Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Исследование, посвящённое улучшению гидрофильности полипропиленового спанбонда, представляет собой комплексную работу, направленную на разработку доступной и эффективной методики модификации материала без ухудшения эксплуатационных качеств. Поскольку полипропилен изначально характеризуется выраженной гидрофобностью, его способность впитывать воду крайне ограничена, что снижает возможности применения в медицинских, фильтрационных и текстильных изделиях. Главная цель исследования заключалась в том, чтобы повысить смачиваемость поверхности за счёт использования поверхностно-активных веществ (ПАВ) и подбора оптимальных условий их нанесения, а затем подтвердить влияние модификации с помощью физико-химических и механических методов анализа. В качестве модифицирующих агентов были выбраны несколько ПАВ различного типа: катионные, анионные и неионогенные соединения с разной химической природой и способностью взаимодействовать с поверхностью полипропилена. Для каждого вещества были приготовлены водные растворы в широком диапазоне концентраций, поскольку такая среда является безопасной и оптимальной для внедрения модифицирующих компонентов в различные сферы жизнедеятельности. Все образцы подвергались одинаковой процедуре: выдерживанию в растворе ПАВ, сушке и дальнейшему измерению краевого угла смачивания, который является ключевым параметром, отражающим степень гидрофильности. Результаты экспериментов показали существенную разницу в эффективности различных типов ПАВ. Наиболее сильно гидрофильность увеличивал лауроилглицинат натрия (SLG), относящийся к анионным ПАВ. Он обеспечивал заметное снижение угла смачивания и резкое уменьшение времени впитывания капли воды, что свидетельствовало о хорошей адгезии его молекул на волокне. Катионные ПАВ проявили умеренное воздействие: среди них наиболее перспективным оказался DTAB. Неионогенные ПАВ практически не увеличивали гидрофильность, что объясняется их слабым взаимодействием с гидрофобной структурой полипропилена. После выбора наиболее результативных веществ следующим этапом стало определение условий нанесения, позволяющих ПАВ равномерно распределяться на поверхности волокон и закрепляться максимально эффективно. Влияние времени выдерживания было исследовано в диапазоне от нескольких десятков минут до суток, и было установлено, что для формирования выраженного гидрофильного слоя необходимо не менее трёх часов. Более короткое выдерживание не давало достаточного эффекта, а чрезмерно длительное — напротив, приводило к ухудшению результата из-за перераспределения вещества. Одним из наиболее эффективных способов оказалось использование ультразвука: кавитационные эффекты обеспечивали максимально эффективное распределение ПАВ по поверхности ПП, повышая однородность покрытия. Напротив, простое перемешивание растворов с образцами не приводило к желаемой равномерности распределения и было менее результативным. Сравнимого с УЗ-обработкой результата удалось достичь при нагревании растворов до 60 °C, что облегчало адсорбцию ПАВ и способствовало формированию более стабильных гидрофильных участков. Снижение температуры нанесения до 40 °C ухудшало итоговые характеристики. Погружение полипропиленового спанбонда в раствор гидроксида натрия в течение 14 часов позволило изменить поверхностную энергию материала таким образом, что последующее нанесение ПАВ стало значительно более эффективным. Комбинация щелочной обработки с последующей обработкой SLG или DTAB при нагреве либо ультразвуке позволила достичь минимальных значений краевого угла смачивания, соответствующих высокогидрофильным материалам. После получения наиболее перспективных образцов (обеспечивающие минимальный краевой угол смачивания, и время впитывания) особое внимание было уделено анализу того, как модификация воздействует на структуру и поверхность материала. Сканирующая электронная микроскопия показала, что ни щёлочь, ни ПАВ не нарушают целостность волокон: толщина волокна остаётся одинаковым, разрушений или дефектов не наблюдается. Такой результат особенно важен, поскольку альтернативные методы гидрофилизации, например плазменная обработка или использование сильных окислителей, нередко приводят к повреждению материала. Далее были проведены механические испытания на растяжение, демонстрирующие, что модификация не снижает прочность материала, а в ряде случаев даже повышает его. Особенно сильно это проявляется после щелочной обработки, вероятно благодаря частичному связыванию технологических добавок и изменению расстояния между волокнами. Обработка ПАВ может слегка снижать прочность относительно щёлочно-модифицированного образца, однако конечные значения остаются на уровне или выше исходного материала. Также исследовалась гибкость — важная характеристика для текстильных материалов. Чистый полипропилен проявил хорошую способность к сгибанию, тогда как щелочная обработка делала его более жёстким. Однако последующее нанесение ПАВ компенсировало этот эффект, и итоговая гибкость восстанавливалась до значений, близких к исходным. Исследование показало, что и щелочная обработка, и обработка ПАВ не ухудшают способность материала пропускать воздух. Незначительные отклонения объясняются вариативностью структуры спанбонда и особенностями метода измерения. Это означает, что гидрофилизация не закупоривает поры и не нарушает фильтрационную или вентиляционную способность материала. Для оценки количества ПАВ, закреплённых на поверхности, применялись термические методы, однако низкая концентрация вещества и совпадение температур разложения с полимером делают такие методы малоинформативными. Исследование с помощью ИК-спектроскопии подтвердило, что щелочная обработка не вызывает образования новых функциональных групп в полипропилене, что говорит о химической стабильности материала. В то же время обработка ПАВ демонстрирует появление новых полос (значительное усиление сигнала) поглощения, связанных с характерными функциональными группами модифицирующих молекул. SLG обнаруживается значительно отчётливее, чем DTAB, что полностью коррелирует с результатами тестов по смачиваемости. В целом проведённое исследование демонстрирует, что сочетание щелочной обработки и последующего нанесения анионных ПАВ при повышенной температуре или при использовании ультразвука позволяет создать высокогидрофильный полипропиленовый материал без нарушения его структуры и без снижения эксплуатационных характеристик. Таким образом, разработанная методика является экономичной, безопасной и технологически простой, что делает ее альтернативой агрессивным методам модификации. Она открывает возможности для создания новых типов медицинских, фильтрационных и текстильных материалов, в которых требуется сочетание высокой прочности, стабильной структуры и способности эффективно взаимодействовать с влагой.