Изучение поверхностной и объемной модификации синтетических волокнистых материалов

О группе:

Основные направления научной деятельности

  • Теоретическое обоснование и разработка методов объемного и поверхностного модифицирования полипропиленовых нитей в процессе их получения из расплава.
  • Исследование процессов предварительной активации синтетических волокнистых материалов
  • Новые подходы к гидрофобизации полиэфирсодержащих тканей с использованием фтора и кремния.
  • Изучение процессов фторирования синтетических волокнистых материалов.
  • Разработка методов модифицирования полипропиленовых волокнистых материалов с использованием циклодекстринов.
  • Сравнительный анализ различных методов придания полиэфирным волокнистым материалам фотохимической активности.

Важнейшие результаты работы

 

1. Способ придания полипропиленовой нити барьерных антимикробных свойств, пониженного электрического сопротивления, повышенной прочности и экстремально высокой химической стойкости

Предложен оригинальный способ придания полипропиленовой (ПП) нити комплекса новых уникальных характеристик: барьерных антимикробных свойств, пониженного электрического сопротивления, повышенной прочности и экстремально высокой химической стойкости, подобной химической стойкости фторполимерных нитей. Новизна подхода заключается в формировании на поверхности ПП нити в процессе её получения из расплава ультратонкого покрытия на основе ПТФЭ, допированного наноразмерными частицами магнетита в стабилизированной термостойким ПАВ форме. Адгезия ПТФЭ к ПП нити достигается за счет нанесения высокодисперсной суспензии ПТФЭ на поверхность полуотвержденной ПП нити на стадии её замасливания. Наличие в составе композиции для формирования покрытия ПТФЭ обеспечивает возможность реализации ориентационного вытягивания при температурах, превышающих стандартные, что приводит к значительному повышению прочностей нитей. Допирование покрытия наноразмерными частицами магнетита, обладающими сильным биоцидным действием и проводимостью, обеспечивает придание нити барьерных антимикробных свойств и пониженного поверхностного электрического сопротивления. Нить с покрытием на основе ПТФЭ, допированным стабилизированными частицами магнетита, проявляет также экстремально высокую химическую стойкость, подобную химической стойкости фторполимерных нитей. Покрытие характеризуется высокой устойчивостью к истирающим воздействиям, что свидетельствует о его долговечности.

Все перечисленные свойства ПП нити с покрытием на основе ПТФЭ, допированным стабилизированными наночастицами магнетита, делают её пригодной для изготовления интерьерных материалов, которые можно эксплуатировать в салонах транспорта, а также местах большого скопления детей, людей с ослабленным иммунитетом, с проблемами физического развития, престарелых – в детских садах, интернатах, больницах, домах престарелых.

 

 

2.Гидрофобизация полиэфирных тканей с использованием теломеров тетрафторэтилена

Исследован процесс гидрофобизации полиэфирных тканей с использованием теломеров тетрафторэтилена (ТФЭ). Показано, что применение теломеров ТФЭ, синтезированных методом радиационно-инициированной теломеризации в триметилхлорсилане (ТМХС), для обработки тканей на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ) позволяет сформировать на поверхности каждого филамента непрерывное, малодефектное покрытие. Шероховатость покрытий возрастает с увеличением кратности их нанесения. Наименьшей дефектностью обладают покрытия ПЭТФ тканей с двух- и трехратно нанесенным покрытием на основе теломеров ТФЭ / ТМХС. Они характеризуются краевым углом смачивания выше 120 градусов. Особенно важно, что они обладают уникально низким водопоглощением. Покрытия на основе теломеров ТФЭ обладают высокой устойчивостью к интенсивным истирающим воздействиям. Воздухо-, паропроницаемость и жесткость ПЭТФ тканей с покрытиями остаются на исходном уровне. Таким образом, теломеры ТФЭ, полученные методом радиационно-инициированной теломеризации ТФЭ в ТМХС, являются эффективными гидрофобизаторами для ПЭТФ ткани.

 

3. Способ объемного модифицирования полипропиленовых нитей в процессе формования из расплава в целях повышения прочности, уменьшения поверхностного электрического сопротивления нитей и придания барьерных антимикробных свойств

В целях улучшения качественных характеристик комплексных полипропиленовых нитей и придания им новых свойств доказана возможность модифицирования полипропиленовых волокнистых материалов на стадии формования из расплава посредством введения в них композиционных порошков, которые представляют собой наноразмерные металлсодержащие частицы, иммобилизованные в полиэтилене высокого давления в процессе их синтеза.

