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.