автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка научных основ технологии поверхностной модификации волокон текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с химическим закреплением модификатора

005536847

На правах рукописи

АКСЕНОВА ИРИНА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ВОЛОКОН ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ФТОРСОДЕРЖАЩИМИ ПАВ С ХИМИЧЕСКИМ ЗАКРЕПЛЕНИЕМ МОДИФИКАТОРА

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ОКТ 2013

Москва —2013

005536847

На правах рукописи

АКСЕНОВА ИРИНА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ВОЛОКОН ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ФТОРСОДЕРЖАЩИМИ ПАВ С ХИМИЧЕСКИМ ЗАКРЕПЛЕНИЕМ МОДИФИКАТОРА

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном университете дизайна и технологии на кафедре «Физическая и коллоидная химия»

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор

Волков Виктор Анатольевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Полухина Людмила Михайлова Чичварина Людмила Ивановна

Ведущая организация

Учреждение Российской Академии Наук Институт Химии Растворов РАН

Защита диссертации состоится «^'-У_2013 года в часов

на заседании диссертационного совета Д 212.144.06 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Автореферат разослан » 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время текстильные материалы со специальными свойствами, обеспечивающими защиту человека от вредных токсических веществ, находят широкое применение. Одним из перспективных направлений в области создания текстильных материалов, обладающих антиадгезионными (масло- , водоотталкивающими) свойствами является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ), имеющих в своем составе фторсодер-жащий фрагмент, т.к. благодаря своей низкой поверхностной энергии фтор-содержащие ПАВ способны при введении в состав поверхностного слоя волокна снижать его поверхностную энергию и уменьшать смачиваемость жидкостями различной химической природы. В настоящее время фторсодер-жащие ПАВ представлены практически всеми классами органических соединений. Однако принципиально новый вариант химической модификации волокон текстиля достигается при использовании поверхностно-активных фторсодержащих кетонов, которые обеспечивают химическое связывание фторсодержащих поверхностно-активных фрагментов с волокнами текстиля.

Известно, что модификация текстильных материалов чаще всего осуществляется за счет адгезии молекул полимера в виде пленки на волокнах ткани. Простота такой модификации ткани сопровождается существенным недостатком - сравнительно низкая устойчивость модифицирующих веществ на поверхности тканевых волокон к воздействию последующих чисток и стирок. В связи с этим, является актуальной разработка метода модификации текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с их химическим закреплением на поверхности, что позволит значительно повысить устойчивость модифицирующих эффектов.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «МГУДТ», в рамках темы № 12-621-45 «Разработка принципов получения наноструктурированных функционально-активных полимерных материалов».

Дель и задачи исследования

Целью работы является разработка нового метода поверхностной модификации волокон текстильных материалов для придания им гидрофобных и олеофобных свойств, основанного на использовании фторорсодержащего ПАВ, формирующего наноразмерные слои и способного химически закрепляться на поверхности материала.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- Анализ литературных источников, в которых рассматриваются способы поверхностной модификации текстильных материалов, с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств;

- Оценка эффективности использования фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 для придания текстильным материалам антиадгезионных свойств;

- Исследование и анализ влияния основных технологических параметров процесса обработки (концентрация рабочего раствора, продолжительность обработки, влагосодержание волокон, предварительная активация волокон) на эффективность модификации;

- Исследование структуры, гидрофобных и олеофобных свойств, а также устойчивости к различным обработкам сформированных на поверхности волокон покрытий из фторсодержащих ПАВ Неофлон-ЗОб и ПФСК-8.

Объекты и методы исследования

Объектом обработки являлась полиэфирная ткань, выбор которой обусловлен широким применением её для пошива специальной и форменной одежды. В работе применялся комплекс современных аналитических и физико-химических методов исследования, спектроскопия, атомная силовая микроскопия, автоматический прибор для определения краевого угла смачивания, общепринятые методы оценки специальных потребительских характеристик текстильных материалов, их устойчивость к эксплуатационным воздействиям.

Научная новизна работы

Разработаны физико-химические основы метода поверхностной модификации волокон с целью придания текстильным материалам гидрофобных и олеофобных свойств на основе формирования поверхностных наноразмер-ных слоев из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 с химическим закреплением модификатора на обрабатываемой поверхности. При этом получены следующие наиболее существенные результаты:

- показано, что препараты Неофлон-306 и ПФСК-8 являются эффективными модификаторами предварительно активированных полиэфирных тканей для придания им олеофобных и гидрофобных свойств;

- установлено, что обработка волокон растворами фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с проведением дальнейшей термофиксации модифицируемого материала обеспечивает формирование на поверхности волокон молекулярного химически закрепленного наноразмерного слоя, придающего ткани свойство олеофобности;

- установлено, что предварительная обработка текстильного материала в растворе хитозана, способного взаимодействовать как с предварительно активированными полиэфирными тканями, так и с исследуемыми в работе фторсодержащими ПАВ, позволяет при дальнейшей модификации сформировать на поверхности модифицируемого материала слой, придающий ткани свойства и гидрофобности, и олеофобности;

- показано, что модифицирующий слой, сформированный на поверхности полиэфирных тканей, обладает устойчивостью к многократным стиркам и химическим чисткам.

Практическая значимость работы Обоснована целесообразность применения в качестве поверхностных модификаторов фторсодержащих препаратов ПФСК-8 и Неофлон-306 для получения полиэфирных тканей, обладающих свойствами только олеофобности, а также и олеофобности, и гидро-

фобности. Разработанная технология поверхностной модификации с использованием растворов исследованных в работе фторсодержащих ПАВ может осуществляться на существующем оборудовании, в том числе и для обработки одежды специального назначения в промышленных стиральных машинах и машинах химчистки.

