Наука — двигатель легпрома

Какие исследования российских учёных способны дать толчок развитию новых направлений в отечественной текстильной и лёгкой промышленности? Мы собрали несколько примеров того, чем занимаются молодые аспиранты и уважаемые профессора в ведущих вузах страны.

Новое поколение полимеров получают методом крейзинга

В лаборатории структуры и механики полимеров МГУ им. М. В. Ломоносова под руководством ведущего научного сотрудника, кандидата химических наук Ольги Аржаковой разработана оригинальная стратегия высокоэффективной структурно-механической модификации полимеров для создания нового поколения мезопористых и нанокомпозиционных волоконных полимерных материалов с уникальными функциональными и физико-химическими свойствами на базе промышленных полимеров, таких как полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полипропилен, полиэфиры, включая полиэтилентерефталат как основной полимер для текстильной промышленности, полиамиды и пр. Работы ведутся при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20‑13‑00178).

В основе предложенного подхода структурно-механической модификации лежит фундаментальное научное явление крейзинга как особого вида пластической деформации и самоорганизации полимеров с развитием значительной объёмной пористости (до 70 %) и размерами пор в нанометровом диапазоне (до 20 нм). Предложенная научно-обоснованная концепция носит универсальный характер и применима для модификации широкого круга полимеров в виде волокон, плёнок, нетканых материалов, лент, трубок.

Области практического применения такого рода материалов включают в себя создание инновационных текстильных дышащих, паропроницаемых и гидроизоляционных материалов для комфортной одежды, материалов с эффектом лотоса, материалов технического назначения, включая геотекстильные, упаковочные материалы и пр. На базе предложенной стратегии разработаны принципиально новые подходы к созданию нанокомпозиционных полимерных волоконных материалов с целым комплексом уникальных свойств за счёт введения различного рода функциональных добавок.


Наука — двигатель легпрома
Волокно ПЭТФ с поверхностным рельефом

Например, полученные нанокомпозиционные волоконные материалы с наночастицами серебра (3 нм) за счёт высокой поверхности контакта отличаются высокими антибактериальными свойствами по отношению к широкому кругу патогенных организмов. Данный подход позволяет получать волоконные материалы с различными красителями (как способ окрашивания волокон), биомедицинскими препаратами для придания антибактериальных и лечебных свойств, отдушками, УФ-стабилизаторами, репеллентами, а также с наночастицами металлов. Такого рода материалы могут найти широкое применение в лёгкой промышленности как «умные» текстильные материалы для комфортной одежды, как материалы для набивки подушек и мебели, материалы косметического назначения и пр.

Биоразлагаемый нетканый материал — из свёклы или тростника

Полина Тюбаева, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры «Химия инновационных материалов и технологий» РЭУ им. Г. В. Плеханова, занимается исследованием полигидроксибутирата — высокомолекулярного соединения природного происхождения. Его получают методом бактериологического синтеза, то есть бактерия-продуцент в процессе жизнедеятельности производит гранулы полимера, которые извлекаются и преобразуются в материал для производства полимерных изделий. Основой для производства полигидроксибутирата служат сельско­хозяйственные отходы, например, от производства сахарной свёклы или сахарного тростника.


Наука — двигатель легпрома
Нановолокнистый биополимерный материал: а) 7% раствор полигидроксибутирата + 0,05% хитозана;
б) 7% раствор полигидроксибутирата + 5% дипридамола. Имплант ахиллова сухожилия (полигидроксибутират на армированном полиамидном волокне для морской свинки)

«Мы сотрудничали с коллегами из Германии, они предоставляли нам полимер для исследований, — рассказывает Полина Тюбаева. — Однако сейчас мы работаем с отечественным материалом, который производится в Пущино, Москве и Новосибирске. В нашей лаборатории мы перерабатываем данный биосовместимый, биоразлагаемый полимер в широкий перечень изделий для медицины: плёночные высокопористые мембраны, нетканые материалы, волокна, нити и др.».

Главным достижением учёных РЭУ следует считать разработку нетканого ранозаживляющего материала с высокими антимикробными свойствами, который разлагается после компостирования в почве за 90 дней в отличие от синтетических аналогов. Кроме того, полученный материал отличается высокой прочностью и стабильностью свойств в течение 3‑6 лет хранения.

У подобных биосовместимых и экологичных нетканых материалов медицинского назначения есть только один недостаток — высокая стоимость по сравнению с синтетическими полимерами (полиэтиленом, полипропиленом), однако цена оправдана экологичностью и высоким потенциалом применения в медицине, в частности в бесшрамном ранозаживлении, хирургии, протезировании.

«Сейчас мы начали работу по удешевлению производства созданного нами материала совместно со специалистами из Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины, — продолжает свой рассказ Полина. — Наша разработка позволит обеспечить быстрое импортозамещение инновационных ранозаживляющих материалов, так как не требует сложного технического оснащения. Технология производства наших материалов может быть реализована на типовом оборудовании, применяемом в лёгкой промышленности для создания нетканых полимерных материалов».

