Мы являемся современниками третьего этапа, когда в качестве сырья для получения тканей, трикотажа, нетканых текстильных материалов, а также для производства разнообразных изделий технического назначения (канаты, сети, приводные и привязные ремни, резинотехнические изделия, фильтровальные материалы и многое другое) во все возрастающих количествах наряду с природными волокнами, а очень часто и вместо них, используют химические волокна [2].
Всё вышеизложенное обуславливает актуальность данной работы.
Технология производства химических волокон
... а) производство химических волокон требует меньших капиталовложений для выработки единицы продукции, чем производство любого вида природного волокна; б) трудозатраты, требуемые для выработки химических волокон, значительно ниже, чем в производстве любого вида природных волокон; - в) химические волокна обладают ...
1. Основные понятия по теме, их оценка и обобщение;
- Текстильные волокна — волокна, использующиеся в текстильной промышленности для изготовления текстильных материалов: ткани, нетканых материалов, трикотажных полотен, ниток, пряжи, а также искусственного меха;
- это протяжённое тело, характеризующееся гибкостью, тониной и пригодное для изготовления нитей и текстильных изделий.
Свойства текстильных волокон различаются как внешним видом (макроструктурой), так и внутренним строением (микроструктурой).
Микро- и макроструктура в определяющей мере обусловлены особенностями произрастания в естественных условиях (природные волокна), а так же особенностями формования (химические волокна).
При этом свойства текстильных волокон определяются не только химическим составом волоконообразующих полимеров, но и расположением в пространстве образующих их макромолекул, то есть — их структурой.
Интересно отметить, что много тысяч лет тому назад, начиная с конца эры палеолита (~ 10-12 тыс. лет до н.э.) и до конца 18-ого века, человек использовал исключительно, только природные (растительного и животного происхождения) волокна. И только первая промышленная революция (2-ой технологический уклад — середина 19-ого века) и, конечно, успехи в науке и, прежде всего, химии и химических технологий породили первое поколение химических волокон (гидратцеллюлозных — медноаммиачных и вискозных).
С этого момента и до настоящего времени производство химических волокон развивалось чрезвычайно быстро в количественном (обогнали за 100 лет производство природных волокон) и по ряду позиций в качественном отношении (существенное улучшение потребительских свойств).
Как видно из таблицы 1, где представлена история волокон, развитие волокон происходит таким образом, что предыдущие виды волокон при появлении новых не исчезают, а продолжают использоваться, но значимость их убывает, а новых возрастает. Это закон исторической диалектики и перехода продукции из одного технологического уклада в другой со сменой приоритетов [3].
Таблица 1 — История волокон
|
Вид волокна |
Время использования |
Область применения |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Природные — нерукотворные |
|||
|
Растительные: хлопок, лен, пенька, рами, сизаль и др. |
Освоены 10-12 тыс.лет тому назад; используются до настоящего времени |
Одежда, дом, спорт, медицина, армия, ограничено в технике и др. |
|
|
Животные: шерсть, шелк |
|||
|
Химические — рукотворные |
|||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Искусственные: гидратцеллюлозные, медноаммиачные, вискозные |
Конец 19-ого — 1-ая половина 20-ого веков, до настоящего времени |
Одежда, дом, спорт, медицина, ограничено в технике |
|
|
Ацетатные |
|||
|
Искусственные: лиоцелл (гидратцеллюлозные) |
4-ая четверть 20-ого века по настоящее время |
Одежда, медицина и др. |
|
|
Синтетические: полиамидные, полиэфирные, акриловые, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полипропиленовые |
30ые — 70ые годы 20-ого века по настоящее время |
Одежда, дом, техника и др. |
|
|
Синтетические: ароматические (пара-, мета-) полиамиды, полиэтиленовые с высокой молекулярной массой, полибензоксазольные, полибензимидазольные, углеродные |
конец 20-ого — начало 21-ого веков |
Техника, медицина |
|
|
Неорганические: новые виды стеклянных волокон, керамические |
конец 20-ого — начало 21-ого веков |
Техника |
|
|
Наноразмерные и нанонаполненные волокна |
|||
Примечание — Источник: собственная разработка на основе [3].
Химические волокна — текстильные волокна, получаемые из природных и синтетических органических полимеров, а также неорганических соединений.
XXI век характеризуется повышенным требованием к эксплуатационным свойствам волокон в традиционных и новых областях применения (аэрокосмическая, автомобилестроение, другие виды транспорта, медицина, спорт, армия, строительство).
Эти области применения предъявляют повышенные требования к физико-механическим свойствам, термо-, огне-, био-, хемо-, радиационной стойкости. Основные эксплуатационные характеристики природных и химических волокон приведены в таблице 2. Сейчас появляются (синтезируются) полимеры с новыми химическим строением и физической структурой полученные по новым технологиям.
