автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Влияние природы волокон и их поверхностной модификации на смачивание и капиллярность текстильных материалов

0046

Егорова Ольга Сергеевна

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ВОЛОКОН И ИХ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАФИИ НА СМАЧИВАНИЕ И КАПИЛЛЯРНОСТЬ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.19.02. - Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

- 9 ДЕК 2010

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004616644

Егорова Ольга Сергеевна

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ВОЛОКОН И ИХ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДИФИКАФИИ НА СМАЧИВАНИЕ И КАПИЛЛЯРНОСТЬ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.19.02. — Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре аналитической, физической и коллоидной химии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Волков Виктор Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лукашев Евгений Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Чичварина Людмила Ивановна

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Защита состоится декабря 2010 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина по адресу: 119071, г. Москва, М.Калужская ул., д.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина».

Автореферат разослан « » ^°1 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Шустов Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Любой процесс облагораживания или модификации волокон текстильных материалов в жидкой среде связан с пропиткой, которая определяется капиллярными свойствами материалов. В настоящее время в качестве основной характеристики капиллярности принята высота подъема жидкости по вертикальному образцу за определенный период времени, чаще всего за 30 минут. Вместе с тем, эта характеристика не однозначна, так как высота подъема определяется двумя параметрами тканей, а именно размером капилляров (радиус капилляров г), которые являются зависимыми от толщины волокон ткани - структурная характеристика, и работой смачивания (As = ctcos©) — энергетическая характеристика. Высота подъема в равновесном состоянии связана с указанными характеристиками уравнением Лапласа

тг 2crcos0 А,

Н =--const— /П

pgr г ' v '

где а- поверхностное натяжение смачивающей жидкости, cos в— косинус краевого угла смачивания жидкостью волокон внутри капилляров, р - плотность смачивающей жидкости, g - ускорение силы тяжести, As - работа смачивания.

Очевидно, что любая модификация поверхности волокон приводит к изменению как радиуса капилляров, так и работы смачивания, а влияние этих параметров противоположно. Поэтому, разработка такого метода, который позволял бы раздельно определять как структурный, так и энергетический параметры тканей, несомненно является актуальной. Именно такая задача и стояла при выполнении данной работы.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы:

- выявление эмпирических закономерностей, связывающих капиллярность текстильных материалов с природой волокон и их поверхностной модификацией;

- разработка методов оценки качества очистки тканей и поверхностной модификации волокон по капиллярным характеристикам тканей, что позволяло бы однозначно и количественно охарактеризовать процессы облагораживания, очистки от загрязнений и поверхностной модификации не только внешней поверхности волокон текстильных материалов, но и внутри тканей на поверхности капилляров.

В работе использованы методы технологии подготовки, облагораживания и поверхностной модификации волокон текстильных материалов, физической и коллоидной химии, прикладной математики, регрессионного анализа, текстильного материаловедения, а также программы для ЭВМ.

В результате исследования предложен впервые: комплекс методов для характеристики эффективности очистки тканей от загрязнений и их поверхностной модификации.

По результатам исследования был проведен отбор некоторых образцов нетканых материалов для создания специальных фильтров для фильтрования биологических жидкостей, что явилось одним из практических приложений результатов данной работы.

Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научных ис^ следований кафедры аналитической, физической и коллоидной химии ГОУ ВПО

«МГТУ имени А.Н.Косыгина» в рамках договора о научном сотрудничестве с ООО «НИЦ «Вискоза» (Московская область, г. Мытищи).

Общая характеристика объектов и методов исследования. Исследовались хлопчатобумажная, шерстяная и шелковая ткани, а также смесовые ткани и нетканые материалы, различные по составу и способам их поверхностной модификации.

В работе применялся комплекс современных аналитических и физико-химических методов исследования (фотоколориметрия, потенциометрия, атомная силовая микроскопия), а также специально сконструированные установки для определения капиллярности, объема поглощенной жидкости тканями и неткаными материалами, электрокинетического потенциала волокон.

Научная новизна. В работе разработаны новые методы:

- оценки качества удаления загрязнений из капилляров тканей, гидрофобной модификации волокон текстильных материалов - способ оценки степени очистки ткани от масляных загрязнений и краевого угла смачивания модифицированных тканей;

- определения характеристики динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ различной концентрации на волокнах внутри капилляров, с целью получения характеристик тканей, которые ранее были недоступны;

Проведена экспериментальная апробация метода определения распределения капилляров ткани по размерам и энергетической характеристики поверхности волокон - косинуса краевого угла смачивания.