Лён, конопля и яблочная кожура как сырьё для синтетической кожи

Елена Бокова — доктор технических наук, профессор кафедры химии и технологии полимерных материалов и нано­композитов РГУ им. А. Н. Косыгина, лауреат премии правительства РФ в области науки и техники 2021 года, Оксана Веселова — руководитель Ресурсного инновационного центра биодизайна и бионаноматериалов этого вуза, а также Ольга Бояринова — основатель инновационного бренда Boyari, создаваемого из AppleSkin, активно работают над модернизацией традиционных технологий производства синтетических кож обувного и одёжного назначения путём использования в рецептурах возобновляемых природных компонентов.

Состав и строение большинства искусственных и синтетических кож позволяют рассматривать их как объект для модификации, направленной как на видоизменение состава и структуры волокнистых основ, так и самого полимерного связующего, в том числе в направлении их гидрофилизации, обеспечивающей комфорт при эксплуатации готовых изделий.

Одним из подходов к модификации является использование смесок, содержащих наряду с синтетическими компонентами адсорбирующие волокна природного происхождения, такие как лён, бамбук, коллаген, вспушённая целлюлоза, конопля и др. Наиболее перспективными из них являются льняные и конопляные. Эти культуры, по сравнению с хлопком или целлюлозой, гораздо легче культивируются, требуют при выращивании меньше воды, гербицидов, пестицидов и других удобрений. Кроме этого, их применение позволяет ограничиться операцией механической котонизации и не требует дорогостоящей операции отбеливания, а само производство нетканых основ может осуществляться по традиционной технологии иглопробивным способом с последующей термообработкой.

Ещё одно направление модификации связано с использованием наполнителей природного происхождения, в качестве которых могут выступать такие экзотические продукты, как яблочный либо иной фруктовый пектин. Этот продукт переработки является традиционным для России (территория Крыма, Краснодарский край) и производится в промышленном масштабе из отходов яблочной кожуры.

На базе РГУ им. А. Н. Косыгина создан научно-практический задел в области производства конкурентоспособных синтетических кож обувного и одёжного назначения, который может быть использован в качестве теоретической основы и прогнозных моделей для проектирования и организации производства инновационного ассортимента синтетических материалов.

Химики, медики и биологи, объединяйтесь!

В Институте химических технологий и промышленной экологии РГУ им. А. Н. Косыгина доктор химических наук, профессор Наталия Кильдеева и доктор медицинских наук, профессор Ирина Василенко проводят междисциплинарные исследования, направленные на объединение фундаментальных разработок в таких областях, как химия, биология и медицина. Их реализация связана с объединёнными усилиями специалистов-химиков, создающих инновационные биополимерные композиты, техников, обеспечивающих детальную характеристику физико-химических и поверхностных свойств полимерных композитов, и медиков-биологов, обеспечивающих изучение и анализ биологических свойств полимерных композитов в условиях In vitro и In vivo.

Применение оригинальных технологических подходов с использованием известных биополимеров позволяет разрабатывать инновационные композиты с уникальными заданными свойствами, полученными в результате их модификации, такими как антибактериальная и противовоспалительная активность, резистентность к колонизации бактерий и свёртыванию крови, отсутствие выделения в организм человека токсичных веществ, устойчивость к механическим нагрузкам, биоинертность в среде живого организма и т. д.


Наука — двигатель легпрома
Оценка структуры биополимерных плёнок на основе хитозана методами световой (а), атомно-силовой (б) и лазерной интерференционной (в) микроскопии.

К настоящему времени в результате проведённой экспериментально-исследовательской работы получены данные, открывающие перспективы местного клинического применения новых медицинских биополимеров в виде шовного материала и лечебных аппликаций для снижения риска развития гнойно-септических осложнений и стимуляции репаративной регенерации мягких тканей при обширных приобретённых дефектах.

Как использовать полисахариды для 3D-печати?

Одной из инновационных технологий создания новых материалов является 3D-печать. Она подразумевает послойное изготовление 3D-принтером трёхмерного объекта в соответствии с его цифровой моделью. Учёные ищут новые полимерные системы, пригодные для использования в качестве исходного материала, так называемых чернил, а фактически биополимерной жилки, удовлетворяющей технологическим требованиям аддитивного производства. Полисахариды широко доступны, нетоксичны, биоразлагаемы, биосовместимы, химически универсальны и функциональны по своей сути, однако они не термопластичны и не могут быть переведены в размягченное или жидкое состояние, необходимое для получения изделия методом 3D-печати.

На кафедре химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов РГУ им. А. Н. Косыгина под руководством доктора химических наук, профессора Наталии Кильдеевой коллективом молодых исследователей (аспирантка и ассистент кафедры Василина Захарова, студентка Дарья Калугина) показаны перспективы использования термообратимых гидрогелей в качестве универсальных печатных чернил. На примере полисахаридов агар-агара и каррагинана обоснован и разработан технологический подход к получению биосовместимого гидрогелевого филамента для 3D-печати.


