Изучение поверхностной и объемной модификации синтетических волокнистых материалов

О группе:

Развиваемое научное направление связано с разработкой теоретических основ и, на их базе, основных способов поверхностной модификации синтетических волокнистых материалов (в первую очередь, наиболее широко используемых в текстильной промышленности волокон на основе полиэтилентерефталата и полипропилена).

Осуществляется разработка способов поверхностного модифицирования синтетических волокнистых материалов на основе использования фторсодержащих низкомолекулярных фракций полимеров и олигомеров из среды нетрадиционных растворителей, нанозолей, воздействия различных видов плазменных разрядов.

Проводятся также работы по поверхностной и объемной модификации синтетических нитей в процессе формования, которые осуществляются с использованием установок для формования синтетических нитей из расплава и ориентационного вытягивания сформованных нитей.

 

Техническое оснащение:

Для выполнения работ используется установка для получения из расплава гранулята полиолефиновых (полиэтиленовых, полипропиленовых), полиамидных и полиэтилентерефталатных нитей с последующей их вытяжкой. Установка создана в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» в 2002-2003 г.г. и работает с промышленными скоростями.

                                             

Установка включает два стенда: 

1 - формования нитей из расплава, 

2 - ориентационной вытяжки и крутки нитей. 

Максимальная загрузка установки – 5 кг. Максимальная производительность установки – 20 кг в сутки. Вытяжка нитей двухзонная, кратность - до 10.

 

Результаты исследований:

  • Показана возможность и эффективность объемного модифицирования полипропиленовых (ПП) нитей на основе использования в качестве наполнителей для них микроколичеств нанокомпозита, представляющего собой наноразмерные металлсодержащие частицы, иммобилизованные в полиэтиленовой матрице. Установлено, что при этом обеспечивается увеличение относительной разрывной нагрузки ПП нитей без снижения разрывного удлинения и ухудшения трибологических характеристик нитей, происходит значительное (на 5-6 десятичных порядков) снижение поверхностного электрического сопротивления нитей, в то время как использование промышленных антистатических препаратов обеспечивает уменьшение этого показателя лишь на 4 порядка. ПП нити, модифицированные наноразмерными металлсодержащими частицами, оказывают ингибирующее действие на развитие всех видов болезнетворных микроорганизмов.
  • Разработан способ формирования сплошного фторполимерного покрытия на поверхности нитей из термопластичных полимеров, который реализуется на стадии формования термопластичных нитей из расплава. Он обеспечивает придание нитям высокой устойчивости к действию агрессивных сред, низкого коэффициента трения. Способ осуществляется за счет нанесения разбавленной суспензии высокодисперсного фторопласта на поверхность полуотвержденной нити и последующего ориентационного вытягивания. Нить из термопластичного полимера с фторопластовым покрытием обладает высокой устойчивостью к эксплуатационным воздействиям. Волокнистые материалы, полученные по новому способу, по своим характеристикам не уступают фторопластовым волокнам, но имеют в десятки раз меньшую стоимость.
  • Предложен способ придания полиэфирным тканям фотохимической активности, обеспечивающей их способность к самоочищению за счет разрушения под действием света попадающих на ткани органических загрязнений и бактерий. Способ реализуется путем формирования на поверхности каждой нити, образующей ткань, ультратонкого покрытия, образующегося путем осаждения нанозоля диоксида титана в форме анатаза, допированного серебром. Диоксид титана наносится только на нити, не откладываясь в межволоконном пространстве. Поэтому наличие покрытия не приводит к появлению жесткости ткани. Полученное покрытие устойчиво к интенсивным эксплуатационным воздействиям (трению и стиркам). Оно является оптически прозрачным и не ухудшает колористических характеристик ткани.
  • Показано, что придание полиэфирным тканям повышенных гидрофобных свойств можно осуществить путем формирования на поверхности каждой отдельной нити ультратонкого покрытия со свойствами фторполимеров. Оно осуществляется за счет обработки волокнистого материала растворами низкомолекулярной фракции ультрадисперсного политетрафторэтилена торговой марки Форум® в сверхкритическом диоксиде углерода или растворами теломеров тетрафторэтилена, синтезированных в ацетоне, хлористом бутиле или триметилхлорсилане. Установлено, что обработанная ткань приобретает высокую гидрофобность, уникально низкое водопоглощение и высокую устойчивостью к эксплуатационным воздействиям.
  • Разработаны способы поверхностного модифицирования полипропиленовых нетканых материалов и полиэфирных тканей], связанные с химическим взаимодействием газообразного фтора с волокнообразующим полимером. Этот метод, за счет варьирования состава фторсодержащей газовой смеси и условий протекания реакции фторирования, позволяет регулировать гидрофильно-гидрофобные свойства синтетических волокнистых материалов и обеспечивает придание барьерных биоцидных свойств полипропиленовому нетканому материалу медицинского назначения.
Изобретательская и патентно-лицензионная работа:

1.Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кумеева Т.Ю., Морыганов А.П., Бузник В.М. Синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения // Патент России № 2522337. 2014. Бюл. №19.

