способ предотвращения образования осадка на направляющих роликах

Формула изобретения

1. Способ нанесения на пряжу эмульсии суперабсорбента типа вода-в-масле, в процессе которого предотвращается или уменьшается образование осадка, где масло представляет собой непрерывную масляную фазу, содержащую насыщенные углеводороды, отличающийся тем, что не менее 70 вес.% углеводородов содержат от 20 до 32 атомов углерода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что не менее 75 вес.% углеводородов содержат от 20 до 32 атомов углерода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что не менее 79 вес.% углеводородов содержат от 20 до 32 атомов углерода.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный способ используется в режиме он-лайн для пряжи, которую получают способом формования волокна.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что скорость пряжи составляет по крайней мере 220 м/мин.

6. Способ по п.1, в котором пряжа представляет собой арамидную пряжу или стеклопряжу.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу предотвращения или снижения образования осадка суперабсорбентного вещества (далее суперабсорбент) и/или масла на направляющих роликах в процессе нанесения эмульсии суперабсорбента типа вода-в-масле на пряжу, в котором масло представляет собой смесь, содержащую насыщенные алифатические углеводороды.

Применение суперабсорбентных веществ описано в ЕР 779389 для арамидной пряжи и в ЕР 0784116 для других видов комплексных нитей. Описанный в этих документах способ включает нанесение на поверхность пряжи слоя эмульсии вода-в-масле, в водной фазе которой содержится суперабсорбент. Этот способ оказался лучшим для коммерческого производства суперабсорбентной пряжи. Однако недостатком этого способа является высокая стоимость, связанная с тем, что эмульсия вода-в-масле содержит большие количества воды, обычно от 25 до 40 вес.%, что требует сушки после нанесения суперабсорбента. Попытки использовать другие эмульсии, содержащие гораздо меньшие количества воды, оказались безуспешными из-за невозможности контролируемого нанесения этих эмульсий на пряжу и/или из-за того, что направляющие ролики, которые используют для придания пряже определенного направления в процессе изготовления, быстро наполнялись осадками, что приводило к необходимости остановить процесс и очистить направляющие ролики.

Согласно другому способу нанесения суперабсорбентов, описанному в WO 9910591, водный раствор водорастворимого предшественника суперабсорбента наносили на пряжу с последующей сушкой и нагреванием пряжи, чтобы вызвать сшивку или полимеризацию водорастворимого предшественника суперабсорбента и получить покрытую суперабсорбентом пряжу. Этот способ также имел недостаток, который заключался в стадии сушки после нанесения суперабсорбента; более того, для обеспечения сшивки суперабсорбента требуется стадия нагревания. В WO 00/31752 описана пряжа, покрытая водоблокирующим веществом, которое содержит практически свободную от воды дисперсию, представляющую собой суперабсорбентный полимер и дисперсионную среду. В этом способе эмульсии вода-в-масле не используются, но суперабсорбент диспергирован в масле. В качестве масел используются не насыщенные углеводороды, а сложноэфирные смазочные масла, состоящие из спирта и карбоновой кислоты, в которой число атомов углерода в общем случае меньше 20. Разработка этого способа упрощала нанесение покрытия на пряжу по сравнению с водоблокирующими веществами на основе эмульсий вода-в-масле. Однако этот способ оказывается неблагоприятным из-за низкой стабильности этих дисперсий и опасности для здоровья работников при вдыхании мелких частиц суперабсорбента в осадке, образующемся на направляющих роликах, и т.п.

Следовательно, целью данного изобретения является способ нанесения суперабсорбента на пряжу, исключающий необходимость проведения дополнительных стадий после нанесения суперабсорбента на пряжу и образование осадка или, по крайней мере, сильно ограничивающий образование осадка на направляющих роликах или других частях производственной линии.

Термин "направляющий ролик" в том смысле, как он используется в данном описании, включает направляющие ролики, прижимные ролики, обжимные валки, направляющие штанги, штыри, мотальщики и т.п.

Таким образом, данное изобретение относится к способу предотвращения или уменьшения образования осадка суперабсорбента и/или масла на направляющих роликах в процессе нанесения эмульсии суперабсорбента типа вода-в-масле на пряжу, где масло представляет собой смесь, содержащую насыщенные алифатические углеводороды и отличающуюся тем, что не менее 70 вес.% углеводородов содержат от 20 до 32 атомов углерода. Предпочтительно использовать масло, в котором по крайней мере 75 вес.% углеводородов содержат от 20 до 32 атомов углерода, а наиболее предпочтительные масла содержат по крайней мере 79 вес.% указанных углеводородов.

Способ по данному изобретению позволяет наносить указанную эмульсию вода-в-масле на пряжу непосредственно в режиме онлайн. Таким образом, полученную формованием пряжу можно прямо обрабатывать такой эмульсией вода-в-масле без предварительной намотки на бобину. Нет необходимости в сушке или нагревании пряжи после нанесения эмульсии, содержащей суперабсорбент, а в конце процесса пряжу наматывают на бобину. Пряжу можно полностью или частично высушить перед нанесением эмульсии вода-в-масле. Термин "режим онлайн" означает, что пряжу используют в таком виде, как она была сформована, без намотки на бобину, катушку, шпулю или т.п. Далее, данный способ позволяет проводить процесс при высоких скоростях. Скорость пряжи должна быть не менее 220 м/мин, но допустимы также гораздо более высокие скорости, такие как 600 м/мин.

