CC BY
25
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ
УДК 677.019
И. А. Гришанова, Л. А. Зенитова, Р. Р. Спиридонова, О. С. Мигачёва
СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН, ОБРАБОТАННЫХ В ЧАСТИЧНО ИОНИЗИРОВАННОМ ГАЗЕ
Ключевые слова: хирургическая мононить, модификация, топография поверхности, высокочастотный ёмкостной разряд, средняя арифметическая шероховатость.
В статье приведены результаты исследования топографии поверхности шовной неабсорбируемой хирургической полипропиленовой мононити в исходном состоянии и модифицированной в частично ионизированном газе. Установлено, что при определённой мощности высокочастотного емкостного разряда и длительности процесса модификации в инертной газоразрядной среде наблюдается снижение шероховатости поверхности мононити.
. Keywords: surgical monofilament, modification, surface topography, high-frequency capacitive discharge, an arithmetic average
roughness.
The paper presents the results of a study of the surface topography nonabsorbable surgical suture polypropylene monofilament at baseline and modified in a partially ionized gas. It was found that at a certain power high-frequency capacitive discharge and duration of the modification process in an inert gas discharge medium decrease surface roughness monofilament.
Введение
Растущие требования к функциональности текстильных материалов (волокон, нитей, тканей) и экологической чистоте процессов ориентируют промышленность на применение физических методов модификации поверхностных свойств материалов. К этим методам, в частности, относится обработка образцов в частично ионизированной газовой среде, создаваемой высокочастотным емкостным (ВЧЕ) разрядом. "Холодная" плазма ВЧЕ разряда в отличие от термической не вызывает в течение определённого промежутка времени изменения объёмных характеристик исходных материалов, что очень важно для полимерных материалов [1].
Частично ионизированный газ представляет собой активную газовую среду, состоящую из различных реакционно-способных частиц: электронов, ионов, радикалов, возбуждённых нейтральных частиц -атомов и молекул. Источниками активных частиц являются различные плазмообразующие газы, от химической природы которых зависят те или иные процессы, протекающие в плазме [2].
Установлено [1, 2-4], что при плазмировании полимеров одновременно с образованием активных частиц плазмообразующего газа появляются продукты поверхностных реакций - низкомолекулярные соединения. Макрорадикалы, возникающие за счет разрыва химических связей, могут испаряться с поверхности, а затем уменьшать или усиливать ожидаемый поверхностный эффект модификации. Например, модификация в среде инертного газа карбоцепных полимеров сопровождается изменением средней молекулярной массы полимера [5], а кислородо- и фторуглеродные плазмы могут изменить топографию поверхности некоторых текстильных материалов, например, углеродного волокна, полиэстра [1, 5, 6].
В этой связи определенный интерес представляло исследование микрорельефа поверхности полипропиленовой (ПП) мононити, являющейся материалом с широким диапазоном требуемых свойств. ПП мононить также применяется в медицине в качестве хирургического неабсорбируемого шовного материала. Нить обладает наилучшей комбинацией
биосовместимости и механических характеристик. В то же время негативными свойствами данного волокна являются «пилящий» эффект (вызывающий травмирование тканей) и память о намотке нити.
Для улучшения эксплуатационных свойств хирургических нитей, в частности ПП мононити, используются различные способы поверхностной модификации [ 7-гриднева,8-лях]. Например, путем нанесения на поверхность нити биологически инертного полимерного покрытия, в результате плазменной обработки.
Материалы и методика экспериментального исследования
Модификация ПП мононити условного номера М1 производилась на ВЧ плазменной установке емкостного разряда с плоскопараллельными электродами [9] при частоте 13,56 МГц. Плазмооб-разующим газом являлся технический аргон, расход которого составлял в - 0,04 г*с-1, давление в разрядной камере - Р = 26,6 Па. В качестве варьируемых параметров выбраны: продолжительность плазменного воздействия 1, сила тока 1а и напряжение на аноде иа генераторной лампы.
Эффект модификации интегрально оценивался сравнением характеристик обработанных образцов с контрольными - необработанными образцами.
Визуальная оценка исследования состояния поверхности полипропиленовых мононитей и их рельефа проводилась с помощью микроскопического метода на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе (ЛСМ) модели OLS 4100 LEXT фирмы Olympus (Япония). Эта модель соответствует жестким требованиям к точности измерений профилей поверхности и идеально подходит для наблюдений стандартных среднестатистических параметров шероховатости поверхности ПП нитей, а именно Ra - средней арифметической шероховатости и Rz- высотой неровностей профиля по 10 точкам.
ИК-Фурье спектры пропускания образцов ПП нитей регистрировались с помощью инфракрасного Фурье спектрометра ФСМ 1202 фирмы ООО «Инфра-спек» (г. С. Петербург) в режиме съемки: в области 500-4000 см-1, с разрешением - 0,5 см-1 и скоростью сканирования 10 КГц..
Результаты и их обсуждение
Длительность модификации поверхностей исследуемых ПП мононитей при постоянной мощности разряда в среде аргона составляла - от 20с до 55с.
Результаты шероховатости обработанной поверхности мононити представлена на рисунке 1.
тельности процесса t = 45с и мощности разряда W=0,45 кВт.
Rz Ra
б
Рис. 3 - Изображения поверхности ПП мононити а - исходной и б - модифицированной в ВЧЕ плазме в среде аргона ^=0,45кВт, 1=45с) (х 1078)
Рис. 1 - Зависимость параметров шероховатости модифицированной ПП мононитей условного номера М1 от продолжительности процесса при постоянном значении мощности разряда (^=0,45кВт)
Влияние мощности разряда на значения шероховатости ПП мононитей при постоянной длительности процесса приведены на рисунке 2.
