон, нитей и изделий из них. Совмещение наиболее распространенных в природе биополимеров целлюлозы и хитозана представляет несомненный интерес с точки зрения получения композиционных нитей, волокон, пленок, мембран и других полимерных материалов с уникальным комплексом свойств. В частности, сочетание сорбционной активности и гидрофильности обоих полимеров с высокой механической прочностью целлюлозы и антибактериальными свойствами хитозана и его негорючестью позволяет существенно расширить известные области их применения. При этом близость химической структуры макромолекул создает предпосылки для кинетической совместимости этих полимеров в общем растворителе, что позволит избежать отрицательного влияния фазового разделения на физико-механические свойства композиционных материалов. Несмотря на многочисленные варианты, предложенные различными исследователями [2—5], до сих пор в промышленном масштабе не была реализована технология, позволяющая совмещать эти полимеры на молекулярном уровне. Отличительная особенность разработанной технологии получения самозатухающих волокон и нитей на основе целлюлозы и хитозана состоит в том, что это свойство появляется у гидратцеллюлозных волокон не вследствие поверхностной обработки, а в результате совмещения на надмолекулярном уровне целлюлозы и хитозана в их общем растворителе — ортофосфорной кислоте при получении совместных прядильных растворов, что обеспечивает высокую однородность и стабильность свойств сформованных целлюлозно-хитозановых волокон и нитей.   Рисунок 1. Самозатухающее целлюлозно-хитозановое волокно, полученное по бессероуглеродной технологии в ОАО «СветлогорскХимволокно». Новая бессероуглеродная технология получения гидратцеллюлозных и модифицированных другими полимерами формованных изделий с использованием ортофосфорной кислоты в качестве растворителя является сегодня реальной альтернативой экологически опасному вискозному производству. Получаемые с использованием этой технологии целлюлозно-хитозановые нити (рис. 1) гигроскопичны, нерастворимы в воде, устойчивы к действию разбавленных растворов щелочей, а также к большинству органических растворителей. По физико- механическим свойствам самозатухающее целлюлозно-хитозановое волокно сравнимо со свойствами вискозных гидратцеллюлозных волокон. На рис. 2 представлены фотографии поверхности образцов целлюлозно-хитозанового волокна, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. Волокна отличаются высокой однородностью по длине и ширине, имеют ровную и гладкую поверхность.               Рисунок 2. Фотографии поверхности экспериментального целлюлозно-хитозанового волокна, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа. Рисунок 3. Поперечный срез экспериментального целлюлозно-хитозанового волокна состава 80:20. На рис. 3 представлено изображение поперечного среза целлюлозно-хитозанового волокна (соотношение целлюлоза — хитозан 80:20), которое показывает высокую однородность волокна. Контрольные испытания горючести самозатухающего целлюлозно-хитозанового волокна и импортных образцов — аналогов химических волокон пониженной горючести были проведены в ГОУВПО «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина». В табл. 1 представлены результаты по определению кислородного индекса экспериментальных образцов целлюлозно-хитозановых волокон и их классификация по группам огнезащитной эффективности. Как следует из данных табл. 1, варьирование содержания хитозана в композиционном волокне позволяет получать материалы различного назначения: от горючих трудновоспламеняемых материалов до негорючих материалов специального назначения. Следует отметить, что самозатухающие свойства композитных волокон проявляются при формовании изделий из совместных целлюлозно-хитозановых растворов в общем растворителе — ортофосфорной кислоте и не проявляются при механическом смешении порошков полимеров или путем переплетения целлюлозных и хитозановых волокон. Таблица 1. Кислородный индекс образцов целлюлозно-хитозановых волокон и их классификация по группам огнезащитной эффективности
Состав волокна Кислородный индекс, % Группа огнезащитной эффективности
Целлюлоза 100% 21—22 Горючие легковоспламеняемые материалы
Целлюлоза — хитозан 80%:20% 28,9 Горючие трудновоспламеняемые материалы
Целлюлоза —хитозан 75%:25% 35,5 Негорючие материалы
Целлюлоза — хитозан 70%:30% 57,0 Негорючие материалы специального назначения
Целлюлозно-хитозановые волокна несколько теряют свой кислородный индекс после пяти стирок по ГОСТ 9733.4, однако и при этом сохраняют высокие огнезащитные свойства (табл. 2). Для сравнения, вискозные волокна пониженной горючести фирмы «Ленцинг» имеют кислородный индекс 28,5 %, а после пяти стирок их кислородный индекс падает до уровня обычных вискозных волокон (КИ 20,8%). Таблица 2. Определения кислородного индекса образцов вискозных волокон пониженной горючести фирмы «Ленцинг» в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89
