Букина Ю.А., Сергеева Е.А.

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Изменение поверхностных свойств трикотажных материалов смесового состава с помощью плазмы высокочастотного емкостного разряда

На сегодняшний день применение нанотехнологий в сфере легкой промышленности является наиболее перспективным направлением расширения ассортимента и улучшения свойств различных текстильных материалов. Одно из ведущих мест в настоящее время в области модификации текстильных материалов различного состава и строения занимает модификация текстиля наночастицами серебра. Выбор нанокомпозитов серебра для пропитки текстиля обусловлен их значительными и неоспоримыми преимуществами перед всеми существующими антимикробными и противовирусными средствами. Но традиционные способы нанесения наночастиц серебра на текстильные материалы приводят к значительному повышению себестоимости готовой продукции. Кроме того, существует необходимость получения наномодифицированных текстильных материалов с устойчивыми во времени свойствами (проблема вымывания наночастиц серебра с поверхности текстильных материалов в течение нескольких циклов стирки). Поэтому в данной области остается актуальным поиск новых способов нанесения наночастиц серебра с равномерно распределенными и устойчиво закрепленными наночастицами серебра в поверхностном слое материала.

Одним из перспективных направлений нанесения наночастиц серебра на текстильные материалы является применение плазменной обработки. Обработка текстильных материалов смесового состава плазмой высокочастотного емкостного разряда приводит к гидрофилизации их поверхности, что дает возможность пропитки плазмоактивированного текстиля коллоидным раствором наночастиц серебра.

В связи с актуальностью данного направления по модификации текстильных материалов были проведены исследования возможности нанесения наночастиц серебра на поверхность трикотажных материалов смесового состава и их фиксирования за счет обработки плазмой высокочастотного емкостного разряда с целью получения антибактериальных трикотажных материалов для производства термобелья. Трикотажный материал, имеющий в своем составе хлопчатобумажные и полипропиленовые волокна, был обработан в плазме высокочастотного емкостного разряда (плазмообразующий газ – аргон; G = 0,04 г/с; P = 26,6 Па) с целью активации поверхности трикотажа для дальнейшей пропитки материала коллоидным раствором наночастиц серебра. Был найден оптимальный режим плазменной обработки для гидрофилизации поверхности трикотажного полотна (оптимальные значения подаваемых на анод напряжения, силы тока и времени обработки). Были определены время растекания капли и капиллярность образцов, обработанных в различных режимах. Испытания по определению капиллярности производились в соответствие с ГОСТ 3816-81 «Определение капиллярности». В результате анализа полученных экспериментальных данных был найден оптимальный режим обработки трикотажного материала плазмой высокочастотного емкостного разряда, в котором значение капиллярности возрастает на 70%, а время растекания капли уменьшается в 8,5 раз по сравнению с исходными образцами. За счет обработки трикотажного материала плазмой пониженного давления происходит активация поверхности трикотажа, что позволяет наночастицам серебра осесть на поверхность волокон, не допуская их агломерации.

Плазменная обработка позволяет модифицировать поверхность текстильных волокон и тканей и при этом не приводит к деструкции самого материала. В высокочастотном емкостном разряде на модификацию поверхности текстильных материалов влияют низкоэнергетические ионы. Активация поверхности в данном случае происходит за счет бомбардировки ионами плазмообразующего газа с энергией в 100 эВ, которые проникают в поверхностный нанослой материала толщиной 5–10 нм и в результате разрыва отдельных химических связей при ионной бомбардировке создают в нем свободные радикалы. Происходит захоронение слоев атомов плазмообразующего газа на глубину около 50 Å, за счет чего изменяется свободная энергия поверхности текстильных материалов. Благодаря внедрению ионов аргона в поверхностный слой материалов, возникающие свободные радикалы блокируются этими ионами (возникает «стерический эффект») и не взаимодействуют между собой. В результате взаимодействия свободных радикалов с молекулами кислорода или парами воды, при выносе образцов из вакуумной реакционной камеры образуются активные кислородосодержащие группы. Это приводит к гидрофилизации поверхности и улучшению адгезионных свойств текстильных волокон и тканей. Далее в результате пропитки текстильных материалов коллоидным раствором наночастиц серебра на их активированной поверхности оседает серебро. При повторной обработке пропитанного текстиля низкоэнергетические ионы плазмы, ускоряясь в слое положительного заряда, формируют поток энергией 100 эВ, ударяясь о поверхность наночастиц серебра, вбивают данные частицы в более глубокие поверхностные слои, за счет чего происходит закрепление серебренных наночастиц на поверхности текстильных материалов.

Модификация текстильных материалов наночастицами серебра с применением плазменной обработки, в отличие от других технологий, дает возможность получать текстильные материалы, обладающие не только различными бактерицидными свойствами, но и высокой гидрофильностью, в частности способностью поглощать влаговыделения тела, что является важным гигиеническим показателем и особенно актуально для материалов из синтетических волокон. Преимущества данной продукции обусловлены высокими гигиеническими свойствами получаемых материалов, устойчивостью эффекта модификации, а сравнительно невысокая стоимость такой продукции с антимикробными и антистатическими свойствами гарантирует её востребованность на потребительском рынке.