Наука — двигатель легпрома
а) гидрогелевые матрицы, напечатанные из разработанного филамента (чернил); б) гидрогелевая жилка из агар-агара (чернила для 3Д-печати биополимером)

Филамент был получен методом низкотемпературного мокрого формования из горячих водных растворов агара. Формирование анизотропных филаментов проводили внутри силиконовых трубок миллиметрового диаметра. Условия формования установлены на основании исследований фазовых переходов, концентрационно-температурных зависимостей динамической вязкости. Образование физически сшитых гидрогелевых чернил происходило при понижении температуры посредством формирования системы водородных связей и структурирования полимера в виде устойчивой термообратимой трёхмерной сетки.

Получены значения энергии активации процессов гелеобразования агар-агара различной концентрации и ионной силы раствора, что позволило установить условия переработки полученных термообратимых чернил (биополимерной жилки) в биоискусственные матриксы для тканевой инженерии методом 3D-печати. Полученные из полисахаридов с помощью аддитивной технологии 3D-печати гидрогелевые материалы имитируют естественную среду организма и таким образом способны обеспечить оптимальные условия для роста и регенерации живых тканей и впоследствии деградировать под действием биологических сред.

Отечественная программа 3D-проектирования — это реально

Игорь Тюрин, директор Инжинирингового центра РГУ им. А. Н. Косыгина, считает, что «для диверсификации отрасли в период санкций необходимо тотальное применение цифровых технологий». В России все швейные предприятия до сих пор используют 2D-программы в качестве инструмента проектирования. Ускорить процесс может внедрение 3D-САПР и систем виртуальной примерки одежды.

Разработка отечественного аналога, замещающего зарубежные системы САПР, является одним из наиболее перспективных направлений. Университетом имени А. Н. Косыгина впервые в нашей стране была разработана концепция и основные алгоритмы 3D-моделирования одежды ещё в конце 90‑х годов.

В последующие годы работа в этом направлении не прекращалась. Косыгинцам пришлось преодолеть множество трудностей, связанных, в частности, с визуализацией огромного количества существующих текстильных материалов, с адаптацией технологий трёхмерного сканирования для снятия размеров фигуры человека. В настоящее время ведётся активная работа над созданием системы полно­ценного проектирования в трёхмерном пространстве, внедрение которой позволит успешно диверсифицировать этот сектор задач в лёгкой промышленности.

Вас также может заинтересовать:
Проблемы нельзя недооценивать

Таких санкций, как нынешние, никто за обозримую историю не применял. Анти­российские меры нельзя недооценивать. По некоторым прогнозам, в этом году падение ВВП составит у нас порядка Read more

С Днём работников текстильной и лёгкой промышленности!

Уважаемые коллеги, дорогие друзья! От имени Российского союза предпринимателей текстильной и лёгкой промышленности и от себя лично поздравляю вас с профессиональным праздником — Днём работников Read more

Исконное. Посконное. Своё

Анна Семёнова, обозреватель ресурса www.1001inf.ru, Иваново Заменят ли отечественные лён и конопля импортное сырьё для текстильной промышленности? Казалось бы, чего проще: появились сложности с импортным Read more

Быть или не быть отечественному хлопку?

Владимир Бреус, специальный корреспондент «Легпром ревю» Всемирный банк прогнозирует рост цен на хлопок на 40 % в 2022 году. В этой ситуации возможность для России стать хлопкосеющим Read more

Утеплитель «Слайтекс» — достойная альтернатива зарубежным аналогам

Светлана Костенко, главный редактор «Легпром ревю» Кто успел в прошлом году приобрести новое оборудование, тот сейчас на коне. Один из таких счастливчиков — холдинг Read more

Контрактное производство: ситуация рабочая

6‑7 июня 2022 года в третий раз пройдёт Factory Outsource Week — встреча заказчиков с контрактными швейными фабриками. Мы решили предоставить слово некоторым Read more

САПР «АССОЛЬ» — 25 лет с энергией стартапа

ООО «Центр-АССОЛЬ» — российский разработчик программного обеспечения САПР «АССОЛЬ» для проектирования изделий лёгкой и мебельной промышленности от эскиза до раскроя. Read more

Цифровая текстильная печать в России

Михаил Шпилькин, эксперт журнала «Цифровой текстиль» Издаваемый нами уже более трёх лет журнал «Цифровой текстиль» посвящён широкому кругу вопросов, связанных Read more

«Фабрикс». Великое трикотажное приключение

Новое производство компании «Фабрикс» на территории технопарка в городе Узловая Тульской области во многом уникально для России. По объёму оно уже вышло на тысячу с лишним тонн Read more

Футер и кулир — на пике спроса

Интерес к российским производителям трикотажного полотна за последние месяцы сильно возрос. Это успели почувствовать и экспоненты выставки ИНТЕРТКАНЬ в марте 2022 года — расширился поток посетителей, Read more