Автор защищает:

- Экспериментально установленные закономерности формирования нанораз-мерных слоев из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 на поверхности текстильных материалов;

- Новый метод модификации текстильных материалов путем формирования и химического закрепления наноразмерного слоя на поверхности волокон;

- Оптимальный режим аппретирования препаратами Неофлон-306 и ПФСК-8 полиэфирных материалов с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств на существующем оборудовании.

Апробация работы Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку в ходе работы: Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов ДНИ НАУКИ 2010 «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной легкой и полиграфической отрасли промышленности», (Санкт-Петербург, 2010); V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах - ФАГРАН-2010», (Воронеж, 2010); Международной научно-технической конференции «Текстиль 2010», (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции «Текстиль 21 века», (Москва, 2010); I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» с международным участием, (Казань, 2011); Всеукра-инской научно-практической конференции с международным участием «Су-часш технолог^ в леисш промысловосп», (Хмельницкий, 2011); Международной научно-технической конференции «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности», (Иваново, 2011); 4 Всероссийского семинара "Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2012); VI Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах - ФАГРАН-2012», (Воронеж, 2012); Всероссийской научной конференции «Текстиль XXI века», (Москва, 2012); 9 Всероссийской конференции «Химия фтора», (Москва, 2012); 5 Всероссийского семинара "Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2013); IV International conference on colloid chemistry and physico-chemical mechanics, (Москва, 2013).

Личный вклад автора Вклад автора состоит в анализе литературных источников, планировании эксперимента, выборе методов исследования, проведении экспериментов и обсуждении их результатов, формулировании выводов.

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах ВАК.

Объем и структура диссертации Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 113 ссылок. Работа содержит 15 таблиц и 31 рисунок.

Содержание работы Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и указаны ее цели и задачи. В обзоре литературы проанализированы основные методы модификации текстильных материалов и применяемые для этой цели препараты. В методическом разделе дана характеристика объектов исследования, используемых реагентов, а также методов исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1 Оценка возможности использования фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 в качестве модификаторов текстильных материалов

В настоящее время фторсодержащие ПАВ представлены практически всеми классами органических соединений. Главным образом, это различные производные фторсодержащих кислот: соли, в т.ч. органические соли с катионом на основе первичного, вторичного, третичного и четвертичного атома азота, эфиры и амиды, а также их различные сочетания. Химическая модификация, основанная на химическом связывании поверхностно-активных фторсодержащих фрагментов (далее обозначается как Rj) с гидроксильными или аминогруппами на поверхности волокон текстиля, возможна с использованием таких реакционоспособных фторсодержащих соединений как ангидриды и галогенангидриды кислот, кетены, изоцианаты и т.п. соединения.

Новый вариант химической модификации волокон текстиля достигается при использовании поверхностно-активных фторсодержащих кетонов, которые обеспечивают химическое связывание фторсодержащих поверхностно-активных фрагментов с волокнами текстиля за счет образования кеталей по схеме: R/R)C=0 + НО- ТЕКС -> R/R)C(- ОН) -О- ТЕКС

В отличие от ацилирующих реагентов типа ангидридов и галогенангид-ридов кислот при использовании фторкетонов образующиеся продукты аци-лирования не являются агрессивными веществами. По этой причине использование фторкетонов характеризуется принципиально более высокой безопасностью применения в целях модификации текстиля.

Наиболее изученным фторкетоном для целей модификации текстиля является перфторундекан-З-он-2-сульфонилфторид (ПФСК-8), водные растворы которого проявляют поверхностно-активные свойства за счет образования в воде молекул геминального диола:

C8F17C(=0)CF(S02F)CF3 + Н20 CsF17C(0H)2CF(S02F)CF3 Фторкетон Неофлон-306 (1,1-дигидроперфтор-4,7-диокса-3,6-диметилдеканон-2-сульфохлорид) реагирует с гидроксилсодержащими веществами типа спиртов без акцептора хлористого водорода по схеме: RfC(=0)CH2S02Cl + НО -R RfC(=0) CH2S020R + HCl

Также для него возможна реакция с КМ-содержащими веществами, которая осуществляется по обычной схеме, характерной для всех сульфохлори-дов:

К/С(=0)СН2Б02С1 + 2 Н-Ж2 Я/С(=0)СН2502МЯ2 + т2н2 С1

Перфторированный радикал Я/, имеющийся в составе молекул ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306, обладает сильными электроноакцепторными свойствами, что приводит к повышению реакционноспособности карбонильной группы. В присутствии воды или реакционноспособных групп, например, гидроксильных, на поверхности волокон, имеющих подвижный протон, возможна реакция образования прочного химического соединения, при котором дифильные молекулы при нанесении на твердую поверхность ориентируются гидрофильной частью к поверхности, а гидрофобной от поверхности. Поэтому ПФСК-8 и Неофлон-306 способны химически связываться с волокнистыми материалами, имеющими на поверхности ОН- или >Щ2- группы и модифицировать поверхность волокон.

2 Исследование свойств растворов ПФСК-8 и Неофлон-306

Исследование поверхностных свойств растворов ПАВ необходимо для определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ), при которой система совершает переход в коллоидное состояние, а именно при ККМ ПАВ в растворах оказываются наиболее эффективными. Одним из свойств, позволяющих найти значение ККМ, является поверхностное натяжение растворов, определение которого для неионогенных фторсодержащих

ПАВ возможно методом отрыва платинового кольца. Определение ККМ по изменению поверхностного натяжения растворов основано на прекращении изменения поверхностного натяжения растворов при начале формирования мицелл.

Графики, приведенные на рисунке 1, показывают зависимость поверхностного натяжения от строения молекул ПАВ в органическом неполярном растворителе перхлорэтилене и в полярном растворителе воде. Выбор растворителей был обусловлен возможностью использования их для нанесения фторсодержащих ПАВ на ткани на существующем оборудовании.

