Способ изготовления нетканого материала с заданными биоцидными свойствами

Изобретение относится к текстильной промышленности и предназначено для производства нетканых материалов, используемых для изготовления защитной одежды краткосрочного и разового пользования в особых условиях, например работниками служб МЧС при экстремальных ситуациях. Способ изготовления нетканого материала для изготовления защитной одежды с биоцидными свойствами включает модифицирование волокон наноразмерными частицами серебра, которые вводят в волокно в составе водной дисперсии, напыляемой во время разрыхления волокон перед чесанием. Затем формируют из наномодифицированных волокон холст, который подвергают иглопрокалыванию и последующей термообработке при повышенной температуре на каландре. Технический результат - повышение защитных свойств нетканого материала при одновременном сокращении технологических операций путем совмещения наномодифицирования волокон с их антистатической обработкой. 2 н. и 12 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к текстильной промышленности и предназначено для производства нетканых материалов, используемых для изготовления защитной спецодежды краткосрочного и разового применения в особых условиях, например, работниками служб МЧС при экстремальных ситуациях.

Из уровня техники известен ряд технических решений, направленных на получение волокнистых материалов и изделий из них, обладающих биоцидными свойствами.

Из заявки RU 2004117869, A62D 5/00, 20.04.2005 известна спецодежда, изготовленная из материала, пригодного для защиты от биологических агентов и проявляющая хорошее механическое сопротивление. Упомянутый материал содержит в качестве внутреннего слоя нетканый полипропилен и в качестве наружного слоя - полиэтиленовую пленку. Спецодежда представляет собой защитный костюм от биологических агентов (микроорганизмов, в том числе генетически модифицированных, клеточных культур и эндопаразитов человека).

Из пат. RU 2188884, D04H 1/44, 10.09.2002 известен текстильный материал для одежды краткосрочного пользования, используемый для защиты персонала, работающего в условиях чрезвычайных ситуаций.

Данный материал включает сцепленные друг с другом два слоя, один из которых выполнен в виде чесальной ватки из полиэфирных волокон, а второй - в виде чесальной ватки из природных волокон (льняных или древесной пушонки).

Известный текстильный материал гигиеничен, прочен, устойчив к многократным деформациям и обладает высокой биологической активностью и защитными свойствами по отношению к микроорганизмам и вирусам.

Для изготовления материала, обладающего антибактериальными свойствами, осуществляют обработку (модифицирование) волокон, из которых изготовлен упомянутый материал, наночастицами серебра.

Такая обработка известна, например, из пат. СН 1726782, A01N 59/16, 01.02.2006, CN 1706503, A61L 15/28, 14.12.2005, CN 1721590, D01F 1/10, 18.01.2006, CN 1673425, D01F 2/10, 28.09.2005, WO 2006049478, A01N 59/16, 11.05.2006.

Наночастицы наносят на вискозные волокна, полипропиленовые, полиэтиленовые, полиэфирные, углеродные волокна. Изделия из этих волокон проявляют бактерицидные свойства.

В последнее время широкое распространение получила нанотехнология в области изготовления нетканых материалов, в особенности фильтровальных материалов.

Из пат. RU 2202400, В01D 39/00, 20.04.2003 известен способ получения модифицированного наночастицами серебра углеродного материала с биоцидными свойствами, характеризующийся обработкой углеродного материала в модифицирующем растворе наночастиц серебра, в качестве которого (раствора) используют их водную дисперсию, полученную из обратном ицеллярного раствора наночастиц серебра на основе поверхностно-активного вещества (ПАВ) в неполярном растворителе.

Углеродный материал выдерживают в модифицирующем растворе наночастиц серебра в течение не менее 9 часов, промывают дистиллированной водой до получения в промывных водах концентрации ПАВ не более 0,1 мг/л. В качестве углеродного материала использован уголь.

Из RU 2109092, D04H 1/46, 20.04.1998 известен способ изготовления нетканого материала из полиэфирного волокна, при котором сначала получают наружный холст из прочеса, затем на прочес накладывают второй слой в виде холста, далее скрепляют слои иглопрокалыванием. На сформированный нетканый наружный слой со стороны прочеса накладывают тканый каркас и скрепляют иглопрокалыванием, формируя слой.

Полученный материал подвергают кратковременному нагреву при температуре 170-250°С и давлении 20-50 кгс/см² методом каландрирования.

Из SU 1096319, D04H 1/48, 07.06.1984 известен способ изготовления нетканого материала, при котором из предварительно разрыхленных и прочесанных на чесальной машине вискозных волокон формируют волокнистый холст, подвергают его иглопрокалыванию и последующей термообработке с одновременным воздействием давления. Термообработку осуществляют посредством каландра при температуре 100-150°С и давлении 3-6 МПа 1,5-4,0 с.

За прототип заявленного изобретения принят способ изготовления нетканого материала по SU 1096319.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение защитных свойств нетканого материала.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления нетканого материала с биоцидными свойствами характеризуется модифицированием волокон наноразмерными частицами серебра путем введения последних в волокно в составе препарата, напыляемого во время разрыхления волокон перед чесанием. Затем осуществляют формирование из наномодифицированных волокон холста, его иглопрокалывание с последующей термообработкой на каландре.

Напыляемый препарат содержит наночастицы серебра, синтезированные в обратномицеллярном водно-органическом растворе.

Препарат готовят перед напылением путем введения в дистиллированную воду препарата наноструктурных частиц серебра, представляющего собой обратномицеллярный водно-органический раствор наноразмерных частиц серебра.

Для наномодифицирования используют препарат, приготовленный введением в дистиллированную воду 0,5-30 об.% обратномицеллярного водно-органического раствора состава, мас.%:

наночастицы серебра в пересчете на Ag+	0,01-0,15
диоктилсульфосукцинат натрия	6,0-12,5
вода	1,0-3,5
изооктан	остальное

Используемый обратномицеллярный водно-органический раствор наноразмерных частиц серебра имеет оптическую плотность от 0,5 до 2,5 при длине волны в диапазоне от 300-500 нм максимум 420-440 нм. В одном из аспектов заявленного изобретения на волокна наносят(напыляют) раствор, изготовленный путем введения в дистиллированную воду водной дисперсии, приготовленной из обратномицеллярного водно-органического раствора наноразмерных частиц серебра.

Концентрация водной дисперсии в водном растворе составляет 0,5-30%. Концентрация наночастиц серебра в водной дисперсии может составлять в пересчете на Ag⁺ 1,5×10^-4-8×10^-3 г-ион/дм³.

Содержание диоктилсульфосукцината натрия в водной дисперсии составляет 0,3-1,3 мас.%.

Наномодифицирование волокон совмещают с антистатической обработкой волокна перед чесанием, т.к. используемая дисперсия наночастиц серебра содержит поверхностно-активное вещество - диоктилсульфосукцинат натрия, являющееся антистатиком.

Обрабатываемые волокна представляют собой волокнистую смесь, например полипропиленовых и вискозных волокон, полипропиленовых и полиэфирных волокон. Смесь волокон может включать бикомпонентные волокна и вискозные волокна.

Кроме того, в зависимости от состава волокон в смеси термообработку на каландре осуществляют при температуре, лежащей в пределах от 140°С до 180°С.

Еще одним из аспектов заявленного изобретения является нетканое полотно, изготовленное заявленным способом по любому из п.п.1-13.

Технологический процесс изготовления нетканого материала с биоцидными свойствами включает следующие операции.

Кипы волокнистого сырья поступают в щипально-замасливающую машину ЩЗ-140 Ш2, где распаковываются и устанавливаются в ставку.

В бак замасливающего устройства ЗУ щипально-замасливающей машины заливают водную дисперсию, содержащую наночастицы серебра и вспомогательные компоненты.

В соответствии с необходимым соотношением волокон в смеси волокна каждого вида взвешивают и из них готовят волокнистую смесь, которую небольшими порциями загружают на питающую решетку щипально-замасливающей машины, разрыхляют с одновременным напылением на волокна посредством форсунки дисперсии наночастиц серебра, подаваемой из замасливающего устройства.

Разрыхленная и наномодифицированная смесь волокон по воздуховоду подается в лабаз для вылеживания не менее 2-х часов.

Затем обработанная смесь волокон транспортируется к иглопробивному агрегату АЙН-1800М.

Дозирующее устройство бункера питания агрегата отрегулировано на получение волокнистого холста необходимой поверхностной плотности.

Прочес с чесальной машины агрегата поступает на преобразователь прочеса ПП-1800, где складывается с образованием волокнистого холста, который затем скрепляется на иглопробивной машине ИМ-1800 путем иглопрокалывания.

