автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка текстильного материала с мембранным слоем для изготовления защитной одежды

г

На правах рукописи

005556274

САЙФУТДИНОВА ИЛЬМИРА ФАРИТОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА С МЕМБРАННЫМ СЛОЕМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ

05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДЕК 2014

Казань-2014

005556274

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Абдуллин Ильдар Шаукатович

Официальные оппоненты: Кудинов Владимир Владимирович

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории №25 «Физикохимия и технология покрытий», федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова» Российской академии наук

Корнеева Наталья Витальевна

доктор технических наук,

старший научный сотрудник лаборатории

№1635 «Армированные пластики», федеральное

государственное бюджетное учреждение науки

«Институт химической физики

им. Н.Н.Семёнова» Российской академии наук

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет», г. Кострома

Защита состоится «18» декабря 2014 года в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.09 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул.К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте www.kslu.ru.

Автореферат диссертации разослан «17» ноября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.080.09 доктор технических наук

Н.В. Тихонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время существует множество типов вредных воздействий, которые могут вызвать серьезные нарушения здоровья или даже смерть человека. Многие из вредных воздействий ранее рассматривались локализовано в таких местах, как химические и нефтеперерабатывающие заводы, местах захоронения химических и ядерных отходов, атомные электростанции. Однако рост чрезвычайных ситуаций в результате террористических актов, природных и техногенных катастроф расширил область таких вредных воздействий практически до любого места. По мере увеличения числа потенциально опасных объектов на территории страны риск техногенных катастроф и величина социального ущерба от любых чрезвычайных ситуаций возрастают. В связи с этим, назрела существенная необходимость обеспечить эффективную защиту одновременно от множества типов вредных воздействий. Поэтому для создания новых и модернизации существующих средств защиты проработка вопроса уровня существующей на сегодняшний день техники и тенденций развития, отечественных и зарубежных средств индивидуальной защиты персонала химических и биологических опасных объектов является весьма важной и актуальной задачей.

Различают два основных типа защитной одежды: средства индивидуальной защиты кожи (СИЗК) изолирующего и СИЗК фильтрующего типов. СИЗК изолирующего типа, изготавливают, как правило, из тяжелых прорезиненных материалов, которые обладают высокой стойкостью к опасным, токсичным и химическим веществам, но значительно увеличивают массу самого изделия. Пребывание в такой одежде даже короткое время вызывает дискомфорт у пользователя, кроме того, прорезиненные материалы, полностью изолируют человека от окружающей среды и тем самым нарушают теплообмен, что может привести к тепловому удару. То же самое относится и к одежде, изготовленной из облегченных пленочных материалов.

СИЗК фильтрующего типа, напротив, имеют хорошие физиолого-гигиенические характеристики (паропроницаемость, воздухопроницаемость), но не обладают достаточными защитными свойствами, особенно, во влажной среде.

Работа направлена на решение актуальной проблемы - разработки материала, который одновременно обладал бы защитными свойствами на уровне изолирующих материалов и с достаточными физиолого-гигиеническими свойствами на уровне фильтрующих материалов. Для решения данной проблемы могут быть использованы материалы на основе мембран, которые селективно пропускают одни вещества в одном направлении, другие - в противоположном.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственный контракт № 14.513.11.0068).

Цель и задачи работы. Целью работы является создание текстильного материала с мембранным слоем защищающего от аварийно химически

опасных веществ (АХОВ) и спецпродуктов токсичного действия и обеспечивающего достаточные физиолого-гигиенические свойства для изготовления средств индивидуальной защиты кожи нового поколения, за счет применения полимерной композиции образующей селективно проницаемую мембрану (СПМ).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение анализа состояния и перспектив развития защитных материалов для средств индивидуальной защиты.

2. Выбор полимерных материалов и ткани-основы для создания текстильного материала с мембранным слоем, методик исследований.

3. Экспериментальные исследования влияния состава полимерной композиции и способа получения мембраны на ее основе на физико-механические, физиолого-гигиенические и защитные свойства текстильного материала с мембранным слоем.

4. Разработка схемы технологического процесса получения защитного текстильного материала с мембранным слоем.

Методы исследования.

Изучение характеристик полученных материалов включало исследование защитных, физико-механических и физиолого-гигиенических свойств. Оценку характеристик материала проводили по лабораторным ГОСТированным методикам испытаний. Для оценки стойкости защитных материалов к воздействию токсичных и аварийно химически опасных веществ использовались специальные методики.

