Свойства текстильных волокон, обработанных в частично ионизированном газе

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ

УДК 677.019

И. А. Гришанова, Л. А. Зенитова, Р. Р. Спиридонова, О. С. Мигачёва

СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН, ОБРАБОТАННЫХ В ЧАСТИЧНО ИОНИЗИРОВАННОМ ГАЗЕ

Ключевые слова: хирургическая мононить, модификация, топография поверхности, высокочастотный ёмкостной разряд, средняя арифметическая шероховатость.

В статье приведены результаты исследования топографии поверхности шовной неабсорбируемой хирургической полипропиленовой мононити в исходном состоянии и модифицированной в частично ионизированном газе. Установлено, что при определённой мощности высокочастотного емкостного разряда и длительности процесса модификации в инертной газоразрядной среде наблюдается снижение шероховатости поверхности мононити.

. Keywords: surgical monofilament, modification, surface topography, high-frequency capacitive discharge, an arithmetic average

roughness.

The paper presents the results of a study of the surface topography nonabsorbable surgical suture polypropylene monofilament at baseline and modified in a partially ionized gas. It was found that at a certain power high-frequency capacitive discharge and duration of the modification process in an inert gas discharge medium decrease surface roughness monofilament.

Введение

Растущие требования к функциональности текстильных материалов (волокон, нитей, тканей) и экологической чистоте процессов ориентируют промышленность на применение физических методов модификации поверхностных свойств материалов. К этим методам, в частности, относится обработка образцов в частично ионизированной газовой среде, создаваемой высокочастотным емкостным (ВЧЕ) разрядом. "Холодная" плазма ВЧЕ разряда в отличие от термической не вызывает в течение определённого промежутка времени изменения объёмных характеристик исходных материалов, что очень важно для полимерных материалов [1].

Частично ионизированный газ представляет собой активную газовую среду, состоящую из различных реакционно-способных частиц: электронов, ионов, радикалов, возбуждённых нейтральных частиц -атомов и молекул. Источниками активных частиц являются различные плазмообразующие газы, от химической природы которых зависят те или иные процессы, протекающие в плазме [2].

Установлено [1, 2-4], что при плазмировании полимеров одновременно с образованием активных частиц плазмообразующего газа появляются продукты поверхностных реакций - низкомолекулярные соединения. Макрорадикалы, возникающие за счет разрыва химических связей, могут испаряться с поверхности, а затем уменьшать или усиливать ожидаемый поверхностный эффект модификации. Например, модификация в среде инертного газа карбоцепных полимеров сопровождается изменением средней молекулярной массы полимера [5], а кислородо- и фторуглеродные плазмы могут изменить топографию поверхности некоторых текстильных материалов, например, углеродного волокна, полиэстра [1, 5, 6].

В этой связи определенный интерес представляло исследование микрорельефа поверхности полипропиленовой (ПП) мононити, являющейся материалом с широким диапазоном требуемых свойств. ПП мононить также применяется в медицине в качестве хирургического неабсорбируемого шовного материала. Нить обладает наилучшей комбинацией

биосовместимости и механических характеристик. В то же время негативными свойствами данного волокна являются «пилящий» эффект (вызывающий травмирование тканей) и память о намотке нити.

Для улучшения эксплуатационных свойств хирургических нитей, в частности ПП мононити, используются различные способы поверхностной модификации [ 7-гриднева,8-лях]. Например, путем нанесения на поверхность нити биологически инертного полимерного покрытия, в результате плазменной обработки.

Материалы и методика экспериментального исследования

Модификация ПП мононити условного номера М1 производилась на ВЧ плазменной установке емкостного разряда с плоскопараллельными электродами [9] при частоте 13,56 МГц. Плазмооб-разующим газом являлся технический аргон, расход которого составлял в - 0,04 г*с-1, давление в разрядной камере - Р = 26,6 Па. В качестве варьируемых параметров выбраны: продолжительность плазменного воздействия 1, сила тока 1а и напряжение на аноде иа генераторной лампы.

Эффект модификации интегрально оценивался сравнением характеристик обработанных образцов с контрольными - необработанными образцами.

Визуальная оценка исследования состояния поверхности полипропиленовых мононитей и их рельефа проводилась с помощью микроскопического метода на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе (ЛСМ) модели OLS 4100 LEXT фирмы Olympus (Япония). Эта модель соответствует жестким требованиям к точности измерений профилей поверхности и идеально подходит для наблюдений стандартных среднестатистических параметров шероховатости поверхности ПП нитей, а именно Ra - средней арифметической шероховатости и Rz- высотой неровностей профиля по 10 точкам.

ИК-Фурье спектры пропускания образцов ПП нитей регистрировались с помощью инфракрасного Фурье спектрометра ФСМ 1202 фирмы ООО «Инфра-спек» (г. С. Петербург) в режиме съемки: в области 500-4000 см-1, с разрешением - 0,5 см-1 и скоростью сканирования 10 КГц..

Результаты и их обсуждение

Длительность модификации поверхностей исследуемых ПП мононитей при постоянной мощности разряда в среде аргона составляла - от 20с до 55с.

Результаты шероховатости обработанной поверхности мононити представлена на рисунке 1.

тельности процесса t = 45с и мощности разряда W=0,45 кВт.

Rz Ra

б

Рис. 3 - Изображения поверхности ПП мононити а - исходной и б - модифицированной в ВЧЕ плазме в среде аргона ^=0,45кВт, 1=45с)

Рис. 1 - Зависимость параметров шероховатости модифицированной ПП мононитей условного номера М1 от продолжительности процесса при постоянном значении мощности разряда

Влияние мощности разряда на значения шероховатости ПП мононитей при постоянной длительности процесса приведены на рисунке 2.

