Повышение сорбционных свойств полиэфирных кордных нитей

УДК 677.014.33

Н. А. Кейбал, В. Ф. Каблов, С. Н. Бондаренко, Д. А. Каткова

ПОВЫШЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИЭФИРНЫХ КОРДНЫХ НИТЕЙ

Ключевые слова: полиэфирные нити, гигроскопичность, сорбция, пропиточные составы.

Разработаны пропиточные составы на основе фосфорборсодержащего метакрилата, которые могут широко применяться для получения полиэфирных нитей с улучшенным комплексом свойств - повышенной сорбционной емкостью, водопоглощением, гигроскопичностью, улучшенными физико-механическими показателями, что расширит спектр их применения.

Keywords: polyester yarn, hygroscopicity, sorption, impregnating compositions.

Abstract: Developed impregnating compositions based on phosphorous boron containing methacrylate, which can be widely used to obtain of polyester yarns with enhanced complex of the properties - a higher sorption capacity, water absorption, hygroscopicity, improved physical and mechanical properties that expand the range of their application.

Улучшение сорбционной способности и гигроскопичности полиэфирных волокон и нитей при сохранении прочностных свойств путём их модификации позволит расширить области применения указанных материалов. Последнее, позволит получить новые сорбционные волокнистые материалы, которые, как известно, обладают высокоразвитой удельной поверхностью, существенно превосходящей поверхность гранулированных и порошковых сорбентов. Данные преимущества, прежде всего, сказываются на кинетике сорбционных процессов и полноте улавливания веществ. Кроме того, волокнистая природа сорбента позволяет иметь разнообразную форму фильтров [1].

В ходе проведенных исследований были разработаны пропиточные составы на основе водного раствора фосфорборсодержащего метакрилата (ФБМ). Для инициирования полимеризации ФБМ и прививки на волокна в водный раствор дополнительно вводился инициатор - персульфат натрия, а также акриламид. Пропитку полиэфирных нитей проводили в течение 5 минут при комнатной температуре с последующим отжимом избытка пропиточного состава и термофиксацией в течение 30 минут при 150 0С. В ходе проведения исследований варьировалось содержание персульфата натрия и акриламида. Рецептура пропиточных составов представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Рецептура пропиточных составов на основе фосфорборсодержащего метакрилата

Компоненты состава № рецепта

I II III IV V

Содержание компонентов, масс.ч.

Раствор ФБМ 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5

Раствор ср. ср. ср. ср. ср.

аммиака (25 %) неитр неитр неитр неитр неитр

Персульфат натрия 0,067 0,09 0,112 0,112 0,09

Акриламид - - - 0,9 1,125

основных физико-механических показателей модифицированных полиэфирных нитей (табл. 2-3).

По результатам проведенных исследований, указанных в таблице 2, выявлено, что у модифицированных полиэфирных нитей наблюдается увеличение водопоглощения в семь -восемь раз по сравнению с исходной необработанной нитью и гигроскопичности - в три -четыре раза [2-4].

Таблица 2 - Влияние пропиточных составов на водопоглощение и гигроскопичность

полиэфирных нитей

Состав обработки нити Водопоглощение, % Гигроскопи чность, %

1 сутки 2 суток 4 суток

Исходная нить 8,4 8,6 8,8 15,0

Пропиточный состав I 42,6 61,5 84,7 62,0

Пропиточный состав II 46,9 69,7 88,9 74,0

Пропиточный состав III 50,1 70,9 91,2 88,0

Пропиточный состав IV 51,3 76,3 90,9 78,0

Пропиточный состав V 56,3 79,4 98,1 90,0

Для определения эффективности разработанных составов и оптимальных условий обработки были проведены исследования по оценке сорбционной ёмкости, водопоглощения, гигроскопичности и

Установлено (табл. 2), что образцы после водной обработки и последующего отжима увеличивали массу от 30 до 93 %, которая не изменялась во времени. Исследования проводились через 24, 48, 168 часов.

