Способ модификации текстильных материалов наночастицами металлов

Изобретение относится к области нанотехнологии волокнистых материалов, в частности к антимикробной защитной отделке, и может быть использовано в текстильной промышленности для получения нетоксичных для человека антибактериальных, защитных текстильных материалов, сохраняющих свои свойства в течение нескольких влажно-тепловых обработок. Способ заключается в предварительном приготовлении водного раствора металлических наночастиц размером 5-12 нм с концентрацией от 10% до 100% от веса модифицируемого материала и модуле ванны 1:50 - 1:100. Погружают в него текстильный материал и выдерживают в течение 30 мин при температуре от 40ºС до 80ºС в условиях активной гидродинамики. Отжимают до остаточной влажности 150-200% и последующей контактной сушкой при температуре от 80 до 150ºС в течение 1-1,5 мин. Изобретение позволяет снизить токсичность материала, повысить прочность и равномерность закрепления наночастиц на поверхности и в структуре материала. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области нанотехнологии в текстильной промышленности, в частности к способам отделки текстильных материалов с различным волокнистым составом коллоидным раствором наночастиц металлов для придания текстилю антимикробных, антистатических, экранирующих свойств, для использования при изготовлении детской одежды, постельного белья, медицинского текстиля, а также текстильных изделий технического назначения.

Известен способ (патент RU2402655, D06M 11/01, 2009), получения антимикробных серебросодержащих материалов на основе природных полимеров, а именно - фиброина натурального шелка, который может быть использован для производства бактерицидных перевязочных средств, медицинской одежды, нижнего и постельного белья, фильтров для обеззараживания воды. Способ получения указанного материала включает пропитку природного полимера водным раствором нитрата серебра. В качестве природного полимера используют фиброин натурального шелка, который обрабатывают 20-60 мин водным раствором нитрата серебра концентрацией 0,025-1,0 мас.% при комнатной температуре. В раствор дополнительно вводят борогидрид натрия при соотношении нитрат серебра:борогидрид натрия 1:1-1:10. Пропитку материала проводят при модуле ванны 1:10-1:25. Материал используют в виде волокна, тканого, нетканого или трикотажного материала. Недостатком данного изобретения является: во-первых, ограниченность ассортимента волокнистых материалов (предполагается использование только природных полимеров), во-вторых, процесс восстановления наночастиц из нитрата серебра борогидридом натрия может ухудшать экологию, а уменьшение концентрации нитрата серебра приводит к снижению антибактериального эффекта.

Известен способ ЕР2274470, D06M 11/42, 2009 изготовления натуральных и синтетических текстильных материалов, содержащих серебряные наночастицы. Способ включает реакции между ионами серебра и восстановителями в водном или водно-спиртовом растворе. Текстильные материалы могут погружаться в раствор в виде свободных волокон, нитей, пряжи, в виде тканей или нетканых материалов. Оптимальное массовое соотношение между серебром и текстильным материалом около 2 г серебра на 100 г волокон. Недостатком данного способа является большое число компонентов реакционной смеси для модификации, что увеличивает затраты времени на приготовление модифицирующей композиции. Воздействие хлора и азота может привести к деструкции текстильных материалов, их пожелтению, снижению прочности, поскольку процесс предполагает реакцию восстановления наночастиц серебра из перхлората и нитрата серебра непосредственно в присутствии текстильных материалов. При этом на текстиле в процессе восстановления могут образовываться агломераты наночастиц, что отрицательно влияет на антибактериальные и защитные свойства, для предотвращения агломерации в раствор добавляют диспергатор, что увеличивает количество компонентов, а следовательно, стоимость производства. Предпочтительная температура для проведения данного технологического процесса около 500ºС, что увеличивает энергоемкость процесса, а следовательно, затраты на производство. При этом такая высокая температура значительно ограничивает возможность модификации наночастицами синтетических текстильных материалов.

Наиболее близким к заявленному является способ RU2401349, D06M 16/00, 2009, который заключается в способе антимикробной отделки целлюлозосодержащего текстильного материала, заключающемся в предварительном приготовлении модифицирующего водного раствора соли ацетата, или лактата, или пропионата, или сульфата серебра с концентрацией от 0,1 до 10 г/л, погружении в него текстильного материала и выдерживании в течение от 0,5 до 2 мин при комнатной температуре, с последующим отжимом до остаточной влажности от 100 до 150% и сушкой при температуре от 20 до 180ºС. Модифицирующий водный раствор включает поверхностно-активное вещество с концентрацией от 0,1 до 2,0 г/л.

