[go: up one dir, main page]

RU2579207C1 - Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния - Google Patents

Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния Download PDF

Info

Publication number
RU2579207C1
RU2579207C1 RU2014145881/13A RU2014145881A RU2579207C1 RU 2579207 C1 RU2579207 C1 RU 2579207C1 RU 2014145881/13 A RU2014145881/13 A RU 2014145881/13A RU 2014145881 A RU2014145881 A RU 2014145881A RU 2579207 C1 RU2579207 C1 RU 2579207C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon dioxide
hydrophobic
nanopowder
felt
hydrophobic silicon
Prior art date
Application number
RU2014145881/13A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Цырендондокович Лыгденов
Андрей Валерьевич Номоев
Александр Рабданович Раднаев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет"
Priority to RU2014145881/13A priority Critical patent/RU2579207C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2579207C1 publication Critical patent/RU2579207C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

Изобретение относится к обработке текстильных материалов. Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов заключается в обработке войлочного материала в суспензии спирт-нанопорошок гидрофобного диоксида кремния марки Wacker HDK Н20 (Германия) под воздействием акустической кавитации в ультразвуковой ванне. Растворителем является слабо полярный органический растворитель - этиловый спирт. Предлагаемое изобретение обеспечивает придание материалу эффекта гидрофобности, характеризующегося значением краевого угла смачивания водой не менее 120°, при этом способ является нетрудоемким, технологичным, безвредным и не требует больших материальных и энергетических затрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к физическому способу повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов. Способ заключается в насыщении войлочного материала гидрофобным нанодисперсным порошком диоксида кремния SiO2 марки Wacker HDK Н20 (Германия) с размером частиц от 5 до 40 нм, растворенного в этиловом спирте и последующее удаление растворителя. Обработка войлочного материала гидрофобным нанодисперсным порошком производится в ультразвуковой ванне в суспензии этиловый спирт-нанопорошок с последующей сушкой при комнатной температуре в течение 12 ч. Изобретение обеспечивает повышение гидрофобности волокон шерсти, характеризующегося значением краевого угла смачивания водой не менее 120° и не требует введения в раствор дополнительных эмульгаторов и сшивающих агентов. Изобретение относится к модификации войлочных материалов и может быть использовано для придания водоотталкивающих свойств текстильным материалам на основе шерсти.
Способ является технологичным и не требует больших материальных, энергетических затрат.
В настоящее время наиболее распространенным являются химические способы гидрофобизации текстильных материалов. Принцип химических способов гидрофобизации текстильных материалов заключается в том, что для придания гидрофобных свойств волокнистым материалам на заключительной стадии отделки их обрабатывают агентами с низкой поверхностной энергией. Для этого используются готовые композиции отечественного или импортного производства: модифицированные производные меламина или этиленмочевины, содержащие остатки высших жирных кислот (Аламин С, Байгард AFF, AG-4000); препараты на основе эмульсий парафинов и восков с солями алюминия или циркония (Аламин 520, Перлит 40178). Широкое применение нашли препараты на основе силоксанов (ПЕНТА® различных марок, ГКЖ-94, А-4) и полисилоксанов Siligen SIR (производство немецкой фирмы Rudolf Chemie) или фторсодержащих полимеров (Скотчгард, латексы ЛФМ-2, ЛФМ-3, ЛФМ-Н). Эффективность различных препаратов, можно расположить в ряд по мере увеличения их гидрофобизирующей активности: парафины, силаны и силоксаны, фторсодержащие углеводороды. [Холмберг К., Йенссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. - М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, с. 387].
Известен химический способ гидрофобизации тканей фторсодержащим алкоксисиланом в среде сверхкритического диоксида углерода (Химические волокна. 2009, №1, с. 39-44) [1] путем нанесения перфторалкилгептанамида на поверхность ткани непосредственно из раствора в сверхкритическом диоксиде углерода при температуре 35-70°C, давлении от 10 до 22 МПа, продолжительности выдержки в сверхкритической среде от 1 до 3 часов и концентрации модификатора от 1.25 до 9 мг/см3 после экспозиции проведением декомпрессии кюветы со скоростью 1.2; 0.5 или 0.3 см3/мин с последующей температурной обработкой тканей путем каландрирования при 180°C или прогрева поверхности горячим воздухом при 90°C в течение 1 мин. Использование фторуглеводородных заместителей в составе силоксановых олигомеров являются «отправными пунктами» на пути достижения этого эффекта [M.J. Owen. Fluorosilicone coatings. // Polymer Preprints. 2006. V. 47(2), P. 1125; T. Ruhl, P. Spahn, H. Winkler, G.P. Hellmann. // Macromol. Chem. Phys. 2004. V.205. P. 1385; J.M. Mabry, B.D. Viers. Ultrahydrophobicity and molecular surface roughness in fluorinated polyhedral oligomeric silsesquioxanes. // Polymer Preprints. 2006. V. 47(2), P. 1216]. Однако супергидрофобный эффект при использовании фторуглеводородных производных силоксанов наблюдался лишь при обработке наноструктурированных твердых поверхностей. Использование соединений этого типа для обработки текстильных материалов неизвестно.
