НЕТКАНЫЙ УТЕПЛИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ С БАКТЕРИОСТАТИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ

Полезная модель относится к нетканому волокнистому утеплительному материалу с бактериостатическим эффектом и может использоваться для одежды (в том числе детской) и постельных принадлежностей, обуви, изготовления респираторов СИЗ и др. Предлагаемый утеплительный материал также может быть использован для специальной одежды, защищающей от пониженных температур, такой как подкладка для применения в зимней экипировке, спортивной и туристической одежде и аксессуарах, а также и в любой другой одежде и швейных изделиях. В общем случае материал применим по требованиям к эффективной защите от пониженных температур для специальной одежды, для одежды Outdoor, в качестве наполнителя для постельных принадлежностей, в качестве бактериостатического барьера в текстильные изделия, а также в качестве обувного утеплителя, в качестве полотна для изготовления респираторов.
Из уровня техники известен нетканый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом (т.е. способный замедлять или подавлять рост или размножение бактерий), включающий смесь волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержащий: полимерные волокна, бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, волокно, полностью покрытое слоем серебра (см. RU 2326192 С1, опубл. 10.06.2008 - выбран за прототип).
Недостатками известного из прототипа материала является большое массовое содержание бикомпонентного волокна 70%, что хоть и позволяет сформировать полотно термоскреплением, но не позволяет обеспечить наилучшие теплоизоляционные свойства (наибольшее суммарное тепловое сопротивление). В известном материале кроме бикомпонентных волокон содержатся и другие волокна, что также ухудшает теплоизоляционные свойства. В известном материале не изучено влияние состава и содержания компонентов материала на теплоизоляционные свойства материала с бактериостатическим эффектом.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков, улучшение теплоизоляционных свойств материала с бактериостатическим эффектом.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении суммарного теплового сопротивления материала с бактериостатическим эффектом.
Заявляемый нетканый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом включает смесь волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, и содержит: полимерные волокна, бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, волокно, полностью покрытое слоем серебра.
Согласно полезной модели, вся смесь волокон материала имеет линейную плотность не более 0,48 текс, волокно, полностью покрытое слоем серебра, является нейлоновым, при этом упомянутая смесь содержит, масс. %:
бикомпонентное волокно - 24-26
силиконизированное полиэфирное регулярное волокно - 24-26
силиконизированное полиэфирное конжугейтное волокно - 39-41
нейлоновое волокно с серебряным покрытием - 10-13.
Согласно предпочтительному варианту, упомянутая смесь может содержать, масс. %:
бикомпонентное волокно - 25
силиконизированное полиэфирное регулярное волокно - 25
силиконизированное полиэфирное конжугейтное волокно - 40
нейлоновое волокно с серебряным покрытием - 10.
2
Согласно еще одному предпочтительному варианту, заявляемый нетканый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом может иметь поверхностную плотность от 60 до 200 г/м.
Согласно еще одному предпочтительному варианту, серебряное покрытие может иметь чистоту не менее 99,9%.
Полезная модель поясняется фигурами, на которых на фиг. 1 показано нейлоновое волокно, полностью покрытое слоем серебра; на фиг. 2 показано нейлоновое волокно со слоем серебра под микроскопом (вид характерного металлизированного волокна); на фиг. З показан вид заявляемого материала под микроскопом, с 10% вложения по массе нейлоновых волокон с серебряным покрытием.
Нетканый волокнистый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением. В качестве неограничивающего примера, в заявляемом уплотнительном материале волокна представляют собой штапельные волокна длиной 51 мм. В качестве еще одного неограничивающего примера, могут использоваться волокна длиной 5-70 мм. Скрепление волокон в холсте (полотне) идет за счет термического скрепления - именно для этого добавляется связующее в виде бикомпонентного волокна в состав смески.
Заявляемый нетканый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом содержит: полимерные волокна, бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, волокно, полностью покрытое слоем серебра.
Заявляемый материал содержит бикомпонентное волокно с линейной плотностью не более 0,48 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. В качестве неограничивающего примера, полимер оболочки выбран из низших полиолефинов (например, полиэтилен высокого давления, полипропилен) или сополимеров низших олефинов (например, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат) с температурой плавления 110-180°С, а полимер ядра представляет собой полиэтилентерефталат с температурой плавления 230-270°С. Благодаря тому, что полимер оболочки имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления полиэфирных волокон и полимера ядра, полимер оболочки расплавляясь, скрепляет смесь волокон и превращает ее в единое полотно (холст). Бикомпонентное волокно выступает при термоскреплении в качестве связующего. Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна.