Точка, соответствующая излому на кривых, соответствует ККМ исследуемых ПАВ. Из приведенным на рисунке 1 данных видно, что в перхлор-эитилене ККМ составляет 2,6-10"3 моль/л для ПФСК-8 и 2,7-10"3 моль/л для Неофлон-306. В водных растворах ККМ для исследуемых фторсодержащих

Рисунок 1 - Зависимости поверхностного натяжения растворов от концентрации ПАВ: а - ПФСК-8; б - Неофлон-306 (1 - растворитель перхлорэтилен, 2 - растворитель вода)

ПАВ в среднем на порядок превышает значения ККМ этих же ПАВ в растворителе перхлорэтилене и составляют 2,4-10"2 моль/л для ПФСК-8 и 2,5 10"2 моль/л для Неофлон-306.

Таким образом, приведенные на рисунке 1 кривые, показывают, что фторсодержащие ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 значительно снижают величину значения поверхностного натяжения не только у воды, но и у перхло-рэтилена до 19-20 мДж/м, и что независимо от природы растворителя минимальное поверхностное натяжение растворов исследованных в работе ПАВ оказывается примерно одинаковым, хотя насыщение его в перхлорэтилене происходит при концентрации на порядок меньшей, чем в водном растворе. Полученные данные позволяют определить минимальную концентрацию исследованных в работе ПАВ в растворе, при которой достигается предельное снижение поверхностного натяжения раствора.

3 Определение удельной активной поверхности волокна методом адсорбции красителя метиленового голубого из водного раствора

Текстильные волокна следует рассматривать как коллоидное состояние вещества с ярко выраженным проявлением поверхностных свойств этих материалов, что прежде всего определяется величиной их удельной поверхности. Именно высокая величина удельной активной поверхности волокон, наряду с их химической природой, обеспечивает хорошие адсорбционные свойства таких материалов, а значит высокие окрашиваемость, адгезию, гигроскопичность и др. Удельная активная поверхность определяется надмолекулярной структурой волокон (плотностью упаковки макромолекул), наличием пор и т.д.

В связи с тем, что для закрепления модификаторов ПФСК-8 и Неофлон-306 на поверхности материала необходимо наличие гидроксильных групп, а у полиэфирных волокон они практически отсутствуют, необходимо было провести предварительную активацию полиэфирных волокон. В литературных источниках, а именно в работах, проводимых в Институте химии растворов РАН в г. Иваново, приводятся данные о том, что в присутствии карбамида происходит поверхностный аминолиз полиэфирного волокна, который, совместно с гидролизом, обеспечивают образование на поверхности полиэфирного волокна значительного количества ОН-групп.

С целью определения удельной активной поверхности и влияния на нее обработки в растворе карбамида были изучены процессы адсорбции красителя метиленового голубого из водного раствора образцами полиэфирной ткани предварительно обработанной в растворе карбамида (С(СО(ЫН2)2) = 0,15 моль/л) в течение 20 минут.

После исследования процесса адсорбции красителя на ткани по стандартной методике, была рассчитана адсорбция (А) красителя для каждого образца. Статистическая обработка зависимостей, которые представляют собой значения коэффициентов уравнений прямых, построенных в координатах

1/А - f(l/ Ср), позволила определить значения 1/Атах и рассчитать значения

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод об эффективности предварительной активации волокон перед модификацией их ФПАВ, так как при наличии обработки карбамидом удельная активная поверхность полиэфирной ткани значительно повышается с 0,6 до 3,1 м2/г. Очевидно, что увеличение удельной активной поверхности полиэфирного волокна произошло за счет повышения количества на его поверхности гидроксильных групп, наличие которых делает возможной дальнейшую поверхностную модификацию таких волокон фторсодержащими ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306.

4 Исследование адсорбции фторсодержащих ПАВ

Процесс поверхностной модификации волокон происходит на первой стадии в результате адсорбции модификатора. Адсорбция фторсодержащих ПАВ при использовании определенного количества модификатора позволяет сформировать наноразмерный модифицирующий слой, придающий поверхности волокон заданные свойства, поэтому необходимо было исследовать

процесс адсорбции фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 на поверхности текстильных материалов. Кривые, представленные на рисунке 2, свидетельствует о снижении оптической плотности растворов во времени из-за уменьшения концентрации ПАВ в растворе вследствие адсорбции его молекул на волокне. Характер кривых говорит об интенсивном взаимодействии молекул ПАВ с волокном, причем наиболее интенсивно процесс адсорбции протекает первые 30 минут, после чего скорость его значительно снижается. Начальная концентрация растворов также оказывает значительное влияние на процесс адсорбции. Полученные зависимости позволяют сделать вывод о том, что минимальный предел исследуемого интервала концентраций фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 составляет 1,5 г/л, поскольку при меньшем содержании модификатора в растворе, адсорбция его указанным выше методом не определяется.

удельной активной поверхности волокон.