Таблица 2 — Основные эксплуатационные характеритсики природных и химических волокон
|
Тип волокна |
Плот-ность г/см3 |
Влажность, при 65% влажности |
Точка плавления,°С |
Прочность, Н/текс |
Модуль упругости, Н/текс |
Работа разрыва, Дж/г |
Разрывное удлинение, % |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
Хлопок |
1,52 |
7 |
185* |
0,2-0,45 |
4-7,5 |
5-15 |
6-7 |
|
|
Лен |
1,52 |
7 |
185* |
0,54 |
18 |
8 |
3 |
|
|
Шерсть |
1,31 |
15 |
100**/300* |
0,1-0,15 |
2-3 |
25-40 |
30-40 |
|
|
Нат.шелк |
1,34 |
10 |
175* |
0,38 |
7,5 |
60 |
23 |
|
|
Вискозное |
1,49 |
13 |
185* |
0,2-0,4 |
5-13 |
10-30 |
7-30 |
|
|
Полиамидные |
1,14 |
4 |
260*** |
0,35-0,8 |
1,-5 |
60-100 |
12-25 |
|
|
Полиэфирные |
1,93 |
0,4 |
258 |
0,45-0,8 |
7,-13 |
20-120 |
9-13 |
|
|
Полипропиле-новые |
0,91 |
0 |
165 |
0,6 |
6 |
70 |
17 |
|
|
n-арамидные |
1,44 |
5 |
550* |
1,7-2,3 |
50-115 |
10-40 |
1,5-4,5 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
m-арамидные |
1,46 |
5 |
415* |
0,49 |
7,5 |
85 |
35 |
|
|
Vectran |
1,4 |
< 0,1 |
330 |
2-2,5 |
45-60 |
15 |
3,5 |
|
|
HMPE |
0,97 |
0 |
150 |
2,5-3,7 |
75-120 |
45-70 |
2,9-3,8 |
|
|
PBO |
1,56 |
0 |
650* |
3,8-4,8 |
180 |
30-90 |
1,5-3,7 |
|
|
Углеродные |
1,8-2,1 |
0 |
>2500 |
0,4-3,9 |
20-370 |
4-70 |
0,2-2,1 |
|
|
Стеклянные |
2,5 |
0 |
1000-12000**** |
1-2,5 |
50-60 |
10-70 |
1,8-5,4 |
|
|
Керамические |
2,4-4,1 |
0 |
>1000 |
0,3-0,95 |
55-100 |
0,5-9 |
0,3-1,5 |
|
|
Хемостойкие |
1,3-1,6 |
0-0,5 |
170-375***** |
0-0,65 |
0,5-5 |
15-80 |
15-35 |
|
|
Термостойкие |
1,25-1,45 |
5-15 |
200-500**** |
0,1-1,3 |
2,5-9,5 |
10-45 |
8-50 |
|
Примечание — (*) — деструкция; (**) — размягчение; (***) — для найлон 66, найлон 6 — 216°; (****) — разжижение; (*****) — вилка температур. Источник: [3].
Из вышеизложенных положений видно, что в наше время развитие производства волокон с новой структурой обусловлено возрастающей необходимостью в специальных текстильных материалах и в тканях с максимально высокими потребительскими свойствами. Химические волокна имеют ряд преимуществ перед натуральными: их производство является менее трудоемким; оно не зависит от природных условий; не имеет сезонного характера; химическое волокно можно получить с заранее заданными свойствами.
2. Состояние разработки проблемы, отечественный (зарубежный) опыт, моделирование процессов и связей, обобщения
В 50-ые годы прошлого века полиамидные и полиэфирные волокна были буквально «чудом» для потребителя, изголодавшегося по обилию изделий из текстиля с новыми свойствами. После промышленного освоения волокон этого типа крупнейшим химическим концерном мира Дюпон (США) вдогонку бросились все ведущие химические фирмы развитых капиталистических стран, начавшие выпускать подобные волокна под разными названиями.
Не осталась в стороне и химическая промышленность СССР, взявшая ориентир на один тип полиамидного волокна — капрон на основе поликапроамида. Технология эта по репарациям была вывезена из Германии в 1945 г. В демонтаже германских заводов, выпускавших это волокно под названием перлон, принимал участие видный советский ученый — полимерщик, профессор Захар Александрович Роговин. Он вместе с группой советских ученых и инженеров наладил производство капрона на ряде заводов в различных городах СССР (Клин, Калинин (Тверь)).
Полиэфирные волокна на основе полиэтилентерефталата производились в широких масштабах в СССР под торговой маркой лавсан — аббревиатура — лаборатория высокомодульных соединений академии наук. Эти два волокна стали основными многотоннажными и остаются ими до сих пор в мире. Эти волокна очень широко сами по себе или в смеси с другими волокнами используются как в производстве одежды, домашнего текстиля, так и в техническом секторе [3].
