Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на свойства нетканого многослойного материала на основе полипропилена

УДК: 537.525.7: 677.076.4: 613.486

Р. Ю. Галимзянова, М. С. Лисаневич, Ю. Н. Хакимуллин, К. В. Легаева, Н. С. Подемирова

ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

НА СВОЙСТВА НЕТКАНОГО МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА

НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА

Ключевые слова: многослойный нетканый материал, неравновесная низкотемпературная плазма, плазмообразующий газ,

полипропилен, гидрофильные свойства.

Осуществлен анализ физических и прочностных показателей многослойного нетканого материала на основе полипропилена, обработанного неравновесной низкотемпературной плазмой. Даны рекомендации по выбору плазмообразующего газа и времени обработки материала.

Keywords: multi-layer non-woven fabric, the nonequilibrium low-temperature plasma, plasma gas, polypropylene, hydrophilic

properties.

The analysis of physical and strength characteristics of the multi-layer nonwoven polypropylene-based processed nonequilibrium low-temperature plasma. The recommendations for the choice of plasma-forming gas and the processing time of the material.

В настоящее время создание нетканых материалов (НМ) является одним из перспективных направлений легкой промышленности. Это обусловлено, прежде всего, дешевизной получения широкого ассортимента нетканых полотен и их быстрой окупаемостью. Благодаря своим уникальным свойствам (прочности, высокой барьерной защите), нетканые материалы широко используются в медицине для изготовления одноразовых изделий - хирургической одежды и белья, покровного материала, пеленок и т.д. Рост объема потребления впитывающих изделий медицинского назначения вызывает необходимость расширения их номенклатуры и снижения себестоимости материалов.

Известно, что существует технология получения гидрофильных свойств нетканых материалов на основе полипропилена путем плазмохимической обработка холста [1]. Плазмохимическая обработка - это относительно новый способ модификации НМ. Суть его заключается в том, что холст обрабатывается высокочастотным

электрическим разрядом, что придает поверхности волокон новые свойства. Как правило, благодаря подобной обработке повышается поверхностная энергия материала, и волокна приобретают гидрофильные свойства. Одним из преимуществ данного вида модификации материала, является его экологичность, так как в процессе обработки не используются вода и водные растворы химикатов, как в случае применения специальных пропиток [2]. Учитывая дешевизну нетканого материала на основе полипропилена, путем его гидрофилизации можно получить недорогие впитывающие изделия медицинского назначения, которые также обладают необходимой прочностью и химической инертностью.

Данное направление исследований в настоящее время интенсивно развивается. Исследованиям по гидрофилизации полипропиленовых волокон и

нетканых материалов на основе полипропилена посвящены работы [3-7].

Эффективность плазмохимической обработки зависит от нескольких факторов: от вида плазмообразующего газа, от используемого материала и его полимерного состава, от режимов работы плазменной установки. Данная работа направлена на исследование влияния ВЧ плазмы пониженного давления в среде азота, аргона, пропан-бутана и воздуха на свойства многослойного материала медицинского назначения на основе полипропилена, используемого для изготовления хирургических покровных материалов.

В качестве объекта исследования был выбран нетканый материал СМС (состоящий из трех слоев -спанбонд, мельтблаун, спанбонд) производства ООО «Завод Эластик» (г. Нижнекамск) плотностью 50 г/м2. СМС - материал, на 100% состоящий из полипропиленовых волокон [8]. Обработка нетканых материалов проводилась при постоянных входных параметрах установки: мощность разряда -от 0,4 до 2,2 кВт, расход плазмообразующего газа -от 0 до 0,2 г/с и давление в рабочей камере - от 13,3 до 533 Па. Время обработки варьировалось от 1 минуты до 7 минут.

С целью оценки воздействия ННТП на НМ, были изучены следующие показатели:

- прочность при удлинении (BS EN 290733:1992);

- капиллярность (BS EN 20811:1992);

- краевой угол смачиваемости (ISO 907312:2002).

У нетканого материала, обработанного в среде аргона, наблюдается экстремальная зависимость капиллярности от времени обработки (рис. 1). Максимальное значение наблюдается при воздействии ННТП в течение 1 минуты -капиллярность увеличивается более чем в 10 раз. Существенное увеличение гидрофильности наблюдается также при обработке в среде азота, однако для увеличения капиллярности в 10 раз

необходимо больше времени (5-7 минут). По-видимому, более длительная обработка азотом НМ приведет к еще большому увеличению гидрофильных свойств, но также и к существенному удорожанию материала. После воздействия ННТП в среде воздуха капиллярность материала повысилась только в 3-5 раз, причем ее повышение зафиксировано после 1 минуты воздействия ННТП, при увеличении длительности обработки высота подъема жидкости снижается. В среде пропан-бутана капиллярность остается почти неизменной.

12

4 5 6 Аргон

• Воздух -Л- Пропан -бутан

время обработки.мин Рис. 1 - Зависимость капиллярности от времени обработки ННТП

Исследование краевого угла смачивания привело к следующим результатам (рис. 2).

Рис.

1 2 3 4 5 6

время обработки.мин

2 - Зависимость краевого угла смачиваемости от времени обработки ННТП

На графике видно, что обработка ННТП трех газов (аргона, азота и воздуха) в течение 1 мин приводит к понижению краевого угла смачиваемости на 30°, что коррелирует с изменением капиллярности материалов. При дальнейшей обработке (7 мин) угол смачиваемости снижается еще на 10°.

