Технологія одержання ультратонких нетканих матеріалів на основі полімерних композицій з хітозаном

Abstract

Метою наукової роботи є розробка технології одержання ультратонких нетканих матеріалів на основі полімерної композиції полівінілового спирту та полівінілацетату з додаванням хітозану, який розчиняли у молочній та оцтовій кислотах. Для оцінки характеристик композицій визначали в’язкість та поверхневий натяг робочих розчинів методом капілярної віскозиметрії, електропровідність – кондуктометричним методом. Вплив термостабілізації матеріалів з додаванням хітозану досліджували, використовуючи їх сорбційні властивості. Морфологічний склад ультратонких нетканих матеріалів досліджено методом електронної скануючої мікроскопії. Розроблено технологію одержання ультратонких матеріалів з хітозаном, розчиненим у молочній та оцтовій кислотах, методом електроформування. Визначено параметри отримання волокон з досліджуваних композицій. В результаті аналізу отриманих ультратонких нетканих матеріалів методом електронної мікроскопії встановлено, що при напрузі між електродами 30 кВ отримуються волокна з діаметром від 0,3 до 0,9 мкм. За статистичним розподілом діаметрів полімерних волокон в ультратонких нетканих матеріалах визначено, що в залежності від складу композиції, діаметр 0,3 мкм мають 72-77 % волокон. Наукова новизна роботи полягає у визначенні основних закономірностей процесу електроформування з використанням природного полімеру хітозану та особливостей підготовки його розчинів в молочній та оцтовій кислотах. Встановлено вплив в’язкості, поверхневого натягу та електропровідності робочих розчинів композицій на процес електроформування. Розроблено технологічні параметри одержання ультратонких нетканих матеріалів на основі композиції полівінілового спирту та полівінілацетату з додаванням хітозану, методом електроформування, визначено можливість регулювання діаметру волокон через вибір розчинника хітозану.

Целью научной работы является разработка технологии получения ультратонких нетканых материалов на основе полимерной композиции поливинилового спирта и поливинилацетата с добавлением хитозана, который растворяли в молочной и уксусной кислотах. Для оценки характеристик композиций определяли вязкость и поверхностное натяжение рабочих растворов методом капиллярной вискозиметрии, электропроводность – кондуктометрическим методом. Исследовали влияние термостабилизации на сорбционные свойства материалов с добавлением хитозаном. Морфологический состав нетканых ультратонких материалов исследован методом электронной сканирующей микроскопии. Разработана технология получения ультратонких материалов с хитозаном, растворенным в молочной и уксусной кислотах, методом электроформования. Определены параметры получения волокон из исследуемых композиций. В результате анализа полученных ультратонких нетканых материалов методом электронной микроскопии установлено, что при напряжении между электродами 30 кВ получаются волокна с диаметром от 0,3 до 0,9 мкм. По статистическому распределению диаметров полимерных волокон в ультратонких нетканых материалах определено, что в зависимости от состава композиции, диаметр 0,3 мкм имеют 72-77% волокон. Научная новизна работы заключается в определении основных закономерностей процесса электроформования с использованием природного полимера хитозана и особенностей подготовки его растворов в молочной и уксусной кислотах. Установлено влияние вязкости, поверхностного натяжения и электропроводности рабочих растворов композиций на процесс электроформования. Разработаны технологические параметры получения ультратонких нетканых материалов на основе композиции поливинилового спирта и поливинилацетата с добавлением хитозана, методом электроформования, определена возможность регулирования диаметра волокон выбором растворителя хитозана.

The aim of the scientific work is to develop a technology for obtaining of ultrafine nonwoven materials based on a polymer composition of polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate with the addition of chitosan, which was dissolved in lactic and acetic acids. To assess the characteristics of the compositions, the viscosity and surface tension of working solutions were determined by capillary viscometry, and electrical conductivity – by conductometric method. The effect of thermal stabilization of materials based on chitosan was investigated using their sorption properties. The morphological composition of nonwovens was investigated by the method of scanning electron microscopy. A technology has been developed for the obtaining of ultrafine materials based on chitosan dissolved in lactic and acetic acids by the method of electrospinning. The parameters for obtaining fibers from the studied compositions were determined. As a result of the analysis of the obtained ultrafine nonwoven materials by the method of scanning electron microscopy, it was found that with a voltage between the electrodes of 30 kV, fibers with a diameter of 0.3 to 0.9 μm are obtained. According to the statistical distribution of the diameters of polymer fibers in ultrafine nonwoven materials, it was determined that, depending on the components of the composition, 72-77% of the fibers have a diameter of 0.3 μm. The scientific novelty of the work lies in the determination of the basic laws of the electrospinning process using the natural polymer of chitosan and the peculiarities of the preparation of its solutions in lactic and acetic acids. The effect of viscosity, surface tension and electrical conductivity of working solutions of the compositions on the process of electrospinning has been established. Technological parameters for the obtaining of ultrafine nonwoven materials based on the composition of polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate with the addition of chitosan have been developed by the method of electrospinning; the possibility of adjusting the fiber diameter by choosing a chitosan solvent has been determined.