В таблице 3 приведены данные по производству химического волокна в республике Беларусь в натуральном выражении в 1995-2013 годах.
Таблица 3 — Производство химического волокна в Республике Беларусь в тысячах тонн в 1995-2013 годах.
|
1995 |
2000 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
|
|
210,6 |
218,7 |
221,1 |
204,3 |
202,6 |
203,4 |
210,8 |
203,2 |
228,6 |
225,7 |
200,4 |
233,1 |
231,0 |
239,4 |
215,6 |
|
Примечание — Источник: [4].
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-tekstilnyie-volokna-novogo-pokoleniya/
Мировая текстильная промышленность в 2010 г. испытывала подъем производства исходных сырьевых материалов в виде натуральных и химических волокон, обеспечив, по сравнению с 2009 г., его прирост на 8,6% (или 6,4 млн. т.) и достигнув небывалого для прошлого десятилетия уровня — 80,8 млн. т. Средний ежегодный прирост волокон в последнем десятилетии составлял 3,4%, а рост населения в тот же период времени — 1,2% в год.
Мировой баланс производства и потребления волокон в 2010 году показан на рисунке 1.
В 2010 г. в мире было произведено 49,6 млн. т. химических волокон, в том числе 45,2 млн т синтетических и 4,4 млн. т. целлюлозных волокон. В региональном плане безусловным лидером является Китай, который в 10 раз превосходит идущую на 2-м месте Индию (рисунок 2).
В приложении А приведены данные по мировому производству и потреблению волокон всех видов и текстиля разного назначения в 2009 и 2010 годах.
Мировой рынок текстильных волокон в 2012 г. составил 85,8 млн т, что на 4,5% превышает уровень 2011 г. При этом среднее потребление их на душу населения составило 12,2 кг (+3,4%) в основном для одежды, домашнего и технического текстиля, ковров и т.п. Выпуск синтетических волокон превысил 50 млн т, а выпуск целлюлозных волокон составил более 5 млн т (рисунок 3).
Рисунок 1 — Мировое потребление волокон в 2010.
Рисунок 2 — Мировое производство химических волокон в 2010 году по регионам.
Рисунок 3 — Мировое производство химических волокон по видам (%) в 2012 году.
В производстве безраздельно господствует Китай (рисунок 4): 65% производства химических волокон в мире сосредоточено в этой стране, по 5% приходится на Индию и США, 4% на Тайвань, 3% — на Южную Корею и 18% — остальные страны.
Рисунок 4 — Мировое производство химических волокон в 2012 году по странам (доля в %).
Таким образом мы можем видеть, что производство и потребление текстиля, а в частности химических волокон, мире с каждым годом растёт, и, безусловно, перспективными технологиями производства химических волокон являются:
- технологии производства высокотехнологичных волокон нового поколения со специальными функциями;
- энергоэффективные технологии;
- высокопродуктивные технологии получения волокнистых материалов;
- технологии изготовления полимерных нановолокон;
- технологии получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биометики.
3. Функционально активный текстиль
В настоящее время среди технических текстильных материалов выделился особый весьма перспективный вид, создание которого связано с развитием нано- и биотехнологий, использованием последних достижений физики и химии. Это так называемый функционально активный текстиль, каждый конкретный вариант которого разрабатывается в соответствии с определенным назначением. Именно назначение и определяет, какие модифицирующие компоненты используются для придания текстилю тех или иных свойств.
Тканые экранирующие материалы применимы везде, где требуется защититься от проникновения электромагнитного поля. Для получения вышеуказанных свойств, наиболее часто используют металлизацию тканей, в первую очередь синтетических полиэфирных полотен. Для этого, часть уточных нитей в ткани заменяют металлическим проводом или фольгированной нитью. Возможны и другие варианты металлизации, в частности, текстиль с защитным покрытием толщиной до 15мкм, полученным способом вакуумного напыления [7].
Современные спортивные и бельевые трикотажные изделия характеризуются высокими комфортными свойствами, хорошей растяжимостью, облегаемостью и многофункциональностью.
Одним из основных направлений развития многофункциональных трикотажных полотен является создание таких полотен с защитными антимикробными и улучшенными потребительскими свойствами.
При эксплуатации бельевых и спортивных изделий из биоактивных трикотажных полотен обеспечиваются профилактика и защита от вредных микроорганизмов, повышение иммунитета и создание комфортных условий жизнедеятельности человека.
Для придания антимикробных свойств трикотажным полотнам используются следующие способы и технологии:
- применение модифицированных полиэфирных нитей и волокон с биоактивными нанодобавками, содержащими ионы серебра, на базе структур трикотажных полотен, обеспечивающих максимальное использование этих свойств;
- обработка трикотажных полотен химическими препаратами, содержащими в качестве биоцидного агента серебро в ионной форме или в виде наночастиц, на заключительном этапе отделки.