Практическая значимость. Разработанные новые методы позволяют прогнозировать результаты поверхностной модификации тканей и нетканых материалов с целью получения заданных свойств. На основании проведенных исследований капиллярных свойств в зависимости от состава и структуры нетканых материалов были даны рекомендации о возможности применения некоторых типов из них для использования в качестве компонентов фильтров для фильтрации биологических жидкостей.

Автор защищает:

- экспериментальную апробацию метода определения распределения капилляров ткани по размерам и косинуса краевого угла смачивания;

- универсальный способ оценки степени очистки ткани от масляных загрязнений;

- универсальный метод определения гидрофобности модифицированной ткани по краевому углу смачивания, найденному из измерения капиллярности и водоупорности;

- метод определения динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ.

Личный вклад автора. Вклад автора является значительным на стадии анализа литературных источников, планирования эксперимента, выбора методов исследования, проведения экспериментов и обсуждения их результатов, обобщения и обработки экспериментальных данных.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научно-технических конференциях и получили положительную оценку: на Всероссийских конференциях «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах «Фагран-2008», Воронеж, ВГУ, 2008 г.; «Фагран-2010», Воронеж, ВГУ, 2010 г.; Всероссийских научно-

технических конференциях аспирантов и студентов «Дни науки-2008 «Проблемы экономики, прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности», СПБ, СПГУТД, 2008 г.; «Дни науки-2010», СПБ, СПГУТД, 2010 г.; научной сессии Научного Совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Применение поверхностно-активных веществ в сельском хозяйстве: производство и переработка сельхозпродукции», Белгород, 2009 г.; 2-м Всероссийском семинаре «Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем 2010». ИФХиЭх имени А.Н.Фрумкина РАН, Москва, 2010 г.; на научной сессии Научного совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Поверхностно-активные вещества в технологических процессах», Москва, МИТХТ, 2010 г.; Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2010), Москва, МГТУ имени А.Н.Косыгина, 2010 г.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 16 печатных работах, в том числе, 4 статьях в научных журналах, из них 3 в журналах, включенных в перечень ВАК РФ, 12 - в сборниках статей и материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Работа содержит введение, обзор литературы, теоретическую часть, методическую часть, результаты эксперимента и их обсуждение, выводы, список использованной литературы, включающий 109 наименований. Основная часть изложена на 160 страницах, содержит 66 рисунок и 11 таблиц. В приложении приведено 6 рисунков и 7 таблиц.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Влияние степени очистки на капиллярность и гидрофобизацию тканей

На рисунке 1 приведена микрофотография загрязненной шерстяной ткани (загрязнитель НИТХИБ-М), полученная на АСМ, а на рисунке 2 - ткань отмытая от загрязнений в растворе синергетической смеси ПАВ (20% Оксифос-Б и 80% Неонол АФ 9-12), состав которой определялся по минимальной величи не поверхностного натяжения.

Видно, что дисперсные загрязнения отмыты полностью, но масляные загрязнения могут оставаться в капиллярах, а существующий в настоящее время оптический метод, основанный на фотометрировании поверхности ткани с нанесенным масляным загрязнением, содержащим краситель, не позволяет оценить качество очистки внутри капилляров, так как определяется только количество красителя отмытого с наружной поверхности волокон тканей. В этой связи возникает необходимость разработки такого метода оценки качества удаления масляных загрязнений, который позволил бы определять чистоту поверхности волокон внутри

Рисунок 1 - Загрязненная ткань Рисунок 2 - Отмьггая ткань

капилляров. Такой метод может быть основан на определении косинуса краевого угла смачивания волокон ткани внутри капилляров.