Изучение структуры и химического состава защитных материалов проведены с помощью: электронно-микроскопических исследований поверхности и поперечного среза; методов ИК-спектроскопии; рентгеноструктурного анализа; дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК).

Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением методов математической статистики. Погрешность результатов оценена с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.

Научная новизна работы.

1. Впервые разработан новый текстильный материал с мембранным слоем на основе полимерной композиции полиамидоимида, который обладает одновременно высокими показателями паропроницаемости 4000 г/м2 за 24 часа и защитными свойствами по токсичному веществу (ТВ) 15 часов.

2. Установлено, что наилучшими защитными свойствами по ТВ и показателями физиолого-гигиенических свойств среди полимеров, применяемых при изготовлении материалов изолирующего типа, обладает мембранообразующая композиция на основе полиамидоимида (ПАИ) и поливинилпирролидона (ПВП) при соотношении компонентов в композиции ПАИ-ПВП=1:1, концентрации раствора 16 %, при которых можно выделить оптимальное соотношение физико-механических, защитных свойств и паропроницаемость по воде.

3. Показано, что введение в композицию на основе полиамидоимида гидрофильного компонента поливинилпирролидона обеспечивает необходимые физиолого-гигиенические и физико-механические показатели

текстильного материала с мембранным слоем и сохраняет его защитные свойства по ТВ.

4. Установлено, что метод сухого формования позволяет получить беспористую структуру мембранного слоя на основе полимерной композиции ПАИ-ПВП, что обеспечивает высокие защитные свойства по ТВ в сравнении с методом мокрого формования.

5. Выявлены особенности структурной организации мембранного слоя на основе полимерной композиции ПАИ-ПВП, получены новые научные данные об его структуре, прочности, степени защиты. Установлено, что при введении ПВП в ПАИ между макромолекулами образуются водородные связи, что обеспечивает диффузионный механизм паропроницаемости. Наилучшие показатели физико-механических свойств достигаются в аморфном состоянии композиции, а наилучшие защитные свойства при отсутствии пористости мембранного слоя.

6. Экспериментально установлено, что в качестве ткани-основы для текстильного материала с мембранным слоем при получении методом полива наиболее подходит ткань арт. 81423 с отделкой Кпимат-2, при получении двухсторонним дублированием арт. 216 на трикотажной основе и арт. 530 на нетканой основе.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны два варианта защитных текстильных материалов с мембранным слоем для изготовления одежды нового поколения, без использования дополнительного сорбционного слоя, с достаточными физиолого-гигиеническими и защитными свойствами: 1) ткань арт. 216 - СПМ - нетканый материал арт. 530; 2) ткань арт. 81423 с отделкой Климат-2 - СПМ.

2. Показатель паропроницаемости текстильного материала с мембранным слоем на основе полимерной композиции ПАИ-ПВП на 36 % выше по сравнению с материалами фильтрующего типа и показатель времени защитного действия на 50 % выше по сравнению с материалами изолирующего типа.

3. Разработана технология получения защитного текстильного материала с мембранным слоем методом двухстороннего дублирования прокладочными материалами с дискретным полимерным покрытием арт. 216 и арт. 530 и методом полива на ткань-основу арт. 81423 с отделкой Климат-2.

4. Разработана нормативно-техническая документация на защитный текстильный материал с мембранным слоем, получено санитарно-эпидемилогическое заключение на СПМ.

5. На основе текстильного материала с мембранным слоем предложена конструкция химзащитного комплекта в виде комбинезона. Защитные и физиолого-гигиенические свойства комплекта обеспечивает конструкция и текстильный материал с мембранным слоем.

Результаты диссертационной работы испытаны и внедрены на предприятии ОАО «КазХимНИИ» (г. Казань). Экономический эффект при выпуске ОАО «КазХимНИИ» комплекта на основе разработанного мембранного материала составляет 1,5 млн. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных исследований по разработке текстильного материала с мембранным слоем для изготовления защитной

одежды.

2. Результаты экспериментальных исследований выбора полимерной композиции для получения мембранного слоя текстильного материала.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния гидрофильных добавок на показатели физиолого-гигиенических, защитных свойств мембранного слоя текстильного материала.