Показано, что использование в качестве модификатора наноразмерных железо-, марганец-, никельсодержащих частиц, предварительно иммобилизованных в полиэтиленовой матрице, создает условия, препятствующие их агрегации при формовании полипропиленовой нити из расплава, обеспечивает сохранение стабильности размеров наночастиц и высокую равномерность их распределения в полипропиленовых нитях.

Разработанный способ объемного модифицирования полипропиленовых нитей в процессе формования из расплава, обеспечивающий увеличение их прочности (до 1.6 раз) без снижения разрывного удлинения и ухудшения трибологических характеристик нитей, уменьшение поверхностного электрического сопротивления нитей (в 105 – 106 раз), придание барьерных антимикробных свойств.

 

4. Способ придания полиэфирным тканям способности к самоочищению

Разработан способ придания полиэфирным тканям способности к самоочищению путем формирования на поверхности каждой нити, образующей ткань, ультратонкого покрытия на основе диоксида титана в форме анатаза, допированного серебром. Покрытие устойчиво к интенсивным эксплуатационным воздействиям (трению и стиркам), его наличие не приводит к появлению жесткости ткани и не ухудшает её окраску.

 

 

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:

Работы награждены двумя бронзовыми медалями ХIII и ХIV Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед – 2010» и «Архимед – 2011», золотой медалью 41-го Женевского международного инновационного салона «Инновации – Женева», 2013 г, дипломом Х Международного промышленно-экономического форума «Золотое кольцо», г. Плес Ивановской обл., 2015 г.

Проекты, гранты лаборатории:

  • Федеральная целевая научно – техническая программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы", договор 2007-3-1.3-26-04-008, лот «Разработка научно-технологических основ производства гибридных органо-неорганических функциональных полимерных и волокнистых нанокомпозиционных материалов». Проект «Создание технологического процесса получения полиэфирной нити с дезодорирующими свойствами».

    Программа фундаментальных исследований ОХНМ РАН № 7 «Разработка научных основ новых химических технологий с получением опытных партий веществ и материалов»:

    - 2009, 2010, 2011  гг. - проект «Создание физико-химических основ процессов модифицирования синтетических волокнистых материалов для придания им специальных эксплуатационных характеристик»;

    Программа целевых расходов Президиума РАН «Поддержка инноваций и разработок»:

    - 2009 г. (проект № 27-047),  2010 (проект № № 22-009), 2011 гг. – «Разработка технологии получения модифицированных полипропиленовых волокнистых материалов c улучшенными свойствами посредством иммобилизации в них нано- и ультрадисперсных частиц  политетрафторэтилена»;

    Договоры с ИРХФ РАН

    № 104 от 1.09.2011, № 51 от 2.06.2012 «Проведение исследований по приданию синтетическим текстильным материалам сверхгидрофобных свойств с использованием радиационно-химически синтезированных теломеров».

    Договор с Инжиниринговым центром текстильной и легкой промышленности (г. Иваново)

    № 44 от 8.12.2015 г «Оценка эффективности гидрофилизации комплексной полиэфирной текстильной нити методом прямого газового фторирования»

    Гранты РФФИ

    - № 08-03-12152-офи «Модифицирование синтетических и природных полимерных волокон наноразмерными функциональными добавками в среде сверхкритического диоксида углерода для получения материалов класса “умный текстиль”»;

    - № 11-03-12048-офи-м-2011 «Синтез и исследование свойств ряда новых низкомолекулярных фторсодержащих теломеров и их использование для получения ультрагидрофобных покрытий текстильных материалов»;

    - № 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»;

    - № 15-29-01068 офи_м «Фундаментальные исследования процессов формирования в ткани многополюсной магнитной системы с использованием однодоменных высококоэрцитивных частиц для нормализации работы нервной и сердечно-сосудистой систем и повышения адаптационного резерва организма в экстремальных ситуациях»;

    - № 15-48-03064 р_центр_а «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»;

    - № 16-29-05334_офи_м «Научные основы создания тонкопленочных покрытий с управляемой смачиваемостью»;

    - № 18-48-370005 р_центр_а «Научные основы придания супергидрофобности полиэтилентерефталатным волокнистым материалам с помощью формирования наноразмерных покрытий на основе теломеров тетрафторэтилена.