Аналогично можно оценивать качество облагораживания поверхности хлопковых волокон. Результаты обработки экспериментальных данных приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты обработки экспериментальных данных определения качества облагораживания х/б тканей

Образец ткани Капиллярная характеристика

г*106,м /т*Ю3,м cos 0 град. Степень очистки, %

суровая 0,79 14 0,0007 89,9 0

расшлихтованная 4,15 105 0,0295 88,4 27,22

отваренная 6,81 145 0,0656 86,2 52,27

мерсеризованная 7,99 141 0,0761 85,6 71,27

отбеленная 9,07 173 0,1065 83,9 100

Известно, что для составной поверхности косинус краевого угла смачивания представляет собой также составную (аддитивную) величину, которая описывается уравнением

cos вн = COS вх(рх + COS д1(рг (2)

где cos0H— наблюдаемый косинус краевого угла смачивания; COS^ - косинус краевого угла смачивания поверхности типа 1 (например, чистая поверхность волокон), имеющей поверхностную долю фь cos02 - косинус краевого угла смачивания поверхности типа 2 (например, загрязненная маслом поверхность волокон), имеющей поверхностную долю ср2.

Учитывая, что Фг = 1 - Фь получим

cos ви = cos вх(рх + cosв2 - cos 62(рх (3)

или cos ви - cos в2 = (cos 9Х - cos 02 >, (4)

Откуда доля очищенной поверхности составит

cos0„ - cos вг

-а-= ^ (5)

cost/,-cost/2 4 '

или, учитывая, что cos#, = const и cos02= const, cos0H - cos в2 = kq>x (6)

Очевидно, что определив косинус краевого угла смачивания чистой ткани cos9j и косинус краевого угла смачивания замасленной ткани cosOj можно рассчитать степень очистки ткани от масляного загрязнения по величине текущего краевого угла смачивания волокон внутри капилляров при очистке ткани от масляного загрязнения растворами ПАВ различной природы, различной концентрации и различного состава.

Определение краевого угла смачивания модифицированной ткани

по водоупорности

Оценка качества поверхностной модификации тканей проводится по определению краевого угла смачивания внешней поверхности волокон ткани, или по водо-

упорности, то есть проникновению воды через внешнюю поверхность ткани. Такой метод совершенно не дает представления о том, как были модифицированы волокна внутри ткани, хотя именно такая модификация и определяет качество отделки, так как проникновение жидкостей внутрь ткани определяется капиллярным давлением (уравнение 2).

В таблице 2 приведены результаты определения водоупорности ткани, пропитанной олигодиэтилгидридэтилсилоксаном в присутствии кремнийорга-нического соединения АГМ-9 (С = 2 г/л).

Таблица 2 — Влияние концентрации использованного соединения, термообработки и стирки на водоупорность тканей

Ткань Концентрация олигодиэтилгид-ридэтилсилоксана, г/л Водоупорность (мм) 0°

после термообработки, °С после 3-х стирок

100 150

Хлопкополи-эфирная (арт. 82188) 30 140 170 170 92,8

40 135 185 185 93,1

60 155 195 195 93,2

90 155 195 195 93,2

Хлопчатобумажная (бязь, арт. 262-0-63) 30 100 120 120 92,3

40 115 135 135 92,6

60 125 145 145 92,8

90 125 145 145 92,8

Водоупорность хлопкополиэфирной ткани, аппретированной препаратом Фоборит-М, составила 170 мм водяного столба. Можно видеть, что использованный нами олигодиэтилгидридэтилсилоксан не уступает и даже превосходит, используемый в настоящее время массовый промышленный препарат Фоборит-М. Стирки не снижают водоотталкивающего действия.

Влияние поверхностно-активных веществ на капиллярное впитывание растворов тканями и динамическая адсорбция

Исследована кинетика капиллярного впитывания хлопчатобумажной тканью растворов поверхностно-активных веществ при различной концентрации и составе смесей ПАВ. Рассчитаны капиллярные параметры хлопчатобумажной ткани (динамический краевой угол смачивания (0), минимальный радиус капилляров в ткани (г min), предельная высота подъема раствора при равновесии (/ш), время половинного заполнения капилляров (to)) при смачивании ее растворами смесей ПАВ различного состава.

Динамическую адсорбцию изучали по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ различной концентрации и рассчитывали по уравнению изотермы адсорбции Гиббса

г = й((0^С08©)_1_

аыс кят (7)

где к = 1 для неионогенных ПАВ, к = 2 для ионогенных ПАВ.

На рисунке 3 приведена зависимость поверхностного натяжения растворов и параметров смачивания нетканого материала из полиэфира при смачивании растворами Сульфонеонола, а на рисунке 4 - работы смачивания растворами ряда ПАВ х/б ткани от концентрации растворов.

