Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Материаловедение

Диссертационная работа:

Мишаков Виктор Юрьевич. Развитие научно-методических основ разработки и методов исследования антимикробных и защитных материалов на нетканых волокнистых носителях : диссертация ... доктора технических наук : 05.19.01 / Мишаков Виктор Юрьевич; [Место защиты: Московский государственный университет дизайна и технологии]. - Москва, 2008. - 270 с. : 43 ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. 6

Актуальность темы 6

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ ЗАЩИТНЫХ И АНТИМИКРОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ТЕКСТИЛЬНЫХ НОСИТЕЛЯХ 16

1.1 Системный анализ факторов воздействующих на организм человека при техногенных катастрофах и в биологически активных средах 16

1.2 Текстильные носители, используемые для изготовления защитных и антимикробных материалов 24

1.3 Антимикробные и биоцидные вещества, используемые при производстве антимикробных волокнистых материалов 32

1.4 Наносистемы и наноматериалы, их применение в производстве текстильных волокнистых материалов 36

Выводы по главе 43

2 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА НЕТКАНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОДЕЖДЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ И БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ.. 45

2.1 Общие требования и показатели качества текстильных волокнистых нетканых материалов 47

2.2 Требования и номенклатура показателей качества волокнистых нетканых материалов для СИЗ, защищающих от техногенных радионуклидов 49

2.3 Требования и номенклатура показателей качества волокнистых нетканых материалов для спецодежды, защищающей от биоцидного загрязнения 53

Выводы по главе 56 3 ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА НЕТКАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛОТЕН ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ОДЕЖДЫ, ЗАЩИЩАЮЩЕЙ ОТ ТЕХНОГЕННЫХ КАТА СТРОФ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕД 57

3.1 Развитие научных основ и обоснование структуры, состава и способов производства нетканых полотен для специальной одежды, защищающей от техногенных катастроф 57

3.2 Развитие научных основ и обоснование структуры, состава и способов производства нетканых полотен для специальной одежды, защищающей от биологически активных сред 62

3.3 Разработка биологически активного комплекса, обладающего синергическим эффектом и пролонгированным лечебным действием 66

3.4 Разработка способов модифицирования волокнистых нетканых материалов биологически активными комплексами 74

Выводы по главе 78

4 СОЗДАНИЕ НОВЫХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТАНОВОК И МЕТОДИК ИСПЫТАНИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ 79

4.1 Разработка метода и устройства для определения защитной эффективности волокнистых текстильных материалов в условиях загрязнения окружающей среды радиационными и биологическими пылями и аэрозолями 79

4.2 Разработка методов оценки влагосорбционных свойств много слойных нетканых полотен для спецодежды 83

4.2.1 Метод оценки двухсторонней влагосорбционной способности текстильных волокнистых материалов 84

4.2.2 Влагоемкость текстильных волокнистых материалов и новый метод её определения 86

4.3 Разработка способа исследования релаксации напряжения

мягких композитов посредством механических колебаний 89

4.4 Разработка прибора и метода определения показателей вязкоупругих свойств текстильных волокнистых материалов 96

4.5. Методы определения и оценки защитной эффективности антимикробных волокнистых текстильных материалов 99

Выводы по главе 104

5 МИКРОМЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ НЕТКАНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 105

5.1 Микромеханика разрушения термос крепленных нетканых материалов 108

5.2 Микромеханика разрушения гидроскреплённых нетканых материалов 137

5.3 Микромеханика разрушения иглопробивных нетканых материалов 152

Выводы по главе 166

6 ЗАЩИТНЫЕ И ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКНИСТЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ 167

6.1 Свойства многослойных нетканых полотен для специальных изделий, защищающих от последствий техногенных катастроф 168

6.1.1 Капиллярно-пористая структура многослойных нетканых полотен для защитных изделий 168

6.7.2 Оптимизация прочностных и гигиенических свойств многослойных нетканых полотен 170

6.1.2 Воздухопроницаемость многослойных нетканых полотен и факторы её определяющие 172

6.1.4 Защитная эффективность многослойных нетканых материалов 175

6.2 Свойства биологически активных нетканых полотен специального назначения 180

6.2.1. Прочностные характеристики нетканых материалов для биологически активных изделий 180

6.2.2 Вязкоупругие свойства нетканых биологически активных материалов 182

6.2.3 Гигиенические свойства биологически активных нетканых материалов 184

6.2.4 Исследование антимикробной активности нетканых волокнистых материалов к действию патогенной микрофлоры 186