о,г

I

I 0,35 1

1

Rz Ra

1,5

г,ь

3

и ,кВ

Рис. 2 - Зависимость параметров шероховатости модифицированной ПП мононитей условного номера М1 от напряжения на аноде при постоянной продолжительности процесса

На рисунке 3 показаны топографии поверхностей исходной и модифицированной ПП нити при дли-

Результаты модификации, полученные в среде аргона, на поверхности хирургических мононитей свидетельствуют о начальной стадии плазменного воздействия на нить, т е. удалении поверхностных загрязнений и, возможно, даже мономолекулярного слоя полимера.

Значения показателей шероховатости исходной и модифицированной ПП мононитей приведены в таблице.

Таблица 1 - Значения шероховатости поверхности исходной и модифицированной ПП мононитей в аргоновой среде ^=0,45 кВт, 1=45с)

Условный номер Параметры шероховатости ПП нити: исходная / модифицированная

высота неровностей профиля по 10 точкам, Я^, мкм среднее арифметическое отклонение профиля, Яа, мкм

1 0,770 / 0,548 0,094 / 0,074

0,589 / 0,437 0,082 / 0,070

0,794 / 0,603 0,095 / 0,084

Среднее значение: 0,7177 / 0,5293 Среднее значение: 0,0877 / 0,0760

а

При модификации ПП мононити в инертной среде (аргон) найдено оптимальное значение продолжительности обработки (1=45 с), в течение которого наблюдается максимальное снижение значений шероховатости Яа отечественной 1111 хирургической мононити условного номера М1 - до 12,6% и повышение атравматичности шовного материала.

На рисунке 4 представлены ИК спектры пропускания исходных и модифицированных ПП мононитей.

Щ Ф ... А Ä  ДЕ - * - - ШШ - Ii Г.

1 - исходная ПП мононить

2 - модифицированная ПП мононить

Рис. 4 - ИК-Фурье спектры ПП мононити условного номера М1

Приведенные ИК-Фурье спектры пропускания свидетельствуют о том ,что деструкции полимера при данных условиях обработки не наблюдается.

Таким образом, на основе данных экспериментальных исследований установлено:

- снижение шероховатости хирургической ПП мононити условного номера М1 при обработке в частично ионизированной инертной газовой среде;

- определены оптимальные параметры плазменной модификации в аргоновой газоразрядной среде без поверхностной деструкции полипропиленовой мононити.

Исследования проводились в рамках НИОКР «Организация исследований, разработок и опытно-промышленного производства нерассасывающегося шовного материала», выполненного по государственному контракту №13411.1008799.13.055 от «19» мая 2013 г. в Казанском национальном исследовательском технологическом университете.

Литература

1 Edited by R. Shishoo. Published in North America by CRC Press LLC First published 2007, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC c 2007, Woodhead Publishing Limited The authors have asserted their moral rights., USA 353 p.

2 Кутепов А.М., Захаров А. Г., Максимов А. И., Титов В. А.. Рос.хим.ж.(Ж. Рос.хим. об-ва им. Д.И. Минделеева). XLVI, 1, 103-115, (2002).

3 Максимов АИ, Горберг БЛ, Титов ВА. Текстильная химия, 1, 101-107, (1992).

4 Абдуллин И.Ш., Нуруллина Г.Н., Азанова А.А., Кулев-цов Г.Н., Ившин Я.В. Вестник Казанского технологического университета, 15, 3, 27-29, (2012).

5 Сергеева Е.А., Гришанова И.А., Абдуллин И.Ш. Вестник Казанского технологического университета, 7, 109112, (2010).

6 Сергеева Е.А., Гришанова И.А., Абуталипова Л.Н., Илюшина С.В. Вестник Казанского технологического университета, 10, 187-190, (2010).

7 Гриднева А.В. Разработка технологии получения и исследование свойств нерассасывающихся хирургических нитей на основе синтетических полимеров. авториф. дисс. кандид. Техн. наук.: С.-Петербург, 2010, 16с.

8 Ляхович Алевтина Михайловна, Субмикронные и нано-размерные органические функциональные покрытия материалов на основе железа// автореферат дис. ... док. тех. наук: 05.19.09: / Ляхович Алевтина Михайловна. -Ижевск, 2013. - 24 с.

9 Гришанова И.А., Шарафеев Р.Ф., Мигачева О.С. В сб статей 1 всероссийской н/практ.конф.с элементами научной школы. Наноматериалы, нанотехнологии, на-ноиндустрия. КГТУ, Казань,100-103, (2011).

© И. А. Гришанова - к.т.н., доц. каф. МТ, КНИТУ, 314199@mail.ru; Л. А. Зенитова - д.т.н., проф. каф. ТСК, КНИТУ, zenit@kstu.ru; Р. Р. Спиридонова - к.т.н., доц. каф ТСК, КНИТУ, regina.spiridonova@bk.ru; О. С. Мигачёва - асп. Каф МТ, КНИТУ, olenka_m88@mail.ru.

© I AGrishanova - PhD. Department. MT KNRTU, 314199@mail.ru; L. A. Zenitova - prof. Department. TSC KNRTU, zenit@kstu.ru; R. R. Spiridonova - PhD. Department TSC KNRTU, regina.spiridonova@bk.ru; O. S. Migacheva - Asp. Dept. MT, KNRTU, olenka_m88@mail.ru.