В Российской Федерации выполнен комплекс научных исследований по созранию ассортимента биоактивных трикотажных полотен на основе применения отечественной хлопковополиэфирной пряжи с содержанием биоактивных полиэфирных волокон и полиэфирных текстурированных микрофиламентных нитей с биоактивными нанодобавками [8, с. 54].
Вопрос создания рациональной спецодежды для работающих в горячих цехах различных производств, обладающих комплексом защитных свойств от высокой температуры и теплового излучения, до настоящего времени остается актуальным. При решении вопроса создания тканей с защитными свойствами в указанных отраслях в качестве критериев особо важны такие свойства, как устойчивость к воздействию открытого пламени и прожиганию.
Для создания защитной одежды используются ткани, как из натуральных волокон, защитные эффекты которых определяются весом и специальной пропиткой, так и ткани из огнестойких волокон[9, c.55].
Основную долю в ассортименте применяемых термо-, огнестойких нитей и волокон для изготовления текстильных изделий занимают арамидные волокна, которые отличаются высокой термостойкостью [10, c.38]
Одна из важнейших сегодня функций текстиля — защитная. В настоящее время на рынке появилось много самых разнообразных текстильных изделий, реагирующих на изменения окружающей среды и сводящих к минимуму ее вредные воздействия. Среди наиболее известных следует отметить антимикробные и антигрибковые изделия, тканые поглотители, термотекстиль и экраны электромагнитных волн.
4. «Умные волокна»
Развитие работ в области «умных волокон» идет в двух направлениях: колористическом и интеллектуальном.
Колористическое направление связано с разработкой принципиально новых видов армейского камуфляжа и развитием моды, предлагающей одежду с необычными цветовыми эффектами. Суть их состоит в использовании фото-, термо- и гидрохромных красителей. Окрашенные ими ткани могут изменять цвет под действием воды, тепла и света подобно хамелеонам. Изменения могут иметь локальный характер неопределенной формы и четко выраженный рисунок на тех или иных деталях или участках одежды.
Работы по использованию термо-, фотохромных красителей и материалов для военных целей и космоса начали интенсивно развиваться в 70-е годы прошлого века. По уровню разработок камуфляжа впереди идут США и Япония. Интенсивные исследования проводятся в Китае, Южной Корее, Тайване. Ткани-«хамелеоны», способные изменять свой цвет в зависимости от внешних факторов — идеальный материал для армейского камуфляжа. Подобно коже живых рептилий защитная одежда военного сможет мимикрировать, адаптируясь к изменениям окружающей среды.
Реализация этих идей весьма заманчива и интересна для армии, но в то же время достаточно сложна и пока не осуществлена полностью, поскольку, в отличие от бытовой одежды, к армейскому камуфляжу предъявляются очень жесткие требования по устойчивости окрасок к действию светопогоды, трению, стиркам и химчистке.
Интеллектуальное направление в развитии умного текстиля — это создание и промышленное освоение технологий, обеспечивающих получение текстильных материалов с широким набором новых свойств, расширяющих области их применения. В первую очередь работы в этом направлении были связаны с армейскими заказами.
«Умные» ткани должны уметь «следить» за сердечным ритмом солдата, вводить, если необходимо, соответствующие лекарства или купировать раны, сигнализировать о самочувствии больного. Одежда из «умных» тканей должна самоочищаться, поддерживать требуемую температуру в пододежном пространстве, нейтрализовать химические отравляющие вещества, обладать свойствами бронежилета. Экипировка военного должна при этом оставаться легкой, не стесняющей движений, а система связи, включая дисплей компьютера и клавиатуру, быть не только легкой, но и мягкой, способной изменять свою конфигурацию.
Реализовать подобное «чудо» и сделать его явью стало возможным в связи с интеграцией наукоемких технологий (hi-tech) в текстильное производство. Ведущую роль в этом сыграли нанотехнологии [11].
4 .1 Нанотехнологии в текстиле
Понятие «нанотехнология» ввел американский физик Ричард Фейман в 1959 году. Размерность наночастиц простирается от 0,1 до 100 нм. Нанотехнологию определяют как технологию производства материалов путем контролируемого манипулирования с атомами, молекулами и частицами сверхмалого размера и получения материалов с фундаментально новыми свойствами. Это своего рода «генная инженерия», но с неживыми объектами. Ничтожно малый размер частиц, формирующих материал, резко меняет его структуру, увеличивает внутреннюю поверхность, приводя к появлению новых свойств. Внутренняя структура, сформированная из наночастиц, придает материалам очень высокую прочность и совершенно новые свойства, отсутствующие при получении материала по традиционной технологии. Например, обычно хрупкая керамика при получении ее по нанотехнологии проявляет пластичность.