6.2.5 Устойчивость антимикробных свойств нетканых полотен к мокрым обработкам 191

6.2.6 Исследование наличия химических элементов в образцах нетканых полотен с помощью лазерно-искровой экспресс-методики 194

6.2.7 Исследование волокнистых материалов модифицированных биологически активными наноразмерными препаратами методом сканирующей микроскопии 203

Выводы по главе 211

7 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СПЕЦОДЕЖДЫ, ЗАЩИЩАЮЩЕЙ ОТ ПОСЛЕДСТВИЙ ТЕХНОГЕННЫХ КАТАСТРОФ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕД 213

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 216

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 219

ПРИЛОЖЕНИЯ 240  

Введение к работе:

Актуальность работы. Опасность воздействия неблагоприятной среды на организм человека в результате стихийных бедствий, техногенных катастроф, эпидемий существенно возрастает. В России, как и в других странах, принимаются неотложные меры по предупреждению этих явлений, выдвигаются более жесткие требования к безопасности всех видов продукции, созданию более эффективных средств профилактики и защиты человека от болезнетворных микроорганизмов, опасных пылей и аэрозолей.

Эффективным средством индивидуальной защиты (СИЗ) организма человека являются антимикробные и защитные материалы со специальными свойствами. Всё большее применение находят волокнистые материалы, выполненные на текстильных носителях: тканых, трикотажных и нетканых полотнах, модифицированные биологически активными препаратами. Наиболее перспективными из них являются нетканые полотна, изготовление которых не требует применения сложного оборудования, получать их можно из недефицитных волокон и нитей, они хорошо впитывают жидкости, задерживают пыли и аэрозоли.

Развитие отрасли нетканых материалов основывается на создании и применении современных технологий, в том числе гидроструйной, иглопробивной и термоскрепления, а также возможных их комбинаций.

Создание нетканых полотен нового уровня качества и безопасности сдерживается отсутствием обоснованных предпосылок и научных разработок, новых более информационных методов и средств испытаний, новых научных подходов и комплексных системных исследований, направленных как на разработку, так и на исследование нетканых материалов для СИЗ.

Современные успехи в области нанотехнологии открывают новые возможности разработки принципиально новых технологических процессов получения антимикробных препаратов и текстильных нетканых материалов.

В настоящее время нетканые полотна для производства антимикробных материалов используются ограниченно. В основном их применяют для изготовления изделий разового назначения: перевязочных средств, повязок, салфеток, санитарно-гигиенических изделий, средств личной гигиены и т.п. Причина такого положения - недостаточность сведений и слабая изученность физико-механических, гигиенических, защитных, антимикробных и других специальных свойств нетканых полотен. Поэтому разработка антимикробных и защитных материалов на волокнистых нетканых носителях, получение новых сведений о свойствах таких полотен, расширение их применения в производстве одежды, являются актуальными научными задачами, имеющими важное социальное значение.

Тема диссертации утверждена учёным советом МГУДТ (протокол № 9 от 26 апреля 2006 года) и выполнялась по тематическому плану НИР МГУДТ и координационным планам в рамках реализации важнейших проектов государственного значения по приоритетному направлению в области индустрии наносистем и материалов (1.2) и критическим технологиям в области индустрии наносистем и материалов (2.4); технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф (2.21); технологии создания биосовместимых материалов (2.22).

Целью работы является развитие теоретических основ разработки и исследования антимикробных и защитных материалов на нетканых волокнистых носителях, в том числе модифицированных наноразмерными биологически активными препаратами и создание методов и средств испытаний, улучшающих оценку качества и безопасности этих материалов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- оценка современного состояния разработки специальных защитных, антимикробных, профилактических и бытовых текстильных материалов;

- установление требований и разработка номенклатуры основных показателей свойств и качества текстильных нетканых полотен для изделий, защищающих от антимикробного и техногенного загрязнения окружающей среды;

- разработка концепции создания и научного обоснования оптимального волокнистого состава, структуры, технологии производства, оптимизация режимов и параметров изготовления нетканых волокнистых материалов, обладающих антимикробными и защитными свойствами;

- разработка биологически активных комплексов, в том числе содержащих наноразмерные биологически активные вещества, обладающих синергическим эффектом и пролонгированным действием;

- разработка способов модифицирования волокнистых нетканых материалов биологически активными наноструктурными препаратами;

- создание новых и совершенствование существующих приборов, устройств и методик для исследования специальных свойств текстильных волокнистых материалов;

- разработка аналитических методов исследования микромеханики разрушения нетканых материалов разных способов получения;

- исследование защитных и потребительских свойств нетканых волокнистых материалов;

- выявление возможности расширения использования антимикробных и защитных нетканых материалов в одежде специального и бытового назначения;

- производственная и эксплуатационная проверка разработанных нетканых материалов и изделий из них.