В таблице 3 представлено влияние пропиточных составов на основные физико-механические свойства полиэфирных нитей.

Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что у обработанных нитей происходит увеличение прочностных показателей на 15-30 %. Повышение прочности модифицированных полиэфирных нитей обусловлено, по-видимому, локализацией микродефектов на их поверхности за счет обработки пропиточными составами, так как микродефекты являются первопричиной разрушения волокна при воздействии на него внешних напряжений. После

обработки нитей пропиточным составом наблюдается невысокий привес.

Таблица 3 - Влияние пропиточных составов на физико-механические свойства полиэфирных нитей

Состав обработки нити Разрывная нагрузка, кгс Удлин ение, мм Привес %

Исходная нить 18,0 19,0 -

Пропиточный состав I 20,0 30,0 15,0

Пропиточный состав II 21,0 30,0 16,0

Пропиточный состав III 22,0 31,0 11,0

Пропиточный состав IV 23,0 37,0 13,0

Пропиточный состав V 24,0 39,0 15,0

Установлено, что самым оптимальным является пропиточный состав по рецепту III (табл. 1). После обработки нитей данным составом наблюдались высокие значения водопоглощения,

гигроскопичности и физико-механические показателей.

В ходе проведения исследований было выявлено, что пропиточный состав на основе фосфорборсодержащего метакрилата может быть использован для придания полиэфирным нитям сорбционных свойств. Результаты исследований сорбционной емкости по отношению к ионам Cu2+ и Ni2+ приведены в таблицах 4-7.

Таблица 4 - Влияние пропиточных составов на сорбционную емкость полиэфирных нитей*

Ном ер проп Нормальность раствора

Си^ОД н Ni(SO4), н

иточ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,4

сост ава Сорбционная емкость ,

I 6,1 15,2 24,3 36,2 3,1 9,2 17,4 23,2

II 8,2 17,3 26,4 39,2 5,2 10,6 15,5 20,1

III 10,3 19,5 28,2 40,4 7,7 12,3 18,4 26,1

IV 9,2 18,3 24,6 32,6 3,5 9,8 16,9 23,8

V 12,3 19,2 28,4 35,4 7,6 12,3 18,2 25,9

*время сорбции 24 часа

В результате проведенных исследований показано, что сорбционная емкость модифицированной полиэфирный нити по отношению к ионам меди и никеля возрастает. При увеличении времени сорбции с 1 до 6 суток степень извлечения ионов меди составляет от 6 до 70 мл/г, а ионов никеля от 3 до 70 мл/г [5].

Вероятно, причиной повышения сорбционной емкости модифицированных полиэфирных нитей является образование тонкой пленки на поверхности моноволокон, которая сорбирует ионы металлов за счет образования комплексных соединений.

Таблица 5 - Влияние пропиточных составов на сорбционную емкость полиэфирных нитей*

Ном ер проп иточ ного сост ава Нормальность раствора

Си^04), н Ni(SO4), н

0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,4

Сорбционная емкость,

I 14,6 20,6 31,2 44,4 15,1 26,9 32,1 39,2

II 16,2 21,3 34,3 47,2 16,2 26,8 31,9 39,1

III 18,3 24,2 36,8 49,3 17,8 28,9 32,3 43,7

IV 15,6 24,7 30,6 40,8 16,9 27,0 30,8 39,5

V 18,2 28,3 37,2 44,6 18,4 29,2 35,3 41,5

*время сорбции 2 суток

Таблица 6 - Влияние пропиточных составов на сорбционную емкость полиэфирных нитей*

Ном ер проп иточ ного сост ава Нормальность раствора

Си^ОД н Ni(SOi), н

0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,4

Сорбционная емкость,

1 2 3 4 5 6 7 8 9

I 21,2 26,3 38,2 51,9 20,3 28,5 42,4 54,2

II 24,7 27,2 39,9 56,7 24,1 29,2 41,2 53,0

Продолжение таблицы 6

1 2 3 4 5 6 7 8 9

III 28,3 32,8 41,1 59,9 29,3 33,8 45,0 57,9

IV 21,7 30,1 40,1 52,1 23,1 29,8 42,1 55,7

V 26,8 35,6 42,2 54,8 27,9 34,9 44,6 59,1

*время сорбции 3 суток

Таблица 7 - Влияние пропиточных составов на сорбционную емкость полиэфирных нитей*