Волокно 1/Атах'10', г/моль Атах '10 , моль/г Sуд, ткани? м2/г

Полиэфир 0,148 6,76 0,6

Полиэфир, активированный карбамидом 0,030 33,33 3,1

Рисунок 2 - Кинетические зависимости оптической плотности растворов фторсодержащего ПАВ на полиэфирной ткани

5 Обоснование технологически оптимального режима метода поверхностной модификации волокнистых материалов фторсодержащими ПАВ 5.1 Исследование влияния продолжительности обработки и содержания ПАВ в растворе на эффективность модификации

Олеофобные и гидрофобные свойства, придаваемые материалу, зависят от условий нанесения и фиксации препарата. С целью нахождения оптимального значения продолжительности процесса модификации обработку образцов волокнистых материалов растворами ФПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 осуществляли в широком временном интервале от 5 до 90 минут. За основной критерий успешной модификации волокнистого материала исследуемыми

МО, «о

баллы 130

110

100 —0,5 г/л

-»-1,0 г/л

—1,5 г/л

-¡-2.0 г/л

50 -*-3.0 г/л

( 20 Ю 60 80 100

Время обработки, мик

а б

Рисунок 3 - Влияние времени обработки активированной полиэфирной ткани на масло-отталкивающие свойства при различных концентрациях исследуемого ФПАВ: а) Неофлон-306, б) ПФСК-8

Кривые зависимости показателя олеофобности в баллах от времени обработки для всех концентраций (рисунок 3) имеют схожий характер. Максимум маслоотгалкивающих свойств достигается во временном интервале обработки от 15 до 30 минут. Дальнейшее увеличение продолжительности модификации до 60 минут приводит к снижению эффективности обработки и достигает предела. Можно полагать, что в течение первых 30 минут происходит формирование первого адсорбционного слоя, ориентированного полярными группами ПАВ к поверхности волокна. Дальнейшая обработка, по-видимому, приводит к перестройке адсорбционного слоя, в результате чего олеофобные свойства снижаются.

Из данных рисунка 3 также можно сделать вывод о том, что увеличение концентрации ФПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 в растворе сопровождается увеличением значений маслоотталкивания, что, по-видимому, связано с образованием более плотного мономолекулярного слоя ПАВ на поверхности волокна при его большей концентрации в растворе. При обработке образцов ткани ФПАВ ПФСК-8 достигается олеофобный эффект, величина которого несколько меньше чем, при использовании в качестве модификатора ФПАВ Неофлон-306. Это разница объясняется способностью препарата Неофлон-306 напрямую взаимодействовать с гидроксильными группами на поверхности волокон без акцептора хлористого водорода.

5.2 Исследование влияния предварительной обработки волокнистых материалов в растворе хитозана на эффективность модификации Более эффективное защитное действие можно получить, если сформировать на текстильном материале шероховатую поверхность в виде столбиков. Сформировать такую поверхность оказалось возможным при последовательном нанесении двухслойного покрытия, первый слой которого формируется из макромолекул, а второй из молекул ПАВ. Для нас представило интерес свойство хитозана связывать как гидрофильные (имеющие сродство к воде), так и гидрофобные (не имеющие сродства к воде) соединения. Большое количество свободных аминогрупп в молекуле хитозана определяет его свойство взаимодействовать как с активированными полиэфирными тканями, так и с исследуемыми нами ФПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8._

—0.5 г/я 1-1.0 г/я г» 1,5 г/я -гл г/я -3,0 Г/я

Время обработки, мни

ВО. 35

баллы з

Время обработки, М1Ш

б

в г

Рисунок 4 - Влияние времени обработки и концентрации ФПАВ: а,б- Неофлон-306; в,г-ПФСК-8 в рабочем растворе на масло-(а,в) и водоотталкивающие (б,г) свойства полиэфирной ткани

Были проведены исследования влияния продолжительности модификации предварительно обработанных в растворе хитозана образцов волокнистых материалов исследуемыми в работе фторсодержащими ПАВ, которые позволили выявить оптимальные значения времени обработки и концентрации ФПАВ в растворе, достигая при этом не только эффекта олеофобности, но и гидрофобности.

Из рисунка 4 видно, что предварительная обработка волокнистого материала в растворе хитозана позволяет при дальнейшей модификации поверхности волокон с помощью ФПАВ получить не только олеофобный, но и гидрофобный эффекты. Причем более высокие значения показателей гидрофобности в баллах достигаются при использовании в качестве модификатора ФПАВ Неофлон-306, что, вероятно, обусловлено более простым механизмом его химической реакции с хитозаном по сравнению с ПФСК-8.

Полученные данные коррелируют с данными о влиянии времени и концентрации обработки на эффективность модификации, представленными в подразделе 5.1, а также доказывают эффективность предварительной обработки волокнистого материала в растворе хитозана, при необходимости получения не только олеофобного, но и гидрофобного эффекта.

5.3Исследование влияния относительной влажности волокон на эффективность модификации

Для осуществления химической реакции ФПАВ с волокнами требуется присутствие воды в органической среде, поэтому слабый гидрофобный эффект проявляется в том случае, когда ФПАВ химически не связаны с поверхностью и могут менять расположение. Был проведен ряд экспериментов по исследованию влияния влагосодержания волокон на гидрофобные и олео-

Угол,« 135

ВО 130

12$ А ---А

115 < 110 —■--■ ♦ «г/л

■ 2.0 г/л

А 3.0 г/л

100 м

20 40 60 80 1СО

в г

Рисунок 5 - Зависимость величины краевого угла смачивания активированного полиэфирного волокна, предварительно обработанного в растворе хитозана, модифицированного ФПАВ от влагосодержанш. Модификатор: а, б- Неофлон-ЗОб, в,г- ПФСК-8. Смачивание: а, в-маслом, б, г-водой

Из рисунка 5 видно, повышение влажности волокна способствует увеличению как гидрофобных, так и олеофобных свойств. Это связано с тем, что в присутствии воды происходит кето-енольная перегруппировка и полярность молекул ПАВ растет, что способствует усилению взаимодействия ад-сорбент-адсорбат в неводной среде. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что максимальное значение как гидрофобных, так и олеофобных свойств для полиэфирного волокна достигается при значении влагосо-держания 50%.

Проведенные исследования показали, что для получения высоких значений как олеофобности, так и гидрофобности полиэфирный материал пред-

варительно необходимо обработать в растворе карбамида, затем сформировать на его поверхности хитозановую подложку, после чего провести 20-ти минутную обработку увлажненного материала (W = 50%) в растворе фторсо-держащего ПАВ Неофлон-306 или ПФСК-8 с концентрацией модификатора 3 г/л, после чего необходимо провести термообработку ткани при 150°С в течение 1-2 минут.

