Способ получения наномодифицированного текстильного материала для спецодежды

УДК 677.017

И. Ф. Сайфутдинова, Д. Р. Курносова, В. В. Хамматова СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ*

Ключевые слова: текстильный материал, антибактериальность, стойкость к агрессивным средам, неравновесная низкотемпературная плазма (ННТП), спецодежда, коллоидный раствор наночастиц серебра.

В статье предложен способ получения наномодифицированного текстильного материала для спецодежды, обладающего стойкостью к действию агрессивных сред при сохранении и увеличении физико-механических и гигиенических характеристик, а также антибактериальными свойствами, сохраняющимися длительное время.

Keywords: textile material, antibacterial, resistant to aggressive media, non-equilibrium low-temperature plasma, overalls, a colloidal

solution of silver nanoparticles.

This paper proposes a method for producing nanomodified textile material for clothing, is resistant to aggressive environments, while maintaining and increasing the mechanical and hygienic characteristics, as well as anti-bacterial properties, which are retained for a long time.

Введение

В настоящее время среди технических текстильных материалов выделяют перспективный вид, создание которого связано с развитием нано- и биотехнологий и использованием последних достижений физики и химии. Это так называемый функционально активный текстиль, каждый конкретный вариант которого разрабатывается в соответствии с определенным назначением, которое определяет, какие модифицирующие компоненты используются для придания текстилю тех или иных свойств.

Согласно официально принятым стандартам качества, основными требованиями, предъявляемыми к спецодежде, являются: износостойкость, защита от повышенных и пониженных температур, защита от морской воды, кислот и щелочей, нефтепродуктов. Спецодежда при носке должна обладать антибактериальным эффектом, поскольку работник находится в ней длительное время. Подавление роста патогенных микроорганизмов в пододежном пространстве приводит к уменьшению неприятного запаха, что позволяет использовать изделие без стирки более длительный промежуток времени.

Для придания антибактериальных свойств традиционно текстильные материалы пропитывают различными бактерицидными агентами [13]. В настоящее время существуют современные, более эффективные, экологические способы придания антибактериальных свойств материалам с помощью наночастиц, а именно препаратов на основе наночастиц серебра [4,5].

Экспериментальная часть

Объектами исследования являлись ткани, применяемые для пошива одежды специального назначения - суровье арт. 18422а/Х-М «Премьер Комфорт 250А» с пропиткой (состав 80% - хлопок + 20 %-п/э+ антистатическая нить), суровье арт. 10202АМ «Премьер БК-350» с пропиткой (состав 100% -хлопок + антистатическая нить) Наноструктуриро-вание образцов текстильных материалов осуществ-

ляли на опытно-промышленной плазменной установке [6].

Пропитку образцов текстильных материалов осуществляли посредством полного погружения каждого образца в коллоидный раствор наночастиц серебра, время пропитки составляло от 10 до 20 минут, температура раствора 20-24°С. После пропитки образцы материала извлекали из раствора, сушили в подвешенном состоянии без прямого попадания солнечных лучей до полного высыхания. Раствор необходимой концентрации получали путем разбавления исходного раствора наночастиц серебра с концентрацией 10г/л дистиллированной водой в соответствии с ГОСТ 6709-72.

Определяли физико-механические характеристики текстильных материалов:

- разрывную нагрузку и относительное разрывное удлинение по ГОСТ 29104.4-91;

- стойкость к истиранию ГОСТ 9913-90;

- жесткость при изгибе ГОСТ 10550-93;

- водоупорность ГОСТ Р 51553-99;

- стойкость к морской воде ГОСТ 9733.9-83.

Проведены испытания по исследованию влияния

ННТП на стойкость к агрессивным средам согласно ГОСТ 12.4.220-2002 «ССБТ. Средства индивидуальной защиты. Метод определения стойкости материалов и швов к действию агрессивных сред».

Для оценки антибактериальной активности полученных текстильных материалов использовали стандартный метод исследования чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах (диффузионный метод бумажных дисков) в модификации. Метод основан на диффузии антисептика в толщу агара и образовании так называемых зон ингибиции. Антимикотическую и антибактериальную активность образцов, исследовали на тест-культурах патогенной и условно-патогенной микрофлоры. В работе использовали штаммы: Escherichia coli О55, Salmonella paratyphi B, Pseudomonas aeruginosa АТСС -9027, Staphylococcus aureu 6538-Ps, Candida albicans. Используемые в данном исследовании тест-культуры традиционно являются модельными, имеют общие происхождение, механизмы хранения

и реализации наследственной информации, а также схожесть метаболизма с микроорганизмами, присутствующими в микрофлоре человека. Показателем антибактериального эффекта является размер зоны задержки роста микроорганизмов (зоны ингибиции).

Обсуждение материалов

Wр=3,5кВт, Wр=2,5кВт,

Gвозд=0,04г/с, Gвозд=0,04г/с,

Текстильные материалы обрабатывали в трех режимах: 1 - Рк=26,6 Па, 1=120с; 2 - Рк=26,6 Па, 1=120с; 3 - Рк=26,6 Па, Wр=4кВт, GвOзД=0,04г/с, 1=60с. Для определения оптимального режима обработки проведены исследования свойств полученных образцов материалов (табл. 1,2).