В среде пропан-бутана при 1 мин обработки наоборот происходит повышение угла смачиваемости и в течение 3-7 мин его значения также не изменяются. Так как угол смачиваемости характеризует поверхностные свойства материала, то можно заключить, что для изменения свойств поверхности нетканого материала с использованием ННТП достаточно времени обработки до 1 мин.

120 -1 100 80 Н 60

40 Н 20 0

♦ Азот  Аргон

• Воздух

А Пропан -бутан

—I-1-1-1-1-1-1

= 0 1 2 3 4 5 6 7

время обработки, мин

Рис. 3 - Зависимость прочности при удлинении от времени обработки ННТП

В отличие от угла смачиваемости, который зависит от используемого полимера и пористости поверхности, на капиллярность оказывает влияние конструкция полотна (количество, толщина слоев). Известно, что эффект плазменной обработки распространяется на все слои, будучи сильным в самых верхних слоях [9]. Этим, по-видимому, объясняется увеличение капиллярности со временем обработки полотна ННТП в среде азота, т.е. длительное воздействие плазмы приводит к изменению свойств волокон внутреннего слоя мельтблаун. Снижение капиллярности при обработке аргоном в течение более чем 3 минут, по-видимому, объясняется размером молекул аргона по сравнению с азотом, который не так глубоко проникает во внутренний слой материала.

Прочность после обработки остается практически неизменной, т. е. обработка ННТП не влияет на прочностные характеристики (рисунок 3).

Таким образом, с точки зрения придания гидрофильности нетканым материалам на основе полипропилена наиболее эффективной является обработка плазмой аргона. Эффективность обработки зависит от конструкции полотна. В соответствии с конструкцией полотна нужно подбирать вид плазмообразующего газа и время обработки.

Литература

1. Тимошина, Ю.А. Разработка трикотажных и нетканых волокнистых материалов с антибактериальными свойствами / Ю.А. Тимошина, Е.А. Сергеева // Диссертация, 2014. - С. 51-52.

2. Обзор рынка нетканых материалов дочерняя организация акционерного Развития Казахстана». - Астана, 2008. ресурс] - Режим http://www.kdbl.kz/upload/analitika/2008.pdf. -свободный.

3. Абдуллина, В.Х. Гидрофилизация полипропиленовой пленочной нити низкотемпературной плазмой пониженного давления / В.Х. Абдуллина, Е.А. Сергеева, И.Ш Абдуллин, В.П. Тихонова // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - Иваново. -2009. - № 4 - С. 129-131.

4. Абдуллина, В. Х Влияние низкотемпературной плазменной обработки на химические свойства полипропиленовых волокон / В.Х. Абдуллина, Р.С. Давлетбаев, А.Ф. Яруллина, И.Ш Абдуллин // Известия

/ «БРК-Лизинг» общества «Банк [Электронный доступа:

Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15 - № 6-2 - С. 297-300.

5. Абдуллина, В.Х. Регулирование свойств полиолефиновых волокон и нитей низкотемпературной плазмой пониженного давления // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук - 18 с.

6. Sparavigna, A. Plasma treatment advantages for textiles -[Электронный ресурс] - Режим доступа: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0801/0801.3727.pdf. -свободный.

7. Riikka Vaananen, Pirjo Heikkila, Mikko Tuominen , Jurkka Kuusipalo and Ali Harlin. Fast and efficient surface treatment for nonwoven materials by atmospheric pressure plasma: Research Journal. Vol. 10. №1, 2010.

8. Анисимов, Ю.В. Многослойные нетканые спанлейд материалы типа SMS / Ю.В. Анисимов, С.А. Мальнев // Технический текстиль. - 2009. - № 19. - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://rustm.net/catalog/article/1509.html - свободный.

9. Букина, Ю.А. Активация поверхности текстильных материалов с помощью плазменной обработки / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // Новые технологии и материалы легкой промышленности: VIII Международная научно-практическая конференция с элементами научной школы студентов и молодых ученых: сборник статей. -Казань: Изд-во КНИТУ, 2012. - С. 200-203.

© Р. Ю. Галимзянова - доцент каф. ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ», galimzyanovar@gmail.com; М. С. Лисаневич - доцент кафедры ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ». lisanevichm@gmail.com; Ю. Н. Хакимуллин -профессор каф. ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ», khaim@mi.ru; Н. С. Подемирова - магистр каф. ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ», natusik-pma@mail.ru; К. В. Легаева - магистр каф. ТОМЛП ФГБОУ ВПО «КНИТУ», pugovka-199301@mail.ru.

© R. Y. Galimzyanova - Ph.D., AP., TEMLI, KNRTU, galimzyanovar@gmail.com; M. S. Lisanevich - Ph.D., AP., TEMLI, KNRTU, lisanevichm@gmail.com; Yu. N. Khakimullin - professor AP., TEMLI, KNRTU, khaim@mi.ru; N. S. Podemirova -мagister TEMLI, KNRTU, natusik-pma@mail.ru; K. V. Legaeva - мagister TEMLI, KNRTU, pugovka-199301@mail.ru.