Номер 40 —  2008

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМЧИСТКЕ И ПРАЧЕЧНОЙ
Новое название старых процессов

В декабре 2007 года в Москве прошла международная конференция «Наука – сервису», вызвавшая огромный интерес специалистов разных отраслей службы быта, включая химчистку и прачечную. Развитию нанотехнологий в нашей деятельности было уделено основное внимание в ходе Круглого стола «Технологические и экологические концепции устойчивого развития предприятий химической чистки, стирки и клининга», прошедшего в рамках конференции. Предлагаем нашим уважаемым читателям избранные материалы данного мероприятия.

Прежде всего собравшиеся сочли нужным пояснить, что модное слово «нанотехнологии», которое так хорошо сегодня произносится с самых разных трибун к месту и не к месту – не есть что-то совершенно новое: образованием тончайшего слоя размером в несколько нанометров сопровождается и нанесение всевозможных покрытий, и даже просто процесс написания текста или рисования карандашом на бумаге. Широко используются эти технологии и в производстве текстильных материалов для придания им определенных свойств, и в процессе их обработки на предприятиях химической чистки и стирки, о чем и говорили выступающие в рамках Круглого стола.

В.А. Волков, д.х.н., Московский государственный текстильный университет, г. Москва: «Нанотехнология молекулярного наслаивания при антиадгезионной модификации волокон текстильных материалов»

Нанотехнологии у многих ассоциируются прежде всего с электронной промышленностью, хотя они уже достаточно давно применяются и в производстве текстильных материалов, и, в частности, при модификации волокон для текстильных изделий с целью придания материалу тех или иных свойств (водо-, масло-, грязеотталкивание и т.д.). Суть процесса заключается в том, что на поверхность волокон наносится очень тонкая пленка – толщиной всего лишь в тысячную долю от размера волокна и в десятки, а то и сотни раз меньшую по массе. Раньше такие технологии мы называли адсорбционными (технологии формирования адсорбционных, полимерных слоев), сейчас их называют нанотехнологиями, поскольку идет формирование нанослоя - в виде адсорбционного слоя или в виде нанесенного молекулярного.

Исследования по данной теме проводились с целью выявления механизма формирования модифицирующего слоя и условий наиболее эффективного модифицирующего действия, а также разработки технологии модификации тканей при обработке изделий на предприятиях химической чистки и в прачечных.

В результате исследований было определено, что возможны различные варианты модификации поверхностных волокон тканей нанослоями с целью придания волокнам заданных свойств:

Первый – это осаждение частиц, несущих полезные свойства, например, частиц серебра, обладающих бактерицидными свойствами. Если частицы не должны вступать в непосредственный контакт с телом человека, то можно их закреплять с помощью пленки полимера, формируемой из наночастиц (латексов).

Второй вариант – формирование пленки полимера из латексов, которая обладает необходимыми свойствами.

Третий – формирование адсорбционного ориентированного слоя, обладающего необходимыми свойствами.

Наконец, четвертый вариант предусматривает формирование слоя из молекул поверхностно-активного или иного вещества, придающего волокнам заданные свойства, например гидро- или олеофобные.

Остановимся на результатах наших исследований по модификации волокон тканей фторорганическим соединением.

В основу модифицирующего действия положено снижение критического поверхностного натяжения волокон за счет образования ориентированного модифицирующего слоя фторсодержащего вещества с поверхностным натяжением меньшим, чем у углеводородной жидкости.

Формирование модифицирующего слоя для придания волокнам тканей олеофобных (маслоотталкивающих) свойств проводились методом молекулярного наслаивания. Для создания необходимой ориентации пропитка осуществлялась из органической среды (перхлорэтилена), тогда молекулы ориентируются полярными группами к волокнам, и может проводиться реакция закрепления модификатора на поверхности волокон. Реакция может осуществляться в соответствии со схемой (рис. 1), где Rf , Rf` - фторсодержащие фрагменты молекулы модификатора и R`` - фрагмент макромолекулы волокна ткани.

Установлено, что оптимальные модифицирующие свойства проявляются при полном закрытии поверхности волокон модификатором. Превышение количества модификатора, необходимого для создания монослоя, приводит к снижению модифицирующего эффекта. Это связано с изменением ориентации молекул модификатора в поверхностном слое.

Большую притягательность имеют технологии с применением воды в качестве растворителя. Однако в этом случае молекулы модификатора ПФСК- 8 не формируют поверхностного слоя с оптимальной конформацией. Поэтому получаются худшие свойства по сравнению с неводной средой. В этой связи мы начали исследования по наслаиванию наноразмерных слоев модификатора Неофлон-301, закрепление которых на поверхности волокон может осуществляться «якорным» слоем вещества, несущего заряд, противоположный по знаку заряду поверхности волокон и модификатора. Схема молекулы Неофлона-301 приведена на рис. 2

Молекула Неофлона-301 способна к диссоциации в водном растворе с образованием фторсодержащего аниона, который может закрепляться на поверхности волокон в присутствии поливалентных катионов или катионного полимера.