Волокно, полностью покрытое слоем серебра, является нейлоновым и показано на фиг. 1, где позициями указано 1 - покрытие из серебра, 2 - нейлоновая сердцевина. Серебряное покрытие может иметь чистоту не менее 99%, предпочтительно не менее 99,9%. Длина нейлонового волокна, полностью покрытого слоем серебра, может иметь величину 2,5-80 мм, предпочтительна длина 5-60 мм, наиболее предпочтительна длина 10-30 мм. Линейная плотность указанного волокна может иметь величину 0,05…0,48 текс, в наиболее предпочтительном варианте - не более 0,22 текс (от 0,18 текс до 0,22 текс). Массовое содержание серебра в общей массе нейлонового волокна с серебряным покрытием может быть выбрано из диапазона 3-75%, предпочтительно 9-60%, наиболее предпочтительна величина 12-30%. В чистом виде (без примесей других волокон) нейлоновое волокно с серебряным покрытием похоже на шерсть, имеет серовато-коричневый оттенок.
Главное свойство этого покрытого серебром волокна - оно обеспечивает антибактериальные свойства. Ионы серебра проникают сквозь клеточные мембраны патогенных бактерий и лишают их возможности нормально существовать и воспроизводиться. В зависимости от процентного содержания данных волокон можно придать разную интенсивность антибактериальной активности (антимикробная, или антибактериальная активность - это способность убивать или тормозить рост и развитие микроорганизмов). Так же, от процентного содержания зависит, будет ли материал проявлять антимикробную активность для того или иного штамма. Серебряное покрытие позволяет изготавливать такое нейлоновое волокно, при том оно остается мягким, пластичным, поддается процессу чесания и формируется в холст при изготовлении нетканого материала. С другими металлами подобные манипуляции невозможно проделать: оборудование будет ломаться, материал невозможно будет изготовить, тем более ни о каком антибактериальном эффекте и речи быть не может.
2
Научные изыскания проводились в направлении изучения особенностей и свойств воздействия указанных нейлоновых волокон с серебряным покрытием на ряд микроорганизмов (Staphylococcus aureus АТСС 25923, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853,Escherichia coli АТСС 25922), а также влияние концентрации данных волокон в составе смеси на бактериостатические свойства. По результатам анализа и экспериментальными методами, рабочей группой была разработана смеска из полимерных, бикомпонентных и нейлоновых волокон с покрытием последних слоем серебра, выявлен точный процент вложения покрытых серебром волокон для соблюдения материалом бактериостатического эффекта в сочетании с повышением (максимизацией) у такого материала теплозащитных свойств (суммарного теплового сопротивления), отработан способ производства материала различных поверхностных плотностей (например, от 60 до 200 г/м), разработаны технологические режимы для получения нетканого материла. По результатам выпуска опытной партии материала и последующих лабораторных испытаниях, нетканое полотно удовлетворяет желаемым характеристикам: оно имеет высокие показатели суммарного теплового сопротивления до и после стирок, обладает хорошими разрывными характеристиками и бактериостатическим действием к микроорганизмам Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli.
Смесь полимерных волокон, представляющая собой заявляемый материал, содержит по массе 24-26% бикомпонентного волокна, 24-26%) силиконизированного полиэфирного регулярного волокна, 39-41% силиконизированного полиэфирного конжугейтного волокна, 10-13% нейлонового волокна с серебряным покрытием. В наиболее предпочтительном варианте, при котором достигается максимальное повышение суммарного теплового сопротивления материала с бактериостатическим эффектом, упомянутая смесь содержит по массе 25% бикомпонентного волокна, 25% силиконизированного полиэфирного регулярного волокна, 40% силиконизированного полиэфирного конжугейтного волокна, 10% нейлонового волокна с серебряным покрытием.