6 АСМ поверхности волокон до и после модификации

Для получения экспериментального подтверждения факта образования на поверхности обрабатываемых материалов нанослоя из фторсодержащего ПАВ были сделаны снимки полиэфирной пленки до и после ее модификации исследуемыми в работе препаратами. Как показывают данные атомно-

силовой микроскопии в результате модификации происходит увеличение шероховатости поверхности за счет образования столбиков из полимера хитозана, которые после нанесения второго слоя фторсодержащего ПАВ не смачиваются водой и маслом. Наблюдаемые изменения отчетливо проявляются на снимках, представленных в трехмерном изображении на рисунке 6.

Полученные данные доказывают, что при модификации исследуемыми в работе фторсодержащими препаратами полиэфирного волокна происходит формирование на обрабатываемой поверхности наноразмерного шероховатого слоя.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 "о S 10 15 20~ ~2S 30

а б

Рисунок 6 - Микрофотографии поверхности и гистограммы распределения по размерам структурных элементов на поверхности образцов: а - немо-дифицированный, б - модифицированный

7. Испытание устойчивости олеофобного и гидрофобного покрытий к различным обработкам

Для того, чтобы оценить устойчивость олеофобных и гидрофобных свойств модифицированных материалов было проведены испытания сформи-

Угол,* МО

ш

1М

1»

110 -•-стпрп

до -Ш-пьгшеты

100

м

»

1 1 1 4 $ I Количество обработок

а б

Рисунок 7 - Значения краевых углов смачивания водой(а) и маслом(б) модифицированных образцов, подверженных различным обработкам

рованной поверхности к различного рода обработкам (стиркам и химическим чисткам). Из рисунка 7 видно, что олеофобные и

гидрофобные свойства полиэфирного волокна практически не снижаются по еле многократных стирок и химчисток. Этот факт подтверждает, что фторсо-держащие ПАВ при модификации химически закрепляются на волокне.

8 Сравнительная оценка эффективности модификации текстильных материалов фторсодержащими ПАВ

С целью проведения сравнительной оценки эффективности применения фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 в качестве модификаторов нами был проведен ряд экспериментов по обработке полиэфирных тканей образцами трех видов модификаторов, на данный момент внедренных в про-

Полиэфир

Масло, Вода,

Модификатор балл/угол балл/угол

Неофлон-306 130/129 6,5/130

ПФСК-8 125/124 5,5/126

Фоборит Р 11098/ 4,5/118

ТегаБи БС 100/99 5,5/123

нтиоэтор 0/0 5,5/126

данные, приведенные в таблице, позволяют говорить о том, что применение исследуемых ФПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с целью модификации поверхности полиэфирных материалов целесообразно, так как значения эффектов олео- и гидрофобности, достигаемые с их помощью, находятся на более высоком уровне по сравнению со значениями, достигаемыми с помощью применяемых в настоящее время в производстве модификаторов, при существенно меньшем расходе препарата.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что независимо от природы растворителя минимальное поверхностное натяжение растворов исследуемых фторсодержащих ПАВ одинаково, но насыщение его в перхлорэтилене происходит при концентрации на порядок меньшей, чем в вводном растворе ((2,4 - 2,5)-10* моль/л в воде и (2,6-2,7)-10'3 моль/л в перхлорэтилене).

2. Определены оптимальные технологические параметры модификации: продолжительность обработки волокнистых материалов различной природы фторсодержащими ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8, составляющая 15-20 минут, концентрация ПАВ в растворе Зг/л и влагосодержание волокна 50% . Установлено, что более высокие значения показателей гидрофобности в баллах достигаются при использовании в качестве модификатора ФПАВ Нео-

флон-306, способного напрямую взаимодействовать с группами на поверхности волокон без акцептора хлористого водорода.

3. Установлено, что предварительная обработка волокнистого материала в растворе хитозана, формирующего на поверхности волокна шероховатую поверхность, позволяет при дальнейшей модификации поверхности ФПАВ получить не только олеофобный, но и гидрофобный эффекты.

4. Показано, что исследуемые фторсодержащие ПАВ химически закрепляются на модифицированной поверхности, в результате чего гидрофобный и олеофобный эффекты сохраняются на материале как после многократных стирок, так и химчисток.

5. Показана эффективность применения фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 в качестве модификаторов для полиэфирных тканей с целью придания им более высоких масло- и водоотталкивающих свойств по сравнению с другими препаратами.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. И.В. Аксенова, В.А. Волков, E.JI. Щукина, О.С. Егорова, А. Амарлуи. Капиллярность и гидрофобизация тканей // Химические волокна, №4,2010, С. 50-53.

2. И.В. Аксенова, В.А. Волков, A.A. Агеев, E.JI. Щукина, О.С. Егорова, М.С. Кибалов. Определение динамической адсорбции по кинетике впитывания растворов ПАВ тканями // Сборник материалов конференции «Фагран 2010» - Воронеж, 2010, С. 671-675.

3. И.В. Аксенова, О.С. Егорова, В.А. Волков, E.JI. Щукина. Определение степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности тканей // Сборник материалов конференции «Фагран 2010» - Воронеж, 2010, С. 841-845.

4. И.В. Аксенова, О.С. Егорова, В.А. Волков, E.JI. Щукина. Метод определения степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности // Сборник научных трудов аспирантов - Москва: МГТУ имени А.Н. Косыгина, 2010, С. 50-55.

5. И.В. Аксенова, О.С. Егорова. О методе определения степени очистки от масляных загрязнений по капиллярности ткани // Сборник статей Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов ДНИ НАУКИ 2010 «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной легкой и полиграфической отраслях промышленности» - СПб.: «СПГУТД», 2010, С. 88-93.

