Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Химия
Размещена 11.06.2018.

ЗАЩИТНЫЙ МЕМБРАННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

Мухаматдинова Резеда Эдуардовна

кандидат наук

АО "КазХимНИИ"

научный сотрудник

Пухачева Элеонора Николаевна, кандидат технических наук, заместитель начальника лаборатории композиционных материалов АО «Казанский химический научно-исследовательский институт» («КазХимНИИ»); Барнягина Ольга Вячеславовна, кандидат химических наук, начальник лаборатории композиционных материалов АО «КазХимНИИ»; Матвеева Вера Юрьевна, кандидат технических наук


Аннотация:
Исследованы способы получения защитного мембранного материала на основе селективно-проницаемой мембраны. Ламинированием селективно-проницаемой мембраны клеевым дублирующим материалом на трикотажной основе получен материал с высоким уровнем паропроницаемости и защитных свойств.


Abstract:
Methods of obtaining protective membrane material on the basis of selective permeable membrane are investigated. By lamination of selective permeable membrane with adhesive backing material on a knitted basis, a material with a high level of vapor permeability and protective properties was obtained.


Ключевые слова:
защитный мембранный материал; селективно-проницаемая мембрана; паропроницаемость; ламинирование; защитные свойства

Keywords:
protective membrane material; vapor permeability; laminated; selectively permeable membrane; protective properties


УДК 661.1

Введение.

К современным защитным материалам, используемым в составе средств индивидуальной защиты (СИЗ), предъявляются требования не только высокого уровня защитных свойств от опасных химических веществ, но и необходимых физиолого-гигиенических характеристик, обеспечивающих комфортные условия для человека при эксплуатации СИЗ. Таким требованиям отвечают защитные мембранные материалы (ЗММ), содержащие полимерную селективно-проницаемую мембрану (СПМ).

ЗММ, содержащие в своем составе поровую или непоровую мембрану, занимают промежуточное положение между фильтрующими (фильтрующе-сорбирующими) и изолирующими (резинотканевыми) материалами, поскольку проницаемы для паров воды из области под костюмом, но изолируют человека от зараженной окружающей среды.

В АО «КазХимНИИ»  проведены исследования возможности создания СПМ с высоким уровнем паропроницаемости и защитных свойств. Разработана технология получения СПМ методом сухо-мокрого формования из раствора в N-метил-2-пирролидоне полимерной композиции, включающей гидрофильные пленкообразующие полимеры – полиамидоимид (ПАИ), поливинилпирролидон (ПВП) и полиэтиленгликоль (ПЭГ) [1]. Очередной задачей является создание ЗММ на основе трехкомпонентной СПМ.

Пленки-мембраны не используются самостоятельно при изготовлении одежды, поскольку даже незначительные механические повреждения в процессе ее изготовления и эксплуатации могут заметно снизить защитные свойства и паропроницаемость мембраны. Поэтому для получения материала мембранного типа поверхность мембраны защищают тканью, нетканым или трикотажным материалом, который не препятствует отводу пара. Мембрана при этом является частью конструкции, которая используется в дальнейшем как единое целое при изготовлении изделия.

Подобные материалы мембранного типа могут быть двух- и трехслойными. Свойства пакета «ткань-мембрана» или «ткань-мембрана-ткань» зависят не только от характеристик СПМ, но и от свойств выбранных тканей, которые определяют прочность, жесткость, внешний вид ЗММ и влияют на паропроницаемость материала.

В настоящее время проводятся научные исследования и технические разработки по созданию нового поколения мембраносодержащих материалов с селективной проницаемостью для использования их при изготовлении легкой одежды для защиты от токсичных веществ и  бактериальных агентов.

Изделия американской фирмы W.L.Gore and Associates Inc. на основе мембраны Gore-Tex являются трехслойными и состоят из внешней  ткани, мембраны и  подклада. Изделия характеризуются высокой  водостойкостью  и  воздухопроницаемостью [2].

Японская фирма Тогеу Industries обеспечивает высокую степень прочности мембрано-тканевого материала за счет использования беспорового ламината поверх микропоровой мембраны Entrant-HB и специального водостойкого покрытия снаружи ткани.

В последние годы получила известность ткань «Алова ВО мембрана» (КНР), представляющая собой трикотажную основу с мембранным полимерным покрытием, расположенным на изнаночной стороне основы. Ткань защищает снаружи от влаги и ветра и пропускает изнутри испарения тела человека.

Среди отечественных производителей известна компания «Чайковский текстиль», изготавливающая полиэфирные ткани с полиуретановым покрытием: ткань КЛИМАТ-1 с «недышащим» покрытием пастой, КЛИМАТ-2 с гидрофобным микропористым «дышащим» покрытием, КЛИМАТ-3 ламинированный гидрофильной мембраной («дышащее покрытие»). Климат Standard 250 арт.81429 с гидрофильным полиуретановым покрытием.

