композиция для получения комплексных полипропиленовых нитей

Формула изобретения

Композиция для получения комплексных полипропиленовых нитей из расплава, состоящая из полипропилена и модифицирующей добавки на основе порошка политетрафторэтилена, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит порошок политетрафторэтилена в виде смеси частиц с размером 100-900 нм, полученный термогазодинамической деструкцией политетрафторэтилена и взятый в количестве 2-60% от массы полипропилена.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к композиции для получению способных к текстильной переработке комплексных полипропиленовых нитей из расплава.

Так, известна композиция для получения волокна, в том числе полиолефиновая, с повышенной способностью к формированию нетканых полотен и склеиванию их на каландре (Патент РФ 2169216). Она состоит из 99,9-80% полимера и 0,1-20% модифицирующей добавки, представляющей собой частицы с размером менее 10 мкм, причем в качестве ультрадисперсных частиц содержит частицы неорганических соединений.

Однако физико-механические характеристики волокнистого материала, полученного из этой композиции, остаются на исходном уровне, т.е. прочность волокна не увеличивается.

Из патента РФ 2246979 известна композиция для получения полипропиленовых волокон, содержащая полимер, представляющий собой непроводящую термопластичную смолу с удельным сопротивлением более 10¹⁴ Ом·см, и фторсоединение в качестве добавки для улучшения свойств полимерных изделий, в том числе волокон. При этом улучшается способность изделий из волокон фильтровать масляные аэрозоли.

Однако техническим результатом использования этой композиции является получение электретных изделий и фильтров с повышенной стойкостью к масляному туману, а целью введения фторсоединения в расплав полипропилена является лишь повышение зарядных характеристик полимерных изделий.

Из описанных композиций получают исключительно волокна, которые не подвергаются ориентационному вытягиванию, а предназначены лишь для производства нетканых материалов.

При реализации известного классического способа получения полипропиленовых нитей из расплава (Краткая химическая энциклопедия, М.: Советская энциклопедия, 1965 г., т.4, с.202) возможно использование чистого полипропилена в виде порошка или гранул.

Готовые нити характеризуются разрывной нагрузкой 45-63 сН/текс. В процессе их формования, ориентационного вытягивания и дальнейшей текстильной переработки необходимо использование специальных замасливателей, без применения которых обрывность нити очень высока.

Наиболее близкой к изобретению по техническому существу является композиция для получения синтетических нитей формованием из расплава, состоящая из волокнообразующего полимера, в том числе полипропилена, и дисперсного политетрафторэтилена (Пат. США № 20060154058).

Согласно этому способу на стадии получения расплава полипропилена в него вводят дисперсный политетрафторэтилен с «субмикронными» размерами частиц, т.е. меньшими, чем приблизительно 1 мкм (1000 нм), для производства волокон высокой линейной плотности или с «низкомикронными», т.е. меньшими, чем приблизительно 10 мкм (10000 нм), для производства волокон низкой линейной плотности.

Полученные нити обладают низким коэффициентом трения, улучшенными износостойкостью, устойчивостью к загрязнению, светостойкостью и устойчивостью к ультрафиолету.

Однако при этом нити, получаемые из известной композиции, обладают следующими недостатками:

- невысокой прочностью свежесформованной и готовой нити. Прочность является основной физико-механической характеристикой комплексной нити, определяющей ее область применения и срок эксплуатации. Прочность нити, получаемой из известной композиции, в 1,3-6,5 раз меньше, чем прочность волокон, сформованных без добавок;

- невысокой способностью к переработке как свежесформованных, так и готовых нитей. Ориентационное вытягивание и текстильная переработка нитей, получаемых из известной композиции, характеризуются высоким уровнем обрывности нити. Любой обрыв нити приводит к снижению качества выпускаемой продукции, снижению производительности оборудования, непроизводительным трудозатратам.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, состояла в поиске композиции для получения комплексных полипропиленовых нитей из расплава, состоящей из полипропилена и модифицирующей добавки на основе порошка политетрафторэтилена, с высокой прочностью и улучшенной способностью к переработке как свежесформованных нитей, так и готовых комплексных нитей при их дальнейшем формировании в изделия.

Поставленная задача решается за счет того, что в композиции для получения комплексных полипропиленовых нитей из расплава в качестве модифицирующей добавки используют порошок политетрафторэтилена в виде смеси частиц с размером 100-900 нм, полученный термогазодинамической деструкцией политетрафторэтилена и взятый в количестве 2-60% от массы полипропилена.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения

Для получения полимерной композиции на стадии получения полипропиленовых нитей из расплава можно использовать, например, полипропилен марок «Каплей», «Бален» или «Томлен» или других волокнообразующих марок в виде порошка или гранул чистого полипропилена.

Полимерную композицию, в том числе в виде концентрата, можно также получать на стадии гранулирования полипропилена.

В качестве порошка политетрафторэтилена, полученного методом термогазодинамической деструкции, можно использовать препараты торговых марок «Форум», «Флуралит», «Томфлон», представляющие собой полученную термогазодинамической деструкцией смесь частиц политетрафторэтилена с размером 100 - 900 нм.

Композиция получается следующим образом.

При приготовлении композиции на стадии получения полипропиленовых нитей из расплава к порошку или гранулам чистого полипропилена при непрерывном и интенсивном перемешивании добавляют порошок политетрафторэтилена.

При приготовлении композиции на предварительном этапе (стадии гранулирования) порошок политетрафторэтилена добавляют к порошку или гранулам чистого полипропилена при непрерывном и интенсивном перемешивании, смесь плавят и выдавливают в отверстия экструдера в виде жгутов или лент, которые режутся непосредственно после выхода из головки или дробятся после охлаждения в специальной ванне (Химическая энциклопедия, М.: Советская энциклопедия, 1988 г., т.1, с.1188-1189).

Порошок политетрафторэтилена используют в количестве 2-60% от массы полипропилена.

При получении комплексной полипропиленовой нити полимерную композицию из бункера подают в цилиндр экструдера, где она транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся и расплав гомогенизируется.

Расплав подают шнеком к фильерам. Последние имеют отверстия диаметром 0,25-0,50 мм. Струйки расплава, выходящие из фильер, охлаждают в воздушной шахте или в ванне с водой.

На свежесформованные нити наносят замасливатель в количестве до 0,4 мас.% и наматывают их на бобину со скоростью 100-1000 м/мин, а затем подвергают ориентационному вытягиванию при 100-140°С в среде воздуха, водяного пара или на горячей поверхности при кратности вытягивания от 3 до 10. Вытянутые нити термофиксируют при 100-110°С. На готовые нити наносят замасливатель концентрации до 0,25 мас.% и наматывают их на бобину.

Для сравнения в расплав полипропилена вводили дисперсии политетрафторэтилена в воде, дисперсии политетрафторэтилена в изопропиловом спирте и дисперсный порошок, полученный высушиванием водной дисперсии политетрафторэтилена. В первом и втором случаях произошла неконтролируемая полимеризация полипропилена, которая привела к выходу из строя оборудования и сделала необходимой замену фильерного комплекта.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

- Получение расплава. В бункер засыпают гомогенизированную смесь 970 г полипропилена марки «Каплен» и 30 г политетрафторэтилена марки «Флуралит», полученного термогазодинамической деструкцией. Эту смесь из бункера направляют в цилиндр экструдера, где смесь нагревается. Температура рабочих зон составляла: T₁=200°C (зона преднагрева), Т₂=225°С (зона плавления), Т₃=236°С (зона стабилизации), Т₄=236°С (зона нагрева формовочной головки). За счет внешнего обогрева полипропилен плавился, расплав за счет перемешивания гомогенизировался и транспортировался шнеком к фильерам.

- Формование. Расплав продавливают через фильеры, которые имеют отверстия диаметром 0,25-0,50 мм. Скорость формовочных дисков составляет 200-300 м/мин. На свежесформованные нити наносят замасливатель в количестве 0,4 мас.% и наматывают их на бобины.

- Ориентационное вытягивание с термофиксацией. Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при температурах в зонах вытяжки T₁=110°C (1-я галета), Т₂=115°С (2-я галета) и термофиксации при температуре Т₃=118°С, при скоростях, соответственно, 12; 32; 45 об/мин, получая готовые нити. На готовые нити наносят замасливатель концентрации 0,25 мас.% и наматывают их на бобину.

Пример 2

- Получение расплава. В бункер засыпают гомогенизированную смесь 850 г полипропилена марки «Каплен» и 150 г концентрата, содержащего 20% политетрафторэтилена марки «Флуралит», полученного термогазодинамической деструкцией. Эту смесь из бункера направляют в цилиндр экструдера, где смесь нагревается. Температура рабочих зон составляла: T₁ =200°C (зона преднагрева), Т₂=225°С (зона плавления), Т₃=236°C (зона стабилизации), T ₄=236°C (зона нагрева формовочной головки). За счет внешнего обогрева полипропилен плавился, расплав за счет перемешивания гомогенизировался и транспортировался шнеком к фильерам.

- Формование. Расплав продавливают через фильеры, которые имеют отверстия диаметром 0,25-0,50 мм. Скорость формовочных дисков составляет 200-300 м/мин. На свежесформованные нити наносят замасливатель в количестве 0,4 мас.% и наматывают их на бобины.

- Ориентационное вытягивание с термофиксацией. Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при температурах в зонах вытяжки T₁=110°C (1-я галета), Т ₂=115°С (2-я галета) и термофиксации при температуре Т₃=118°С, при скоростях, соответственно, 12; 32; 45 об/мин, получая готовые нити. На готовые нити наносят замасливатель концентрации 0,25 мас.% и наматывают их на бобину.

Пример 3

- Получение расплава. В бункер засыпают гомогенизированную смесь 950 г чистого полипропилена марки «Каплей» и 50 г концентрата с 60%-ным содержанием политетрафторэтилена марки «Флуралит», полученного термогазодинамической деструкцией. Эту смесь из бункера направляют в цилиндр экструдера, где смесь нагревается.

- Температура рабочих зон составляла: T₁=200°C (зона преднагрева), Т₂=225°С (зона плавления), Т₃=236°С (зона стабилизации), Т₄=236°С (зона нагрева формовочной головки). За счет внешнего обогрева полипропилен плавился, расплав за счет перемешивания гомогенизировался и транспортировался шнеком к фильерам.

- Формование. Расплав продавливают через фильеры, которые имеют отверстия диаметром 0,25-0,50 мм. Скорость формовочных дисков составляет 90 м/мин. Свежесформованные нити без замасливания наматывают на бобины.

- Ориентационное вытягивание с термофиксацией. Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при температурах в зонах вытяжки T₁=110°C (1-я галета), Т ₂=115°С (2-я галета) и термофиксации при температуре Т₃=118°C, при скоростях, соответственно, 12; 46; 100 об/мин, получая готовые нити. Готовые нити без замасливания наматывают на бобину.

Прочность оценивали по разрывной нагрузке нити (сН/текс), определяемой на разрывной машине РМ-3-1 по ГОСТ 6611.2-73.

Способность нити к переработке оценивали по уровню обрывности, т.е. по количеству обрывов на 10000 м нити: свежесформованной комплексной нити - при ориентационном вытягивании; готовой комплексной нити - при перемотке.

Обрывность нитей при ориентационном вытягивании определялась: в случае нанесения замасливателя - при высокой скорости (линейная скорость галет 120 м/мин и кратность вытягивания нитей 6,5); без замасливателя - при малой скорости (линейная скорость галет 30 м/мин, кратность вытягивания нитей 4,5).

Изобретение позволяет повысить прочность нитей, о чем свидетельствует повышение разрывной нагрузки в 2-10 раз по сравнению с нитью, полученной с использованием композиции-прототипа. Изобретение позволяет также улучшить способность к переработке как свежесформованных нитей, так и готовых комплексных нитей в процессах их дальнейшей текстильной переработки. Так, обрывность полипропиленовой нити, сформованной с использованием композиции-прототипа, при ее ориентационном вытягивании составляет 105 обрывов на 10000 м при использовании «низкомикронного» порошка политетрафторэтилена и 58 обрывов на 10000 м при использовании «субмикронного» порошка политетрафторэтилена.

Обрывность нити, изготовленной без порошка политетрафторэтилена, составляет 1 обрыв на 10000 м. Этот факт убедительно свидетельствует о принципиальной значимости для достижения указанного технического результата структурных особенностей используемого в изобретении порошка политетрафторэтилена.

Изобретение позволяет также повысить экономичность использования композиции за счет снижения в 2-2,5 раза концентрации замасливателя, а при малой скорости (<100 м/мин) вообще от него отказаться, так как свежесформованная нить вытягивается при этом без обрывов.

Также в отношении готовой комплексной нити, полученной из композиции по изобретению, следует отметить ее способность к безобрывной перемотке без замасливателя при низких скоростях, тогда как нить, полученную с использованием композиции-прототипа, перематывать без замасливателей невозможно ввиду мгновенного ее обрыва. Таким образом, расход замасливателя сокращается еще в 2 раза и при текстильной переработке нити.

Сокращение расхода замасливателей обеспечит значительный экономический эффект и улучшит экологическую обстановку на производстве, поскольку они являются дорогостоящими, в основном, импортными препаратами и расходуются в больших количествах.

Повышенная прочность комплексных полипропиленовых нитей, изготовленных с использованием заявленной композиции, приводит к возрастанию срока службы изделий из них и расширяет область их применения, например, для изготовления из них изделий, работающих при повышенных нагрузках: конвейерных лент - особо прочных и износостойких, особо прочных лент для биг-бегов, слингов, веревок, ремней, канатов, шнуров, сетей и тралов, особо прочных упаковочных тканей для биг-бегов и др. контейнеров, мебельных, автомобильных тканей, нитей для прошива мешков и биг-бегов.

Преимуществом изобретения является также и то, что снижается «фитильный» эффект, заключающийся в поднятии влаги по капиллярам волокнистых материалов из полипропилена, который является серьезным недостатком в случае использования полипропиленовых материалов в медицине. Таким образом, нить, изготовленную с использованием заявленной композиции, можно будет значительно шире использовать при производстве материалов медицинского назначения.

Еще одним преимуществом является уменьшение склонности нити к сухому загрязнению, т.к. и при получении порошка политетрафторэтилена термогазодинамической деструкцией, и при его введении в расплав полипропилена не используется поверхностно-активное вещество (Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. Т.3. - М.: РосЗИТЛП, 2001. - 298 с.).

Свойства комплексных полипропиленовых нитей, полученных с использованием композиции-прототипа, заявленной композиции при различном содержании порошка политетрафторэтилена и введении его на разных стадиях, а также с использованием чистого полипропилена, приведены в таблице.