с, г/л

Рисунок 3 - Влияние концентрации растворов Сульфонеонола СН-6 на смачивание нетканого материала из полиэфира. Свойство: 1 -

совб'ЮО; 2 - ст-соБ© (мДж/м ); 3 ■ (Дж/м2)_

с>1(Г

Рисунок 4 - Влияние концентрации растворов ПАВ и ТВ В на напряжение смачивания. ПАВ и ТВВ: 1 - Оксифос-Б; 2 - Фосфол 12Т; 3 - Котоклорин; 4 - Неонол АФ 9-8; 5 -С14П10; 6 — СпПю; 7 — Тимол

В таблице 3 приведены результаты расчета предельной динамической адсорбции ряда исследованных ПАВ. Неионогенные ПАВ адсорбируются в больших количествах, чем анионактивные. Смеси неионогенных ПАВ с анионактивными адсорбируются также в большем количестве, чем анионные ПАВ, взятые отдельно. С ростом гидрофобности ПАВ их адсорбция растет.

Таблица 3 - Результаты расчета предельной динамической адсорбции

Это свидетельствует о том, что адсорбция ПАВ происходит гидрофобными радикалами на гидрофобных участках поверхности волокон. Отрицательный поверхностный заряд затрудняет адсорбцию анионактивных ПАВ вследствие электрического потенциального барьера отталкивания.

ПАВ (1а.со80/с1^с*\О\ Дж/м2 Гт*107, моль/м2

С14П10 0,8490 3,4165

СвПш 0,5078 2,0435

Оксифос-Б 0,2248 0,9046

Тимол 0,3028 1,2184

Неонол АФ 9-8 0,7773 3,1279

Фосфол 12Т 0,5553 2,2344

Котоклорин 0,7878 .3,1701

Влияние поверхностной модификации тканей на капиллярность Ферментативная обработка и капиллярность

Равновесный угол смачивания шелковой ткани, окрашенной прямыми красителями с применением биологически активных веществ - ферментов, меньший 90°, свидетельствует об ограниченном смачивании ткани водой.

Видно, что природа использованного прямого красителя оказывает незначительное влияние на капиллярность.

Из результатов этой части исследования можно сделать вывод, что изменение концентрации фермента Тег-mamil Ultra 300L в красильной ванне (в исследованной области концентраций) при крашении прямыми красителями приводит к незначительному изменению капиллярности ткани из натурального шёлка. Но, отметим, что зависимость краевого угла смачивания от Рисунок 5 - Влияние количества фермента Тег- концентрации фермента проходит через mamil Ultra 300L в красильной ванне на калил- минимум, как это ясно видно из данных лярность шелковой ткани рисунка 5

Очевидно, что оптимальным будет то количество фермента, которое соответствует минимуму на графике, и обработка которым вызывает наибольшую гидро-фильность волокон шелка.

Плазмообработка и капиллярность

~1-1-г

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Количество фермента в красиильной ванне, г

2 3 Образец ткани

Рисунок 6 - Влияние обработки на минимальный размер капилляров льняной ткани. Образцы: 1 - суровая, 2 - суровая плазмиро-ванная, 3 - отбеленная, 4 -отбеленная плаз-мированная

140 120 100

/ . мм

ои 60

IU

12 3 4 Образцы ткани

Рисунок 7 - Влияние обработки на максимальную высоту подъема по образцу льняной ткани. Образцы: 1 - суровая,2 - суровая плазмирован-ная, 3 - отбеленная, 4 - отбеленная плазмиро-

При изучении влияния плазмообработки на капиллярные свойства исследо-

вались ткани - чистый лен артикул 07103, полотно суровое полубеленое в ровнице. Беление проводили по гипохлоритно-перекисному методу в кислой среде. Обработку льняной ткани плазмой проводили на промышленной установке КПР-180-Ш (на Павлово-посадской платочной фабрике).