Паронепроницаемая ткань КЛИМАТ-1 обладает водоупорностью - свыше 300 мм вод. ст. и ветрозащитными свойствами.

Особая структура покрытия ткани КЛИМАТ-2 обеспечивает паропроницаемость до 4000 г/м2 за 24 ч, но не обеспечивает защиту от паров и капель токсичных химических веществ.

Компактная твердая структура мембраны придает ткани КЛИМАТ-3 высокие показатели водоупорности (более 8000 мм вод. ст.) и паропроницаемости (3500 г/м2 за 24 ч). Ткань КЛИМАТ-3 представляет собой структуру из трех слоев, склеенных воедино: внешняя ткань, мембрана и подкладка.

Балашовский текстильный комбинат» (ООО «Балтекс») выпускает полиэфирные и полиамидные ткани с поли- и пеннополиуретановым покрытием. Такие ткани характеризуются высокой паропроницаемостью, но не относятся к числу хим-защитных.

Мембранные материалы получают путем формированием мембраны непосредственно на подложке или путем ламинирования (дублирования) пленки-мембраны с одной или с двух сторон тканым, нетканым или трикотажным материалом.

Формирование мембраны на текстильной подложке, как и ламинирование пленки-мембраны текстильным материалом с термопластичным клеевым покрытием, позволяет повысить прочность ЗММ, снизить вероятность механических повреждений мембраны в процессе изготовления и эксплуатации мембранного материала [3,4].

Актуальность.

Перспективным и актуальным направлением создания современной защитной одежды является использование материалов, содержащих селективно- проницаемые мембраны. Принцип действия защитных материалов мембранного типа заключается в использовании полимера с барьерными свойствами по отношению к токсичным химическим веществам и способностью удалять пары воды из области под костюмом. Мембранные материалы непроницаемы для определенных видов химических веществ, а за счет паропроницаемости  обеспечивают рассеивание тепла человеческого тела через испарение пота, создают более комфортные условия при эксплуатации защитной одежды.

Цель статьи.

Целью настоящей статьи является описание метода получения защитного мембранного материала, обеспечивающего высокие показатели паропроницаемости, механической прочности и высокий уровень защитных свойств.

Экспериментальная часть.

Объектом настоящего исследования является ЗММ, полученный двумя способами: путем нанесения раствора полимерной композиции на текстильную подложку с последующим  формированием мембраны на текстильной подложке в процессе сушки и путем ламинирования мембраны дублирующим материалом с термопластичным клеевым покрытием под воздействием высокой температуры и механического давления.

Полимерную композицию получали, добавляя к 18 % раствору ПАИ в N-метил-2-пирролидоне при постоянном перемешивании порошкообразный ПВП и предварительно растворенный в N-метил-2-пирролидоне ПЭГ. Соотношение компонентов ПАИ:ПВП:ПЭГ=1:1:0,1(мас.ч). Полимерную композицию перемешивали при комнатной температуре до получения гомогенного прозрачного раствора.

В качестве подложки для нанесения полимерной композиции использовали различные ткани, отличающиеся составом, паропроницаемостью, наличием дополнительного покрытия:

- воздухопроницаемые ткани – полиамидная арт.56437, полиэфирная арт.5341, хлопкополиэфирная арт.81412;

- ткани с полиуретановым покрытием – хлопкополиэфирная ткань арт.81429, полиамидные ткани  арт.3531 и арт.3553-ППУ-БШ;

- арамидную ткань FlameFort 180A арт.60406.

Для получения полимерного покрытия на ткань FlameFort 180 А нанесли на лабораторном шпрединге растворы полимеров – фторопласта, полиамида, дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ).

На ткань FlameFort нанесли:

- раствор фторопласта Ф-42 в смеси ацетона и этилацетата (соотношение 1:1), сушка при комнатной температуре;

- раствор полиамида ПА-6 в смеси изопропилового спирта и воды (соотношение 4:1), сушка при комнатной температуре;

- ДСТ в смеси бензина и этилацетата (соотношение 2:1), сушку при комнатной температуре.

При получении ЗММ путем формирования мембраны на текстильной подложке раствор полимерной композиции наносили послойно на лабораторном шпрединге. Толщину слоя покрытия регулировали ракельным ножом таким образом, чтобы обеспечить получение ЗММ с массой не более 280 г/м2. Затем образцы ткани с нанесенным раствором полимерной композиции помещали в сушильный шкаф, нагретый до 80 оС. Продолжительность сушки – 1 час.