Нанотехнологии — это передовой рубеж науки, востребованный в различных отраслях промышленности: в космической и авиационной технике, вооружениях и обмундировании армии, в спортивной одежде и спортивных снарядах, медицинском и домашнем текстиле, современных средствах связи, автомобилестроении и многом другом. На сегодняшний день в текстиле внедряются следующие нанотехнологии:
- производство нановолокон;
- заключительная отделка с использованием нанотехнологий.
4 .2 Производство нановолокон
Нановолокна можно производить, наполняя традиционные волокнообразующие полимеры отличающимися по конфигурации наночастицами различных веществ или путем выработки ультратонких (диаметром в рамках наноразмеров) волокон.
Наполненные наночастицами волокна начали производить с 1990 года. Такие волокна малоусадочны, имеют пониженную горючесть, повышенную прочность на разрыв и истирание и в зависимости от природы вводимых наночастиц могут приобретать другие защитные свойства, требующиеся человеку.
В качестве наполнителей волокон широко используют углеродные нанотрубки с одной или несколькими стенками. Волокна, наполненные нанотрубками, приобретают уникальные свойства — они в 6 раз прочнее стали и в 100 раз легче ее. Наполнение волокон углеродными наночастицами на 5-20% от массы придает им также сопоставимую с медью электропроводность и химическую устойчивость к действию многих реагентов.
Углеродные нанотрубки используются в качестве армирующих структур, блоков для получения материалов с высокими прочностными свойствами: экранов дисплеев, сенсоров, хранилищ жидкого топлива, воздушных зондов и т.д. Например, при наполнении углеродными нанотрубками поливинилспиртового волокна, получаемого по коагуляционной технологии прядения, оно становится в 120 раз выносливее, чем стальная проволока и в 17 раз легче, чем волокно Кевлар (самое известное и прочное арамидное химволокно, получаемое по традиционной технологии и используемое в бронежилетах).
Подобные нановолокна уже сейчас начинают применять для производства взрывозащищающей одежды и одеял, защиты от электромагнитных излучений.
Очень ценные и полезные свойства химические волокна приобретают при наполнении их наночастицами глинозема. Наночастицы глинозема в виде мельчайших хлопьев обеспечивают высокую электро- и теплопроводность, химическую активность, защиту от УФ-излучения, огнезащиту и высокую механическую прочность. У полиамидных волокон, содержащих 5% наночастиц глинозема, на 40% повышается разрывная нагрузка и на 60% — прочность на изгиб. Такие волокна используют в производстве средств защиты от ударов, например защитных касок. Известно, что полипропиленовые волокна очень трудно окрашиваются, что существенно ограничивает область их применения в производстве материалов бытового назначения. Введение 15% наночастиц глинозема в структуру полипропиленовых волокон обеспечивает возможность крашения их различными классами красителей с получением окрасок глубоких тонов.
Интенсивно развиваются исследования и производство синтетических волокон, наполненных наночастицами оксидов металлов: ТiO2, Al2O3, ZnO, MgО. Волокна приобретают следующие свойства:
- фотокаталитическую активность;
- УФ-защиту;
- антимикробные свойства;
- электропроводность;
- грязеотталкивающие свойства;
- фотоокислительную способность в различных химических и биологических условиях [12, c.5].
Еще одним интересным направлением в производстве нановолокон является придание им ячеистой, пористой структуры с наноразмерами пор. При этом достигается резкое снижение удельной массы (получение легких материалов), хорошая теплоизоляция, устойчивость к растрескиванию. Образующиеся нанопоры волокон могут быть заполнены различными жидкими, твердыми и даже газообразными веществами с различным функциональным назначением (медицина, ароматизация текстильных полотен, биологическая защита).
Другой тип нановолокон — ультратонкие волокна, диаметр которых не превышает 100 нм. Эта тонина обеспечивает высокое значение удельной поверхности и, как следствие, высокое удельное содержание функциональных групп. Последнее обеспечивает хорошую сорбционную способность и каталитическую активность материалов из подобных волокон [13, c.67].
В Европе (Англия, Франция), США, Израиле и Японии параллельно идут интенсивные работы по созданию синтетических белковых волокон, имитирующих структуру паутины, имеющей непревзойденные физико-механические свойства. Используя для выработки подобного белка другие продуценты (микроорганизмы, растения), удалось получить полимерные белковые нановолокна толщиной около 100 нм. Мягкий и сверхпрочный «паучий шелк» сможет заменить жесткий и негибкий кевлар в бронежилетах. Области применения «паучьего шелка» разнообразны: это и хирургические нити, и невесомые и чрезвычайно прочные бронежилеты, и легкие удочки, и рыболовные снасти. Пока речь идет о малых партиях, но нанотехнологии развиваются столь бурно и стремительно, что промышленного выпуска изделий, изготовленных из «паучьего шелка», ждать недолго.
