Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани

Изобретение относится к способу получения на поверхности хлопчатобумажной ткани полимерных покрытий, обладающих гидрофобными свойствами, которые могут быть использованы как защитные, водо-, грязеотталкивающие покрытия.

Известны методы водоотталкивающей обработки для ткани (Патент CN 103882691, D06M 11/13, D06M 11/38, D06M 13/188, 14.05.2014). Согласно первому способу ткань обрабатывают в 3 стадии составами, содержащими поливиниловый спирт, эпоксидную смолу, полиакриловую кислоту, додецилсульфат хлорид триметиламмония, силикон и др. Второй способ подразумевает обработку поверхности ткани тонким слоем специального клея, сушку при температуре и дальнейшее отверждение с использованием изоцианатного отвердителя.

Недостатком данных способов является необходимость наличия аппаратурной базы. Обработка большим количеством реагентов приводит к ухудшению физико-механических свойств ткани.

Известен способ получения непромокаемой воздухопроницаемой ткани (Патент RU 2526379 С2, МПК D06M 11/74, D06M 11/73, D06C 7/02, 11.05.2011). Согласно способу первую сторону ткани покрывают непромокаемой воздухопроницаемой мембраной, при этом одну сторону мембраны оставляют открытой. На покрытую ткань наносят обрабатывающий агент и осуществляют термофиксацию обработанной ткани. Обрабатывающий агент может содержать одно или несколько гидрофобных и олеофобных соединений. Изобретение обеспечивает защиту ткани от загрязнений на водяной и масляной основе.

Недостатками данного способа является сложность изготовления и высокая стоимость мембран и гидрофобизирующих агентов (фторуглерод), используемых для нанесения на поверхность ткани. Необходимо отметить, что закрепление модификатора производится физическим методом с использованием устройства термофиксации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале (Патент RU 2394956 С1, МПК D06M 13/408, D06M 15/353, C08F 220/24, D06M 15/347, 09.12.2008). Способ включает обработку материала 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, структурной формулы CF₃-(CF₂)₅-C(O)-HN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃. После удаления растворителя можно осуществлять дополнительную фиксацию гидрофобизатора обработкой горячим воздухом или путем каландрирования.

Недостатком данного способа является дороговизна и сложность синтеза гидрофобного агента. При работе с силаном возможно сшивание последнего даже при небольшом содержании воды в растворе. Проведение модификации в среде сверхкритического диоксида углерода требует специальной лабораторной установки.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа получения привитого полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани.

Техническим результатом является повышение гидрофобности хлопчатобумажной ткани.

Технический результат достигается в способе получения полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани, включающем обработку ткани окуночным методом в растворе прививаемого на поверхность ткани вещества в течение 20 минут с последующей термообработкой при 140°С, при этом в качестве прививаемого вещества используют 1,5% раствор предварительно модифицированного полиглицидилметакрилата в тетрагидрофуране, причем полиглицидилметакрилат модифицируют при 70°С в 0,05 М растворе стеариновой кислоты в тетрагидрофуране в течение 20 часов.

Способ получения полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани характеризуется тем, что модификацию полиглицидилметакрилата проводят при мольном соотношении стеариновая кислота : эпоскидные группы, равном 1-4:10.

Сущностью способа является получение на поверхности хлопчатобумажной ткани полимерного покрытия прививкой к ней полимерных цепей модифицированного полиглицидилметакрилата (ПГМА). Модификацию ПГМА проводили по реакционно-способным оксирановым циклам, в качестве модификатора использовали стеариновую кислоту при мольном соотношении кислота : эпоксидная группа ПГМА равном 1-4:10.

Далее осуществляли обработку поверхности хлопчатобумажной ткани частично ацилированным ПГМА в растворе тетрагидрофурана в течение 20 минут и последующую термическую обработку при 140°С, в результате чего под действием температуры происходит частичное раскрытие оксирановых циклов и ковалентное закрепление модифицированного ПГМА на поверхности хлопчатобумажной ткани.

Основным преимуществом данного метода прививки по сравнению с другими способами является то, что предварительно синтезированный полимер может быть охарактеризован традиционными химическими и физическими методами. Кроме того, этот способ прививки является простым с химической точки зрения, представляется более технологичным и позволяет регулировать количество ацилированных оксирановых циклов.