    Грант РНФ

    № 23-23-10073 «Разработка научных основ придания полипропиленовым волокнистым материалам пролонгированных антимикробных свойств за счет использования циклодекстринов в качестве микроконтейнеров».
Вавилова Светлана Юрьевна
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
подробнее >>
Кумеева Татьяна Юрьевна
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
подробнее >>
Пророкова Наталия Петровна
Главный научный сотрудник
Доктор технических наук
подробнее >>

Монографии

1. Арктическое материаловедение: состояние и развитие / Под ред. В.М. Бузника, Е.Н. Каблова, С.М. Алдошина. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2021. -414 с. (раздел 8.21. Материалы для арктической одежды - Пророкова Н.П. С. 338-346). ISBN 978-5-91961-414-2

2. Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P. Chapter 4. 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 P.

3. Coatings Imparting Multifunctional Properties to Materials / Ed. N.P. Prorokova. – MDPI. Basel, Switzerland. – 98 р.

Статьи

1. Prorokova N.P., Odintsova O.I., Rumyantseva V.E., Rumyantsev E.V., Konovalova V.S. Giving Improved and New Properties to Fibrous Materials by Surface Modification // Coatings. – 2023. – V. 13. – 139. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings13010139

2. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kholodkov I.V. Wear-Resistant Hydrophobic Coatings from Low Molecular Weight Polytetrafluoroethylene Formed on a Polyester Fabric // Coatings. – 2022. – V. 12. – 1334. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12091334

3. Юрков Г.Ю, Пророкова Н.П., Козинкин А.В., Вавилова С.Ю., Солодилов В.И., Максимов А.В., Власенко В.Г., Кириллов В.Е., Бузник В.М. Полипропиленовые нити, модифицированные марганецсодержащими наночастицами // Механика композитных материалов. - 2022. - Т. 58,  №5. - С. 1011-1030. DOI: https://doi.org/10.22364/mkm.58.5.09

(Yurkov G.Y., Prorokova N.P., Kozinkin A.V., Vavilova S.Y., Solodilov V.I., Maksimov A.V., Vlasenko V.G., Kirillov V.E., Buznik V.M. Polypropylene filaments modified with manganese-containing nanoparticles // Mechanics of composite materials. - 2022. - Vol. 58, No. 5. – Р. 705-718. DOI: 10.1007/s11029-022-10061-y )

4. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Холодков И.В., Бузник В.М.Управление гидрофобными свойствами покрытий полиэфирных тканей, нанесенных с применением теломеров политетрафторэтилена и наночастиц диоксида кремния // Химическая технология. - 2021. - Т. 21. - № 10. - C. 447-451. DOI: 10.31044 / 1684-5811-2021-22-10-447-457

(Prorokova N.P.,  Kumeeva T.Yu., Kholodkov I.V., Buznik V.M. Control of the Hydrophobic Properties of Polyester Fabric Coatings Deposited Using Polytetrafluoroethylene Telomers and Silica Nanoparticles // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2022. - Vol. 56, No. 5. – Р. 872-880. DOI: 10.1134/S0040579522050141)

5. 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. – C. 409-417. DOI: 10.31044/1684-5811-2020-21-9-409-417

(Prorokova N.P., Vavilova S.Yu., Buznik V.M. Mechanical characteristics of a polypropylene yarn with a polytetrafluoroethylene-based coating obtained through a new technology // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2021. - V. 55, No. 5. – Р. 1021–1027. DOI:10.31044/1684-5811-2020-21-9-409-417)

6. Prorokova N.P., Vavilova S.Yu. Properties of polypropylene yarns with a polytetrafluoroethylene coating containing stabilized magnetite particles // Coatings. – 2021. №11. - Р. 830. DOI: https://doi.org/10.3390/ coatings11070830

7. Prorokova N.P., KumeevaT.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

8. Prorokova N., Kumeeva T., Kholodkov I. Formation of Coatings Based on Titanium Dioxide Nanosols on Polyester Fibre Materials // Coatings. – 2020. - V. 10 (1). - 82. DOI: 10.3390/coatings10010082

9. 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. – C. 135 – 141.

(Kichigina G.A., Kushch P.P., Kiryukhin D.P., Prokorova N.P., KumeevaT.Yu. Use of Radiation-Synthesized TetrafluoroethyleneTelomers with Silane End Groups for Hydrophobization of Polyester Fabric // High Energy Chemistry. – 2020. - Vol. 54, No. 2. – Р. 123-129. DOI: 10.1134/S0018143920020095).

10. 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. doi: 10.1016/j.jfluchem.2019.01.002.

11. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Регулирование сорбционных свойств и смачиваемости полипропиленового нетканого материала с помощью прямого фторирования // ЖПХ, 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) Doi: 10.1134/S1070427219050173)

12. 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. DOI: 10.3103/S1068366618020149).