4. Результаты исследований зависимости проницаемости по воде и стойкости к токсичному веществу мембранного слоя текстильного материала от способа его получения, исследования структуры мембранного слоя на основе полимерной композиции полиамидоимида, обосновывающие свойства текстильного материала с мембранным слоем.

5. Результаты экспериментальных исследований способов получения, а также выбора ткани-основы текстильного материала с мембранным слоем для средств индивидуальной защиты.

6. Технологические схемы получения текстильного материала с мембранным слоем методом двухстороннего дублирования и методом полива.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: в выборе и обосновании методик экспериментов; непосредственном участии в проведении экспериментов; анализе и обобщении полученных экспериментальных данных.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и судентов с международным участием «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург, 2012); IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2012); VIII Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (Казань, 2013); XII Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке», (Казань, 2012); Научной сессии ФГБОУ ВПО КНИТУ к 100-летию академика П.А. Кирпичникова, (Казань, 2013); Международной научной конференции и XI Всероссийской олимпиаде молодых ученых «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы» (Санкт-Петербург, 2013); Международной научно-практической конференции «Системы и технологии жизнеобеспечения, индикации, химической разведки и защиты человека от негативных факторов химической природы», (Тамбов, 2013); Конференции молодых ученых «Молодежь и инновации Татарстана», (Казань, 2013); IV Всероссийской конференции «Образовательный, научный и инновационный процессы в нанотехнологиях», (Курск, 2013).

Основные результаты работы изложены в 16 публикациях, в том числе 6 статей опубликованных в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 143 литературных источника. Работа изложена на 152 стр. машинописного текста, содержит 40 рисунков, 15 таблиц.

Выражаю глубокую благодарность к.х.н. Кононовой C.B. за помощь в определении направления исследования и обсуждение результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность работы, сформулирована цель исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, дана структура диссертации.

В первой главе приведен обзор современного состояния и направления развития материалов для изготовления средств индивидуальной защиты кожи. Представлены технический уровень и тенденции развития материалов фильтрующего и изолирующего типов. Дана оценка развития современных мембранных материалов. Рассмотрены основные принципы получения мембран. Сформулированы основные задачи работы.

Во второй главе представлена информация исследования коммерчески доступных мембраны в качестве защитных материалов. Обоснован выбор объектов исследования, приведены способы получения мембран и текстильных материалов с мембранным слоем. Для получения мембранного слоя с высокими показателями защитных свойств выбраны полимеры, применяющиеся при получении материалов изолирующего типа: уретановый каучук (УК) марки УК-1, силиконовый каучук марки СКТВщ; хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ), фторопласт марки Ф-62, полиамиды (ПА) марки 54/10, представляющий собой продукт поликонденсации капролактама и соли гексаметилендиамина и адипиновой кислоты и марки 6/66, представляющий собой продукт поликонденсации капролактама и соли гексаметилендиамина и себациновой кислоты; полиамидоимид (ПАИ) синтезированный по известной методике. В качестве ткани-основы выбраны материалы с термоклеевым покрытием арт. 216, арт. 508, арт. 530, при получении методом полива - капрон, лавсан, ткани на нетканой основе, с отделкой Климат, «Габарит» арт. 804064, Лидер арт. 81412, Премьер-180А арт. 81419АМ, «Ника» арт. С-526.

Экспериментальные исследования структуры и свойств мембранного слоя и защитных материалов проводили с использованием государственных стандартов, исследовательского оборудования с учетом норм точности измерений и методик выполнения измерений. Процесс обработки результатов экспериментальных исследований осуществляли методом математической статистики и регрессионного анализа. Оптимизацию параметров технологических процессов проводили в программе «Statistica 6.0». Проведена оценка погрешности результатов экспериментальных данных с доверительной вероятностью 0,95.

В третьей главе представлены результаты разработки защитного текстильного материала с мембранным слоем, предназначенного для изготовления защитной одежды. Обоснован выбор полимера и композиции на его основе для изготовления мембранного слоя текстильного материала. Определено оптимальное соотношение полимера полиамидоимида и гидрофильного компонента поливинилпирролидона в композиции равное 1:1 для получения мембранного слоя (мембраны). Приведены результаты структурных исследований мембран. Обоснован выбор ткани-основы для защитного материала с мембранным слоем. Определены способы получения защитного материала методом двухстороннего дублирования и методом полива. Приведены результаты оценки защитных, физико-механических, физиолого-гигиенических свойств полученных материалов.