Из патента РФ №2394956 [2] известен способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале, включающий обработку ткани раствором фторсодержащего соединения и последующее удаление растворителя. В качестве фторсодержащего соединения используют 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,-7,7,7-тридекафтор-N-[3-(триэтоксисилил)пропил]-гептанамид формулы CF3(CF2)5-C(O)-NH-(CH2)3Si(OC2H5)3. Растворителем является слабополярный органический растворитель из ряда: этиловый спирт, изопропиловый спирт, ацетон, тетрагидрофуран или толуол. После удаления растворителя осуществляется дополнительная фиксация гидрофобизатора обработкой горячим воздухом при 90°C или путем каландрирования при 180°C.
Недостатком химических способов гидрофобизации является то, что они технологически трудоемкие, высокая стоимость, большой расход модификаторов и они могут быть экологически вредными.
Заявляемое изобретение по гидрофобизации войлочных материалов относится к физическому способу, а именно использование ультразвукового кавитационного процесса в суспензии этиловый спирт-нанопорошок для внедрения наночастиц и их агломератов в пористую структуру волокна шерсти.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технологии использования акустической кавитации является способ обработки текстильных материалов (хлопковых, синтетических) гидрофобными наночастицами. Способ основывается на смешивании гидрофобного наноструктурного пирогенного диоксида кремния с поверхностно-активными веществами (ПАВ) в воде, с последующим нанесением на поверхность изделия (патент DE 10135157).
Для повышения светоустойчивости шерстяного текстиля используют наночастицы TiO2, диспергированные в ультразвуковой ванне, растворенного в воде с поверхностно-активным веществом Butane Tetra Carboxylic Acid (BTCA) [M. Montazer, Ε. Pakdell, and M.B. Moghadam, Superhydrophobicity of cotton fabrics treated with silica nanoparticles and water-repellent agent Nano Titanium Dioxide on Wool Keratin as UV Absorber Stabilized by Butane Tetra Carboxylic Acid (BTCA): A Statistical Prospect. // Fibers and Polymers. 2010, 11(7), 967-975].
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы разработать новый способ внедрения гидрофобных наночастиц и их агломератов в пористую структуру волокна шерсти, а именно использование процесса акустической кавитации в суспензии спирт-нанопорошок.
Существенным отличием предложенного способа от известных является то, что в результате акустической кавитации наночастицы (агломераты) внедряются во внутреннюю структуру волокна шерсти (фиг. 1а, б).
Преимуществом заявляемого способа является заполнение войлочного материала гидрофобным нанодисперсным порошком диоксида кремния SiO2 по всему объему, равномерным внедрением наночастиц (агломератов) внутрь структуры волокна шерсти, благодаря акустическим кавитационным процессам в ультразвуковой ванне. Использование малого количества гидрофобного нанопорошка (0,005%-0,05% по массе) и доступного, дешевого, безвредного растворителя - этилового спирта. Способ технологически прост, нетрудоемкий, не требует больших материальных и энергетических затрат, отсутствие разрушающего воздействия на структуру материала, экологически безвреден. Этот способ можно использовать на любом этапе производства изделий.
Для осуществления предложенного способа используют следующее устройство и компоненты:
1) Ультразвуковая ванна, работающая при мощности 30 Вт и 50 Вт. Она используется для:
а) диспергирования гидрофобного нанопорошка диоксида кремния в этиловом спирте;
б) удаления грязи, жира с поверхности волокон шерсти в процессе гидрофобизации;
в) пропитки войлока по всему объему супензией нанопорошок-спирт;
г) осаждения наночастиц (агломератов) на поверхность волокна войлока, а также их внедрения в структуру волокна.
2) Гидрофобный нанодисперсный порошок марки Wacker HDK Н20 (Германия) с удельной поверхностью 200 м2/г и размером частиц 5÷40 нм.
3) Этиловый спирт (95%).
4) Сушильная печь
Способ осуществляется следующим образом.
1. Войлочный материал очищался от грязи, жира в ультразвуковой ванне с дистиллированной водой в течение 3 мин и сушится в сушильной печи при температуре 120°C в течение 2 ч.
2. В ультразвуковой ванне диспергируется гидрофобный нанодисперсный порошок диоксида кремния марки Wacker HDK Н20 в этиловом спирте при мощности установки 50 Вт в течение 5 мин.
3. В суспензию этилового спирта с диспергированным гидрофобным нанопорошком опускают войлочный материал, включают ультразвуковую ванну. При мощности 50 Вт установка работает в течение 10 мин.
4. Войлочный материал сушится при комнатной температуре в течение 12 ч с целью удаления растворителя.
В таблице 1 приведены данные угла смачивания войлочного материала при разных концентрациях гидрофобного нанопорошка в этиловом спирте. Измерения угла смачивания производились путем нанесения капли дисциллированной воды на поверхность войлочного материала.
Figure 00000001
Наибольший угол смачивания достигается при содержании нанопорошка в суспензии 0,03% (масс.).
Для определения степени водопоглощения образцы из войлочного материала опустили на поверхность воды, и фиксировалось время до их полного погружения. Образцы войлочного материала с осажденными и внедренными в волокна шерсти гидрофобными наночастицами (агломератами) не смачивались дольше, чем образец без гидрофобизации. Время до полного погружения варьировалось от 0,5 ч до 3 суток (Табл. 2).
Figure 00000002
Данные проведенных испытаний на гидрофобность войлочного материала указывают на то, что максимальный эффект водоотталкивания соответствует концентрации гидрофобного нанопорошка диоксида кремния в этиловом спирте, равной 0,03 мас.%.