Состав модифицированного ПГМА подтверждали результатами элементного анализа. Полученные данные элементного анализа хорошо согласуются с теоретическим содержанием углерода и водорода в полимерах. При увеличении мольного соотношения стеариновая кислота: эпоксидная группа ПГМА в рамках заявленных значений, наблюдается увеличение степени ацилирования. При дальнейшем увеличении количества стеариновой кислоты, гидрофобные свойства полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани не повышаются.

Из данных исследования молекулярно-массовых характеристик методом гель-проникающей хроматографии следует, что полученные полимеры характеризуются молекулярно-массовым распределением (M_w/M_n) менее 2. При этом исходный ПГМА имеет среднечисленную молекулярную массу М_n=36,4*10³ и средневесовую молекулярную массу M_w=65,0*10^-3. В результате ацилирования ПГМА стеариновой кислотой наблюдается закономерное увеличение молекулярной массы в зависимости от степени ацилирования.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Полученные привитые полимерные покрытия на основе модифицированного ПГМА обладают гидрофобными свойствами. Гидрофобные свойства полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани оценивали по краевому углу смачивания. Результаты исследования представлены в таблице 2.

Полученное привитое полимерное покрытие на ткани с многоразмерной шероховатостью волокон обеспечивает ее водоотталкивающие свойства и позволяет достигнуть эффекта супергидрофобности. Из таблицы видно, что все модифицированные образцы хлопчатобумажной ткани обладают супергидрофобными свойствами. Использование модифицированного ПГМА позволяет достичь углов смачивания в 161°.

Способ получения полимерного покрытия осуществляется следующим образом:

Полиглицидилметакрилат модифицируют 0,05 М раствором стеариновой кислоты в тетрагидрофуране в течение 20 часов при 70°С при мольном соотношении стеариновая кислота : эпоскидные группы, равном 1-4:10. В результате модификации получают ПГМА с 10% ацилированных эпоксидных групп, 20%, 30% или 40% соответственно.

В выбранном 1,5% растворе предварительно модифицированного полиглицидилметакрилата (с 10%, 20%, 30% или 40% ацилированных эпоксидных групп) в тетрагидрофуране окуночным методом ведут обработку ткани в течение 20 минут с последующей ее термообработкой при 140°С.

Пример 1. Синтез ПГМА проводили по известной методике [Синтез привитых функциональных полимерных покрытий на поверхности алюминия методами контролируемой радикальной полимеризации / Е.В. Брюзгин, В.В. Климов, С.Д. Зайцев, Д.Е. Николичев, А.В. Навроцкий, И.А. Новаков // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2014. - №7. - С. 1610-1614] свободно радикальной полимеризации с использованием в качестве инициатора азобисизобутиронитрила (АИБН). Процесс проводили при 70°С в течение 6 часов. Далее полимер высаживали в холодный диэтиловый эфир, отфильтровывали на колбе Бунзена и сушили при пониженном давлении до постоянной массы.

Процесс частичного ацилирования ПГМА осуществляли в тетрагидрофуране (ТГФ) при 70°С в течение 20 часов: в 8,5 мл ТГФ растворяли 1,42 г ПГМА и 0,28 г стеариновой кислоты. Далее полимер высаживали в холодный диэтиловый эфир, отфильтровывали на колбе Бунзена и сушили при пониженном давлении до постоянной массы.

Прививку полученного модифицированного ПГМА с 10% ацилированных эпоксидных групп осуществляли окуночным методом в 5 мл его 1,5% раствора, при погружении в раствор образца хлопчатобумажной ткани на 15-20 минут с последующим его термостатированием при 140°С в течение 20 мин. Образцы отмывали в изопропиловом спирте, сушили при 80°С.

Пример 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1 и отличается тем, что при модификации ПГМА использовали 0,57 г стеариновой кислоты. Получали модифицированный ПГМА с 20% ацилированных эпоксидных групп.

Пример 3. Способ осуществляется аналогично примеру 1 и отличается тем, что при модификации ПГМА использовали 0,85 г стеариновой кислоты. Получали модифицированный ПГМА с 30% ацилированных эпоксидных групп.

Пример 4. Способ осуществляется аналогично примеру 1 и отличается тем, что при модификации ПГМА использовали 1,14 г стеариновой кислоты. Получали модифицированный ПГМА с 40% ацилированных эпоксидных групп.

Таким образом, предлагаемый способ получения полимерного покрытия на поверхности хлопчатобумажной ткани благодаря образованию привитого полимерного покрытия из предварительно модифицированного полимера позволяет придавать хлопчатобумажной ткани супергидрофобные свойства.