4 .3 Нанотехнологии в заключительной отделке
При заключительной отделке текстильных материалов используют наночастицы различных веществ в виде наноэмульсий и нанодисперсий. При этом материалам могут придаваться такие свойства, как водо- и маслостойкость, пониженная горючесть, противозагрязняемость, мягкость, антистатический и антибактериальный эффекты, термостойкость, формоустойчивость и др. Наиболее известной нанотехнологией заключительной отделки является отделка Teflon, обеспечивающая водо-, масло-, грязезащитные эффекты. Для ее реализации используют наноэмульсии фторуглеродных полимеров. Располагаясь на внешней поверхности каждого отдельного волокна, эти гидрофобные наночастицы образуют новую поверхность, своеобразный «зонтик», наподобие того, что существует на внешней поверхности растений, шерсти животных, перьях птиц. В отличие от традиционных технологий аналогичного назначения, наночастицы, придавая требуемые эффекты, не перекрывают капиллярно-пористую структуру волокнистого материала, он остается «дышащим», поскольку его микропоры остаются открытыми для воздухообмена. Придаваемые эффекты устойчивы к многократным стиркам. Отделка по нанотехнологиям придает текстильным материалам из химических волокон хлопкоподобный внешний вид, а изделия из хлопка становятся малосминаемыми и приобретают формоустойчивость.
В разных странах достаточно широко проводятся исследования по созданию «самоочищающихся» текстильных материалов с помощью нанотехнологий. Задача исследователей — придать текстилю такой же эффект, какой свойственен живой природе: листьям растений, крыльям бабочек и насекомых, панцирям жуков. Наноэмульсии формируют на волокнах тонкую трехмерную поверхностную структуру, с которой вода, масло и грязь легко скатываются и смываются. Получаемый «супергидрофобный» эффект приводит к тому, что образующаяся на поверхности материала круглая капля способна скатываться с нее без следа при малейшем наклоне. Такие загрязнения, как пыль и сажа удаляются вместе с каплями воды, а материал приобретает эффект «самоочищения» [14, с.129].
Использование наноэмульсий дает возможность получать из хлопка текстильные материалы, лицевая сторона которых проявляет гидро-, масло-, грязеооталкивающие свойства, а изнанка остается гидрофильной, способной поглощать влаговыделения тела (пот).
Одновременно такому материалу можно придавать различные бактериостатические эффекты, в том числе препятствующие появлению запаха пота. Основное назначение подобных материалов — армейская экипировка, спортивная одежда и одежда для активного отдыха.
В полимерную наноэмульсию можно также вводить наночастицы оксидов металлов TiO2, MgO, обладающих каталитической активностью, и пьезокерамические частицы для производства волоконных сенсоров, регистрирующих сердечный ритм и пульс при контакте такого материала с кожей человека.
Нанотехнологии позволили создать токопроводящие текстильные материалы, которые оказались востребованными не только для военного назначения, но и во многих отраслях мирной жизни. Электропроводящие текстильные материалы дают широкий простор для инноваций в производстве антистатической одежды и электромагнитного экранирования, для снятия заряда или подавления радиополей, а также для производства тканей с подогревом.
Сегодня токопроводящие ткани благодаря нанотехнологиям нанесения металлов — мягкие и легкие материалы, их можно стирать, подвергать химчистке.
Обычно напылению подвергают волокна, а не ткани. При переработке на ткацких станках такие волокна не создают проблем. Первые наноматериалы для напыления были выпущены на рынок фирмой DuPont, которая применяла наночастицы серебра. В настоящее время помимо серебра предложены более дешевые и доступные металлы.
Электропроводящие свойства придаются не только за счет металлизации волокон, но и другими способами. Для гидратцеллюлозных волокон типа лиоцелл предложено введение в структуру волокна наночастиц электропроводной сажи. В зависимости от концентрации последней свойства электропроводимости будут изменяться.
4 .4 Ароматные ткани
Мода чрезвычайно активно влияет на расширение сфер применения «умного текстиля», предоставляя ему все новые и новые позиции и ниши в ее царстве. Идея выпуска ароматизированных тканей витала в мире моды давно. Известно много попыток в этом направлении. Однако запахи были слишком резкие и сильные или быстро улетучивались. Создать ароматные текстильные материалы с мягким ненавязчивым парфюмом пролонгированного действия долго не удавалось. Успех пришел только в конце прошлого века.
Химикам известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством — способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами, соединениями-включениями, клатратами. Такой комплекс представляет собой соединение, в котором в полость молекулы «хозяина» включена молекула «гостя» без образования прочных химических связей. Подобный комплекс не влияет на физические и химические свойства «гостя», но «хозяин» способен его удержать подле себя определенное время. Подбирая соответствующие габариты «гостя» и «хозяина» и удерживающую силу последнего, можно запрограммировать и рассчитать длительность пребывания в «гостях». При создании душистых текстильных материалов «гостями» стали химические соединения, обладающие запахами. Комплексы-включения обладают эффектом пролонгированного действия, и запах способен сохраняться в течение длительного времени. Особое распространение и популярность ткани с парфюмом получили в Азии [15, c.37].