6. И.В. Аксенова, О.С. Егорова, В.А. Волков, E.JI. Щукина. О методе определения степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности // Сборник Тезисов студенческой Всероссийской научной конференции «Текстиль 21 века» - Москва: МГТУ имени А.Н. Косыгина, 2010, С. 63.

7. Akesenova I.V., Volkov V.A., Shchukina E.L., Egorova O.S., Amarlui A., Skripnikova V.S. CAPILLARITY AND WATER REPELLENCY OF FABRICS //Fibre Chemistry, T. 42, № 4 -2011, P.249-253.

8. И.В. Аксенова, A.A. Агеев, А. Амарлуи, В.А. Волков, Н.Ю. Гуднин, А.Ф. Елеев, E.JI. Щукина Нанотехнология формирования модифицирующих покрытий на волокнах для лиофобной отделки тканей // «Ученые записки ИМЭИ», №1,2011, С. 11-21.

9. И.В. Аксенова, A.A. Агеев, А. Амарлуи, В.А. Волков, Н.Ю. Гуднин, А.Ф. Елеев, С.С. Хохлов, E.JI. Щукина. Коллоидно-химические свойства растворов фторсодержащего ПАВ ПФСК-8 и модификация поверхности волокон тканей методом формирования нано-размерных слоев // Сборник тезисов докладов I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» с международным участием. «Печать-сервис-XXI век»- Казань, 2011, С. 23.

10. И.В. Аксенова, А.А. Агеев, А. Амарлуи, В.А. Волков, А.Ф. Елеев, Е.Л. Щукина. Принципы гидрофобизации поверхности волокон тканей нано-размерными слоями фтор-содержащих ПАВ // Сборник тезисов докладов Всеукраинской научно- практической конференции с международным участием «Сучасш технологи в легкш промысловосп та cepBici» - Хмельницкий: ХНТУ, 2011, С. 13-14.

11. И.В. Аксенова, А.А. Агеев, А. Амарлуи, В.А. Волков, Н.Ю. Гуднин, А.Ф. Елеев, С.С. Хохлов, Е.Л. Щукина. Наноразмерные самоорганизованные структуры в растворах фтор-содержащего ПАВ ПФСК-8 и модификация поверхности волокон тканей методом формирования наноразмерных слоев // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности»(«Текстильная химия -2011») — Иваново: ИХТГУ, 2011, С. 44.

12. И.В. Аксенова, А.А. Агеев, В.А. Волков, А.Ф. Елеев. О фторсодержащих поверхностно-активных веществах, способных модифицировать полимерные волокна тканей // Фтор-ные заметки, №4 (83) - Москва, 2012.

13. И.В. Аксенова, В.А. Волков, А.Ф. Елеев. Поверхностная модификация полимерных волокон методом формирования наноразмерных слоев фторсодержащего ПАВ ПФСК-8 // Сборник материалов конференции «Фагран 2012» - Воронеж, 2012, С. 45-46.

14. И.В. Аксенова, М.Р. Кочиашвили, Е.Л. Щукина. Изучение коллоидно-химических свойств растворов фторсодержащего ПАВ ПФСК-8 и разработка основ метода модификации поверхности волокон тканей методом формирования наноразмерных слоев // Сборник тезисов докладов всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина», 2012, С. 52.

15. И.В. Аксенова, О.В. Баранов, В.А. Волков, А.Ф. Елеев, С.С. Хохлов, Е.Л. Щукина. Поверхностная модификация полимерных волокон методом формирования наноразмерных слоев фторсодержащим ПАВ ПФСК-8 // Сборник тезисов 9 Всероссийской конференции «Химия фтора» - Москва: ИНЭОС, 2012, Р-63.

16.1.V. Aksenova, А.А. Ageev, V.A. Volkov, A.F. Eleev, E.L. Shukina. Investigation of obtaining fibrous material, which has hydro- and oleophobic properties, with the fluorine-containing surface active substances (SAS) И IV International conference on colloid chemistry and physico-chemical mechanics; - Moscow: MSU, 2013, NP01.

Подписано в печать 10.10.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ № 138-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДГ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

п Г ПГ1ЛТ///ЛЛ

На правах рукописи

<7/

Аксенова Ирина Викторовна

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ВОЛОКОН ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ФТОРСОДЕРЖАЩИМИ ПАВ С ХИМИЧЕСКИМ ЗАКРЕПЛЕНИЕМ МОДИФИКАТОРА

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Волков В.А.

Москва-2013

Содержание

Стр.

Введение................................................................................................................................................5

1. Обзор литературы........................................................................................................................10

1.1 Модификация поверхностных свойств волокон тканей........................10

1.1.1 Основные направления модификации текстильных материалов с целью придания им заданных свойств..................................................................10

1.1.2 Основные принципы придания гидрофобности и олеофобности текстильным материалам....................................................................................................14

1.2 Модифицирующие препараты для текстильных материалов и технологии их нанесения........................................................................................21

1.3 Фторсодержащие ПАВ как модификаторы........................................................30

1.4 Модификация полиэфирных волокон............................................................42

1.4.1 Структура и свойства полиэфирных волокон................................................42

1.4.2 Методы модификации полиэфирных волокон............................................43

Выводы по обзору литературы....................................................................................46

2 Методический раздел............................................................................................................47

2.1 Объекты исследования, характеристика сырья и реактивов............47

2.1.1 Волокнистые материалы..................................................................................................47

2.1.2 Фторсодержащие препараты............................................................................................48

2.1.3 Вспомогательные материалы..........................................................................................49

2.2 Методы подготовки материалов к работе............................................................51

2.2.1 Приготовление растворов....................................................................................................51