Основная задача при получении мембранного слоя (мембраны), а в дальнейшем мембранного материала - выбор полимера (полимерной мембранообразующей композиции), который должен быть достаточно плотный по своей структуре для создания препятствия прониканию токсичных и опасных веществ и одновременно содержащего гидрофильные группы или дополнительно введение в полимерную композицию гидрофильного полимера, чтобы осуществлять перенос молекул воды и таким образом обеспечить паропроницаемость материала. Для получения пленки-мембраны с высокими защитными свойствами использовали полимеры, применяемые в изготовлении материалов изолирующего типа: силиконовый и уретановый каучуки, фторопласты, хлорсульфированный полиэтилен, полиамиды и полиамидоимиды. Показатели защитных свойств и паропроницаемость по воде представлены на рисунке 1.

Я Время заа,игиого дейсгзия го ТВ •<

1 - силиконвый каучук

■ Паропрои^вмоеть г/м2 за 24 ч 2 . уреТановый каучук

611 622 « 600 3 -ХСПЭ

Ji * • 4 - фторопласт

........-Ш Ш 2М, 5-полиамид

„ 6 -полиамидоимид

- ^ 3 4 5 б

Рисунок 1 - Время защитного действия при воздействии ТВ и паропроницаемость по воде основных полимеров, применяющих в изготовлении изолирующих материалов.

Паропроницаемость полимерных мембран находится на низком уровне, о чем свидетельствуют результаты, представленные на рисунке 1. Дтя увеличения показателя паропроницаемости полимерных мембран в растворы полимеров вводили в различных соотношениях гидрофильные наполнители катионит, анионит, уголь, полиэтиленгликоль, ПВП, дибутилсибацинат, дихлорэтилфосфат. При введении гидрофильных компонентов паропроницаемость мембран по воде увеличивается, однако, время защитного действия по ТВ снижается. Объясняется, тем, что введение пластификатора не только повышает проницаемость мембраны по парам воды, но и изменяет ее внешние и физико-механические характеристики: увеличивается показатель относительного удлинения, повышается эластичность, уменьшается жесткость. В результате добавления пластификаторов возникают каналы транспорта между полимерными цепями, за счет чего паропроницаемость растет, а защитные функции полимерных мембран существенно снижаются. В результате растворения молекул пластификатора в полимере, макромолекулы полимера оказываются окруженными и частично разделенными молекулами пластификатора. Это ведет к понижению взаимодействия между макромолекулами, и как следствие, к повышению их кинетической гибкости, что в свою очередь ведет к облегчению взаимной перегруппировки звеньев макромолекул под влиянием внешних механических полей.

Только в случае полиамидоимида, добавление гидрофильной добавки ПВП не приводило к понижению защитных свойств, паропроницаемость

составляет 4200 г/м2 за 24 ч при содержании ПВП 50% масс. Мембрана на основе композиции из ПАИ и ПВП обладает наилучшими селективно транспортными свойствами (т.е. оптимальным мембранным эффектом), что делает возможным использования в качестве мембранного слоя текстильного материала.

Свойства защитной мембраны во многом зависит от способа получения. На следующем этапе работы проводили исследования по выбору способа получения мембраны. Защитную полимерную мембрану формовали из композиционного раствора ПАИ-ПВП в Ы-метил-пирролидоне в соотношении компонентов 1:1, концентрация раствора 16 %. Исследовали свойства мембран полученных сухим и мокрым способом. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели свойств мембраны на основе композиции ПАИ-ПВП полученного сухим и мокрым способами_

Наименование показателя Пленка ПАИ-ПВП

Сухой способ Мокрый способ

Масса, г/м2 40 80

Толщина, мм 0,04 0,08

Относительное удлинение, % 30 14

Прочность при разрыве, МПа 40 25

Паропроницаемость, г/м2 за 24 часа 4200 7840

Время защитного действия по парам, ч - спецвещества (концентрация паров 0,05 мг/л) При относительной влажности 65 % 15 3 мин

Стойкость к действию газообразных АХОВ, ч 8 0

Из таблицы видно, что паропроницаемость мембраны полученной мокрым способом на 86 % больше, чем у мембраны полученной сухим способом, но защитные свойства отсутствуют. Данные показатели свойств

Рисунок 2 -Микрофотографии поверхности (а) и среза (б) мембраны на основе ПАИ-ПВП полученной а)х140 б)х5600 сухим методом

Как видно из рисунка 2 поверхность и срез мембраны полученной сухим формованием непористые, благодаря чему и обеспечиваются высокие показатели защитных свойств.