Кроме основного назначения бикомпонентного волокна (придать связь между волокнами, перераспределить нагрузку между волокнами) было экспериментально выявлено и установлено, что именно при массовом содержании 24-26% бикомпонентного волокна от всей массы материала в данной конкретной смеси (с указанными массовым содержанием и линейной плотности всех конкретных компонентов смеси, с указанным термоскреплением в полотно, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна) будет наблюдаться наибольшее суммарное тепловое сопротивление. Это, помимо получения близкой к идеальной «точечной» зоне склейки, когда весь легкоплавкий компонент бикомпонентного волокна расходуется на образование склеек в местах пересечения волокон, позволит получить высокую пористость, воздухопроницаемость и эластичность объемных термоскрепленных нетканых материалов. При уменьшении содержания бикомпонентного вещества в конкретной смеси волокон менее 24% по массе (и соответствующем увеличении по массе остальных волокон) будет наблюдаться уменьшение склеек, спаек, менее пористая структура и уменьшенное суммарное тепловое сопротивление. При увеличении содержания бикомпонентного вещества в конкретной смеси волокон более 26% по массе будет наблюдаться уменьшение пор в структуре. Переизбыток материала расплавленной оболочки будет заполнять поры, уменьшая их извилистость и объем пустот, что в итоге приведет к снижению суммарного теплового сопротивления.
2
Вся смесь волокон материала имеет линейную плотность не более 0,48 текс. В предпочтительном варианте нетканый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом может иметь поверхностную плотность от 60 до 200 г/и. За счет содержания в заявляемой смеси волокон с низкой линейной плотностью (не более 0,48 текс), в структуре материала появляются достаточно небольшие ячейки с воздухом. То есть появляется множество мелких пор, которые равномерно располагаются по всему объему материала и имеют большой объем заполнения (при наличии волокон с большей линейной плотностью пор большего размера было бы меньше и они имели бы меньший суммарный объем), что также способствует повышению суммарного теплового сопротивления материала при обеспечении сравнительно небольшой массы материала.
Силиконизированное волокно, входящее в состав материала, упруго и эластично, благодаря чему такой материал долгое время не теряет первоначальной формы и без проблем выдерживает стирку в стиральной машине-автомате, не теряя своих свойств в течение времени, в том числе и теплоизоляционных.
Специалисту в данной области известно, что волокно регулярное представляет собой извитое волокно, а волокно конжугейтное представляет собой высокоизвитое волокно с трехмерной равномерной извитостью волокон, что делает его более объемным по сравнению с регулярным. Наличие двух различных типов силиконизированных волокон в утеплительном материале - регулярного и конжугейтного, обеспечивает пустоты разного объема и извитости, что позволяет повысить площадь контакта воздушных полостей с материалом и тем самым повысить теплоизоляционные свойства, а именно суммарное тепловое сопротивление материала в целом.
Результаты испытаний по оценке антимикробной активности подтверждают, что разработанный нетканый материал подавляет рост колоний бактерий и со временем снижает число колоний. В результате экспериментов было выявлено, что содержание нейлоновых волокон с серебряным покрытием в количестве не менее 10% по массе от всего материала обеспечивает материалу бактериостатический эффект (см. таблицу 1).
Испытания проводились на трех штаммах - Staphylococcus aureus (стафилококк), Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка), Escherichia coli (кишечная палочка). В таблице 1 приведены результаты испытаний на антибактериальную активность материала в зависимости от процентного содержания нейлоновых волокон, полностью покрытых слоем серебра.
Из таблицы 1 следует, что для достижения бактериостатического эффекта необходимо вложение не менее 10% нейлоновых волокон, полностью покрытых серебром. Меньшее процентное вложение не даст нужного результата, а большее процентное вложение тоже будет обеспечивать бактериостатический эффект, но далее нам нужно еще и повысить для такого материала суммарное тепловое сопротивление, тем самым по максимуму задействовав для этого остальные 90% волокон материала по массе.
2
2
о
Так как заявляемый материал должен использоваться также для защиты от холода, необходим оптимальный показатель суммарного теплового сопротивления. В ходе проведения экспериментов, были выявлены состав и массовое содержание компонентов материала с максимальным суммарным тепловым сопротивлением. В таблице 2 приведены результаты некоторых экспериментов по разработке данного материала плотностью 150 г/м, со следующими сокращениями: бикомпонентное волокно - БК; силиконизированное полиэфирное регулярное волокно - ПСР; силиконизированное полиэфирное конжугейтное волокно - ПСК; нейлоновое волокно с серебряным покрытием - XS; суммарное тепловое сопротивление - СТС (мС/Вт).
