Применение полимеров в производстве текстильных материалов со специфическими свойствами

УДК 677.29.27.43

А. И. Салимова

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ СО СПЕЦИФИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Ключевые слова: полимерные материалы, волокна, текстиль, технологии и материалы будущего.

В ходе изучения получены новые сведения в области легкой промышленности и технологии полимерных материалов: исследование и изучение свойств полимерных материалов для использования в производстве текстильных изделий, с целью улучшения качества и повышения конкурентоспособности швейных изделий, обновления их ассортимента за счет применения полимерных материалов.

Keywords: polymers, fibers, textiles, technology and materials of the future.

During the study received new information in the field of light industry and technology of polymeric materials: research and study of properties of polymeric materials for use in the manufacture of textile products for improving the quality and competitiveness of garments, update their range through the use of polymeric materials.

В настоящее время в мире ежегодно потребляется около 48 млн. т текстильных волокон, в том числе химических - до 28,7 млн. т (из них синтетических - 26,4 млн. т). В дальнейшем намечается неуклонный подъем производства химических волокон. Говоря о будущем, следует обратить также внимание на прогнозируемое снижение доли потребления хлопка, а также снижение доли шерсти, целлюлозных волокон и нитей в потреблении на душу населения [1].

В сегменте гидрофильных волокон (хлопка, вискозы, ацетата) к 2050 г., когда, вероятно, начнет ощущаться дефицит в продукции нефтехимии, возрастет доля гидратцеллюлозных волокон. Главным образом, это произойдет, благодаря развитию лио-целла, получаемого, как известно, по экологически чистому «безсероуглеродному» способу. Примерно на одном уровне останется удельное потребление полиакрилонитрильных волокон, Заметно снизится этот показатель у полиамидных волокон и немного у полиамидных нитей. Зато он резко возрастет у полиэфирных и полипропиленовых волокон и нитей.

Чтобы снять лишние опасения в связи с предполагаемым исчезновением в ХХ! веке нефтехимического сырья и тем самым возможным упадком производства синтетических волокон, заглянем еще дальше, вплоть до 2050 г. И здесь складывается любопытная ситуация: мировое потребление всех видов волокон к этому году прогнозируется примерно в 140 млн. т. При этом потребление синтетических волокон и нитей увеличится в 4 раза, целлюлозных, (преимущественно типа лиоцелл) в 3 раза, а хлопка и шерсти на 10%. Доля синтетических волокон к этому времени оценивается в 68%, целлюлозных - 10%, хлопка и шерсти - 17%, остальных - около 5%.

Таким образом, ситуация, складывающаяся сегодня на рынке сырья для текстильной промышленности, не может не вызывать тревогу.

Одним из мероприятий, обеспечивающих реализацию стратегии развития легкой промышленности России до 2020 года является развитие инновационной и научной деятельности, одним из направлений которого является создание прогрессив-

ных технологий по получению новых текстильных материалов на основе отечественных термопластичных полимеров с повышенными эксплуатационными свойствами (огнестойкостью, морозостойкостью, масло- и бензо-стойкостью, долговечностью).

Поэтому при формировании профессиональных компетенций у бакалавров дизайна необходимым является повышение уровня компетентности и квалификации в области дизайн-образования с учётом компетентностно-деятельностного подхода и приоритетных направлений развития технологии получения новых полимерных материалов в области текстильной промышленности [2].

В ходе изучения дисциплины «История текстиля» должны быть изучены новые сведения в области легкой промышленности и технологии полимерных материалов: исследование и изучение свойств полимерных материалов для использования в производстве текстильных изделий; влияние формы полимера на свойства ткани, что учитывается при создании одежды определенного назначения. Улучшение качества и повышение конкурентоспособности швейных изделий, обновление их ассортимента за счет применения полимерных материалов.

На протяжении последних трех десятилетий лидирующее место, как по абсолютному объему производства, так и по среднегодовым темпам прироста, сохраняется за полиэфирными (ПЭФ) волокнами и нитями. По годовому объему производства (более 18 млн. т) они вышли на ведущие позиции не только среди химических волокон (доля - около 60%), но и всех видов текстильного сырья (доля -около 35%), включая хлопок.

Выпуск полиэфирных волокон и нитей должен превысить 26 млн. т. Таким образом, их будет на 1 млн. т больше, чем сегодня производится всех видов синтетических волокон, вместе взятых, и в 1,5 раза больше нынешнего мирового сбора хлопка-сырца.

Бурный рост производства и потребления полиэфирных волокон и нитей в настоящем и будущем невозможен без совершенствования сущест-

вующих технологий и качества готовой продукции, расширения и обновления ассортимента.