В случае же получения мембраны мокрым формованием образуется пористая структура (рис. 3), что объясняет высокие показатели паропроницаемости и отсутствие защитных свойств. Из полученных результатов следует, что при создании защитного текстильного материала мембранный слой должен изготавливаться сухим формованием из полимерной композиции на основе ПАИ с ПВП.

20 30

УглозоП икгсрвал. 24

20 ЗС

Угловой интервал. 20

а) б)

Рисунок 5 - Дифрактограммы пленок: а) ПАИ-ПВП=1:1; б) ПАИ-ПВП=1:2

Рисунок 3 - Микрофотографии поверхности (а,б,в) и среза (г) мембраны на основе ПАИ-ПВП полученной мокрым методом.

Регрессивный анализ проведенных исследований показал, что оптимальное соотношение ПАИ-ПВП в композиции равно 1:1, при котором мембрана имеет высокую паропроницаемость (4200 г/м2 за 24 часа), оптимальные физико-механические и защитные свойства от воздействия токсичных и опасных веществ.

В работе методом рентгеноструктурного анализа оценены изменения в структуре мембранного слоя в зависимости от соотношения компонентов в полимерной композиции.

Дифракционная картина пленок ПВП из Ы-метил-2-пирролидона, характеризуется двумя диффузионными рефлексами в области углов отражения 26 = 12,5°, 21° (рис, 4). ПВП имеет мезоморфный взаимной цепей. ПАИ аморфную

Угловой интервал. 20

Рисунок 4 - Дифрактограмма пленки ПВП из М-метил-пирролидона

Дифракционная картина пленок ПАИ-ПВП=1:1 (рис 5а) показывает, что образуется аморфная однородная пленка.

характер упаковки имеет структуру

гЙ

В тоже время на дифрактограмме пленок состава ПАИ-ПВП=Т:2 появляются явно выраженные пики, характерные гомогенным пленкам ПВП (рис 56).

Можно предположить, что с увеличением содержания ПВП в визуально однородных композиционных пленках на основе смесей с ПАИ формируются области микронеоднородностей, появляются области фазы ПВП.

Композиционные пленки ПАИ-ПВП в различных соотношениях исследованы методом ИК-Фурье спектроскопии. На рисунке 6 спектры пленок ПАИ и ПАИ-ПВП = 2:1.

Рисунок 6 -Результаты исследования мембран методом ИК-Фурье спектроскопии: 1-образец ПАИ; 2 - образец ПАИ-ПВП = 2:1

1> 9

I

о С

ШП 1?50 1700 1650 1СОО 1$50 1500

Длина волны, см"1

В спектрах смеси наблюдается смещение полосы 1718 см"1 колебания С=0 имидного цикла в ПАИ смещается в сторону 1722 см"1, положение характерное для имида. В тоже время, полоса 1534 см"' - деформационные колебания ЫН амидной части ПАИ, смещается к 1540"'см. Полоса 1649 см"1 -валентные колебания С=0 в ПВП, смещается в смесях к 1651 см"1. Наиболее сильные изменения наблюдаются в смеси ПАИ-ПВП=2:1. Таким образом, можно предположить, за счет введения ПВП в смесях меняется система водородных связей, характерная для ПАИ. Также, при смешивании с ПАИ меняется и окружение ПВП, что находит отражение в смещении полосы колебания С=0.

Из представленных данных следует, что именно ПВП образует водородные связи с ПАИ, формирует дополнительный «канал проводимости» молекул воды через композиционные пленки. Непроницаемость мембраны по отношению к токсичным и опасным веществам определяется структурой полиамидоимида. Проникновение паров воды, в свою очередь, облегчается за счет использования поливинилпирролидона, макромолекулы которого имеют достаточное количество гидрофильных групп, которые могут образовывать лабильные водородные связи с молекулами воды. В этом случае механизм прохождения паров воды через мембрану является сорбционно-диффузионным и состоит из трех стадий: абсорбции гидрофильными функциональными группами на поверхности пленки, диффузии через межмолекулярные пустоты и десорбции с противоположной поверхности.