Недостатком данного изобретения является использование в качестве модификаторов солей металлов с достаточно большой концентрацией, такие материалы могут обладать токсичностью и вызывать аллергические реакции у человека. Приготовление солей серебра требует дополнительных затрат времени. Нанесение при комнатной температуре и сушка при температуре ниже 80ºС не способствует прочному закреплению наночастиц, а при воздействии температур выше 150°С может произойти деструкция текстильного материала (особенно при контактной сушке).

Известно, что в последние годы значительный интерес вызывают металлические наночастицы, обладающие ярко выраженными, устойчивыми антибактериальными свойствами. При этом применение наночастиц металлов позволяет в сотни раз снизить концентрацию частиц с сохранением всех бактерицидных свойств.

Задача настоящего изобретения - уменьшение количества компонентов для модификации текстиля, снижение токсичности материала за счет использования готовых металлических наночастиц, повышение прочности и равномерности закрепления наночастиц на поверхности и в структуре материала.

Поставленная задача достигается тем, что текстильный материал подвергают обработке путем его погружения в водный раствор при температуре 20±5ºС, нагреваемый до температуры 40ºС, содержащий наноструктурные коллоидные частицы с концентрацией 10-100% от веса материала, с последующим нагреванием раствора до температуры 80ºС и выдерживанием в нем текстиля в течение 30 минут, после чего осуществляют извлечение материала, отжим его до остаточной влажности 150-200% и финишную сушку при температуре от 80ºС до 150ºС в течение 1-1,5 минуты. В состав водного раствора могут входить коллоидные наночастицы серебра, золота, никеля, платины. Текстильный материал может быть из волокон хлопка, или вискозы, или полиэстера, или полиакрилонитрила, или полиамида, или шелка, или шерсти или смесовым материалом.

Способ осуществляется следующим образом. Сначала готовят модифицирующий раствор путем перемешивания готового концентрированного раствора металлических наночастиц с дистиллированной водой в концентрациях от 10 до 100% от веса материала и нагревают его до 40ºС. Далее текстиль пропитывают приготовленным раствором на типовом оборудовании для отделки текстильных материалов путем погружения в ванну с приготовленным раствором, нагревания раствора до 80ºС с выдерживанием в нем в течение 30 мин в условиях активной гидродинамики. Далее текстильный материал отжимают до необходимой остаточной влажности и сушат при температуре от 80 до 150ºС, в течение 1-1,5 мин. Управляющим переходом металлических наночастиц из раствора на волокно является изменение температуры. Гидрофобные синтетические, термопластичные волокна при повышении температуры из стеклования переходят в высокоэластичное состояние, которое характеризуется свободным объемом, соизмеримым с пористостью гидрофильных волокон. Поэтому для каждого вида волокнистого состава существуют рекомендуемые режимы температурной обработки, приведенные в справочниках и в табл.1 (см. Фиг.1).

Таблица 1
Волокнистый состав Рекомендуемая температура, ºС
Лен 150
Хлопок 150
Шерсть 140-150
Полиэстер (лавсан) 120-140
Полиакрилонитрил (ПАН) 120-140
Натуральный шелк 120-130
Вискоза 120-130
Полиамид 80-120

Одной из особенностей металлических наночастиц является возбуждение плазмонных резонансов под действием света, вследствие криволинейности поверхности. Известно, что в присутствии наночастиц интенсивность рамановских спектров резко возрастает или снижается, что зависит от различных факторов (так, присутствие большого количества наночастиц на волокне может ослаблять интенсивность рамановских линий) и, таким образом, является эффективным методом для идентификации малого количества наночастиц [2]. Для численной оценки интенсивности исследован интегральный коэффициент усиления спектров модифицированных материалов относительно эталонных. Если рамановский сигнал от одной молекулы в отсутствие наночастицы R0, то в случае среднего числа молекул N и в присутствии наночастиц (1):

R=NR0G, (1)

где G - коэффициент усиления.

Таким образом, можно предположить, что в случае отсутствия наночастиц G=1, если наночастицы присутствуют на образце, то G≠1.

В случае наночастиц золото и серебра резонанс находится в видимой области электромагнитного спектра, результат этого - яркие цвета частиц, как в проходящем, так и в отраженном свете, являющиеся следствием резонансно усиленного поглощения и рассеяния.