Большое внимание созданию душистых тканей уделяет компания Woolmark, которая в содружестве с одним из подразделений английской фирмы ICI разработала технологию Sensory Percention Technology TN, открывающую широкие возможности для производства разнообразных ароматных тканей и экологичных видов текстильной продукции. Ароматические вещества подвергаются нанокапсулированию и вводятся в волокнистый материал. Капсулы устойчивы к воздействию влаги, стирке и химчистке, заключенные в них ароматные вещества не испаряются и не разлагаются при действии окислителей. Капсулы активизируются в момент движения или соприкосновения, выделяя скрытые в них ароматы в окружающую среду. Это происходит при одевании или снятии одежды, чистке ковровых покрытий или мебельных тканей.
Еще один пример «интеллектуального» текстиля — материалы с селективным высвобождением, которые в сочетании с биосовместимыми разлагаемыми полимерами нашли применение в создании имплантационных медицинских тканей. Биоразлагаемые волокна используются в качестве хирургических имплантатов, искусственной кожи и нетканых материалов для перевязки ожоговых ран. Как правило, подобные перевязочные материалы содержат в себе лекарственные препараты пролонгированного действия.
В настоящее время в текстильном производстве промышленно развитых стран Европы, Азии и Америки происходит смена приоритетов — традиционный текстиль уходит в развивающиеся страны, а его место занимает «умный» текстиль медицинского, бытового, технического, информационного назначения и т.д., для получения которого используют наукоемкие технологии. Европа и Америка поняли, что конкурировать в производстве традиционного текстиля с Китаем, Индией, Вьетнамом, Южной Америкой, где очень дешевая рабочая сила, бесполезно. Богатство развитых стран — интеллект, и именно его надо ставить во главу угла [10].
Освоение нанотехнологий текстильной отраслью требует создания нового оборудования и новых выпускных форм отделочных материалов, решения проблем стабилизации наноэмульсий и контроля качества текстильных материалов с новыми видами отделок и эффектов. Естественно, это требует больших материальных затрат, но в промышленно развитых странах понимают, что приоритетное направление в текстиле — это внедрение наукоемких технологий, позволяющих производить материалы нового поколения, поэтому инвестиции в «умный текстиль» вкладываются значительные. Исследования активно ведутся в США, странах Евросоюза и Японии. На долю этих государств приходится соответственно 34, 15 и 20% мировых инвестиций в нанотехнологии. В 2000 году суммарное финансирование работ в этой области составило около 800 млн. долларов, а в 2001 году оно увеличилось вдвое. Эксперты считают, что для широкого внедрения нанотехнологий потребуются ежегодные затраты не менее 1 трлн. долларов.
Заключение
В наше время развитие производства волокон с новой структурой обусловлено возрастающей необходимостью в специальных текстильных материалах и в тканях с максимально высокими потребительскими свойствами. Химические волокна имеют ряд преимуществ перед натуральными: их производство является менее трудоемким; оно не зависит от природных условий; не имеет сезонного характера; химическое волокно можно получить с заранее заданными свойствами.
Мы можем видеть, что производство и потребление текстиля, а в частности химических волокон, мире с каждым годом растёт, и, безусловно, перспективными технологиями производства химических волокон являются:
- технологии производства высокотехнологичных волокон нового поколения со специальными функциями;
- энергоэффективные технологии;
- высокопродуктивные технологии получения волокнистых материалов;
- технологии изготовления полимерных нановолокон;
- технологии получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биометики.
Одна из важнейших сегодня функций текстиля — защитная. В настоящее время на рынке появилось много самых разнообразных текстильных изделий, реагирующих на изменения окружающей среды и сводящих к минимуму ее вредные воздействия. Среди наиболее известных следует отметить антимикробные и антигрибковые изделия, тканые поглотители, термотекстиль и экраны электромагнитных волн.
Развитие работ в области «умных волокон» идет в двух направлениях: колористическом и интеллектуальном.
Освоение нанотехнологий текстильной отраслью требует создания нового оборудования и новых выпускных форм отделочных материалов, решения проблем стабилизации наноэмульсий и контроля качества текстильных материалов с новыми видами отделок и эффектов. Естественно, это требует больших материальных затрат, но в промышленно развитых странах понимают, что приоритетное направление в текстиле — это внедрение наукоемких технологий, позволяющих производить материалы нового поколения, поэтому инвестиции в «умный текстиль» вкладываются значительные. Исследования активно ведутся в США, странах Евросоюза и Японии.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-tekstilnyie-volokna-novogo-pokoleniya/
1 Несмелов Н.М. Товароведение и экспертиза текстильных товаров: учебное пособие / Н.М. Несмелов, В.В. Садовский; под ред. В.В. Садовского. — Минск: БГЭУ, 2012. — 523 с.
2 Гальбрайх, Л.С. Химические волокна / Л.С. Гальбрайх // моск. гос. текстиль. ак-я [Электронный ресурс]. — Литературный интернет-журнал «Русский переплёт» — Режим доступа: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/59.html — Дата доступа: 04.04.2014.
3 Кричевский, Г.Е. Волокна прошлого, настоящего и будущего. Выбор пути — не простая задача // статья Г.Е.Кричевского, д.т.н., проф. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/articles/2012/volokna-proshlogo-nastoyashchego-budushchego-vybor-puti-ne-prostaya-zadacha. — Дата доступа: 04.04.2014.
4 Национальный статистический комитет Республики Беларусь: Объем и индексы промышленного производства // Национальный статистический комитет Республики Беларусь [Электронный ресурс]. — Режим доступа: Дата доступа: 04.04.2014.
5 Айзенштейн Э. М. Производство и потребление химических волокон в 2010 г. // Рабочая одежда [Электронный ресурс] — 2011. — №4. — Режим доступа:— http://легпромбизнес.рф/index.php/2011-06-09-15-59-27/ro-2011/109-rabochaya-odezhda-4-2011/254-proizvodstvo-ipotreblenie-khimicheskikh-volokon-v2010-g. — Дата доступа: 04.04.2014.
6 Айзенштейн Э. М. Химические волокна в 2012 г. на мировом и российском рынках // Рабочая одежда [Электронный ресурс] — 2013. — №3. — Режим доступа:— http://легпромбизнес.рф/index.php/2011-06-09-15-59-27/ro-2013/195-rabochaya-odezhda-3-2013/873-khimicheskie-volokna-v2012-g-na-mirovom-irossijskom-rynkakh. — Дата доступа: 04.04.2014.
7 Гребенкин, А.А. Проектирование и разработка метода производства защитных металлизированный тканей: автореф. дис. …канд. техн. наук / А.А. Гребенкин; РФ, СПб гос. ун-т технологии и дизайна. — Санкт-Петербург, 2010. — 12 с.
8 Колесников, Н. В. Антимикробные трикотажные полотна для высококомфортных бельевых и спортивных изделий / Н. В. Колесников, И. В. Веселова, Л. М. Хозова // Текстильная промышленность = Textile Industry : научно-технический и производственный журнал. — 2010. — № 5(Нояб.).
— С. 88,
9 Лаврентьева, Е. П. Термо- и огнезащитные ткани для спецодежды [Текст] / Е. П. Лаврентьева, В.В. Дьяченко , М. П. Михайлова // Текстильная промышленность. — 2010. — № 5. — С. 88
10 Матвеев, В.С. Структурно-механические характеристики арамидных волокон для броневых жилетов. [Текст] / В. С. Матвеев [и др.] // Химические волокна. — 1997. — №6.-С.37-40.
11 Евразийский Химический Рынок. Умный текстиль // Polymery.ru [Электорнный ресурс] — Режим доступа: http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=1339&cat_id=3. — Дата доступа: 04.04.2014
12 Геллер, В.Э. О возможности получения нанокомпозитных текстильных нитей [Текст] / Геллер В. Э. // Химические волокна — 2013г.,N 2 — с.78
13 Кричевский, Г.Е. Репарация (регенерация, восстановление) пораженных тканей и органов с помощью нановолокон и текстиля / Г. Е. Кричевский // Текстильная промышленность = Textile Industry : научно-технический и производственный журнал. — 2010. — № 5(Нояб.).
— с. 89
14 Корабельников, А.Р. Устройство для получения полимерных нано- и микроволокон и исследования его / А.Р. Корабельников, А.Г. Шутова , В.М. Потехин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности/ Ивановская гос. текстильная акад. — Иваново. -, 2013. — № 1(343).
— с. 131
15 Перепелкин, К.Е. Термические характеристики высокопрочных и термостойких ароматических нитей К.Е. Перепелкин, Е.Н. Дресвянина, Э.А. Пакшвер // Химические волокна. — 2008- №3 — с.93
Приложение А
Рисунок А.1 — Мировое производство и потребление полиэфирных волокон.
Рисунок А.2 — Мировое производство и потребление химических волокон, хлопка, шерсти
Рисунок А.3 — Мировое производство и потребление всех волокон в процентном соотношении в 2009 году.
Рисунок А.4 — Мировое производство и потребление шерсти, хлопка, целлюлозных, акриловых, полиамидных, полиэфирных, полипропиленовых волокон в 2009 году.
