термопластическая формовочная композиция для получения полипропиленовых нитей

Формула изобретения

Термопластичная формовочная композиция для получения полипропиленовых нитей, которая содержит полипропилен и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки выбраны углеродные нанотрубки, при этом компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%:

Полипропилен	97,00-99,95
Углеродные нанотрубки	0,05-3,00

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термопластичным формовочным композициям для получения полипропиленовых нитей и может быть использовано при производстве волокон, нитей и нетканых материалов для товаров народного потребления и предметов гигиены.

Известна композиция для получения полипропиленовых (ПП) нитей, описанная в способе получения ПП нитей в патенте Украины №11032, МПК D01F 8/00, 2005 г., которая содержит полипропилен и гидрофильные добавки - олеат натрия или аэросил.

Данная композиция содержит 0,1-5,0 масс.% добавки и обеспечивает повышение гидрофильности ПП нитей до 0,7-5,7%, но при этом их механические свойства остаются на уровне нитей из исходного ПП.

Известна также композиция для получения полипропиленовых нитей (Химические волока №1, 1999 г., стр.19), что содержит полипропилен и добавку. В качестве добавки выбран сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА), при этом соотношение компонентов в смеси составляет, масс.%:

ПП	80,0-90,0
СЭВА	10,0-20,0

Наличие в полипропилене СЭВА обеспечивает получение нитей с прочностью 54 сН/текс против 37 сН/текс для нитей из исходного ПП. При этом введение в ПП значительного количества (10-20 масс.%) добавки приводит к появлению в модифицированных полипропиленовых нитях значительного количества ацетатных групп. Последние нестойки к высокой температуре, что ограничивает температуры переработки композиций ПП/СЭВА и эксплуатации нитей из их. Нити, сформованые из полипропилена с добавками СЭВА, как и нити из исходного ПП, плохо поглощают влагу (0,1%), то есть гидрофобны, что ухудшает гигиенические свойства изделий из их и ограничивает области применения.

В основу изобретения поставлена задача создать такую термопластичную формовочную композицию для получения полипропиленовых нитей, в которой путем изменения количественного и качественного состава ингредиентов обеспечилось бы улучшение гигиенических свойств полученных ПП нитей.

Поставленная задача решена тем, что в термопластичную формовочную композицию, которая содержит полипропилен и добавку в соответствии с изобретением в качестве добавки выбраны углеродные нанотрубки, при этом компоненты смеси взяты в таком соотношении, масс.%:

Полипропилен	97,00-99,95
Углеродные нанотрубки	0,05-3,00

Углеродные нанотрубки - это протяженные структуры (длиной 1-500 нм), которые состоят из гексагональных сеток с атомами углерода в узлах. Они характеризуются модулем упругости (500-5000 ГПа) и прочностью (10-500 ГПа) на уровне легированных сталей, а также высокой удельной поверхностью (до 1000 м²/г) (Успехи химии Т.167, №9, 1997 г., с.957). Благодаря перечисленным свойствам введение в полипропилен углеродных нанотрубок позволяет получить полипропиленовые нити с повышенными прочностью и равновесным влагопоглощением (гигроскопичностью). При этом прочность нитей возрастает до 59 сН/текс, а гигроскопичность составляет 1,0-1,5%, что расширяет сырьевую базу текстильной промышленности и ассортимент товаров народного потребления, а также повышает их качество.

Суть предложенного изобретения состоит в следующем.

Полипропилен предварительно смешивают с углеродными нанотрубками в расплаве, что обеспечивает тонкое диспергирование добавки в расплаве ПП и гомогенное смешивание. При формовании нитей из указанной композиции добавка равномерно размещается в структуре нитей, нанотрубки ориентируются вдоль оси волокна, что обеспечивает возрастание прочности нитей. Развитая поверхность нанотрубок обуславливает резкое возрастание гидрофильности нитей. В сравнении с нитями ближайшего аналога нити, полученные из данной композиции, характеризуются высокой гигроскопичностью в сочетании с высокой прочностью.

Предварительное смешивание ПП с углеродными нанотрубками осуществляют на червячно-дисковом экструдере. Нанотрубки вводят в количестве 0,05-3,00 масс.%. При введении в ПП добавки меньше 0,05 масс.% эффект возрастания прочности проявляется слабо, имеет место неравномерность по ее длине за счет неравномерного распределения добавки по длине нити и незначительного количества нанотрубок в структуре нити. Малые количества добавки тяжело дозировать и равномерно смешивать с полимером в расплаве. Увеличение концентрации добавки выше 3,0 масс.% ухудшает механические свойства ПП нитей и является экономически нецелесообразным из-за высокой стоимости нанотрубок.

Из литературы не известно введение в расплав полипропилена углеродных нанотрубок для повышения прочности и гидрофильности ПП нитей.

Таким образом, из композиции, которая предлагается, получают полипропиленовые нити с гигроскопичностью в 10-15 раз выше нитей аналога и прочностью, близкой к прочности аналога.

Изобретение объясняется следующим примером.

Пример

Для формования полипропиленовой нити брали гранулы ПП со следующими свойствами: характеристическая вязкость в декалине при 135°С - 1,2; содержание атактической фракции - 5%; температура плавления - 169°С. В качестве добавки использовали углеродные нанотрубки с трехслойной структурой, которая представляет собою свернутый рулон с внешним диаметром 3-10 нм, длиной 30-40 нм; прочность и удельная поверхность составляли соответственно 250 ГПа и 244 м²/г. Полипропилен смешивали с нанотрубками в расплаве на червячно-дисковом экструдере марки ЛГП-25. Из полученной композиции на прядильной машине экструдерного типа формовали мононить и вытягивали при температуре 150°С с кратностью вытяжки 4-5. Гидрофильность оценивали весовым способом по стандартной методике. Прочность определяли на разрывной машине по стандартной методике.

Характеристики нитей, сформованных из композиций ПП/нанотрубки, приведенны в таблице.

Таблица Характеристики полипропиленовых нитей
Содержание добавки, масс.%	Прочность, сН/текс	Гигроскопичность, %
0,04	39	1,0
0,05	53	1,0
0,1	59	1,1
0,5	39	1,4
1,0	39	1,4
3,0	39	1,5
3,1	32	1,7
ближайший аналог	54	0,1
содержание СЭВА масс.10%

Анализ результатов, приведенных в таблице, свидетельствует, что предложенная термопластичная формовочная композиция дает возможность получать полипропиленовые нити с высокой гидрофильностью (1,0-1,5%), то есть в 10-15 раз большей по сравнению с аналогом, в сочетании с повышенной прочностью (59 сН/текс).