Claims (3)

1. Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами (агломератами) диоксида кремния SiO2, характеризующийся тем, что внедрение гидрофобного нанопорошка в пористую структуру волокна шерсти осуществляют в процессе акустической кавитации в суспензии спирт-нанопорошок.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация нанопорошка в спирте составляет 0,005 - 0,05 мас.%.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется процесс акустической кавитации для внедрения наночастиц (агломератов) во внутреннюю пористую структуру волокна шерсти.
RU2014145881/13A 2014-11-14 2014-11-14 Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния RU2579207C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145881/13A RU2579207C1 (ru) 2014-11-14 2014-11-14 Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145881/13A RU2579207C1 (ru) 2014-11-14 2014-11-14 Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2579207C1 true RU2579207C1 (ru) 2016-04-10

Family

ID=55793343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014145881/13A RU2579207C1 (ru) 2014-11-14 2014-11-14 Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579207C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU175479A1 (ru) * Способ гидрофобизации материалов текстилбногоназначения
US5418051A (en) * 1988-03-14 1995-05-23 Fabric Coating Corporation Internally coated webs
UA19300A (ru) * 1991-01-18 1997-12-25 Український Науково-Дослідний Інститут Текстильної Промисловості Состав для водо- и грязеотталкивающей обработки текстильных материалов
DE10135157A1 (de) * 2001-07-19 2003-02-06 Creavis Tech & Innovation Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer selbstreinigenden Beschichtung auf Textilien
RU2394956C1 (ru) * 2008-12-09 2010-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН (ИСПМ РАН) Способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU175479A1 (ru) * Способ гидрофобизации материалов текстилбногоназначения
US5418051A (en) * 1988-03-14 1995-05-23 Fabric Coating Corporation Internally coated webs
UA19300A (ru) * 1991-01-18 1997-12-25 Український Науково-Дослідний Інститут Текстильної Промисловості Состав для водо- и грязеотталкивающей обработки текстильных материалов
DE10135157A1 (de) * 2001-07-19 2003-02-06 Creavis Tech & Innovation Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer selbstreinigenden Beschichtung auf Textilien
RU2394956C1 (ru) * 2008-12-09 2010-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН (ИСПМ РАН) Способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394956C1 (ru) Способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале
Zhu et al. Modified silica sol coatings for highly hydrophobic cotton and polyester fabrics using a one-step procedure
CN101397754A (zh) 一种无氟超疏水棉织物的制备方法
PT938405E (pt) Materiais compostos com base em materia vegetal
Matziaris et al. Impregnation and superhydrophobicity of coated porous low-fired clay building materials
Lin et al. Superhydrophobic materials with good oil/water separation and self-cleaning property
CN101628706A (zh) 一种纳米结构表面及其原位制备方法
Cavallaro et al. Nanoclays for conservation
Za’im et al. Synthesis of water-repellent coating for polyester fabric
RU2579207C1 (ru) Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния
WO1995016752A1 (en) Silane/siloxane emulsions for masonry surfaces
JP2017525790A (ja) アミノシロキサン、アルコキシケイ素化合物および金属カルボキシレートの組成物
Makhotkina et al. Hydrophobic textile materials with organosilicon impregnation
JP2005200625A (ja) 水系撥水処理剤及び撥水処理方法
Wang et al. A new perspective on durable superhydrophobic wood: Designing a non-wetting structure from the wood surface to the interior
Chen et al. Photothermal Superhydrophobic Zinc Oxide Cotton Fabric Based on an Impregnation Method
US20030175438A1 (en) Treatments of solid substrates to enhance durability of treatments placed thereon
Shilova et al. The sol-gel and hydrophobic properties of antifriction coatings for use in high-speed mini-turbogenerators
RU2370583C2 (ru) Способ придания волокнистым материалам гидрофильных свойств
Volkov et al. Determination of the capillary size and contact angle of fibers from the kinetics of liquid rise along the vertical samples of fabrics and nonwoven materials
Alfieri et al. Impregnant formulation to the preservation, protection and consolidation of wood heritage assets
CN112063298A (zh) 一种多功能防污剂及其制备方法
CN106732811B (zh) 具有油水分离和可见光降解有机污染物的织物的制备方法
RU2524381C2 (ru) Способ гидрофобизации материалов алкилиминопропилсодержащими силоксанами
Hurren et al. Photo-catalysis of red wine stains using titanium dioxide sol-gel coatings on wool fabrics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161115

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181122

HE4A Change of address of a patent owner

Effective date: 20190304