Таблица 1 - Значения характеристик текстильного материала суровье арт. 18422а/Х-М «Премьер Комфорт 250А» с пропиткой (состав 80% - хлопок + 20 %-п/э+ антистатическая нить) контрольного образца и обработанного в ННТП в режимах 1,2,3

Значение

Наименование контроль- обработанный образец

показателя ный

обра- 1 2 3

зец

Разрывная нагрузка по основе/ 573/ 447 995/ 639 980/ 625 985/ 635

по утку, Н

Относитель-

ное удлинение, % 17,4 19,1 18,5 18,7

Стойкость к

истиранию, 9000 20000 15000 16000

циклы

Жесткость при изгибе, Н 0,08 0,09 0,07 0,08

Водоупор-ность,кПа 2,52 2,59 2,4 2,52

Гигроскопичность, % 5,2 5,9 5,6 5,7

Стойкость к

морской воде, ч 8 12 10 11

Стойкость к

нефти, ч 12 15 13 13,5

Стойкость к щелочи, ч 6 8 7,2 7,5

Стойкость к кислоте, ч 4 6 5,5 5,7

Зона ингиби-ции, мм 0 25 23 25

Зона ингиби-

ции после 10 - 25 23 25

стирок, мм

Анализ табличных данных показывает, что обработка материала в режимах Рк=26,6 Па, Wр=3,5-4кВт, GвOзД=0,04г/с является оптимальной. При обработке материалов плазмой мощностью менее 3,5 кВт и более 4 кВт стойкость обработанных образцов к агрессивным средам по сравнению с необработан-

ными образцами не изменяется или изменяется незначительно. При времени обработки менее 120 секунд физико-механические и гигиенические свойства (гигроскопичность) обработанных образцов по сравнению с необработанными практически не изменяются. При времени обработки более 120 с физико-механические и гигиенические свойства материала снижаются. Температура плазменной обработки текстильных материалов не должна превышать 80°С, поэтому рабочее давление в камере составляет Р = 26,6 Па, так как при таком давлении обеспечивается оптимальный температурный режим обработки.

Таблица 2 - Значения характеристик текстильного материала суровье арт. 10202АМ «Премьер FR-350» с пропиткой (состав 100% - хлопок + антистатическая нить) контрольного образца и обработанного в ННТП в режимах 1,2,3

Значение

Наименование контроль- обработанный образец

показателя ный образец 1 2 3

Разрывная нагрузка по основе/ по утку, Н 928/ 737 930/ 865 925/ 860 927/ 862

Относительное удлинение, % 22,3 23,3 23,1 23,2

Стойкость к истиранию, циклы 7000 9000 8000 7700

Жесткость при изгибе, Н 0,12 0,15 0,12 0,15

Водоупорность, кПа 1,98 2,38 2,31 2,35

Гигроскопичность, % 6,22 8,5 8,4 8,2

Стойкость к морской воде, ч 8 12 11 11,5

Стойкость к нефти, ч 12 15 13,5 14,2

Стойкость к щелочи, ч 6 8 7,7 7,8

Стойкость к кислоте, ч 4 6 5 5,4

Зона ингиби-ции, мм 0 22 21 22

Зона ингиби-ции после 10 стирок, мм - 22 21 22

Из данных табл. 1,2 видно, что разрывная нагрузка обработанных образцов текстильных материалов повышается на 20-80%, относительное удлинение 5-20%, стойкость к истиранию 5-50%, жесткость при изгибе 5%, водоупорность на 5%, гигроскопичность на 5-30% по сравнению с контрольными образцами в зависимости от состава ткани.

Исследования, проведенные на модельных тест-культурах показывают, что зоны ингибиции обработанных образцов составляют от 22-25 мм и сохра-

няются после 10 стирок. Зоны ингибиции контрольных образцов отсутствуют. Следовательно, полученные предлагаемым способом текстильные материалы обладают антибактериальными свойствами по отношению к патогенной микрофлоре и сохраняются в течение длительного времени.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить текстильный материал для спецодежды, обладающий стойкостью к действию агрессивных сред при сохранении и увеличении физико-механических и гигиенических характеристик, а также антибактериальными свойствами, сохраняющимися длительное время.

Литература

1. А. Буркитбай, А.Ж. Кутжанова, Б.Р. Таусарова. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 12, 20-23 (2010).

2. Л.Ф. Абаева, В.И. Шумский, Е.Н. Петрицкая, Д.А. Рогаткин, П.Н Любченко. Альманах клинической медицины, 22, 10-17 (2010).

3. Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева. Вестник Казанского технологического университета, 16, 163-165 (2013).

4. Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева. Вестник Казанского технологического университета, 14, 170-172 (2012).

5. Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева. Вестник Казанского технологического университета, 7, 125-128 (2012).

6. И.Ш. Абдуллин, Н.Ф. Кашапов. Высокочастотная плаз-менно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. КГТУ им. Кирова, Казань, 2008. 348 с.

*Проект выполняется в организации исполнителе (Получателе субсидии) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0019.

© И. Ф. Сайфутдинова - к.т.н., начальник сектора АО «КазХимНИИ», isayfutdinova@mail.ru; Д. Р. Курносова - к.т.н., доцент ТЛК КНИТУ, dinysik-86@mail.ru; В. В. Хамматова - д.т.н., зав. каф. «Дизайн» КНИТУ, venerabb@mail.ru.

© 1 F. Sayfutdinova - candidate of Technical Sciences, Head of Sector joint-stock company «Kazan Chemical Research Institute», isayfutdinova@mail.ru; D. R. Kurnosova - candidate of Technical Sciences, Associate Professor chemical technology of varnishes and paint coatings of KNRTU, dinysik-86@mail.ru; V. V. Hammatova - doctor of Technical Sciences, head of department «Design» KNRTU, venerabb@mail.ru.