Научная новизна проведённых исследований состоит в том, что:

- разработана концепция создания антимикробных и защитных материалов на нетканых волокнистых носителях;

- развито перспективное научное направление по разработке и исследованию антимикробных и защитных материалов на нетканых волокнистых носителях, в том числе модифицированных наноразмерными биологически активными препаратами;

- разработаны требования и предложена номенклатура показателей свойств и качества текстильных нетканых полотен для изделий, защищающих от последствий техногенных катастроф и биологически активных сред;

- научно обоснованы состав и структура, разработаны и исследованы новые нетканые материалы для специальной одежды, отвечающие высоким требованиям защиты и надёжности при эксплуатации в экстремальных условиях. По результатам разработок получено авторское свидетельство, два патента РФ, патент РФ на полезную модель и решение о выдаче патента РФ на изобретение от 06.11.2007 г.;

- разработаны оригинальные приборы и устройства и усовершенствованы существующие методы, а также методики исследований текстильных материалов для изучения структуры, свойств и оценки их качества. По результатам разработок получено четыре патента РФ;

- установлены механизмы антимикробного действия и устойчивости антимикробных препаратов на волокнистых материалах, разработаны и исследованы новые биологически активные препараты;

- предложен оптимальный состав, обладающий синергическим эффектом и пролонгированным действием, для модифицирования текстильных материалов с целью придания им бактерицидных свойств. По результатам разработок получен патент РФ;

- разработаны новые оригинальные способы модификации текстильных материалов биологически активными препаратами, в том числе наноразмерными;

- раскрыты механизмы процессов микромеханики разрушения нетканых волокнистых материалов, полученных по гидроструйной, иглопробивной, термоскрепляющей технологиям, и предложена математическая модель, описывающая процесс разрушения этих материалов;

- теоретически обоснованы и установлены зависимости защитных и гигиенических свойств нетканых волокнистых материалов от их структурных характеристик, волокнистого состава и вида специальной обработки;

- получены новые данные о прочностных и вязкоупругих характеристиках, гигиеничности, антимикробной активности нетканых материалов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается теоретическими и экспериментальными доказательствами, современными объективными методами определения показателей свойств и качества материалов, оценкой полученных результатов с помощью математико-статистических методов обработки экспериментальных данных и регрессионного анализа.

Основные методы исследования. Методологической основой проведенных теоретических и экспериментальных исследований являлись как классические, так и новые научные представления в материаловедении изделий лёгкой промышленности. В диссертации использованы: методология системного анализа, моделирования и квалиметрии; молекулярно-кинетическая теория прочности твердых тел, теория колебания систем с распределенной массой; основные положения механики, термодинамики; процессов сорбции и массопереноса.

Исследования выполнялись на базе теоретико-экспериментальных и экспериментально-теоретических подходов, позволивших получить новые результаты, адекватно отражающие свойства волокнистых материалов в условиях воздействия на них неблагоприятных факторов окружающей среды, а также на основе использования теории классификации, математического моделирования, теории алгоритмизации и программирования, корреляционного и регрессионного анализов, математической статистики. В работе использованы программные продукты операционной среды Windows 98 (Word 2000, Photoshop, Coral Draw 9), Visual С+ версии 6.0.

В работе применены современные методики оценки биоцидных и защитных свойств текстильных волокнистых материалов: метод “зон” и фотоколориметрический метод оценки их защитной эффективности, метод сканирующей микроскопии, лазерно-искровой экспресс-метод, методы социологического исследования и экспертных оценок.