Изготовленный таким образом нетканый иглопробивной материал - полуфабрикат - транспортируется на термообработку на каландре с обогреваемым металлическим валом, где обрабатывается при определенных технологических параметрах в зависимости от используемого сырья при температуре в пределах 140-180°С и давлении 0-30 кН.

Упомянутым выше способом изготавливают нетканое полотно с биоцидными свойствами.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1.

Составляют волокнистую смесь, включающую полипропиленовое волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной 65 мм в количестве 75 мас.% к массе смеси; вискозное волокно линейной плотностью 0,31 текс, длиной 64 мм в количестве 25 мас.% к массе смеси.

Для наномофицирования волокон смеси используют препарат, изготовленный путем введения в дистиллированную воду 0,5 об.% раствора следующего состава, мас.%:

наночастицы серебра	0,01
диоктилсульфосукцинат натрия	6,0
вода	1,0
изооктан	остальное

Препарат заливают в бак замасливающего устройства ЗУ щипально-замасливающей машины ЩЗ-140Ш2.

Разрыхляют приготовленную смесь волокон с одновременным нанесением на волокна препарата указанного выше состава и направляют в лабаз.

Из наномодифицированных волокон смеси на чесальной машине 4-11-200Ш, снабженной преобразователем прочеса ПП-1800, иглопробивного агрегата АЙН-1800 М, формируют волокнистый холст поверхностной плотности 110 г/м², который скрепляют иглопрокалыванием.

Изготовленный иглопробивной нетканый материал термообрабатывают на каландре при температуре 170°С и давлении 30 кН.

Пример 2.

Составляют волокнистую смесь, включающую полипропиленовое волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной 65 мм в количестве 60 мас.% к массе смеси; полиэфирное волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной 65 мм в количестве 40 мас.% к массе смеси.

Для наномодифицирования волокон смеси используют препарат, изготовленный путем введения в дистиллированную воду 30 об.% раствора следующего состава, мас.%:

наночастицы серебра	0,15
диоктилсульфосукцинат натрия	12,5
вода	3,5
изооктан	остальное

Препарат заливают в бак замасливающего устройства ЗУ щипально-замасливающей машины ЩЗ-140Ш2.

Разрыхляют приготовленную смесь волокон с одновременным распылением на волокна препарата указанного выше состава и направляют в лабаз.

Из наномодифицированных волокон смеси на чесальной машине 4-11-200Ш, снабженной преобразователем прочеса 1111-1800, иглопробивного агрегата АИН-1800М, формируют волокнистый холст поверхностной плотности 150 г/м², который скрепляют иглопрокалыванием.

Изготовленный иглопробивной нетканый материал термообрабатывают на каландре при температуре 175°С и давлении 20 кН.

Пример 3.

Составляют волокнистую смесь, включающую полипропиленовое волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной 65 мм в количестве 50 мас.% к массе смеси; полиэфирное волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной 65 мм в количестве 20 мас.% к массе смеси; вискозное волокно линейной плотностью 0,31 текс, длиной 64 мм в количестве 30 мас.% к массе смеси.

Для наномодифицирования волокон смеси используют препарат, изготовленный введением в дистиллированную воду 0,5 об.% водной дисперсии, приготовленной из обратномициллярного водно-органического раствора наночастиц серебра, содержащей Ag+ 1,5×10^-4 г-ион/дм³ и диоктилсульфосукцинат натрия 0,3 мас.%.

Разрыхляют приготовленную смесь волокон с одновременным распылением на волокна препарата указанного выше состава.

Из наномодифицированных волокон смеси на иглопробивном агрегате АИН-1800 М изготовляют иглопробивной нетканый материал поверхностной плотностью 200 г/м², который термообрабатывают на каландре при температуре 180°С без использования давления между валами.

Пример 4.

Составляют волокнистую смесь, включающую бикомпонентное волокно линейной плотностью 0,4 текс, длиной 60 мм в количестве 70 мас.% к массе смеси; вискозное волокно линейной плотностью 0,31 текс, длиной 64 мм в количестве 30 мас.% к массе смеси.

Для наномодифицирования волокон смеси используют препарат, изготовленный введением в дистиллированную воду 30 об.% водной дисперсии, приготовленной из обратномициллярного водно-органического раствора наночастиц серебра, содержащей Ag+ 8×10^-3 г-ион/дм³ и диоктилсульфосукцинат натрия 0,3 мас.%.