Из данных, приведенных на рисунке 6 должно было бы следовать, что подъем по ткани с наибольшим размером капилляров дожжен быть наименьшим, так как в соответствии с уравнением Лапласа /шах ~ сошЪ'г; но этого не наблюдается (рисунок 7), даже наоборот, больший радиус соответствует боль шему подъему,

"д К/КН.м'/кг

2 3 Образец ткани

Рисунок 8 - Влияние обработки на косинус краевого угла смачивания льняной ткани. Образцы: 1 — суровая, 2 - суровая плазмированная, 3 - отбеленная, 4 - отбеленная плаз-мированная

гЧО', м

Рисунок 9 - Влияние обработки льняной ткани на интегральное распределение капилляров по размерам. Образцы: 1 - суровая, 2 - суровая плазмированная, 3 - отбеленная, 4 - отбеленная плазмированная

поскольку повышение гидрофильности при плазмообработке оказывает превалирующее воздействие на капиллярные свойства ткани, что видно из данных рисунка 8. Из данных, приведенных на рисунке 9, следует, что не только наименьший радиус увеличивается в размере, но и объем капиллярного пространства, занятый самыми крупными капиллярами увеличивается в несколько раз, фактически на порядок. Это происходит потому, что поверхность волокон после плазмообработки подвергается разрушению (деполимеризации) и частичному растворению, причем количество полярных групп, способных к диссоциации и формированию двойного электрического слоя также увеличивается за счет роста плотности поверхностного заряда, аналогично тому, как было ранее найдено для шерсти в работах В.А.Волкова и С.Ф.Садовой. Все это способствует повышению комфортности изделий из льняной ткани после плазмообработки.

Влияние природы волокон текстильных материалов на их капиллярность и поверхностные свойства нетканых материалов

Известно, что капиллярность тканей характеризует их способность к поглощению воды и водных технологических растворов, что определяет качество облагораживания тканей и их гигиенические свойства, а у нетканых материалов-фильтрующую способность.

Была проведена качественная и количественная оценка капиллярных характеристик смесей различных нетканых материалов с целью формирования статистиче-

ской базы для подбора нетканых материалов в качестве составляющих фильтров для биологических жидкостей.

Влияние удельной активной поверхности смесей нетканых материалов на краевой угол их смачивания

Из зависимостей (рисунок 10-11) угла смачивания от удельной активной поверхности смесей ПЭ/вискоза и ТФЦН/полиэфир видно, что удельная активная поверхность не оказывает влияния на угол смачивая, но влияет предыстория образцов. Даже при одинаковом составе обработка НМ для дезинфекции приводит к изменению смачивания поверхности волокон. Так из данных рисунка 10 видно, что термообработка смеси ПЭ/вискоза внесла химические изменения поверхности, убрав примеси, что положительно повлияло на смачивание. В то время как силиконизация поверхности волокон, представленная на рисунке 11 точкой 3, показывает гидрофо-бизацию поверхности волокон смеси ТФЦН/ПЭ и снижение смачиваемости, приводящее к ухудшению фильтрующей способности. Следует сделать вывод, что химический состав поверхности волокон нетканых материалов более влияет на их угол смачивания, чем удельная активная поверхность.

0 1 2 3 4 5

Удельная поверхность волокон в , м2/г

90 89 -88 87 86

85

■ 3

• 5

1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 Удельная поверхность вуд м^/г

Рисунок 10 - Зависимость угла смачивания от удельной активной поверхности смеси ПЭ/вискоза: Состав смесового НМ: 1 -100% ПЭ; 2, 3,4, 5 - 50% ПЭ/50% вискозы; 3 - гидроскрепленный образец; 4 - образец с поверхностной плотностью 60 г/м2; 5 -образец термообработанный для дезинфекции.

Рисунок 11 - Зависимость угла смачивания от удельной поверхности смеси ТФЦН/ПЭ. Состав смесового НМ: 2 - ТФЦН 100%; 1, 3, 4 - 50% ТФЦН/50% ПЭ, 3 - ТФЦН/ПЭ 50%/50% (силиконизация; линейная плотность 0,11 текс); 4 - ТФЦН/ПЭ 50%/50% (отмывка; линейная плотность 0,11 текс); 5 - ТФЦН/ПЭ 80%/20% (отмывка; линейная плотность 0,11 текс)

Влияние состава смесей нетканых материалов и их предыстории на капиллярность

На рисунке 12 приведена зависимость косинуса угла смачивания нетканых материалов от состава смесей на примере смеси ПЭ/вискоза. Она описывается уравнением 1. Такая зависимость ранее наблюдалась для смесовых тканей (Щукина Е.Л.). Также установлено, что угол смачивания смесовых нетканых материалов за-

Зависимость косинуса угла

Созв

0,012

0,010

т состава смесей полиэфира с шскспой

висит от их предыстории, то есть от того, какой дополнительной обработке подвергался нетканый материал.