№ п/п Наименование образца КИ, %
1 Вискозное волокно 0,17 текс пониженной горючести фирмы «Ленцинг» 28,5
2 Вискозное волокно 0,17 текс пониженной горючести фирмы «Ленцинг» после пяти стирок 20,8
3 Целлюлозно-хитозановые волокна состава 70:30 57,0
4 Целлюлозно-хитозановые волокна состава 70:30 после пяти стирок 29,0
  Рисунок 4. Зона задержки роста бактерий вида Staphylococcus epidermidis на целлюлозно-хитозановом волокне. Исследования бактериостатической активности самозатухающих целлюлозно-хитозановых волокон в отношении тест-культуры Staphylococcus epidermidis (госпитальный штамм) проводились в Испытательном центре перевязочных, шовных и полимерных материалов в хирургии при ФГУ «Институт хирургии имени Вишневского» в соответствии с Методическими указаниями по лабораторной оценке текстильных материалов № 28-6/32 от 18.11.1983 методом «агаровых пластин». Результаты исследований свидетельствует о том, что под целлюлозно-хитозановыми волокнами не происходит роста микрофлоры, то есть волокно обладает бактериостатической активностью (рис. 4). Оно подавляет размножение и жизнедеятельность грибков, замедляет и блокирует рост бактерий. Наличие бактериостатического эффекта в волокне повышает его инновационную ценность для потребителя, расширяет рынки сбыта. Целлюлозно-хитозановые волокна — это принципиально новый ассортимент волокон и нитей со специальными свойствами, отсутствующий сегодня на мировом рынке. Опытное производство самозатухающего целлюлозно-хитозанового волокна по разработанной бессероуглеродной технологии с использованием ортофосфорной кислоты в качестве растворителя целлюлозы и хитозана организовано на участке химико-прядильного цеха ОАО «Светло-горскХимволокно» в результате выполнения контракта по научно-технической программе Союзного государства «Компомат» 2012—2016 годов. Мощность опытно-промышленной установки — 3 000 кг волокна в год (рис. 5).             Рисунок 5. Опытная установка получения самозатухающего целлюлозно-хитозанового волокна. ООО «Ниагара» проведена текстильная переработка изготовленных ОАО «СветлогорскХимволокно» опытных партий самозатухающих волокон различного состава в нетканые полотна с вложением целлюлозно-хитозанового волокна 80 %. Нетканые полотна обладают  самозатухающими свойствами, высокими показателями воздухопроницаемости, гигроскопичности и  бактериостатическим эффектом. Получены экспериментальные образцы нетканых полотен для специальной защитной одежды от повышенных тепловых воздействий (интенсивного теплового излучения, высоких температур). Самозатухающие целлюлозно-хитозановые волокна, по заключению ООО «Ниагара», могут быть использованы в производстве специального текстиля: одежды для работы в экстремальных условиях для военнослужащих, арктического спецназа, войск в пустыне, подводников, шахтеров, подразделений пожарной охраны и поисково-спасательных отрядов МЧС, специальной одежды для металлургов, нефтехимической газовой, электротехнической промышленности, строительства, силовых структур, одежды для длительных сроков ношения без стирки и др. Трикотаж из целлюлозно-хитозанового волокна, в отличие от существующих огнезащитных синтетических тканей, будет регулировать баланс температуры и влажности между телом и одеждой, что даст возможность использовать его для пошива огнезащитного белья. При этом его себестоимость за счет преимуществ новой бессероуглеродной технологии по сравнению со стоимостью хитозановых волокон, получаемых из растворов в разбавленных кислотах, будет примерно в 20 раз меньше и составит ориентировочно 5 долларов за 1 кг. Применение текстильных материалов с использованием самозатухающих целлюлозно-хитозановых волокон позволит снизить вероятность их воспламенения и предотвратить возникновение опасных для жизни ситуаций, увеличить время покидания места возгорания. Расходы на меры по огнезащите за счет использования текстильных материалов с использованием самозатухающих целлюлозно-хитозановых волокон относительно невысоки. Однако их значимость в части защиты жизни и имущества несоизмеримо выше и выходит далеко за рамки их коммерческой стоимости. Д.Д. Гриншпан, Н.Г. Цыганкова, С.Е. Макаревич, Т.А. Савицкая (НИИ физико-химических проблем Белорусского государственного университета); Г.Ф. Серебряков, В.И. Вовк (ОАО «СветлогорскХимволокно»); Т.Н. Кудрявцева (ОАО «ЦНИИЛКА»); А.П. Белоглазов (ООО «Ниагара»)  

 

31 Мая 2017
19
Рейтинг: 4