Прочность закрепления модификатора и устойчивость модификации к химической чистке и стирке еще предстоит определить.

А.А. Агеев, д.т.н., Российский государственный университет туризма и сервиса, Москва: «Коллоидно-химические аспекты современных нанотехнологий моющего действия»

Рассмотрим некоторые достаточно распространенные положения, касающиеся теоретических основ технологий моющего действия в химчистке и стирке. В качестве модели процесса загрязнения будем рассматривать механизм адгезии. Тогда, с термодинамической точки зрения, моющее действие есть процесс, обратный адгезии. В случае проведения моющего действия квазистатическим путем работа, необходимая для удаления загрязнений, определяется соотношением межфазных натяжений в моющей системе. Термодинамический метод показывает неэффективность любых технологий, основанных на использовании только механического воздействия на очищаемую поверхность без применения растворов поверхностно-активных веществ.

На основании этого, а также на основании теории ДЛФО выявляется неэффективность и ограниченность любых «сухих» методов очистки твердых поверхностей.

Таким образом, моющее действие достаточно определить как физико- химический процесс удаления загрязнений с поверхности твердых тел путем перевода в раствор и (или) состояние устойчивой дисперсии.

Вместе с тем на основе многочисленных литературных данных о составе общих загрязнений, среди которых только 20-25% растворимы в воде или в органических растворителях, можно сделать вывод о приоритетности дисперсионного механизма моющего действия в сравнении с растворимостью. Таким образом, растворение не может быть основным механизмом моющего действия.

Предлагаемый дисперсионный механизм не только объединяет водные технологии (стирка, аквачистка, клининг), но и характерен для наименее изученного – химической чистки. Общностью механизма снимается и распространенное заблуждение относительно более «глубокого» очищения поверхности при химической чистке в сравнении с водными технологиями. Экспериментально показано, что величина моющего действия при химической чистке ничуть не выше, чем при стирке. Исключительность химчистки заключается в отсутствии набухания волокнообразующих полимеров в перхлорэтилене. Это дает возможность без потери формы и формоустойчивости обрабатывать многокомпонентную по волокнистому составу одежду.

Критическому осмыслению подлежит и общепринятое положение о значительности мицеллообразования в моющем процессе. Действительно, для мицеллообразующих поверхностно-активных веществ максимум моющего действия зачастую совпадает с началом мицеллообразования. Объяснение этого факта базируется на предположении о солюбилизации нерастворимых веществ в ядрах мицелл и значительном вкладе этого процесса в общий эффект моющего действия.

Однако, наряду с этими фактами, известно достаточное число поверхностно-активных веществ, обладающих высокой моющей способностью и не образующих агрегатов в растворе. Кинетика солюбилизации такова, что за время проведения стирки или химчистки (10- 20 мин.) солюбилизация не может внести высокого вклада в моющий процесс. Показано также, что максимум моющего действия приходится не на начало мицеллообразования, а на окончание формирования насыщенных адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ на всех поверхностях раздела фаз моющей системы.

Таким образом, обосновывается положение о том, что доминантным механизмом моющего действия является диспергирование загрязнений и стабилизация полученной дисперсии; при этом определяющим фактором служит адсорбция поверхностно-активных веществ.

С этих же позиций можно раскритиковать и распространенное определение пятновыводных средств в качестве композиции «хороших» растворителей для пятнообразующих веществ. Технология пятновыводки требует дальнейшего развития, опираясь на механизм избирательного смачивания и эмульгирования (даже для жиро-масляных загрязнений).

Рассмотренный механизм моющего действия позволяет утверждать, что моющую систему необходимо рассматривать как совокупность нанообъектов, а технологию моющего действия следует отнести к практическим применениям коллоидно-химических аспектов нанотехнологий, где особое место занимают нанотехнологии при решении вопросов модификации поверхностных свойств очищаемой поверхности.

Помимо «нашего», одновременно под эгидой РГУТиС прошли еще 14 Круглых столов, посвященных, в частности, проблемам правового регулирования сферы услуг, физическим исследованиям в сфере высокотехнологичного сервиса, социальной сфере, проблемам теневой экономики в малом и среднем бизнесе сферы услуг и потребительского рынка, а также собственно сервису как таковому – в историко-философском и социокультурном осмыслении. Все эти мероприятия проводились с участием студентов университета: будущее российской службы быта выглядит весьма оптимистичным.

Редакция Х&П

СОДЕРЖАНИЕ