Природа волокон одинакова, но изменяется шероховатость поверхности (г = S/So) или структура капилляров, в результате изменения плотности материала или нанесения слоя иных волокон, где S - наблюдаемая площадь контакта жидкости с материалом волокон, Sp - плоская поверхность контакта.

Если углы смачивания тупые, то шероховатость поверхности делает их ещё более тупыми, острые углы становятся более острыми. Метод повышения шероховатости используют для управления углами смачивания для достижения, например, сверхгидрофобности (гладкая поверхность может быть модифицирована таким образом, что краевой угол её смачивания составит 120 более высокой гидрофобно-сти достигнуть на гладкой поверхности не удается; для шероховатой поверхности можно получить углы смачивания до 150

Таким образом, изменяя шероховатость можно управлять смачиванием поверхности твердого тела. Характер шероховатости также оказывает влияние на

0,00« -

0,004 -

40 60 Состав по Ш), %

Рисунок 12 - Зависимость косинуса угла смачивания от состава смесей ПЭ/вискоза

смачивание твердой поверхности. Наибольшее влияние оказывают выступы конической или цилиндрической формы. Очевидно, что ворсинки на поверхности волокон, также как поры или иные дефекты на поверхности способны оказывать влияние на смачивание.

Влияние состава смесей нетканых материалов на электрокинетический потенциал

Было исследовано влияние состава смесей ПЭ/вискоза и ТФЦН/ПЭ на электрокинетический потенциал нетканых материалов. Величина электрокинетического потенциала оказывает большое влияние на взаимодействие компонентов крови с волокнами фильтров, вплоть до гемолиза, чего допускать нельзя. Электрокинетический потенциал должен быть не менее 20 мВ. Адсорбция ПАВ, также как и загрязнения различной природы изменяют электрокинетический потенциал, часто существенно понижая его.

Исследовались образцы нетканых материалов с очищенной поверхностью методами отмывки, стерилизации методом горячей обработки (паром), стерилизации методом радиационной обработки, на остальных образцах присутствуют вещества, использованные при получении волокон. В этой связи не представляется возможным связать величину электрокинетического потенциала со структурой нетканого материала и его составом.

При получении как вискозы, так и полиэфира, чаще всего используют неионо-генные ПАВ, которые, как показали наши исследования, снижают электрокинетический потенциал (рисунок 13-16).

Можно видеть, что изотермы адсорбции неионогенных ПАВ на поверхности полиамидных волокон соответствуют типу 8-2 по классификации Гилльса. Это означает, что в адсорбционном слое ПАВ на поверхности полиамида проявляется слабое физическое взаимодействие между молекулами адсорбата и адсорбентом. В относительно разбавленных растворах ПАВ, существенно ниже ККМ молекулы ПАВ располагаются «плашмя», то есть параллельно поверхности адсорбента.

Рисунок 13 - Влияние концентрации раство- Рисунок 14 — Влияние концентрации растворов неионогенных ПАВ на электрокинетиче- ров неионогенных ПАВ на электрокинетический потенциал полиамида: а - оксиэтилиро- ский потенциал полиамида: 15-ванный тридеканол. Степень оксиэтшшрова- оксиэтшгарованные спирты, щ: 1-12,2- 13, ния Пе: 1 - 6,2 - 10, 3 -15

£мВ

-о-о-

—О 1

^ ___о~о-о--о—-аг

^АДЛ^-Д—---Л---Л 3

3 4 5 с-103, мопь/л

с.103.!

Рисунок 15 - Влияние концентрации раство- Рисунок 16 - Влияние концентрации растворов неионогенных ПАВ на электрокинетиче- ров неионогенных ПАВ на электрокинетический потенциал лавсана: оксиэтшшрованный ский потенциал лавсана: 15-тридеканол. Степень оксиэтилирования п«: 1 оксиэтилированные спирты. IV 1 - 12,2 - 13, -6,2-10,3-15 3-14,4-15

Электрокинетический потенциал поверхности волокон резко снижается в растворах ПАВ с очень низкой концентрацией, на порядок меньше той, при которой происходит завершение формирования мономолекулярного адсорбционного слоя.