В результате модификации наночастицами золота ткани приобретают фиолетовый оттенок, в результате модификации наночастицами серебра - коричневатый, наночастицами никеля - желтоватый, что свидетельствует о закреплении частиц, что подтверждается данными литературных источников. В таблице 2 приведены результаты исследования модифицированного наночастицами текстиля с помощью рамановской спектроскопии.

Таблица 2
Наименование волокна Концентрация коллоидных частиц, % Остаточная влажность, % Температура сушки,°С Интегральный коэффициент усиления рамановского спектра (приблизительно одинаковый для всех видов наночастиц)
Натуральные волокна (хлопок, шерсть, шелк) 10 170-200 110-150 0,88
100 1,639
Искусственные и синтетические волокна (вискоза, полиэстер, полиакрилонитрил, полиамид) 10 150-170 80-100 118,63
100 3,191

В результате отделки текстильного материала при повышенных температурах наночастицы металлов путем диффузии проникают в структуру текстильных материалов на макро- и микроуровне, усиливается адгезия наночастиц к поверхности волокон. Активная гидродинамика интенсифицирует конвективную диффузию процесса, обеспечивает равномерное распределение наночастиц в структуре текстильных материалов.

Дополнительным результатом, который можно получить при осуществлении заявленного способа, является расширение ассортимента текстильных материалов, снижение воздействия на окружающую среду.

1. Способ модификации текстильных материалов наночастицами металлов, включающий обработку материала водным составом, содержащим наноструктурные частицы серебра при температуре 20±5ºС и последующую обработку, отличающийся тем, что текстильный материал подвергают обработке путем его погружения в водный раствор, нагретый до температуры 40ºС, содержащий наноструктурные коллоидные частицы с концентрацией 10-100% от веса материала, с последующим нагреванием раствора до температуры 80ºС и выдерживанием в нем текстиля в течение 30 минут в условиях активной гидродинамики, после чего осуществляют извлечение материала, отжим его до остаточной влажности 150-200% и финишную сушку при температуре от 80ºС до 150ºС в течение 1-1,5 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор содержит коллоидные частицы - наночастицы серебра, золота, никеля, платины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистый состав текстильного материала - хлопок, или вискоза, или полиэстер, или полиакрилонитрил, или полиамид, или шерсть, или шелк, или смесовый материал.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано в текстильной промышленности для изготовления антимикробных серебросодержащих целлюлозных материалов. Способ получения антимикробного серебросодержащего целлюлозного материала включает обработку целлюлозной матрицы водной дисперсией частиц серебра в течение 10-60 сек, полученной смешением щелочного экстракта лубяных волокон с водным раствором азотнокислого серебра и выдерживания этой смеси при температуре 50-95°C в течение 10-90 мин.
Изобретение относится к технологии производства антимикробных медьсодержащих целлюлозных материалов и может быть использовано в текстильной промышленности. Целлюлозную матрицу обрабатывают водной дисперсией частиц меди при их концентрации 0,025-1,28 мас.%.

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к технологии антимикробной отделки ткани для корпоративной, специальной и форменной одежды и ткани для выработки детского ассортимента.
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа обработки волокнистых материалов составами для придания антимикробных и фунгицидных свойств.

Изобретение относится к нетканым текстильным материалам на основе химических и натуральных волокон с антимикробными свойствами, которые могут быть использованы в качестве протирочных материалов в медицине.

Изобретение относится к изделию, включающему субстрат и покрытие на нем, обладающее противомикробными и/или поротивогрибковыми свойствами. .

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в отделочном производстве для придания изделиям из целлюлозосодержащих тканей огне- био-водоупорных защитных свойств, утраченных при эксплуатации.

Изобретение относится к технологии получения синтетического волокна с биоцидными свойствами и может быть использовано в текстильной промышленности для изготовления текстильных изделий санитарно-гигиенического назначения - халатов, шапочек и другой одежды медицинского персонала, постельного и столового белья, полотенец для использования в медицинских учреждениях, на общественном транспорте, в местах заключения, а также для личного использования в домашних условиях.

Изобретение относится к производству волокна с биоцидными свойствами и может быть использовано в текстильной промышленности для изготовления текстильных изделий санитарно-гигиенического назначения - одежда, постельное и столовое белье для использования в медицинских учреждениях, на общественном транспорте, в местах заключения, для личного использования в домашних условиях.
Изобретение относится к способу получения трудногорючих полимерных изделий на основе полиэтилентерефталата с биоцидными свойствами, которые используются в текстильной промышленности, медицине и изделиях специального назначения.