2.Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кумеева Т.Ю., Морыганов А.П., Бузник В.М. Способ получения синтетических нитей // Патент России № 2522338. 2014. Бюл. №19.

Награды:

Золотая медаль на 5-ой Юбилейной Выставке научно-технических достижений, разработок и инноваций, 30 сентября -1 октября 2010 г., Иваново. 

Бронзовая медаль на XIII Московский международный Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва), 2010 г. 

Золотая медаль Международного салона инноваций (Женева), 2013 г.

Проекты, гранты лаборатории:
  • Грант РФФИ № 11-03-12048-офи-м «Синтез и исследование свойств ряда новых низкомолекулярных фторсодержащих теломеров и их использование для получения ультрагидрофобных покрытий текстильных материалов».
  • Грант РФФИ № 13-03-12065-офи-м «Разработка способа получения полипропиленовых волокон с улучшенными и специальными свойствами для создания на их основе нового поколения полимерных композиционных материалов».
  • Грант РФФИ р-центр-а № 15-48-03064 «Создание научных основ придания полиэфирным тканям барьерных антимикробных свойств и способности к самоочищению за счет формирования на их поверхности покрытия на основе наночастиц фотоактивного диоксида титана»
  • Грант РФФИ-офи-м № 16-29-05334 «Научные основы создания тонкопленочных покрытий с управляемой смачиваемостью»
  • Грант РФФИ р_центр_а № 18-48-370005 «Научные основы придания супергидрофобности полиэтилентерефталатным волокнистым материалам с помощью формирования наноразмерных покрытий на основе теломеров тетрафторэтилена»
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
Главный научный сотрудник
Доктор технических наук
Старший научный сотрудник

Статьи в рецензируемых журналах (2016-2020 гг)

