УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ НА ТЕКСТИЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для нанесения наночастиц на текстиль, в том числе наночастиц металлов и оксидов металлов, придающим текстилю новые свойства, в том числе бактерицидные.
Известно устройство для покрытия тканей наночастицами серебра, обладающими антибактериальными свойствами (Трусов Л.A., «Sonochemical coating of silver nanoparticles on textile fabrics and their antibacterial activity». Nanotechnology, 2008), с использованием химической реакции образования наночастиц серебра непосредственно в среде, в которую погружен импрегнируемый материал. Устройство позволяет получать материал с покрытием частицами с размерами порядка 80 нм. Данное устройство не достаточно эффективно из-за малой скорости обработки тканей.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство ультразвуковой пропитки, включающим в себя емкость, представляющую из себя ванну со связующим, прижимные ролики для перемещения наполнителя вдоль дна ванны, (патент РФ №2224649). Ультразвуковая колебательная система состоит из преобразователя электрических колебаний в ультразвуковые, концентратора механических колебаний и рабочего инструмента. Последний выполнен в виде пластины со скругленными краями, имеющей криволинейную излучающую рабочую поверхность. Ультразвуковая колебательная система размещена над ванной со связующим с обеспечением возможности расположения акустической оси колебательной системы под углом к поверхности связующего в ванне. Часть рабочего инструмента расположена над поверхностью связующего. Техническим результатом является увеличение содержания связующего и повышение прочности конечного продукта. Недостатком описанного устройства является то, что на пропитываемом материале образуются зоны пучностей и узлов, то есть места неравномерной обработки, из-за непостоянной амплитуды, что в конечном итоге снижает качество получаемого материала.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для нанесения наночастиц на текстиль для получения материала с равномерным и прочным покрытием по всей его поверхности. Высокое качество текстиля предполагает возможность применения его в производстве изделий многократного использования для медицины и ветеринарии.
Поставленная задача решается заявляемым устройством для нанесения наночастиц на текстиль, которое включает емкость для обрабатываемого раствора, валы для подачи текстиля, электродвигатель, отжимной узел, ультразвуковую колебательную систему, содержащую пьезокерамические преобразователи и волноводы, выполненные в виде секций и расположенные внутри емкости по отношению к соседним волноводам на расстоянии, кратному половине длины волны колебаний в обрабатываемом растворе. Устройство снабжено направляющими и большим и малым натяжными валами.
Схематичное заявляемое устройство с обрабатываемым текстильным полотном представлено на фиг. 1, где
1 - емкость для обрабатываемого раствора;
2 - полотно обрабатываемого материала;
3 - направляющий вал;
4 - волновод;
5 - натяжной вал большой;
6 - натяжной вал малый;
7 - отжимной узел.
Устройство работает следующим образом. Емкость (1) заполняется обрабатываемым раствором до полного погружения волновода (4). полотно обрабатываемого материала (2) протягивается через направляющий вал (3), между большими натяжными валами (5) и через малый натяжной вал (6), после чего попадает в отжимной узел (7) и удаляется из устройства. Волноводы приводятся в движение с помощью генератора, создавая высокочастотные колебания в среде, в то время как электродвигатель запускает перемотку материала. Движение натяжных валов обеспечивается за счет привода электродвигателя.
Под воздействием акустических волн, содержащиеся в растворе наночастицы проникают в материал и закрепляются в нем за счет ударно-волновой природы кавитации. Устройство имеет емкость с установленными внутри пьезокерамическими волноводами с рабочей частотой 16-25 кГц, и оборудованную направляющими и натяжными валами, необходимыми для перемещения, натяжения и выравнивания полотна обрабатываемого материала относительно волноводов.
ср
Отличием заявляемого устройства является взаимное расположение волноводов относительно друг друга, где кратчайшее расстояние между волноводами кратно значению половины длины волны λ колебаний в обрабатываемой среде, что позволяет получить равномерное акустическое поле. Кроме того, обработка материала в прототипе осуществляется с одной стороны, в то время как в заявляемом устройстве материал огибает волноводы и обрабатывается за счет распределения зоны кавитации с обеих сторон полотна. Это позволяет получить материал равномерно покрытыми наночастицами по всей его поверхности.
Конструкционные особенности заявляемого технического решения позволяет увеличивать количество волноводов в зависимости от задачи оборудования и обрабатывать материал с большей шириной полотна, чем в прототипе.
Расстояние между волноводами и обрабатываемым материалом задаются направляющими валами Направляющие валы установлены в устройстве так, что обеспечивают отражения колебаний от поверхности обрабатываемого материала. Колебания не вступают в противофазу и не гасят амплитуду
4
3
2
2
В качестве примера получения пропитанного материала на заявляемом устройстве приводим следующее: среда с пропиткой, представляющая собой суспензию наночастиц сульфат-титанила (TiOSO) и нитрат цинка гксагидрата (Zn(NO)*6HO) в дистиллированной воде с концентрациями 10 г/л и 20 г/л соответственно, помещается в емкость для обрабатываемого раствора в объеме, достаточного для полного погружения волновода. В качестве полотна используется рулон бязи, пропущенный через натяжные и направляющие валы.
Для работы устройства с данным раствором было рассчитано взаимное расположение волноводов, основанное на характеристиках излучателей. Так, при частоте излучателя 19 кГц и скорости распространения колебаний в исходном растворе, равной 1497 м/с (справочное значение), длина волны колебаний в среде составила 76 мм ±1 мм. При данных значениях расстояние между волноводами составило половину длину волны, то есть 38 мм. На фиг. 1 данное расстояние обозначено как λ/2.
Полученные образцы ткани были исследованы на электронном микроскопе на наличие неравномерностей покрытия. На фиг. 2 представлены фотографии покрытия в начале обрабатываемого полотна (фиг. 2, а), середине (фиг. 2, б) и конце (фиг. 2, в). Из анализа полученных данных был сделан вывод о том, что покрытие было нанесено равномерно на всем протяжении полотна.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет получать текстильный материал с прочным и равномерным покрытием из таких наночастиц, как частиц оксидов металлов, придающим текстилю новые свойства, в том числе бактерицидные. Устройство может быть использовано в широком спектре областей промышленности, таких как медицина, текстиль, пищевая промышленность.