2.2.2 Подготовка образцов ткани................................................................................................51

2.3 Методы исследования..............................................................................................................52

2.3.1 Методика определения поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ..................................................................................52

2.3.2 Методика определения удельной поверхности ткани..............................54

2.3.3 Методика предварительной активации образцов текстильных материалов карбамидом.................................................... 56

2.3.4 Методика предварительной модификации образцов текстильных материалов хитозаном...................................................... 57

2.3.5 Методика измерения краевых углов смачивания...................... 57

2.3.6 Методики определения масло- и водоотталкивающих свойств модифицированных материалов......................................... 58

2.3.7 Методика определения количества адсорбированного модификатора на поверхности волокон................................ 60

2.3.8 Методика оценки устойчивости гидро- и олеофобных покрытий к различным обработкам.................................... 60

2.4 Математическая обработка результатов................................ 61

3 Результаты эксперимента и их обсуждение............................ 62

Оценка возможности использования фторсодержащих ПАВ, ПФСК-8 и Неофлон-306 в качестве модификаторов текстильных

3.1 материалов.................................................................... 62

3.2 Исследование свойств растворов ПФСК-8 и Неофлон-306........ 67

3.3 Определение удельной активной поверхности адсорбента (волокна) методом адсорбции красителя метиленового голубого

из водного раствора......................................................... 69

3.4 Исследование адсорбции фторсодержащих ПАВ...................... 77

3.5 Обоснование оптимального технологического режима поверхностной модификации волокнистых материалов фторсодержащими ПАВ................................................... 78

3.5.1 Исследование влияния продолжительности обработки и содержания ПАВ в растворе на эффективность модификации закономерностей получения ультратонких волокон из растворов 78

3.5.2 Исследование влияния предварительной обработки раствором хитозана на эффективность модификации волокнистых

материалов фторсодержащими ПАВ..........................................................................83

3.5.3 Исследование влияния относительной влажности волокон на

эффективность модификации..........................................................................................89

3.6 АСМ поверхности волокон до и после модификации................................96

3.7 Испытание устойчивости олеофобного и гидрофобного покрытий к различным обработкам........................................................................98

3.8 Сравнительная оценка эффективности модификации

текстильных материалов фторсодержащими препаратами......................100

Выводы....................................................................................................................................................104

Список литературы.......................... ..............................................................105

Введение

Актуальность темы

В настоящее время текстильные материалы со специальными свойствами, обеспечивающими защиту человека от вредных токсических веществ, находят широкое применение. Одним из перспективных направлений в области создания текстильных материалов, обладающих антиадгезионными (масло- , водоотталкивающими) свойствами является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ), имеющих в своем составе фторсодержащий фрагмент, т.к. благодаря своей низкой поверхностной энергии фторсодержащие ПАВ способны при введении в состав поверхностного слоя волокна снижать его поверхностную энергию и уменьшать смачиваемость жидкостями различной химической природы. В настоящее время фторсодержащие ПАВ представлены практически всеми классами органических соединений. Однако принципиально новый вариант химической модификации волокон текстиля достигается при использовании поверхностно-активных фторсодержащих кетонов, которые обеспечивают химическое связывание фторсодержащих поверхностно-активных фрагментов с волокнами текстиля.

Известно, что модификация текстильных материалов чаще всего осуществляется за счет адгезии молекул полимера в виде пленки на волокнах ткани. Простота такой модификации ткани сопровождается существенным недостатком - сравнительно низкая устойчивость модифицирующих веществ на поверхности тканевых волокон к воздействию последующих чисток и стирок. В связи с этим, является актуальной разработка метода модификации текстильных материалов фторсодержащими ПАВ с их химическим закреплением на поверхности, что позволит значительно повысить устойчивость модифицирующих эффектов.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «МГУДТ», в рамках темы № 12-621-45

«Разработка принципов получения наноструктурированных функциональноактивных полимерных материалов».

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка нового метода поверхностной модификации волокон текстильных материалов для придания им гидрофобных и олеофобных свойств, основанного на использовании фторорсодержащего ПАВ, формирующего наноразмерные слои и способного химически закрепляться на поверхности материала.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- Анализ литературных источников, в которых рассматриваются способы поверхностной модификации текстильных материалов, с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств;

- Оценка эффективности использования фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 для придания текстильным материалам антиадгезионных свойств; ,

- Исследование и анализ влияния основных технологических параметров процесса обработки (концентрация рабочего раствора, продолжительность обработки, влагосодержание волокон, предварительная активация волокон) на эффективность модификации;

- Исследование структуры, гидрофобных и олеофобных свойств, а также устойчивости к различным обработкам сформированных на поверхности волокон покрытий из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8.

Научная новизна

Разработаны физико-химические основы метода поверхностной модификации волокон с целью придания текстильным материалам гидрофобных и олеофобных свойств на основе формирования поверхностных наноразмерных слоев из фторсодержащих ПАВ Неофлон-306 и ПФСК-8 с химическим закреплением модификатора на обрабатываемой поверхности.

При этом получены следующие наиболее существенные результаты:

- показано, что препараты Неофлон-306 и ПФСК-8 являются эффективными модификаторами предварительно активированных полиэфирных тканей для придания им олеофобных и гидрофобных свойств;

- установлено, что обработка волокон растворами фторсодержащих ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с проведением дальнейшей термофиксации модифицируемого материала обеспечивает формирование на поверхности волокон молекулярного химически закрепленного наноразмерного слоя, придающего ткани свойство олеофобности;

- установлено, что предварительная обработка текстильного материала в растворе хитозана, способного взаимодействовать как с предварительно активированными полиэфирными тканями, так и с исследуемыми в работе фторсо держащими ПАВ, позволяет при дальнейшей модификации сформировать на поверхности модифицируемого материала слой, придающий ткани свойства и гидрофобности, и олеофобности; > ,

- показано, что модифицирующий слой, сформированный на поверхности полиэфирных тканей, обладает устойчивостью к многократным стиркам и химическим чисткам.