  1. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Kushch P.P. Coatings based on tetrafluoroethylene telomeres synthesized in trimethylchlorsilane for obtaining highly hydrophobic polyester fabrics // Progress in Organic Coatings. 2020. V. 139, 105485. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2019.105485
  2. Рrorokova N., Kumeeva T., Kholodkov I. Formation of Coatings Based on Titanium Dioxide Nanosols on Polyester Fibre Materials // Coatings. 2020. V. 10 (1), 82. https://doi.org/10.3390/coatings10010082
  3. Кичигина Г.А., Кущ П.П., Кирюхин Д.П., Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю. Использование радиационно-синтезированных теломеров с Силановыми концевыми группами для .гидрофобизации полиэфирной ткани // Химия высоких энергий. 2020. Т. 54, № 2. С. С. 135-141. (Kichigina G.A., Kushch P.P., Kiryukhin D.P., Prokorova N.P., Kumeeva T.Yu. Use of Radiation-Synthesized Tetrafluoroethylene Telomers with Silane End Groups for Hydrophobization of Polyester Fabric // High Energy Chemistry. 2020. Vol. 54, No. 2. Р. 123-129). https://doi.org/10.1134/S0018143920020095
  4. Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бузник В.М. Механические характеристики полученной по новой технологии полипропиленовой нити с покрытием на основе политетрафторэтилена // Химическая технология. 2020. Т. 21, №9. С. 409-417. DOI: 10.31044/1684-5811-2020-21-9-409-417
  5. Prorokova N.P., Kumeeva T.Y., Vavilova S.Y. Improving the wettability of polyester fabric with using direct fluorination // Journal of Fluorine Chemistry. 2019. V. 219, P. 115-122. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2019.01.002
  6.  Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Регулирование сорбционных свойств и смачиваемости полипропиленового нетканого материала с помощью прямого фторирования // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92, № 5. С. 668-673. (Kumeeva T.Y., Prorokova N.P. Control of the Sorption Properties and Wettability of a Nonwoven Polypropylene Material by Direct Gas Fluorination // Russian Journal of Applied Chemistry, 2019. V. 92, Is. 5. Р. 701-706.) https://doi.org/10.1134/S1070427219050173.
  7. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Ультратонкие гидрофобные покрытия, полученные на полиэтилентерефталатных материалах из среды сверхкритического диоксида углерода с сорастворителями // Журнал физической химии 2018. Т. 92. № 2. С. 306-312. (Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P. Ultrathin Hydrophobic Coatings Obtained on Polyethylene Terephthalate Materials in Supercritical Carbon Dioxide with Co-solvents // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2018. Vol. 92, No. 2. Р. 346 – 351.) DOI: https://doi.org/10.7868/S0044453718020140
  8. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Новиков В.В., Холодков И.В. Pегулирование трибологических характеристик тканых полиэфирных материалов при модифицировании их теломерами тетрафторэтилена // Трение и износ. 2018. Т.39, №2. С. 157 – 165. (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Novikov V.V., Holodkov I.V. Regulation of the Tribological Characteristics of Polyester Fabrics by Surface Modification Using Tetrafluoroethylene Telomeres // Journal of Friction and Wear. 2018. Vol. 39, No. 2. Р. 121 – 128). https://doi.org/10.3103/S1068366618020149
  9. Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю. Объемное и поверхностное модифицирование полипропиленовых нитей на стадии их формования из расплава // Химические волокна. 2018. № 3. С. 89-93. (Prorokova N.P., Vavilova S.Yu. Bulk and surface modification of polypropylene filaments at the stage of their formation from a melt // Fibre Chemistry. 2018. V. 50, No. 3. Р. 233-238.) https://doi.org/10.1007/s10692-018-9967-2
  10. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Агафонов А.В., Иванов В.К. Модифицирование полиэфирной ткани наноразмерным диоксидом титана с целью придания фотоактивности // Перспективные материалы. 2017. № 1. С. 19-29 (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Agafonov A.V., Ivanov V.K. Modification of Polyester Fabrics with Nanosized Titanium Dioxide to Impart Photoactivity // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8, No. 5. Р. 696 – 703.) https://doi.org/10.1134/S2075113317050264
  11. Завадский А.Е., Вавилова С.Ю., Пророкова Н.П. Особенности ориентационных процессов в кристаллических и аморфных областях полипропилена при формовании нитей // Химические волокна. 2017. № 1. С. 11 – 15 (Zavadskii A.E., Vavilova S.Yu., Prorokova N.P. Orientation processes in crystalline and amorphous regions of polypropylene during yarn spinning // Fibre Chemistry. 2017. V. 49, No. 1. Р. 10 – 14.) DOI:10.1007/s10692-017-9831-9
  12. Пророкова Н.П., Бузник В.М. Модифицирование синтетических волокнистых материалов с использованием фторполимеров (обзор) // Полимерные материалы и технологии. 2017. Т 3, № 2. С. 6 – 17.
  13. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Герасимова Т.В., Агафонов А.В. Влияние структуры нанокомпозитов на основе диоксида титана, допированного железом, на фотокаталитическую активность модифицированных ими полиэфирных тканей // Неорганические материалы. 2017. Т. 53, № 12. С. 1365-1371. (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Gerasimova T.V., Agafonov A.V. Effect of the Structure of Fe-Doped Titania-Based Nanocomposites on the Photocatalytic Activity of Polyester Fabrics Modified by Them // Inorganic Materials. 2017. Vol. 53, № 12. p. 1336–1342). https://doi.org/10.1134/S0020168517120135
  14. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Кузнецов О.Ю. Антимикробные свойства полиэфирных тканей, модифицированных наноразмерным диоксидом титана // Перспективные материалы. 2017. № 11. С. 34 – 44. (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kuznetsov O.Yu. Antimicrobial Properties of Polyester Fabric Modified by Nanosized Titanium Dioxide // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Vol. 9, No. 2. С. 250-256). https://doi.org/10.1134/S2075113318020235
  15. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Холодков И.В. Фотохимическая активность полиэфирных тканей, модифицированных наноразмерным диоксидом титана, допированным металлами // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2017. № 10. С. 2 – 8.
  16. Prorokova N.P., Vavilova S.Y., Bouznik V.M. A novel technique for coating polypropylene yarns with polytetrafluorоethylene // Journal of Fluorine Chemistry. 2017. V. 204. Р. 50 – 58. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2017.10.009
  17. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Кузьмин С.М., Холодков И.В. Модифицирование поверхностно-барьерным разрядом полиэфирных волокнистых материалов в целях улучшения их гидрофильности // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89, вып.1. - С. 119 – 127. (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kuz’min S.M., Kholodkov I.V. Modification of Polyester Fibrous Materials with Surface Barrier Discharge for Making Them More Hydrophilic // Russian Journal of Applied Chemistry, 2016, Vol. 89, No. 1. Р. 11-118). https://doi.org/10.1134/S1070427216010237
  18. Завадский А.Е., Вавилова С.Ю., Пророкова Н.П. Особенности кристаллизации волокон при формовании нитей из смеси полипропилена с малым количеством полиэтилена // Химические волокна. 2016. № 2. С. 12 – 16. (Zavadskii A.E., Vavilova S.Yu., Prorokova N.P. Characteristics of Crystallization of Fibers in the Formation of Filaments from a Mixture of .Polypropylene with Small Amounts of Polyethylene // Fibre Chemistry. 2016, Vol. 48, No. 2. Р. 104-108). DOI:10.1007/s10692-016-9750-1
  19. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Кичигина Г.А. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2015,.Т. 51, № 4. С. 1-8 (Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kichigina G.A. Hydrophobization of polyester textile materials with solutions of tetrafluoroethylene telomeres synthesized in acetone and butyl chloride: Properties and structure of coatings // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015. Vol. 51, No. 4, P. 428-435). https://doi.org/10.1134/S1070427216010237
  20. Prorokova N.P., Istratkin V.A., Kumeeva T.Yu., Vavilova S.Yu., Kharitonov A.P., Bouznik V.M. Improvement of polypropylene nonwoven fabric antibacterial properties by the direct fluorination // RSC Advances. 2015 V. 5, Is. 55. P. 44545-44549. https://doi.org/10.1039/C5RA05112F
  21. Завадский А.Е., Вавилова С.Ю. Пророкова Н.П. Рентгенографический анализ кристаллизации полипропиленовых нитей при формовании // Химические волокна. 2015. №2. С. 10-15 (Zavadskii A.E., Vavilova S.Yu., Prorokova N.P. X-Ray Analysis of Polypropylene Thread Crystallization During Spinning // Fibre Chemistry. 2015. V. 47, Is. 2. P. 79-84) https://doi.org/10.1007/s10692-015-9641-x
  22. Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Кузнецов О.Ю., Бузник В.М. Антимикробные свойства полипропиленовых нитей, модифицированных стабилизированными полиэтиленом металлсодержащими наночастицами. Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 9-10. С. 50 – 57. (Prorokova N.P., Vavilova S.Yu., Kuznetsov O.Yu., Buznik V.M. Antimicrobial Properties of Polypropylene Yarn Modified by Metal Nanoparticles Stabilized by Polyethylene // Nanotechnologies in Russia. 2015. Vol. 10, Nos. 9–10. P. 732-740). https://doi.org/10.1134/S1995078015050171
  23. Пророкова Н.П., Бузник В.М. Новые методы модифицирования синтетических волокнистых материалов. Российский химический журнал (Журнал РХО им. Д.И. Менделеева). 2015. Т. LIX, № 3. С. 52-59. (Prorokova N.P., Buznik V.M. New methods of modification of synthetic fibrous materials // Russian Journal of General Chemistry.  2017.  V. 87, № 6.  Р. 1371 – 1377). https://doi.org/10.1134/S1070363217060391
  24. Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бирюкова М.И., Юрков Г.Ю., Бузник В.М. Полипропиленовые нити, модифицированные стабилизированными в полиэтилене железосодержащими наночастицами. Химические волокна. 2015. № 5. С. 53 – 58. (Prorokova N.P., Vavilova S.Yu., Biryukova M.I., Yurkov G.Yu., Buznik V.M. Polypropylene Threads Modified by Iron- containing Nanoparticles Stabilized in polyethylene // Fibre Chemistry. 2016. Vol. 47, No. 5. Р. 384-389). https://doi.org/10.1007/s10692-016-9698-1

