Nanotechnologia w wytwarzaniu włókien chemicznych : nanokompozytowe włókna z udziałem montmorylonitu
Abstract
Stosowanie nanotechnologii znacznie rozszerza możliwości modyfikacji właściwości
włókien chemicznych. Wprowadzenie do tworzywa włókien różnych pod
względem budowy chemicznej nanododatków umożliwia nadanie im nowych cech,
niespotykanych we włóknach klasycznych.
W grupie nanododatków ceramicznych duże znaczenie odgrywają glinokrzemiany
warstwowe, a w szczególności montmorylonit. Jego budowa, właściwości
oraz sposoby otrzymywania nanokompozytów z jego udziałem na bazie różnych
polimerów przedstawione są w początkowych rozdziałach pracy. Dalsze jej części
dotyczą otrzymywania włókien nanokompozytowych opartych na dwóch tworzywach:
poliimidoamidzie i poliakrylonitrylu. Oba rodzaje włókien nanokompozytowych
formowane są metodą z roztworu na mokro. Zaletą tej metody jest możliwość
ukierunkowanego sterowania- parametrami procesowymi w celu uzyskania założonych
właściwości włókien. Nanokompozytowe włókna poliimidoamidowe wykazują
unikatowe połączenie podwyższonej porowatości i dobrych właściwości
sorpcyjnych z barierowością na działanie strumienia cieplnego i płomienia oraz
wysokimi właściwościami termicznymi wynikającymi z budowy chemicznej tworzywa.
Cechy te warunkują podwyższony komfort użytkowania odzieży ochronnej
wykonanej z takich włókien. Jednocześnie wytrzymałość włókien nanokompozytowych
jest odpowiednia do ich przerobu na płaskie wyroby włókiennicze.
Nanokompozytowe włókna poliakrylonitrylowe stanowią prekursor do otrzymywania
włókien węglowych przeznaczonych do zastosowań medycznych. Ich
podwyższona porowatość, przy wytrzymałości odpowiedniej do procesu karbonizacji,
sprzyjać będzie procesom degradacji włókien węglowych w organizmie, procesom
adhezji i wzrostu komórkowego, a obecność pierwiastków pochodzących od
nanododatku (MMT) działać będzie stymulująco na odbudowę tkanki kostnej.
Uzyskanie obu typów włókien nanokompozytowych, o unikatowych właściwościach
(dostosowanych do ich przeznaczenia), wymagało pogodzenia przeciwstawnego
wpływu parametrów procesu formowania na ich strukturę porowatą, nadmolekularną,
właściwości sorpcyjne i wytrzymałościowe. Szczegółowa analiza uzyskanych wyników
stanowiła podstawę do wytypowania optymalnych warunków ich wytwarzania.
Określono także wpływ obecności nanododatku na mechanizm zestalania i przebieg
procesów deformacyjnych w etapie rozciągu. Umożliwiło to odniesienie ogólnych
prawidłowości procesu formowania włókien metodą z roztworu na mokro do
wytwarzania włókien nanokompozytowych. Utilization of nanotechnology greatly increases the possibilities of modification of
chemical fibres. Implementation to the fibres' materiał different, in terms of chemical
structure, nanoadditives enables giving them new features, unprecedented in classical
fibres.
In the group of ceramic nanoadditives, the layered aluminosilicates play an
important role, in particular the montmorillonite. Its structure, properties and
possibilities of obtaining nanocomposites with its use on the basis of different
polymers are presented in the initial chapters of the work. The latter parts of the work
concem obtaining of nanocomposite fibres based on two materials: polyimideamide
and polyacrylonitrile. Both types of the nanocomposite fibres are formed with the
use of wet solution method. The advantage of this method is the possibility of a
directed controlling of the process parameters in order to achieve the assumed
properties of fibres. The polyimideamide nanocomposite fibres show a unique
combination of increased porosity and good sorption properties with the barrierity
against heat flux and flame action, and good thermal properties resulting from the
chemical structure of the materiał. These features cause an increased comfort of
use of protective clothes made from such fibres. Simultaneously, the tenacity of
nanocomposite fibres is suitable for their processing for fiat textile products.
The polyacrylonitrile nanocomposite fibres constitute a precursor for obtaining
carbon fibres destined for medical use. Their increased porosity, with the tenacity
suitable for carbonization process, will foster the degradation process of carbon
fibres in an organism, the processes of adhesion and cellular growth, and the
presence of elements coming from the nanoadditive (MMT) will be stimulating for
bone tissue regeneration. Obtaining of both types of nanocomposite fibres, with
unique properties (adjusted to their use ), required reconciliation of the opposing
influence of the fom1ing process parameters' on the over-molecular porous structure,
sorption and tenacity properties of those fibres.
The thorough analysis of the obtained results constituted the basis for selecting
the optimal conditions of their forming. The influence of the presence of the
nanoadditive on the mechanism of solidification and the course of the deformation
processes in the stage of drawing was also determined. It enabled to refer the
generał correctness of the fibres' forming process with the use of wet solution
method to the nanocomposite fibres forming.