Для ламинирования мембраны использовали дублерины арт. 215/1 и арт.216/4 с полиамидным клеевым покрытием на трикотажной основе из смеси полиэфирных и вискозных волокон, арт.514/4 с полиэтиленовым клеевым покрытием на тканевой основе и клеевой дублирующий материал арт. В131N77090 с полиамидным клеевым покрытием на полиэфирной трикотажной основе.

Получение ЗММ путем ламинирования СПМ выполняли следующим образом: на пленку-мембрану, полученную методом сухо-мокрого формования из раствора полимерной композиции ПАИ-ПВП-ПЭГв N-метил-2-пирролидоне, накладывали дублирующий материал клеевым слоем к пленке и прижимали нагретым до температуры (155±5) о С гладильным  прессом в течение времени, достаточного для размягчения клея, перехода его в вязкотекучее состояние, до полного завершения процесса склеивания.  (время контакта клеевого покрытия дублерина с пленкой – от 15 до 18 с). Аналогичным способом дублировали другую сторону  мембраны.

Режим ламинирования зависит от природы клеевого покрытия: температура пресса при использовании дублеринов с полиамидным клеевым покрытием - от 120 до 130 оС, время контакта клеевого покрытия с пленкой от 5 до 10 с. Более жесткие условия требуются при ламинировании материалом арт.514/4 с полиэтиленовым клеевым покрытием: температура нагрева пресса от 150 до 160 оС, время контакта клеевого покрытия с пленкой – от 15 до 18 с.

Основным из показателей при оценке образцов ЗММ являются паропронцаемость, определяемая по ГОСТ Р 12.4.287-2013. Разрывная нагрузка и сопротивление раздиранию определяли по ГОСТ 30303-95 и ГОСТ 30304-95, соответственно. Стойкость ЗММ к воздействию нефтепродуктов, растворителей и спиртов, а так же стойкость к действию газообразных ядовитых веществ определяли по ГОСТ 12.4.220-2002.

Результаты и обсуждение.

Результаты исследования показали, что при нанесении на ткань арт.56437, арт.5341 и арт.81412 полимерная композиция пропитывает текстильную подложку и после удаления растворителя в процессе сушки образуется достаточно жесткий материал и при этом, паропроницаемость материала снижается. Так, паропроницаемость ткани арт.81412 – 3262 г/м2 за 24 ч, после нанесения полимерной композиции и формирования мембраны – 2107 г/м2 за 24 ч.

В дальнейшем для получения ЗММ путем формирования мембраны на поверхности текстильной подложки использовали серийные ткани с гидрофильным поли- и пенополиуретановым покрытием. При нанесении полимерной композиции на полиуретановое покрытие ткани-подложки формируется композиционная мембрана, представляющая собой тонкий слой одной пленки, расположенный на поверхности другой пленки. Однако оказалось, что мембрана, полученная из полимерной композиции ПАИ-ПВП-ПЭГ, отслаивалась от полиуретанового покрытия вследствие плохой адгезии. При нанесении полимерной композиции на другую сторону данной ткани-подложки, отслоения не происходило, однако на поверхности формировалось неравномерное мембранное покрытие и паропроницаемость ткани арт.3531 снизилась с 3178 г/м2 за 24 ч до 1120 г/м2 за 24 ч.

После нанесения полимерной композиции на ткань арт.3553 с пенополиуретановым покрытием деформации пенополиуретанового слоя не происходит, однако паропроницаемость ЗММ снижается со значения 5892 г/м2 за 24 ч в пять раз.

Стала очевидной необходимость использования текстильной подложки с другими пленкообразующими полимерными покрытиями. Определенный интерес в качестве текстильной подложки для формирования пленкообразующего полимерного покрытия, нанесения раствора полимерной композиции и формирования мембраны представляла арамидная ткань FlameFort 180A арт.60406 с относительно высокой прочностью и паропроницаемостью. Ткань FlameFort 180А не содержит полимерного покрытия, на образцы ткани нами были нанесены пленкообразующие полимеры – фторопласт, полиамид, ДСТ.

Образец ткани с фторопластовым покрытием мягкий и эластичный. При последующем нанесении раствора полимерной композиции ПАИ-ПВП-ПЭГ наблюдается частичное проникание раствора на изнаночную сторону ткани, возможно вследствие растворения фторопласта Ф-42 в N-метил-2-пирролидоне.

Нанесение полимерной композиции ПАИ-ПВП-ПЭГ на полиамидное покрытие делает образец ЗММ жестким, ломким.

ДСТ образует на ткани ровное и эластичное покрытие и может служить хорошей  подложкой  для полимерной композиции ПАИ-ПВП-ПЭГ. Однако паропроницаемость ткани FlameFort 180А после нанесения ДСТ резко снижается. Соответственно - низкая паропроницаемость и у образцов ЗММ (таблица 1).