Ном ер проп иточ ного сост ава Нормальность раствора

^(SOi), н Ni(SOi), н

0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,4

Сорбционная емкость,

I 29,6 35,2 46,4 62,3 27,1 43,3 49,8 60,8

II 32,3 39,3 48,8 67,8 30,6 44,4 52,2 62,1

III 35,2 42,1 50,1 70,1 36,2 49,6 56,1 70,0

IV 27,9 37,2 46,2 61,2 30,2 43,5 50,6 60,7

V 29,6 39,6 48,4 64,3 34,2 50,7 54,3 68,7

*время сорбции 6 суток

Таким образом, предлагаемые пропиточные составы могут широко применяться для получения полиэфирных нитей с улучшенным комплексом свойств, а именно - повышенной сорбционной емкостью, водопоглощением, гигроскопичностью, улучшенными физико-механическими

показателями, что расширит области их применения.

Работа выполнена при поддержке проекта «Разработка модификаторов и функциональных наполнителей для огне-, теплозащитных полимерных материалов» выполняемого вузом в рамках государственного задания Минобрнауки России.

Литература

1. Зверев М.П. Хемосорбционные волокна М.: Химия, 1981. - 191 с.

2. Разработка водонабухающих полиэфирных нитей / А.С. Иванова, О.В. Головешкина, Н.А. Кейбал, С.Н. Бондаренко, И.Я. Шиповский // Сб. тез. науч.-практ. конф. мол. учёных по направл.: Химия - наука будущего. Инновации в энергосбережении и энергоэффективности. Информ. технологии - локомотив инновац. развития: в рамках молодёж. конгресса "Интеграция инноваций: регион. аспекты", 19-21 апр. 2012 г. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2012. - C. 24.

3. Получение водонабухающих полиэфрных нитей [Электронный ресурс] / А.С. Иванова, О.В. Головешкина, Н.А. Кейбал, С.Н. Бондаренко, И.Я. Шиповский // Сборник тезисов студентов и молодых учёных г. Волжского: сб. матер. конф., май-июнь 2012 г.

(профильные секции) / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. -Волжский, 2012. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - C. 39.

4. Водонабухающие полиэфирные нити [Электронный ресурс] / Головешкина О.В., Шиповский И.Я., Кейбал Н.А., Бондаренко С.Н. // 12-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 30-31 янв. 2013 г.): сб. матер. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - C. 210.

5. Полиэфирные нити с улучшенными сорбционными свойствами [Электронный ресурс] / Гринькова Т.А., Кейбал Н.А., Шиповский И.Я., Бондаренко С.Н., Головешкина О.В. // 19-я межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных и студентов г. Волжского, 27-31 мая 2013 г.: сб. матер. профильных секций конф. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - C. 26.

© Н. А. Кейбал, д.т.н., проф. каф «Химическая технология полимеров и промышленная экология»; директор ВПИ (филиал) ВолгГТУ, keibal@mail.ru; В. Ф. Каблов, д.т.н., проф. каф «Химическая технология полимеров и промышленная экология»; директор ВПИ (филиал) ВолгГТУ, kablov@volpi.ru, С. Н. Бондаренко, доц. той же кафедры; Д. А. Каткова, студент ВПИ (филиал) ВолгГТУ.

© N. A. Keybal, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" VPI (Branch) VSTU, keibal@mail.ru; V. F. Kablov, Ph.D., professor of the department "Chemical technology of polymers and industrial ecology" of VPI

(Branch) VSTU, kablov@volpi.ru;

S. N. Bondarenko

associate professor of the department "Chemical technology of polymers and

industrial ecology" VPI (Branch) VSTU; D. A. Katkova, student VPI (Branch) VSTU.