Это возможно только в том случае, если молекулы ПАВ, располагаясь параллельно поверхности, экранируют некоторые из потенциалопределяющих групп адсорбента.

При концентрациях ПАВ, соответствующих завершению

формирования мономолекулярного адсорбционного слоя на зависимостях электрокинетического потенциала наблюдается минимум, что может являться проявлением образования завершенной структуры при регулярном расположении молекул ПАВ. При исследовании адсорбции неионогенных ПАВ на поверхности полиэфирных волокон были получены идентичные результаты. Очевидно, что поскольку нет возможности по определению количества и состава ПАВ на поверхности волокон, то остается только констатировать величину электрокинетического потенциала. Но следует обратить внимание на тот факт, что очистка поверхности волокон исследованных нетканых материалов приводила к снижению потенциала. Это свидетельствует о том, что на поверхности волокон могли быть и анионактивные вещества. Вероятно, в процессе эксплуатации фильтров поверхностный слой может вымываться и потенциал уменьшится. Требуется обязательная очистка нетканых материалов перед их использованием в качестве фильтров для биологических жидкостей.

ВЫВОДЫ

1. Проведена экспериментальная апробация метода определения распределения капилляров ткани по размерам и энергетической характеристики поверхности волокон — косинуса краевого угла смачивания.

2. Предложен универсальный способ оценки степени очистки ткани от масляных загрязнений по величине краевого угла смачивания волокон в капиллярах модифицированных тканей.

3. Предложен универсальный метод определения гидрофобности модифицированной ткани по краевому углу смачивания, найденному из измерения капиллярности и водоупорности. Использованный олигодиэтилгидридэтилсилоксан не уступает и даже превосходит, используемый в настоящее время препарат Фоборит-М. Стирки не снижают водоотталкивающего действия обработанной хлопкополиэфир-ной и хлопчатобумажной тканей.

4. Исследована динамическая адсорбция ряда поверхностно-активных веществ на поверхности волокон текстильного материала в процессе капиллярной пропитки. Установлено, что динамическая адсорбция существен-но ниже равновесной адсорбции.

5. Предложен метод определения динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ различной концентрации.

6. Показано, что в результате адсорбции неионогенных ПАВ краевой угол смачивания изменяется существенно, вплоть до концентрации растворов, при которых возможно формирование бимолекулярного адсорбционного слоя. Образование такого адсорбционного слоя снижает смачивающую способность ПАВ.

7. Изменение концентрации фермента в красильной ванне (в исследованной области концентраций) при крашении прямыми красителями приводит к незначительному изменению капиллярности ткани из натурального шёлка. Но зависимость краевого угла смачивания от концентрации фермента проходит через минимум.

8. Изучены поверхностные свойства смесей нетканых материалов. Показано, что удельная активная поверхность не оказывает влияния на их краевые углы смачивания. Показано, что на краевые углы смачивания оказывает влияние химический состав, характер шероховатости поверхности и предыстория нетканых материалов.

9. Изучены поверхностные и электроно-поверхностные свойства текстильных материалов. Показано, что повышение гидрофильности при плазмообра-ботке оказывает превалирующее воздействие на капиллярные свойства льняной ткани. В результате обработки шерстяной ткани плазмой тлеющего разряда ¡¿-потенциал падает в сильнокислой среде пропорционально продолжительности ее воздействия. Показано, что очистка поверхности волокон приводит к снижению потенциала, так как на поверхности волокон могут быть анионактивные вещества.

10. На основании проведенных исследований поверхностных (смачивание, удельная активная поверхность) и электроповерхностных (электрокинетический потенциал) свойств смесей нетканых материалов дана рекомендация по использованию в качестве составляющих фильтров для биологических жидкостей ТФЦВ/полиэфир состава 50%/50%. Также установлено, что требуется обязательная очистка нетканых материалов перед их использованием в качестве фильтров для биологических жидкостей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Егорова О.С., Валков В.А., Щукина ЕЛ. О влиянии фермента на капиллярность натурального шелка. В сборнике статей Всесоюзной конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах Фагран-2008», Воронеж, ВГУ, 2008 г., с. 371-373.