Магистральным направлением в улучшении потребительских свойств полиэфирных, преимущественно штапельных, волокон остается химическая модификация полимера. В промышленном масштабе освоено производство волокон на основе новых полиэфиров - политриметилентерефталата (ПТТ) и полибутилентерефталата (ПБТ). По сравнению с обычным полиэфирным волокном из ПЭТ, волокна из указанных полимеров имеют ряд важных преимуществ: в частности, по эластичности, тактильной мягкости, объемности, интенсивности крашения.

Модифицированное ПЭТ-волокно способно легко окрашиваться дисперсными красителями без применения давления и переносчиков. Кроме того, оно хорошо окрашивается катионными красителями; при этом достигается конечный эффект окраски полиакрилонитрильного (ПАН) волокна.

Производство полиамидных (ПА) волокон и нитей не отличается стабильностью, как в мировом, так и в региональном масштабе. Этот некогда самый популярный вид синтетических волокон уступил первенство полиэфирным и полиолефиновым волокнам. Судя по наметившейся тенденции, производство ПА-нитей будет умеренно расти в азиатских странах и США, а производство штапельного волокна, если рассматривать стандартную продукцию, постепенно идет на спад.

Перспективным сырьем для текстильной промышленности по-прежнему является полиурета-новая высокоэластическая нить спандекс, мощности по которой в мире установлены на уровне 180,0 тыс. т. Наиболее крупные из них сосредоточены в США (только на фирме DuPont - торговая марка «лайкра» (lycra) - общей мощностью 66 тыс. т/год), в Южной Корее, а также в Западной Европе, где фирма Byer реализовала высокоэффективную технологию формования эластичной нити типа «дорластан» из расплава полиуретана [3].

Особое место в мировом балансе текстильного сырья сегодня занимают полиолефиновые волокна, из которых более 85% получают из полипропилена (ПП). Суммарные мощности по ним оцениваются около 7 млн. тонн. Наиболее распространенный ассортимент в основных странах-производителях нити (включая текстурированные, жгут BCF, мульти- и микрофиламенты), спан-бонд/мелтбон, волокна, расщепленные пленки/ленты. Из богатого перечня областей применения ПП волокнистых материалов следует выделить ковровую пряжу, обивочные ткани, медицинские и гигиенические изделия, геотекстиль, канаты, на этих рынках сырья у них практически нет конкурентов.

Широкое применение ПП волокон и нитей во многом обусловлено доступностью, сравнительной низкой стоимостью сырья, а также их прекрасными технологическими свойствами.

Соотношение в использовании ПП волокон и нитей для разных регионов неодинаково. В Японии, например, выпуск нитей, включая спан-бонд/мелтбон, был преобладающим по сравнению со штапельным волокном, несмотря на то, что из

последнего там изготавливают такие распространенные товары, как ковры и нетканые материалы.

В Западной Европе имеет место значительное потребление мультифиламентной и пленочной нитей, спанбонд/мелтбон и др. В США в более 42% пряжи было выпущено на основе ПП в виде волокна, жгута BCF и нити для непосредственного применения в лицевой и грунтовой частях ковров. В этом секторе внедрение полипропиленовых материалов идет заметно интенсивнее по сравнению с полиамидом и полиэфиром.

Похожая ситуация складывается и в производстве нетканых материалов (НМ), где ПП начинает активно вытеснять другие волокна, в частности полиэфирные и вискозные. И это нельзя выпускать из виду, ибо создание нетканых материалов становится, пожалуй, самым перспективным направлением в текстильной технологии. Объемы их производства и потребления растут несоизмеримо быстрее, чем, например, тканей и трикотажа. Именно в этом секторе рынка заложен самый короткий и дешевый путь при получении широкого ассортимента изделий повышенного спроса (геотекстиля, термозвукоизоляционных материалов, кровельных покрытий, бытовой продукции, спецодежды) [4].

В Западной Европе, в частности, производство нетканых материалов увеличилось за последнее десятилетие почти в 1,5 раза.

Мировое производство НМ, которое составило около 2,5 млн. т, в основном сосредоточено в экономически развитых странах. Области применения НМ достаточно широки, преобладающими являются медицина и общественная гигиена (37%), строительство (18%), протирочные материалы (11%), мебель и изделия домашнего обихода (9%), различные фильтры (4%) и др.

Традиционные методы получения НМ - сухой и мокрый - постепенно уступают место более эффективным процессам, принятым в технологии формования синтетических волокон из расплава (спанбонд/мелтбон). Их доля в Западной Европе за последние 15 лет увеличилась на 8% за счет сокращения объемов производства НМ по «сухому» методу. В этом же регионе выпуск НМ, полученных аэродинамическим методом, составил около 1 млн. т.