Таблица 1 – Паропроницаемость образцов ЗММ на основе FlameFort180А с полимерными покрытиями

Паропроницаемость, г/м2 за 24 часа

Ткань FlameFort 180А

FlameFort с покрытием

ЗММ

3081

Фторопласт Ф-42

2375

1992

Полиамид ПА-6

2034

2015

ДСТ

280

279

 

Проведенные исследования показали, что полученные образцы ЗММ имеют низкие значения паропроницаемости.

Представляло интерес изготовление ЗММ путем ламинирования СПМ клеевыми прокладочными материалами.

Клеевые прокладочные материалы – дублерины на трикотажной, тканевой или нетканой основе, на одну из сторон которых нанесено точечное или сплошное клеевое покрытие, характеризуются высокими показателями гигроскопичности, воздухо- и паропроницаемости и широко используются в швейной промышленности.

В качестве термопластичного клеевого покрытия, как правило, используются полиамиды и полиэтилен. Основой для нанесения клеевого покрытия служат полиэфирные и смешанные материалы – полиэфирное волокно с добавлением хлопка, вискозы или полиамида.

Процесс склеивания определяется механизмом адгезии и в полной мере завершается после охлаждения материала. На прочность соединения влияют давление, продолжительность контакта клея с пленкой, температура прессующей поверхности, а также природа клеевого покрытия [5].

В качестве СПМ использовали непоровую мембрану, полученную из раствора полимерной композиции на основе ПАИ в N-метил-2-пирролидоне методом полива [1].

Образцы ЗММ, полученные путем двухстороннего ламинирования СПМ дублеринами с полиамидным клеевым покрытием характеризуются хорошей адгезией клеевого слоя к СПМ. В результате ламинирования СПМ материалом с полиэтиленовым клеевым покрытием на тканевой основе некоторые участки пленки оказались не проклеенными, ламинат легко отделялся от пленки, что можно объяснить плохой адгезией полиэтиленового клеевого покрытия к СПМ.

Защитный мембранный материал имеет в своей структуре сетчатый каркас, который обеспечивает свободное прохождение паров воды (пота) наружу и берет на себя механическую нагрузку при эксплуатации ЗММ.

Результаты определения физико-механических показателей ЗММ, ламинированных клеевыми дублирующими материалами представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Показатели сопротивления раздиранию и разрывной нагрузки образцов ЗММ

Образцы ЗММ

Сопротивление материала, кгс

раздирающей

нагрузке

разрывной

нагрузке по основе

ЗММ 1

ламинирован дублерином арт.215/1

3,9

42

ЗММ 2

ламинирован дублерином арт.216/4

4,6

72

ЗММ 3

ламинирован дублерином арт.514/4

2,33

21

ЗММ 4

ламинирован дублирующим

материалом арт.В131N77090

4,9

100

Ламинирование СПМ клеевым дублирующим материалом на трикотажной полиэфирной основе (арт. В131N77090) обеспечивает не только высокие показатели паропроницаемости (4007 г/м2 за 24 ч) и механической прочности ЗММ, но и высокий уровень защитных свойств: материал устойчив к воздействию газообразных ядовитых веществ – хлора, аммиака, сернистого ангидрида, хлористого водорода; органических растворителей и спиртов; нефтепродуктов в течение не менее 540 мин. 

Заключение

Проведенные исследования позволили выбрать способ получения ЗММ путем двухстороннего ламинирования СПМ клеевым дублирующим материалом на трикотажной основе. Получен материал с высоким уровнем паропроницаемости  и защитных свойств.

Библиографический список:

1. Барнягина О.В., Мухаматдинова Р.Э., Пухачева Э.Н., Матвеева В.Ю. Селективно-проницаемые мембраны с высоким уровнем паропро-ницаемости и защитных свойств // Вестник Казанского технологического университета. – 2017. – Т.20. - № 21. – С. 28-31.
2. GORE-TEX [Электронный ресурс]: DISCOVERY. Product Technolo-gies. – W.L.Gore & Associates, Inc., 2014. – Режим доступа: http://www.gore-tex.com. (дата обращения: 20.02.2018).
3. Патент РФ 2074020, 22.11.1993. Кирш Ю.Э., Федотов Ю.А., Семенова С.И. Способ получения композитной первапорационной мебраны // Патентообладатель АО «Полимер-синтез».
4. Патент РФ 249286, 20.09.2013. Джайн Мукеш К. Растяжимый противохимический защитный материал // Патентообладатель ГОР Энтерпрайз Холдингс. Инк.
5 Поциус А.В. Клеи, адгезия, технология склеивания. Пер. с англ. Под ред. Комарова Г.В. – С.-Петербург: Профессия, 2007. – 376 с.




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх