Исследование изменений химического состава технических тканей методом ИК-спектроскопии

С. В. Илюшина

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

Ключевые слова: техническая ткань, плазменная модификация, инфракрасная спектроскопия.

Анализируется влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на изменение химического состава технических тканей. Показана возможность получения материалов с прогнозируемыми свойствами за счет плазменной обработки ткани.

Keywords: technical fabric, plasma modification, infrared spectroscopy.

Analyzes the impact of nonequilibrium low-temperature plasma on the chemical composition offabrics. The possibility of obtaining materials with predictable properties by plasma treatment of tissue.

Производство продукции технического назначения является наиболее быстро развивающимся в текстильной промышленности ведущих мировых стран. Основой интенсивного увеличения объемов выпуска технического текстиля и расширения сфер его применения является активная научно-

исследовательская деятельность, на которую направляются значительные финансовые средства и в результате которой появляются многочисленные инновационные разработки [1].

Одним из эффективных и экономических путей повышения качества изделий, их надежности и срока службы является модификация поверхностного слоя материалов с целью придания им заданных свойств [2].

Технические ткани широко применяются для производства конвейерных лент, резинотканевых рукавов, плоских и клиновых приводных ремней; для обивки сидений и внутренней облицовки автомобилей; для тентов и укрывочных материалов, оболочек аэростатов и надувных ангаров, складных гаражей и туристских палаток, автомобильных и авиационных шин; в качестве фильтрующих перегородок.

Одним из крупнейших потребителей тканей технического назначения является резинотехническая промышленность. Значительную долю из них используют в качестве прокладочных материалов для хранения невулканизованных резиновых заготовок, резиновых профилей и шинного корда перед сборкой и вулканизацией.

В настоящее время основным направлением расширения и улучшения адгезионной способности текстильных материалов является не столько разработка новых видов волокон и нитей, сколько комбинирование существующих, а также их модификация с целью придания заданных свойств текстильным материалам [3].

Неравновесная низкотемпературная плазма (ННТП) позволяет регулировать заданные свойства волокнистых материалов без деструкции. В связи с этим интерес представляет изучение воздействия ННТП на ткани технического назначения, в том числе на основе натуральных и синтетических нитей.

В ранних работах [4-6] установлено, что плазменная обработка улучшает поверхностные

свойства технических тканей, снижая или повышая гидрофильные свойства тканей, в зависимости от их назначения.

Вследствие того, что плазменная обработка включает ряд процессов, приводящих к изменению не только физических свойств волокон, но и к трансформации химического состава и структуры поверхностного нанослоя, целью исследования являлось определение влияния плазменной обработки на изменение химического состава и строения образцов технических тканей.

В качестве объекта исследования выступали технические ткани производства ООО «Крез», г. Елабуга: Чефер (100% х/б), ЧЛХ (51% х/б, 49% ПЭФ). Кордная ткань Чефер используется в шинной промышленности, следовательно, необходимым является улучшение адгезии данной технической ткани к резине. Прокладочной ткани ЧЛХ, применяемой в производстве резинотехнических изделий, напротив, следует придать антиадгезионные свойства.

Обработка образцов ткани осуществлялась на экспериментальной высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазменной установке, описанной в работе [7]. Экспериментально доказано, что плазменная модификация армирующей ткани Чефер в режиме Ia=0,7 А, Ua=3 кВ, т=180 с, P=26,6 Па в плазмообразующем газе аргон позволяет достигнуть максимального значения капиллярности [6]. Для прокладочной ткани ЧЛХ при обработке в оптимальном режиме Ia=0,5 А, Ua=4,5 кВ, т=180 с, P=26,6 Па аргон/пропан-бутан в соотношении 70/30 достигается минимальное значение капиллярности [8].

Для изучения химического состава и строения контрольных и модифицированных образцов ткани Чефер и ЧЛХ использовали метод инфракрасной (ИК) спектроскопии.

ИК-спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Tensor 27 (Bruker, Германия) с приставкой однократного нарушенного полного внутреннего отражения, с алмазным кристаллом в режиме съемки: ATR (НПВО), в области 400 - 4000 см-1 разрешение 4 см-1, скорость сканирования 10 КГц.

В основе анализа лежит связь инфракрасного спектра поглощения и состава образца. Местоположение полос в спектре поглощения несет информацию о качественном составе образцов, а интенсив-

ность полос - о концентрации соответствующего компонента. Для количественного анализа образца необходимо знать зависимость между интенсивностью поглощения и концентрацией компонента или свойством образца.

На рисунке 1 представлены ИК-спектры образцов армирующей ткани Чефер.

Дшша волны, см1

Рис. 1 - ИК спектры образцов армирующей ткани Чефер: 1 - без плазменного воздействия; 2 - после обработки ННТП

Использование ИК-спектроскопии с приставкой НПВО, позволяющей регистрировать изменения в поверхностном нанослое волокнообразующего полимера для армирующей ткани показало, что в области 3000-28000 см-1 полосы валентных колебаний СН2 2920 см-1 и 2850 см-1 и СН 2895 см-1 разрешимые в спектре контрольного образца не разрешаются в спектре обработанного образца (рис.1). Известно, что в процессе плазменной обработки, в результате ионной бомбардировки, энергии ионов достаточно для частичного физического распыления поверхностного нанослоя, вероятно как с отрывом боковых групп —СН2ОН, так и с разрывом основной цепи — СНОН- в поверхностном нанослое, при отсутствии деструктивных процессов в объеме материала [8].

Такие изменения в нанослое армирующей ткани приводят к образованию радикалов, способных к взаимодействию с компонентами резины, что приводит к повышению адгезии, а отсутствие изменений структуры и состава волокнообразующего полимера в объеме приводит к сохранению физикомеханических характеристик, или, в случае сшивания образовавшихся в ходе плазменной обработки свободных радикалов, незначительному улучшению физико-механических свойств.

На рисунке 2 представлены ИК-спектры образцов ткани ЧЛХ. На рисунке 2 регистрируется усиление интенсивности полос на ИК-спектрах прокладочной ткани ЧЛХ, отвечающих за -СН2- (2920 см-1) и -С-СНз (2962см-1) группы, что объясняется протеканием кроме процессов физического распыления и химического травления конкурирующих процессов прививки мономерных звеньев и осколков молекул пропан-бутана к возникающим свободным радикалам, образованию дополнительных мостиков

и сшивок. Такие изменения приводят к сглаживанию поверхности, и способствуют появлению анти-адгезионных свойств.

Длина волны, см' *

Рис. 2 - ИК спектры образцов прокладочной ткани ЧЛХ: 1, 2 - без плазменного воздействия; 3, 4 -после обработки ННТП

Таким образом, уровень изменения состава и структуры поверхностного слоя после плазменной модификации зависит как от состава технических тканей, так и от вида плазмообразующего газа.

Литература

1 Енеке, М. Технический текстиль - рынок с необъятными потенциальными возможностями. - Нетканые материалы. - 2011. -№3 (16). - С. 19-21.

2 Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-

струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. - 348 с.

3 Жихарев, А.П. Материаловедение: швейное производство: учебное пособие / А.П. Жихарев, Г.П. Румянцева, Е.А. Кирсанова. - М. : Академия, 2005. - 240 с.

4 Абдуллин, И.Ш. Влияние технологических факторов плазменной обработки на гидрофильность синтетических волокон / И.Ш. Абдуллин, С.В. Илюшина // Вестник Казанского технологического университета. №11. -2010. - С.567-568.

5 Гришанова, И. А. Влияние природы и состава плазмообразующей среды на физико-механические свойства высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казан. технол. ун-та. №10. - 2010. - С.187-190.

6 Илюшина, С. В. Технология получения кордных тканей с повышенной адгезионной способностью к резине // Матер. 7-й межд-й науч.-практич. конф. «Новости передовой науки», 17-25 мая, София, «Бял ГРАД-БГ», С. 58-60.

7 Сергеева, Е.А. Оптимизация режимов низкотемпературной плазменной обработки высокомодульных полиэтиленовых волокон // Вестник Казан. технол. ун-та. -2010. - №7. - С. 94-98.

8 Илюшина, С.В. Применение плазменной модификации для придания антиадгезионных свойств текстильным материалам технического назначения // Нетканые материалы. №2. - 2012. - С. 18-20.

9 Сергеева, Е. А. Регулирование свойств синтетических волокон, нитей, тканей и композиционных материалов на их основе с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы: Дис.... д-ра техн. наук // Казань. - 2010. - 363 с.

© С. В. Илюшина - асс. каф. технологии химических и натуральных волокон и изделий КНИТУ, strelfy@mail.ru.