2. Егорова О.С., Волков В.А., Шкурихин ИМ. О влиянии фермента на капиллярность натурального шелка, окрашенного прямыми красителями. В сборнике тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции аспирантов и студентов Дни науки 2008 «Проблемы экономики, прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности», Санкт-Петербург, СПГУТД, 2008 г., с. 165-166.

3. Агеев A.A., Волков В.А., Щукина E.JL, Егорова О.С., Кибалов М.С. Влияние поверхностно-активных веществ на капиллярное впитывание растворов тканями. Статья в сборнике материалов научной сессии Научного Совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Применение поверхностно-активных веществ в сельском хозяйстве: производство и переработка сельхозпродукции», Белгород, БГУ, 2009 г., с 15-17.

4. Волков В.А., Амарлуи А., Щукина E.JL, Егорова О.С., Елеев А.Ф. Модификация волокон текстильных материалов нанослоями фторсодержащих интерполимерных комплексов. Химические волокна, 2009 г., №6, с. 12—16.

5. Волков В.А., Щукина Е.Л., Егорова О.С. Расчет распределения капиллярного пространства хлопчатобумажной ткани по размерам капилляров. 2-й Всероссийский семинар «Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем 2010». ИФХЭ А.Н.Фрумкина РАН, Москва, 2010 г., без опубликавания.

6. Волков В.А., Амарлуи А., Щукина Е.Л., Егорова О.С., Елеев А.Ф. Модификация волокон текстильных материалов нанослоями фторсодержащих интерполимерных комплексов. Там же, без опубликования.

7. Аксенова И.В., Егорова О.С. О методе определения степени очистки от масляных загрязнений по капиллярности ткани. В сборнике статей Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов Дни науки 2010 «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности». Санкт-Петербург, СПГУТД, 2010 г., с. 88-93.

8. Агеев A.A., Волков В.А., Егорова О.С., Кибалов М.С., Щукина E.JI. Влияние ПАВ на капиллярное впитывание растворов тканями и динамическая адсорбция. Статья в сборнике материалов научной сессии Научного совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Поверхностно-активные вещества в технологических процессах». Москва, МИТХТ, 2010 г., с. 24-27.

9. Агеев A.A., Волков В.А., Кибалов М.С., Егорова О.С. Корреляция моющей способности и смачиваемости в бинарных растворах ПАВ в перхлорэтилене. Статья там же, с. 32-34.

10. Аксенова И.В., Волков В.А., Агеев A.A., Щукина E.JL, Егорова О.С., Кибалов М.С. Определение динамической адсорбции по кинетике капиллярного впитывания растворов ПАВ тканями. Статья в материалах V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах Фагран-2010», Воронеж, ВГУ, 2010 г., том 40, с. 671-675.

11. Омельянчук С.А., Волков В.А., Егорова О.С., Щукина E.JL, Торшин A.C. Осаждение частиц магнитной жидкости на волокна тканей. Там же, с. 771-775.

12. Аксенова И.В., Егорова О.С., Волков В.А., Щукина ЕЛ.Определение степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности. Там же, с. 841-845.

13. Агеев A.A., Волков В.А., Щукина E.JL, Егорова О.С. Адсорбция неионогенных ПАВ на поверхности волокон и её влияние на электрокинетический потенциал. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. Иваново, ИГТА, 2010 г., №1, с. 59-63.

14. Агеев A.A., Волков В.А., Щукина ЕЛ., Егорова О.С. Влияние pH среды на адсорбцию фторсодержащих поверхностно-активных веществ на хлопковых волокнах. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. Иваново, ИГТА, 2010 г., №3, с. 36-40.

15. Егорова О.С., Волков В.А., Щукина E.JL Метод определения степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности. В сборнике научных трудов аспирантов МГТУ. Ml ТУ имени А.Н.Косыгина, выпуск 16,2010 г., с. 51-56.

16. Аксенова И.В., Егорова О.С., Волков В.А., Щукина Е.Л. О методе определения степени очистки от масляных загрязнений по капиллярности ткани. В сборнике тезисов докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2010). Москва, МГТУ имени А.Н.Косыгина, с. 132-133.

Подписано в печать 26.11.10 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 395 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Введение.

Общая характеристика работы.

Цель исследования. 1.8

Научная новизна.9

Практическая значимость.9

Публикации.10

Апробация работы.10

Структура и объем диссертации.10