о,г
I
I 0,35 1
1
| 0,15
Rz Ra
1,5
г,ь
3
и ,кВ
Рис. 2 - Зависимость параметров шероховатости модифицированной ПП мононитей условного номера М1 от напряжения на аноде при постоянной продолжительности процесса (1=45 с)
На рисунке 3 показаны топографии поверхностей исходной и модифицированной ПП нити при дли-
Результаты модификации, полученные в среде аргона, на поверхности хирургических мононитей свидетельствуют о начальной стадии плазменного воздействия на нить, т е. удалении поверхностных загрязнений и, возможно, даже мономолекулярного слоя полимера.
Значения показателей шероховатости исходной и модифицированной ПП мононитей приведены в таблице.
Таблица 1 - Значения шероховатости поверхности исходной и модифицированной ПП мононитей в аргоновой среде ^=0,45 кВт, 1=45с)
Условный номер Параметры шероховатости ПП нити: исходная / модифицированная
высота неровностей профиля по 10 точкам, Я^, мкм среднее арифметическое отклонение профиля, Яа, мкм
1 0,770 / 0,548 0,094 / 0,074
0,589 / 0,437 0,082 / 0,070
0,794 / 0,603 0,095 / 0,084
Среднее значение: 0,7177 / 0,5293 Среднее значение: 0,0877 / 0,0760
а
При модификации ПП мононити в инертной среде (аргон) найдено оптимальное значение продолжительности обработки (1=45 с), в течение которого наблюдается максимальное снижение значений шероховатости Яа отечественной 1111 хирургической мононити условного номера М1 - до 12,6% и повышение атравматичности шовного материала.
На рисунке 4 представлены ИК спектры пропускания исходных и модифицированных ПП мононитей.
Щ Ф ... А Ä ■ ДЕ - * - - ШШ - Ii Г.
1 - исходная ПП мононить
2 - модифицированная ПП мононить
Рис. 4 - ИК-Фурье спектры ПП мононити условного номера М1
Приведенные ИК-Фурье спектры пропускания свидетельствуют о том ,что деструкции полимера при данных условиях обработки не наблюдается.
Таким образом, на основе данных экспериментальных исследований установлено:
- снижение шероховатости хирургической ПП мононити условного номера М1 при обработке в частично ионизированной инертной газовой среде;
- определены оптимальные параметры плазменной модификации в аргоновой газоразрядной среде без поверхностной деструкции полипропиленовой мононити.
Исследования проводились в рамках НИОКР «Организация исследований, разработок и опытно-промышленного производства нерассасывающегося шовного материала», выполненного по государственному контракту №13411.1008799.13.055 от «19» мая 2013 г. в Казанском национальном исследовательском технологическом университете.
Литература
1 Edited by R. Shishoo. Published in North America by CRC Press LLC First published 2007, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC c 2007, Woodhead Publishing Limited The authors have asserted their moral rights., USA 353 p.
2 Кутепов А.М., Захаров А. Г., Максимов А. И., Титов В. А.. Рос.хим.ж.(Ж. Рос.хим. об-ва им. Д.И. Минделеева). XLVI, 1, 103-115, (2002).
3 Максимов АИ, Горберг БЛ, Титов ВА. Текстильная химия, 1, 101-107, (1992).
4 Абдуллин И.Ш., Нуруллина Г.Н., Азанова А.А., Кулев-цов Г.Н., Ившин Я.В. Вестник Казанского технологического университета, 15, 3, 27-29, (2012).
5 Сергеева Е.А., Гришанова И.А., Абдуллин И.Ш. Вестник Казанского технологического университета, 7, 109112, (2010).
6 Сергеева Е.А., Гришанова И.А., Абуталипова Л.Н., Илюшина С.В. Вестник Казанского технологического университета, 10, 187-190, (2010).
7 Гриднева А.В. Разработка технологии получения и исследование свойств нерассасывающихся хирургических нитей на основе синтетических полимеров. авториф. дисс. кандид. Техн. наук.: С.-Петербург, 2010, 16с.
8 Ляхович Алевтина Михайловна, Субмикронные и нано-размерные органические функциональные покрытия материалов на основе железа// автореферат дис. ... док. тех. наук: 05.19.09: / Ляхович Алевтина Михайловна. -Ижевск, 2013. - 24 с.
9 Гришанова И.А., Шарафеев Р.Ф., Мигачева О.С. В сб статей 1 всероссийской н/практ.конф.с элементами научной школы. Наноматериалы, нанотехнологии, на-ноиндустрия. КГТУ, Казань,100-103, (2011).
© И. А. Гришанова - к.т.н., доц. каф. МТ, КНИТУ, [email protected]; Л. А. Зенитова - д.т.н., проф. каф. ТСК, КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Спиридонова - к.т.н., доц. каф ТСК, КНИТУ, [email protected]; О. С. Мигачёва - асп. Каф МТ, КНИТУ, [email protected].
© I AGrishanova - PhD. Department. MT KNRTU, [email protected]; L. A. Zenitova - prof. Department. TSC KNRTU, [email protected]; R. R. Spiridonova - PhD. Department TSC KNRTU, [email protected]; O. S. Migacheva - Asp. Dept. MT, KNRTU, [email protected].