Разрыхляют приготовленную смесь волокон с одновременным напылением на волокна водной дисперсии указанного выше состава.

Из наномофицированных волокон смеси на иглопробивном агрегате АИН-1800 М изготовляют иглопробивной нетканый материал поверхностной плотностью 120 г/м, который термообрабатывают на каландре при температуре 155°С и давлении между валами 30 кН.

Применение приведенных в примерах 1-4 водных дисперсий наноразмерных частиц серебра с указанными предельными соотношениями компонентов в дисперсиях не исключает применение дисперсий с соотношением компонентов, лежащим внутри этих пределов.

Указанные в примерах 1-4 составы волокнистых смесей, а также соотношение между компонентами смесей, могут варьироваться в зависимости от назначения спецодежды, изготовляемой из защитного наномодифицированного нетканого материала.

Например, нетканый материал, изготовляемый по примеру 1 может использоваться в качестве разовой одежды при дезинфекционных работах службами МЧС; по примеру 2 - использоваться работниками АЭС при проведении ремонтно-такелажных работ; по примеру 3 - использоваться работниками коммунальных хозяйств; по примеру 4 - в инфекционных медицинских учреждениях.

Биоцидные свойства изготовляемых по примерам 1-4 нетканых наномодифицированных защитных материалов оценивались в соответствии с «Методическими указаниями по лабораторной оценке антимикробной активности текстильных материалов, содержащих антимикробные препараты» №28-6/32, утверж. МЗ СССР 18Л1.832.

1. Способ изготовления нетканого материала с биоцидными свойствами, характеризующийся модифицированием волокон наноразмерными частицами серебра путем введения последних в волокно в составе водной дисперсии напылением во время разрыхления волокон перед чесанием, формированием из наномодифицированных волокон холста, его иглопрокалыванием с последующей термообработкой на каландре.

2. Способ по п.1, в котором напыляемая водная дисперсия содержит наноразмерные частицы серебра, синтезированные в обратномицеллярном водно-органическом растворе.

3. Способ по п.1, в котором водную дисперсию готовят перед напылением путем введения в дистиллированную воду препарата наноструктурных частиц серебра, представляющего собой обратномицеллярный водно-органический раствор наноразмерных частиц серебра.

4. Способ по п.3, в котором использована водная дисперсия, приготовленная введением в дистиллированную воду 0,5-30,0 мас.% препарата наноразмерных частиц серебра и представляющая собой обратномицеллярный водно-органический раствор, имеющий состав, мас.%:

наночастицы серебра в пересчете на Ag+	0,01-0,15
диоктилсульфосукцинат натрия	6,0-12,5
вода	1,0-3,5
изооктан	остальное

5. Способ по п.1, в котором концентрация препарата наночастиц серебра в водной дисперсии составляет 0,5-30%.

6. Способ по п.3, в котором водно-органический раствор наноразмерных частиц серебра имеет оптическую плотность от 0,5 до 2,5 при длине волны в диапазоне от 300-500 нм с максимумом 420-440 нм.

7. Способ по п.2, в котором напыляют на волокна раствор, изготовленный путем введения в дистиллированную воду водной дисперсии, приготовленной из обратномицеллярного водно-органического раствора наноразмерных частиц серебра.

8. Способ по п.7, в котором концентрация водной дисперсии в водном растворе составляет 0,5-30%.

9. Способ по п.7, в котором концентрация наночастиц серебра в водной дисперсии в пересчете на Ag+ составляет 1,5·10^-4-8·10^-3 г-ион/дм³.

10. Способ по п.7, при котором водная дисперсия содержит диоктилсульфосукцинат натрия в пределах 0,3-1,3 мас.%.

11. Способ по п.1, в котором модифицирование волокон наноразмерными частицами серебра совмещают с их антистатической обработкой.

12. Способ по п.1, в котором используют волокнистую смесь из полипропиленовых и вискозных волокон, из полипропиленовых и полиэфирных волокон, из бикомпонентных и вискозных волокон.

13. Способ по п.1 или 12, при котором термообработку на каландре осуществляют при температуре, лежащей в диапазоне от 140°С до 180°С.

14. Нетканое полотно, изготовленное способом по любому из пп.1-13.