Заметному росту производства НМ способствует не только создание новых, но также совершенствование существующих технологий получения и свойств объемных НМ.

В частности, традиционный синтепон, при производстве которого используются низкоэкологичные и дорогостоящие латексы и эмульсии, уступает свою рыночную нишу утеплителей для одежды материалам нового поколения - на основе бикомпо-нентных волокон, способных к термосклеиванию. Они отличаются устойчивостью к многократному сжатию, возможностью стирки, мягким грифом и лучшей драпируемостью. Принципиально новое холстообразование (рандомизация) позволяет выпускать равномерные, пушистые, с преимущественно вертикально расположенными волокнами утеплители, что также выгодно отличает их от синтепона.

Бикомпонентные волокна (их доля в составе НМ - 20-30%) получают чаще всего формованием из расплавов 2-х или 3-х термопластичных полимеров, например, ПЭФ, ПП, ПА, подаваемых вместе к каждому отверстию фильеры и образующих структуру в каждой элементарной нити. Такая структура может быть, в частности, полисегментной, «бок-о-бок», «оболочка-ядро».

Когда речь идет о привлечении бикомпо-нентных волокон к созданию новых типов НМ, интерес, естественно, проявляется к структуре «оболочка-ядро», где толщина оболочки, например для волокна 0,12 текс (диаметром 12 мкм), составляет 0,7 мкм. Но и этого достаточно, чтобы низкоплавкий полимер, например, полиэфир с температурой плавления не более 160°С, обеспечил прочное склеивание волокнистой основы НМ [3].

Использование бикомпонентных волокон (БКВ) - очень перспективное направление и при соответствующей заинтересованности текстильщиков можно «реанимировать» отечественные разработки в области технологии и оборудования для БКВ, выполненные еще 30 лет назад и не потерявшие свою актуальность.

При полном (или даже частичном) использовании первичного сырья для получения лигноцел-люлозных волокон - агромассы и древесной массы, регулярно воспроизводимых природой, нетканые материалы из этих волокон в сотни раз могут перекрыть все существующие ныне и прогнозируемые объемы производства натуральных и химических волокон, равно как и текстильных материалов на их основе. Мировой ежегодный объем производства лигноцеллюлозных волокон из природных сельскохозяйственных культур оценивается экспертами в 4 млрд.

Уже сегодня эти волокна, в особенности древесины, используются, помимо производства целлюлозы, бумаги, фибрового картона и ДСП, при изготовлении внутренних панелей для автомобилей, а в последнее время начаты работы по созданию

нетканых материалов из растительного сырья для геотекстиля, фильтров и композиционных материалов конструкционного назначения. Это - реальное и недалекое будущее [5].

Вспомним слова Д.И. Менделеева, сказанные еще в 1900 г.: «...наша страна изобилует всякими растительными продуктами, не находящими себе применение. При этом клетка не истощает почвы и для питания непригодна... Если бы мы отбросы превратили в изделия из вискозы, особенно в волокна, то разбогатели бы побольше, чем от всей нашей торговли».

Отмеченные особые свойства и высокие физико-химические характеристики полимерных материалов, применяемых в текстильном производстве, позволяют изготавливать термостойкие и жаростойкие ткани, сверхпрочные и гидрофобные материалы, изделия, обладающие гидродинамическими и бактерицидными свойствами, что имеет важное промышленное значение.

Литература

1. Стратегия развития легкой промышленности России на период до 2020 года

2. Муртазина, С.А. Педагогические условия формирования профессиональных компетенций у бакалавров полимерного профиля / С.А.Муртазина, Г.А.Гарифуллина // Вестник Казанского технологического университета.-2011.-№ 16-С. 309-314

3. Кричевский, Г.Е. «Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды» / Г.Е. Кричевский // М., «Известия». 2011 г., 526 с.

4. Хамматова, В.В. Получение полимерно-текстильного материала с повышенными гигроскопичными свойствами моделей специальной одежды / В.В.Хамматова, Э.А.Хамматова // Вестник Казанского технологического университета.-2011.-№6-С. 158-162

5. Хузина, Л.М. Полимерные материалы в производстве спортивной одежды / Л.М. Хузина, О.Г.Ивашкевич // Вестник Казанского технологического университета.-2012.-Т.15, №18-С. 171-174.

© А. И. Салимова - доцент каф. дизайна, КНИТУ salimova77@mail.ru.

© A I Salimova - Ph.D., associate professor the department "Design", Institute of technology of light industry of fashion and design, KNRTU, salimova77@mail.ru.