Монографии

  1. Пророкова Н.П., Вавилова С.Ю., Бузник В.М. Глава 7. Модифицирование полипропиленовых нитей для придания им улучшенных и новых свойств на основе использования металлполимерных композитов типа «класпол». Органические и гибридные наноматериалы: получение и перспективы применения: монография / под ред. В.Ф. Разумова и М.В. Клюева – Иваново: Ивановский гос. ун-т, 2015. – 676 с. ISBN 978-5-7807-1121-6
  2. Фторполимерные материалы / отв. ред. академик В.М. Бузник – Томск: Изд-во НТЛ, 2017. – 600 с. (авторы: Адаменко Н.А., Больбасов Е.Н., Бузник В.М., Вавилова С.Ю., Гнеденков С.В., Дяченко В.И., Зибарева И.В., Игнатьева Л.Н., Игумнов С.М., Казуров А.В., Кирюхин Д.П., Кичигина Г.А., Кумеева Т.Ю., Кущ П.П., Машталяр Д.В., Мельник О.А., Назаров В.Г., Никитин Л.Н., Охлопкова А.А., Пророкова Н.П., Сафронова Е.Ю., Серов С.А., Синебрюхов С.Л., Слепцова С.А., Соколов В.И., Столяров В.П., Твердохлебов С.И., Хатипов С.А., Цветников А.К., Шиц Е.Ю., Ярославцев А.Б.) ISBN 978-5-89503-596-2
  3. Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P. Chapter 4. The Use of Supercritical Carbon Dioxide for the Modification of Polyester Materials The Use of Supercritical Carbon Dioxide for the Modification of Polyester Materials / In book: Supercritical Carbon Dioxide: Functions and Applications / Evie P. Hayden (Editor) Nova Science Publishers, 2020, Series: Chemistry Research and Applications. 226 р. ISBN: 978-1-53617-404-5.