Практическая значимость

Обоснована целесообразность применения в качестве поверхностных модификаторов фторсодержащих препаратов ПФСК-8 и Неофлон-306 для получения полиэфирных тканей, обладающих свойствами только олеофобности, а также и олеофобности, и гидрофобности. Разработанная технология поверхностной модификации с использованием растворов исследованных в работе фторсодержащих ПАВ может осуществляться на существующем оборудовании, в том числе и для обработки одежды специального назначения в промышленных стиральных машинах и машинах химчистки.

Личный вклад автора

Представленные в диссертации результаты получены лично автором в процессе проведения анализа литературных источников по теме диссертации, экспериментов по разработке метода модификации полиэфирных тканей фторсодержащими ПАВ ПФСК-8 и Неофлон-306 с целью придания им гидрофобных и олеофобных свойств, а также формулирования выводов и рекомендаций.

Апробация работы

Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку в ходе работы:

- Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов ДНИ НАУКИ 2010 «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной легкой и полиграфической отрасли промышленности», (Санкт-Петербург, 2010); V Всероссийской конференции

«Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных

' ' \ ' 1 \

границах - ФАГРАН-2010», (Воронеж, 2010); Международной научно-технической конференции «Текстиль 2010», (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции «Текстиль 21 века», (Москва, 2010); I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» с международным участием, (Казань, 2011); Всеукраинской научно-практической конференции с международным участием «Сучасштехнологи в легкш промысловостЬ>, (Хмельницкий, 2011); Международной научно-технической конференции «Нано-, био-, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности», (Иваново, 2011); 4 Всероссийского семинара "Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2012); VI Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах - ФАГРАН-2012», (Воронеж, 2012); Всероссийской научной конференции «Текстиль ХХ1века», (Москва, 2012); 9 Всероссийской конференции «Химия фтора», (Москва, 2012); 5 Всероссийского семинара

"Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем", (Москва, 2013); IV International conference on colloid chemistry and physico-chemical mechanics, (Москва, 2013).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 в научных журналах из перечня ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 113 ссылок, приложений. Работа содержит 16 таблиц и 31 рисунок.

1 Обзор литературы

1.1 Модификация поверхностных свойств волокон тканей

1.1.1 Основные направления модификации текстильных материалов с целью придания им заданных свойств

Анализ научной и патентной литературы показывает, что в последнее время во всем мире резко возрос интерес к созданию текстильных материалов, обладающих специальными свойствами. Эти виды текстильных материалов, как показывает их название, выполняют определенную функцию при их использовании, в связи с этим их также называют функциональными. Спрос на материалы, обладающие специальными свойствами, послужил стимулом для производителей текстиля, и к концу прошлого столетия

Г ■ '

сформировалось производство различных видов бытового и технического текстиля со специфическими свойствами.

Многообразие свойств современных волокнистых материалов, текстиля, пленочных материалов и технологий их получения, в принципе, позволяют осуществить самые смелые фантазии.

Сегодня на мировом рынке доступны следующие функциональные текстильные материалы:

барьерные (против микроорганизмов, химикатов, радиации); антистатические или электропроводящие; антимикробные или бактериостатические; гидро- и олеофобные;

высокосорбционные и высококапиллярные; дышащие мембраны; металлические и металлизированные; трехмерные (ЗБ) трикотажные полотна;

ламинированные со специфическими отделками [1].

Основным направлением расширения и улучшения ассортимента химических волокнистых материалов является не столько разработка новых видов полимеров, сколько модификация уже существующих волокон с целью придания им новых свойств [2].

Модификация волокон — направленное изменение текстильных волокон и нитей с целью придания им новых заранее заданных свойств. Все методы модификации можно подразделить на несколько основных групп [3]:

- физическая модификация заключается в направленном изменении надмолекулярного строения, формы и внешней поверхности нитей (без изменения химического состава). Физические методы используются на стадии формования и/или последующей обработки волокон;

- композитная модификация заключается в добавлении к основному волокнообразующему полимеру мелкодисперсных или растворимых компонентов — носителей новых свойств. Модифицирование (путем введения добавок осуществляется на стадии подготовки исходного расплава (раствора) к формованию или непосредственно перед формованием волокон [4];

- химическая модификация заключается в направленном изменении химического состава волокнообразующего полимера, при которой происходит либо изменение химического строения волокнообразующих полимеров путем введения функциональных групп в исходный полимер, либо при обработке готовых волокон до их переработки в изделия, а также при обработке готовых текстильных материалов или изделий.

Рассматривая проблему химического модифицирования волокон, следует выделить два основных направления:

- ограниченная модификация с целью улучшения отдельных функциональных свойств при незначительном снижении физико-механических свойств или даже их сохранении практически неизменными;

- «глубокая» модификация с целью изменения всего комплекса функциональных свойств волокон или придания им принципиально новых специфических свойств. При этом многие физико-механические характеристики волокон изменяются весьма существенно, по сути, образуются новые волокна [5].

Возможно применение комбинированных методов модификации. Часто используется сочетание физического с композитным или химическим модифицированием. Комбинация методов композитного и химического модифицирования применяется редко, потому что в обоих методах изменяется химический (или композитный) состав волокон.

Химические обработки свежесформованных и готовых многотоннажных видов волокон текстильного и технического назначения применяются относительно редко, так как при этом существенно усложняется технология их производства. В данном случае, как правило, требуется установка дополнительного оборудования, возникает необходимость в процессах промывки и рециклинга рабочих растворов, образуются нежелательные выбросы — сточные воды,