На рисунке 7 приведена микрофотография среза текстильного материала с мембранным слоем, иллюстрирующая тот факт, что в случае нанесения

полимерной композиции на ткань основу, для достижения защитного эффекта мембрана обязательно содержит бездефектный диффузионный слой. Для изготовления одежды использование полимерной мембраны в исходном виде невозможно, поэтому для усиления физико-механических характеристик мембраны и предотвращения ее повреждения в процессе эксплуатации применяют метод дублирования с материалом-основой при использовании клеевых композиций и метод полива - нанесение на ткань-основу раствора полимерной композиции.

При дублировании мембраны на основе полиамидоимида использовали ткани с термоклеевым дискретным покрытием. В результате проведенных исследований выбрано комбинированное двухстороннее дублирование мембраны материалами арт. 216 на трикотажной основе и арт. 530 на нетканой основе, благодаря чему полученный материал имеет высокие прочностные свойства и обладает небольшой массой (таблица 2).

Рисунок 7 - Микрофотография среза текстильного материала с мембранным слоем (х200)

Наименование показателей V мсмиранных материалов Значение показателей

Метод дублирования Метод полива.

Масса, г/м2 200 290

Разрывная нагрузка, кгс -вдоль - поперек 26 22 110 50

Относительное удлинение, % 24 19

Паропроницаемость, г/м2 за 24 часа 4100 4120

Время защитного действия по парам, ч - спецвещества (концентрация паров 0,05 мг/л) При относительной влажности 65 % - аммиака (концентрация 0,25 мг/л) - хлора (концентрация 0,48 мг/л) 15 Более 8 Более 8 15 Более 8 Более 8

1 ----■> .................. ..ww.uu «ищиил-щши 1ЛГЧГ1-111311 наносили на

текстильную подложку до достижения необходимой толщины. После каждого штриха материал проходит ступенчатую сушку в режиме + 80, +110, +150 °С В качестве материала основы выбрана ткань арт. 81423 с отделкой Климат-2. Как показали исследования, хорошее нанесение раствора композиции ПАИ-ПВП и получение мембранного слоя без дефектов осуществимо лишь при использовании ткани с отделкой «Климат». Внешний вид пленки после удаления растворителя - глянцевое, достаточно ровное покрытие; полученный материал гладкий, мягкий, не шуршащий. В остальных же случаях происходит просачивание полимера через текстильную основу, образуются неравномерные покрытия. Исследования показали, что для получения

бездефектного диффузионного слоя, необходимо нанесение трех штрихов

Рисунок 8 - Микрофотографии поверхности мембранного материала на основе композиции ПАИ-ПВП на ткани-основы арт. 81423 с отделкой Климат-2 (х200): а) без покрытия; б) 1 слой; в) 2 слоя; г) 3 слоя.

Исследования показали, что мембранный слой разработанного текстильного материала представляет собой двухкомпонентную систему на основе полиамидоимидосодержащего полимера и гидрофильной добавки ПВП. Именно эти два компонента обеспечивают получение композиционного полимерного мембранного слоя, обладающего высокими защитными по ТВ и достаточными физиолого-гигиеническими свойствами. Установлено, что мембранная пленка, считается не токсичной согласно МР №29ФЦ/2688-03, что допускает ее использование для изготовления защитной одежды.

В четвертой главе предложены технологические схемы получения защитного текстильного материала с мембранным слоем двумя способами: методом полива и дублирования. Оба способа изготовления материала для одежды позволяют получить мембранный материал с высокими эксплуатационными характеристиками.

На основе текстильного материала с мембранным слоем предложена конструкция химзащитного комплекта в виде комбинезона (рис. 9). Защитные и физиолого-гигиенические свойства комплекта обеспечивает конструкция и материал с химзащитным мембранным слоем.

/\{Г7\ Комбинезон представляет собой цельное

яТг) \ ¿. I изделие, объединяющее капюшон, стан,

---1—" рукава и брюки. При создании комплекта

учитывались динамические приросты антропометрических признаков

посредством прибавок по участкам: длина и ширина спины, груди; длина руки и ноги; обхваты в локтевом и коленном суставах. К нижней части брюк комбинезона притачаны чехлы для обуви. Подошвы чехлов для обуви усилены прорезиненным материалом УНКЛ-3, для использования без специальной обуви.