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Сначала готовят раствор полиакрилонитрила (ПАН) и ацетилацетоната Fe(CH3COCH=C(CH3)O)3·6H2O в диметилформамиде при температуре 40°C.

Изобретение относится к фотокаталитическим материалам с адсорбционными и антибактериальными свойствами. Материал содержит текстильную целлюлозосодержащую основу, фотокаталитический слой, представляющий собой комплекс из диоксида кремния, модифицированного алюминат-ионами, и диоксида титана анатазной модификации, и слой адсорбента из оксида алюминия бемитной структуры, который расположен между фотокаталитическим слоем и текстильной основой.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.

Использование: источник излучения. Сущность изобретения заключается в том, что источник излучения включает активный слой из полупроводникового материала, многослойную структуру с периодически чередующимися слоями с отличающимися показателями преломления, электрические контакты - верхний и нижний, верхний представляет собой тонкую металлическую пленку толщиной от 3 нм до 30 нм, расположенную над данным активным слоем на расстоянии не более 70 нм, толщины слоев в данной многослойной структуре и толщина данной тонкой металлической пленки выбраны таким образом, чтобы данная структура поддерживала длиннопробежное распространение поверхностных плазмонов вдоль ее поверхности, причем эффективный показатель преломления такого распространения был близок к показателю преломления внешней среды.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для упрочнения металлических трубных изделий. Устройство содержит оправку и роликовую матрицу.

Изобретение относится к каталитическим химическим процессам, а именно к реакциям гидрирования непредельных углеводородов и ароматических нитросоединений. Задачей изобретения является создание палладийсодержащего катализатора гидрирования, в котором частицы палладия имеют нанометровый размер и равномерно распределены на поверхности носителя.

Изобретение относится к области биотехнологии, биохимии и медицины. Предложен способ иммобилизации химотрипсина на наночастицах селена или серебра.
Группа изобретений относится к пищевой промышленности, а именно к производству биологически активных добавок (БАД) к пище для профилактики йодной недостаточности.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используются цефалоспориновые антибиотики, в качестве оболочки - ксантановая камедь, которую осаждают из суспензии в бутаноле путем добавления хлороформа в качестве нерастворителя при 25°С.

Изобретение относится к химической промышленности. Способ разделения фуллеренов включает растворение фуллеренов в о-ксилоле, высокотемпературную обработку полученного раствора при 70-90°C 60-120 минут с получением концентрата С60 и раствора, направляемого на низкотемпературную обработку при (-15)÷(-25)°C в течение 10-30 часов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Природный или синтетический графит или терморасширенный графит контактирует с кислородом или озоном при температуре от -30оС до 700°C. Полученный предшественник, представляющий собой графитовый материал, функционализированный кислородными группами (ФКГ), с молярным отношением углерод/кислород более 8:1 восстанавливают химическими или физическими средствами. При восстановлении химическими средствами используют водяной газ, водород, гидразин, метилгидразин. При восстановлении физическими средствами проводят нагревание по меньшей мере до 600°C с температурным градиентом более 10°C в минуту. Молярное отношение углерод/кислород в полученных наноразмерных графеновых пластинках более 20:1. Вспениваемая термопластичная полимерная композиция включает термопластичную полимерную матрицу; 1-10 мас. % по отношению к полимеру вспенивающего агента; 0,004-15 мас. % по отношению к полимеру полученных наноразмерных графеновых пластинок, имеющих высокую электропроводность и диспергируемость в неполярных и низкополярных полимерах. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 11 пр.

Изобретение относится к области нанотехнологии волокнистых материалов, в частности к антимикробной защитной отделке, и может быть использовано в текстильной промышленности для получения нетоксичных для человека антибактериальных, защитных текстильных материалов, сохраняющих свои свойства в течение нескольких влажно-тепловых обработок. Способ заключается в предварительном приготовлении водного раствора металлических наночастиц размером 5-12 нм с концентрацией от 10 до 100 от веса модифицируемого материала и модуле ванны 1:50 - 1:100. Погружают в него текстильный материал и выдерживают в течение 30 мин при температуре от 40ºС до 80ºС в условиях активной гидродинамики. Отжимают до остаточной влажности 150-200 и последующей контактной сушкой при температуре от 80 до 150ºС в течение 1-1,5 мин. Изобретение позволяет снизить токсичность материала, повысить прочность и равномерность закрепления наночастиц на поверхности и в структуре материала. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх