способ получения комплексных полипропиленовых нитей

Формула изобретения

Способ получения комплексных полипропиленовых нитей, включающий формование нитей из расплава смеси полипропилена с порошком политетрафторэтилена, ориентационное вытягивание сформованных нитей и термофиксацию, отличающийся тем, что используют порошок политетрафторэтилена в виде смеси частиц размером 100-900 нм, полученный термогазодинамической деструкцией политетрафторэтилена и взятый в количестве 2-4% от массы полипропилена.

Описание изобретения к патенту

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

Так, известен способ, в котором повышенную способность волокон, в том числе полиолефиновых, к формированию нетканых полотен и склеиванию их на каландре обеспечивают введением в них 0,1-20% частиц с размером менее 10 мкм, при этом в качестве ультрадисперсных частиц используют частицы неорганических соединений (Патент РФ 2169216).

Однако физико-механические характеристики волокнистого материала, модифицированного этим способом, остаются на исходном уровне, т.е. прочность волокна не увеличивается.

Из патента РФ 2246979 известен способ получения полипропиленовых волокон, в котором используют фторсоединения в качестве добавки в расплав полимера для улучшения свойств полимерных изделий, в том числе волокон. Способ включает получение расплава, состоящего из смеси полимера, представляющего собой непроводящую термопластичную смолу с удельным сопротивлением более 10¹⁴ Ом·см, и фторсоединения в качестве добавки, последующую отливку из этого расплава изделия требуемой формы и резкое охлаждение до температуры ниже температуры плавления полимера. Затем материал отжигают и наносят электрический заряд для придания электретных свойств. При этом улучшается способность изделий из волокон фильтровать масляные аэрозоли.

Однако техническим результатом этого способа 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.

Описанными способами получают исключительно волокна, которые не подвергаются ориентационному вытягиванию, а предназначены лишь для производства нетканых материалов.

Известен классический способ получения полипропиленовых нитей из расплава (Краткая химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1965, т.4, с.202), согласно которому полипропилен из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам, которые имеют отверстия диаметром 0,25-0,50 мм. Струйки расплава, выходящие из фильер, охлаждаются в воздушной шахте или в ванне с водой. На свежесформованные нити наносят замасливатель в количестве до 1% масс. и наматывают их на бобину со скоростью 100-1000 м/мин. Затем свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при 100-140°C в среде воздуха, водяного пара или на горячей поверхности при кратности вытягивания от 3 до 10. Вытянутые нити термофиксируют при 100-110°C. На готовые нити наносят замасливатель в количестве до 0,5% масс. и наматывают их на бобину.

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 близким к изобретению по техническому существу является способ получения синтетических нитей формованием из расплава полипропилена, содержащего политетрафторэтилен (Пат. США № 2006154058).

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. Затем осуществляют экструзию расплава через фильеры для формования волокна с последующим ориентационным вытягиванием. Полученные нити обладают низким коэффициентом трения, улучшенными износостойкостью, устойчивостью к загрязнению, светостойкостью и устойчивостью к ультрафиолету.

Однако, при этом нити, получаемые по известному способу, 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 по известному способу, 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 по известному способу, 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 способа получения комплексных нитей из смеси полипропилена с порошком 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 способе получения комплексных полипропиленовых нитей, включающем формование нитей из расплава смеси полипропилена с порошком политетрафторэтилена, ориентационное вытягивание сформованных нитей и термофиксацию, используют порошок политетрафторэтилена в виде смеси частиц с размером 100-900 нм, полученный термогазодинамической деструкцией политетрафторэтилена и взятый в количестве 2-4% от массы полипропилена.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения.

Для реализации способа можно использовать, например, полипропилен марок «Каплен», «Бален» или «Томлен» или других волокнообразующих марок в виде гранул чистого полипропилена. Можно использовать также гранулы полипропилена с предварительно введенным в них политетрафторэтиленом. 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.

Способ реализуется следующим образом.

В гранулы чистого полипропилена вводят порошок политетрафторэтилена, представляющий собой полученную термогазодинамической деструкцией смесь частиц с размерами 100-900 нм, в количестве 2-4% от массы гранулята. Могут использоваться гранулы полипропилена с предварительно введенным в них политетрафторэтиленом. Смесь 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% масс. и наматывают их на бобину со скоростью 100-1000 м/мин, а затем подвергают ориентационному вытягиванию при 100-140°C в среде воздуха, водяного пара или на горячей поверхности при кратности вытягивания от 3 до 10.

Вытянутые нити термофиксируют при 100-110°C. На готовые нити наносят замасливатель концентрации до 0,25% масс. 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: T ₁=200°C (зона преднагрева), Т₂=225°C (зона плавления), Т₃=236°C (зона стабилизации), Т₄=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% масс. 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°C (2-я галета) и термофиксации при температуре Т₃=118°C при скоростях соответственно 12; 32; 45 об/мин, получая готовые нити. На готовые нити наносят замасливатель концентрации 0,25% масс. и наматывают их на бобину.

Пример 2.

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°C (зона плавления), Т₃=236°C (зона стабилизации), Т₄=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 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), Т₂=115°C (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 по способу-прототипу. 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 по способу-прототипу, 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 способа 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 по изобретению, следует отметить ее способность к безобрывной перемотке без замасливателя при низких скоростях, тогда как нить, полученную по способу-прототипу, 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 по заявленному способу, 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 по заявленному способу, 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 по способу-прототипу, по заявленному способу при различном содержании порошка политетрафторэтилена, а также по способу, не предусматривающему введение добавок политетрафторэтилена, приведены в таблице.