^ Комплект надевается поверх

Рисунок 9 - Внешний вид повседневной одежды и обуви, химзащитного комплекта

выводы

1. Разработан новый текстильный материал с мембранным слоем на основе полимерной композиции полиамидоимида, защищающий от аварийно химически опасных веществ и спецпродуктов токсичного действия и обеспечивающий достаточные физиолого-гигиенические свойства.

2. Установлено, что в качестве мембранного слоя выступает непористая (диффузионная) пленка на основе полимера полиамидоимида, достаточно плотного по своей структуре для создания препятствия прониканию токсичных и опасных веществ, и одновременно гидрофильного поливинилпирролидона, чтобы осуществлять перенос молекул воды (водяного пара) от тела человека, и таким образом обеспечить паропроницаемость материала.

3. Установлено оптимальное соотношение гидрофильной добавки поливинилпирролидона и полиамидоимида в полимерной композиции равное 1:1, концентрации раствора 16 %, при которых мембранный слой имеет оптимальные физико-механические, защитные свойства по ТВ 15 часов и паропроницаемость по воде 4200 г/м за 24 ч. Установлено, что метод сухого формования позволяет получить беспористую структуру мембранного слоя на основе полимерной композиции ПАИ-ПВП, что обеспечивает высокие защитные свойства по ТВ в сравнении с методом мокрого формования.

4. Выявлены особенности структурной организации мембранного слоя на основе полимерной композиции ПАИ-ПВП, получены новые научные данные об его структуре, прочности, степени защиты. Установлено, что при введении ПВП в ПАИ между макромолекулами образуются водородные связи, что обеспечивает диффузионный механизм паропроннцаемости. Наилучшие показатели физико-механических свойств достигаются в аморфном состоянии композиции, а наилучшие защитные свойства при отсутствии пористости мембранного слоя.

5. Обоснован метод получения текстильного материала с мембранным слоем для средств индивидуальной защиты кожи. Исследованы их физиолого-гигиенические, физико-механические и защитные свойства. Экспериментально установлено, что в качестве ткани-основы для текстильного материала с мембранным слоем при получении методом полива выбрана ткань арт. 81423 с отделкой Климат-2, при получении двухсторонним дублированием - арт 216 на трикотажной основе и арт. 530 на нетканой основе по наилучшим характеристикам.

6. Разработаны технологические схемы получения защитного текстильного материала с мембранным слоем методами двухстороннего дублирования прокладочными материалами с дискретным полимерным покрытием арт. 216 и арт. 530 и полива на ткань-основу арт. 81423 с отделкой Климат-2 . На основе текстильного материала с мембранным слоем предложена конструкция химзащитного комплекта в виде комбинезона. Защитные и физиолого-гигиенические свойства комплекта обеспечивает конструкция и текстильный материал с мембранным слоем.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных энурналах, рекомендованных ВАК РФ-.

1. Абдуллин И.Ш. Исследование полимерных материалов на основе полиамида для изготовления мембранной защитной одежды / И.Ш. Абдуллин,

Р.Х. Фатхутдинов, О.Ю. Миронова, Д.П. Шалыминова, И.Ф. Сайфутдинова // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - №14. - С.143-145.

2. Фатхутдинов Р.Х. Защитные композиционные мембранные материалы на основе отечественных полимеров / Р.Х. Фатхутдинов, В.В. Гайдай, О.Ю. Миронова, Д.П. Шалыминова, A.C. Ковальчук, И.Ш. Абдуллин, И.Ф. Сайфутдинова // Журнал нанотехнологии и охрана здоровья. - 2012. - № 4. -С. 26-33.

3. Сайфутдинова И.Ф. Исследование ряда каучуков общего назначения и эластомеров в качестве полимерной основы мембранных материалов /7 И.Ф. Сайфутдинова, И.Ш. Абдуллин, Н.Ф. Кашапов, Р.Х. Фатхутдинов, В.В. Гайдай, Д.П. Юматова // Вестник Казанского технологического университета. -2013. - №17. - С.156-159.

4. Сайфутдинова И.Ф. Поиск полимерной селективно проницаемой мембраны, пригодной для изготовления специальной защитной одежды нового поколения / И.Ф. Сайфутдинова, И.Ш. Абдуллин, Р.Х. Фатхутдинов, В.В. Гайдай, Д.П. Юматова// Вестник развития науки и образования. - 2013. № 5. - С.19-32.

5. Абдуллин И.Ш. Конструкция химзащитного мембранного комплекта / И.Ш. Абдуллин, О.В. Попко, И.Ф. Сайфутдинова // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - №. - С. 93-94.