Из приведенных результатов испытаний таблицы 2 видно, что соотношение смеси силиконизированных полиэфирных регулярных волокон 25% и силиконизированных полиэфирных конжугейтных волокон 40% является оптимальной для достижения высокого показателя теплозащиты, а также поддержания его в процессе эксплуатации. Вложение 25% бикомпонентного волокна в состав смеси в этих экспериментах являлся константой - данный процент вложения оптимален для суммарного теплового сопротивления (см. выше), достаточного скрепления холста и соответствия требованиям ГОСТ к нетканым материалам (в области разрывных характеристик).
Специалисту будет понятно и очевидно, что строгое массовое содержание в материале 25% бикомпонентного волокна, 25% силиконизированного полиэфирного регулярного волокна, 40% силиконизированного полиэфирного конжугейтного волокна, 10% нейлонового волокна с серебряным покрытием (при котором достигается максимальное суммарное тепловое сопротивление материала), по существу, подразумевает некоторые расхождения, например, с округлением до целого числа массового содержания в процентах, или плюс-минус 1-3% от массового содержания. Высокое суммарное тепловое сопротивление материала будет наблюдаться также и при массовом содержании в материале указанных волокон около указанных величин, а именно, при 24-26% бикомпонентного волокна, 24-26% силиконизированного полиэфирного регулярного волокна, 39-41% силиконизированного полиэфирного конжугейтного волокна, 10-13% нейлонового волокна с серебряным покрытием (с включением граничных значений в эти диапазоны).
Теплый, легкий и воздухопроницаемый (дышащий) заявляемый утеплительный материал даже в условиях экстремально влажной и холодной погоды идеально подходит для активного отдыха и спорта. Сочетание микроволокон повторяет структуру натурального пуха, обеспечивая высокие свойства теплоизоляции и компрессионной объемности даже после повторных стирок. Силиконизированные волокна также гидрофобны и не пропускают влагу или воду через себя и не впитывают ее. Поэтому дополнительно, заявляемый материал имеет высокую влагозащиту (гидрофобность), упругость и эластичность (благодаря наличию указанных силиконизированных волокон), а также высокую прочность, скрепляемость (благодаря термоскреплению бикомпонентным волокном). Придание материалу упругости и эластичности происходит также за счет термоскрепления волокон и каландирования внешних слоев утеплительного материала. При пошиве к швейному изделию, простегивание может производиться на обычном стегальном оборудовании. Рекомендуемый шаг сквозного простегивания - от 10 до 15 см.
сум
2
Теплозащитные (теплоизоляционные) свойства материала определялись на приборе МТ-380 с помощью методики определения суммарного теплового сопротивления в соответствии с ГОСТ 20489-75, которая заключается в измерении времени остывания пластины прибора в заданном интервале перепадов температур между поверхностью пластины, изолированным материалом или пакетом материалов и окружающим воздухом. Установленный размер для испытуемых образцов 360x500 мм. Испытания одного образца проводят на двух пробах, которые выдерживаются в атмосферных условиях при температуре 20(±2)°С и относительной влажности воздуха 60(±2)%. Испытания начинают с определения толщины нетканого материала толщиномером при давлении 0,2 КПа в 10 точках, далее вычисляют среднее арифметическое значение результатов измерений. Образец заправляют лицевой стороной к воздушному потоку натяжением, достаточным для фиксации образца. Вводят фактические значения поверхностной плотности и толщины испытуемого образца. Прибор автоматически выдает показатель. Значение показателя суммарного теплового сопротивления R измеряется в м⋅°С/Вт.
Как следствие, именно при таком заявляемом массовом соотношении указанных волокон, именно указанные волокна в данной конкретной смеси (с указанными массовым содержанием и линейной плотностью всех конкретных компонентов смеси, с указанным термоскреплением в полотно, с указанной конструкцией бикомпонентного волокна и нейлонового волокна с серебряным покрытием) будет наблюдаться бактериостатический эффект с наибольшим суммарным тепловым сопротивлением; тонина волокон не более 0,48 текс, наличие регулярного и конжугейтного волокна обеспечивает пустоты разного объема и извитости, что также позволяет повысить площадь контакта воздушных полостей с материалом и тем самым повысить теплоизоляционные свойства.
Таким образом, предложенный нетканый волокнистый утеплительный материал с бактериостатическим эффектом обеспечивает повышение его теплоизоляционных свойств, а именно повышение суммарного теплового сопротивления.