Объектами исследования в работе являлись: разработанные специальные антимикробные и защитные волокнистые нетканые материалы, а также промышленные отечественные и зарубежные текстильные полотна аналогичного назначения; методы изучения структуры и свойств материалов и средства их испытаний; биологически активные препараты и их композиции, в том числе наносистемы.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Результаты исследований, представленные в диссертации, использованы при изготовлении различных видов нетканых волокнистых материалов и спецодежды, которые апробированы совместными испытаниями в следующих организациях: ОАО ВНИИНМ, ВЦМК «Защита», ПО «Ульбинский металлургический завод» (г. Усть-Каменогорск), Электрохимический завод (г. Красноярск-45), Сыктывкарская фабрика нетканых материалов, Кирово-Чепецкий химический комбинат (г. Кирово-Чепецк), Главное научно-технологическое управление Минатомэнергопрома России, ЗАО «Центр новых технологий и бизнеса», ООО «Лаборатория нанокомпозитных материалов».

Разработанные материалы и спецодежда экспонировались на всесоюзных и международных выставках: «Интератомконтроль–89»; «ENC–90» (Лион, Франция); «Охрана труда–90»; «Судостроение–90»; «Средства спасения 2002», «РОСБИОТЕХ–2007».

На выставке «Охрана труда–90» разработанный нетканый материал и спецодежда из него удостоены двух серебряных медалей, а на выставке «РОСБИОТЕХ–2007» нетканое антимикробное полотно, модифицированное частицами серебра, удостоено медали и диплома ВВЦ.

Результаты диссертационной работы используются в лекционном и лабораторном курсах по материаловедению, а также при выполнении научно-исследовательских работ аспирантами и студентами. Отдельные разделы работы включены в учебник для вузов «Материаловедение в производстве изделий лёгкой промышленности» (М., Академия, 2004).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на восьми научно-технических конференциях, в том числе на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки, техники и экономики лёгкой промышленности» (Москва, 2000, МГУДТ); Международной научно-технической конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека» (Москва, 2002, МГУДТ); Международной научно-технической конференции: «Нанотехнологии в индустрии текстиля» (Москва, 2006, МГТУ им. А. Н. Косыгина).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 42 работах, из которых 21 работа опубликована в научных изданиях, включённых в списки, утверждённые Высшей аттестационной комиссией.

Личное участие автора состоит в выявлении и формулировании основного содержания исследований, определившего развитие перспективного научного направления в материаловедении лёгкой промышленности по созданию новых нетканых материалов для спецодежды, защищающей от последствий техногенных катастроф и биологически активных сред. Разработке путей реализации этого направления, постановке и разработке основных проблем теоретических и экспериментальных исследований по данному направлению. При непосредственном участии автора разработаны приборы, устройства и методики, выполнены эксперименты, а также предложен состав комплексов биологически активных препаратов. Автору принадлежит теоретическое обобщение результатов работ, опубликованных лично и в соавторстве, использованных при написании настоящей диссертации.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 313 страницах машинописного текста, включая 47 рисунков, 51 таблицу, 215 библиографических источников. Приложения представлены на 76 страницах.

Подобные работы
Тришкина Ирина Анатольевна
Разработка методов прогнозирования остаточного ресурса печных змеевиков из стали 15Х5М на основе исследования структурно-механических состояний и их эволюции в процессе эксплуатации
Гришина Оксана Александровна
Разработка метода придания и исследование огнезащитных свойств материалов для одежды
Бессонова Наталья Геннадьевна
Разработка методов и исследование теплофизических свойств текстильных материалов и пакетов при действии влаги и давления
Мещерякова Галина Пантелеевна
Теоретическое обоснование, разработка и исследование оптических методов измерения свойств текстильных материалов
Попова Марина Владимировна
Научно-технологические основы разработки заэвтектических силуминов с регулируемым температурным коэффициентом линейного расширения
Жихарев Александр Павлович
Развитие научных основ и разработка методов оценки качества материалов для изделий легкой промышленности при силовых, температурных и влажностных воздействиях
Бесшапошникова Валентина Иосифовна
Развитие научных основ и разработка методов придания огнезащитных свойств материалам и изделиям легкой промышленности
Белокуров Владислав Николаевич
Развитие теоретических основ и разработка методов определения вязкоупругости материалов легкой промышленности в квазистатическом и динамическом резонансном режимах
Бройко Антон Петрович
Разработка метода прогнозирования теплопроводности трикотажных полотен на основе численного моделирования теплопередачи
Пасечник Мария Сергеевна
Разработка металловолокнистого катализатора на основе никеля и технологии его получения методом высокоскоростного затвердевания расплава

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net