6. Сайфутдинова И.Ф. Исследование влияния способа получения на свойства мембран на основе полиамидоимида / Сайфутдинова И.Ф., И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. -№ 13. -С.86-87.

Патент:

7. Пат. № 2500444 РФ. Защитная диффузионная полимерная мембрана и композиция для ее получения / Р.Х. Фатхутдинов, C.B. Кононова, В.В. Гайдай, К.А. Ромашкова, Е.В. Кручинина, О.Ю. Миронова, А.Н. Ковальчук, Д.П. Шалыминова, И.Ф. Сайфутдинова // № 2012115877/12; заявл. 19.04.2012, опубл. 10.12.2013.

Статьи в сборниках трудов

8. Сайфутдинова И.Ф. Новый композиционный защитный материал на основе мембранообразующего полимера / И.Ф. Сайфутдинова, Р.Х. Фатхутдинов, В.В. Гайдай, И.Ш. Абдуллин, Д.П. Юматова // Новые технологии и материалы легкой промышленности: VIII Международая научно-практическая конференция с элементами научной школы для студентов и молодых ученых: Сборник статей - Казань: Изд-во КНИТУ, 2013. - С.162-164.

Материалы и труды конференций

9. Сайфутдинова И.Ф. Защитные композиционные мембранные материалы на основе полимеров / И.Ф. Сайфутдинова, Р.Х. Фатхутдинов, О.Ю. Миронова, И.Ш. Абдуллин // VI Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и судентов с международным участием «Менделеев-2012»: Тезисы докладов. - Спб: Изд-во Соло, 2012. - С. 422-423.

10. Санфутдннова И.Ф. Исследование полимерных материалов на основе полиамида для изготовления мембранной защитной одежды /

И.Ф. Сайфутдннова // IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов»: Сборник материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2012. - С.248-249.

11. Сайфутдннова И.Ф. Получение и исследование свойств композиционных пленок на основе хлорсульфированного полиэтилена / И.Ф. Сайфутдннова, И.Ш. Абдуллин, Р.Х. Фатхутдинов // XII Республиканская школа студентов и аспирантов «Жить в XXI веке»: материалы конкурса на лучшую работу студентов и аспирантов - Казань: Изд-во КНИТУ, 2012 — С 110114.

12. Сайфутдннова И.Ф. Исследование полиимидных пленок для изготовления мембранной защитной одежды / И.Ф. Сайфутдннова, Р.Х. Фатхутдинов, И.Ш. Абдуллин // Научная сессия КНИТУ - Казань КНИТУ* 2013.-С.329.

13. Сайфутдннова И.Ф. Защитный композиционный материал на основе полиамидоимида / И.Ф. Сайфутдннова, И.Ш. Абдуллин, Р.Х. Фатхутдинов, C.B. Кононова // Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы: Международная научная конференция и XI Всероссийская олимпиада молодых ученых: Тезисы докладов. - С-Пб.: СПГУТД, 2013. - С. 37.

14. Фатхутдинов Р.Х. Разработка технологии получения селективно проницаемых мембран и мембранных материалов для изготовления СИЗ нового поколения / Р.Х. Фатхутдинов, В.В. Гайдай, И.Ф. Сайфутдннова // Системы и технологии жизнеобеспечения, индикации, химической разведки и защиты человека от негативных факторов химической природы: Международная научно-практическая конференция: Сборник материалов. - Тамбов; Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013.-С.112-114.

15. Сайфутдннова И.Ф. Разработка защитного полимерного мембранного материала для средств индивидуальной защиты / И.Ф. Сайфутдннова, И.Ш. Абдуллин // Молодежь и инновации Татарстана: Конференция молодых ученых: Сборник материалов: Казанский (приволжский) федеральный университет, 2013. - С.49-53.

16. Сайфутдннова И.Ф. Многослойный композиционный материал с химзащитным мембранным слоем / И.Ф. Сайфутдннова, И.Ш. Абдуллин, Р.Х. Фатхутдинов // «Образовательный, научный и инновационный процессы в нанотехнологиях»: IV Всероссийская конференция: Сборник докладов. - Курск: Курск, гос.ун-т., 2014. - С. 45-47.

Соискатель

И.Ф. Сайфутдннова

Заказ № /,5~У

Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ

420015 г. Казань, ул. К. Маркса, 68