Данный способ пригоден для любых комплексных нитей, но особенно он подходит для арамидной пряжи и стеклопряжи.

Суперабсорбенты описаны в ЕР 779389. Эти вещества обладают гидрофильными свойствами и способны поглощать и удерживать сравнительно большие количества воды, возможно, под давлением. Так, в дополнение к нерастворимым суперабсорбентам, упомянутым на стр. 198 книги "Поглотительная способность" под редакцией П. К. Чаттерджи, вышедшей в 1985 г. в издательстве Эльзевир, Амстердам (Absorbency, Ed. by P. K. Chatterjee, Elsevier, Amsterdam, 1985), а также упомянутым в заявке на Европатент № 0351100, вещества, которые предполагается наносить по данному изобретению, включают полностью или частично растворимые в воде суперабсорбентные вещества. Несмотря на то что на арамидную пряжу по данному изобретению можно нанести любое вещество, обладающее свойствами суперабсорбента, предпочтение отдается тем суперабсорбентам, которые можно превратить в устойчивые эмульсии вода-в-масле. Особенно подходят суперабсорбентные производные полиакриловой кислоты. Они включают гомополимеры и сополимеры, производные акриламида, производные акриламида и акрилата натрия и производные акриламида и диалкиламиноэтилметакрилата. Соответственно, эти соединения выбирают из групп неионных, анионных и катионных (со)полимеров. В общем случае, их получают связыванием мономерных звеньев в водорастворимый полимер. Этот полимер можно затем превратить в нерастворимый за счет введения ионных и/или ковалентных поперечных сшивок. Примеры суперабсорбентов, пригодных для использования в изготовлении пряжи по данному изобретению, включают: сшитую полиакриловую кислоту, частично нейтрализованную в натриевую соль; полиакрилат натрия; сополимеры акрилата натрия и акриламида; терполимеры акриламида с мономерами, содержащими карбоксильные группы и сульфо-группы (натриевая соль); и сополимеры полиакриламида.

Предпочтение отдается использованию терполимера акриламида с мономерами, содержащими карбоксильные группы и сульфо-группы (натриевая соль), или сополимерам акриламида и акриловой кислоты, или их натриевой или калиевой соли. Для изготовления пряжи по данному изобретению используют способ, который предусматривает нанесение на поверхность арамидной пряжи слоя эмульсии вода-в-масле, в водной фазе которой содержится вещество, обладающее свойствами суперабсорбента, и который не требует последующей обработки сушкой. Содержащая суперабсорбент эмульсия вода-в-масле не изменяется после того, как ее нанесли на пряжу. Когда эта эмульсия оказывается в контакте с водой, она обращается в эмульсию масло-в-воде, тем самым образуя высоковязкий гель. Этот гель препятствует проникновению воды в поврежденную пряжу или кабель.

Такую эмульсию получают следующим образом: с помощью эмульгатора водорастворимый мономер, к которому примешано некоторое количество воды, диспергируют в неполярном растворителе, который не смешивается с водой и указанным мономером, а затем полимеризуют с получением эмульсии вода-в-масле. Образовавшийся полимер находится в водной фазе эмульсии. Содержание воды в эмульсии можно снизить за счет вакуумной обработки готовой эмульсии. Таким путем получают жидкий продукт, содержащий высококонцентрированный суперабсорбент, тогда как вязкость жидкости остается низкой, а количество летучих компонентов в эмульсии можно понизить. В качестве непрерывной масляной фазы эмульсии можно использовать линейные и разветвленные углеводороды, которые не смешиваются или плохо смешиваются с водой. Предпочтительно использовать линейные и разветвленные алифатические углеводороды. Углеводороды могут состоять из молекул, в которых содержится от 20 до 32 атомов углерода. Углеводородные молекулы меньшего размера могут присутствовать в количестве до 30 вес.%, предпочтительно менее чем 20 вес.%. Наилучшие результаты дают смеси, в которых содержится как можно меньше углеводородов с числом атомов углерода, меньшим 20; более предпочтительны смеси, содержащие как можно меньше углеводородов, в которых число атомов углерода меньше 23. Углеводороды, которые по большей части содержат от 20 до 32 атомов углерода, могут представлять собой чисто разветвленные или неразветвленные углеводороды, но обычно это смеси разветвленных и неразветвленных углеводородов различной длины. Подходящие углеводороды имеются в продаже под разными торговыми марками у таких производителей, как Шелл Любрикантс (Shell Lubricants), Инеос (Ineos), Дау (Dow), Эксон Мобайл (Exxon Mobile), Чеврон Филипс (Chevron Phillips), Тотал (Total), Бритиш Петрол (British Petrol) и Лублайн (LubLine). Эти углеводороды можно также использовать в качестве разбавителей для снижения вязкости эмульсий вода-в-масле. Примером подходящих разветвленных и насыщенных углеводородов является изоэйкозан от Инеос. Готовые для использования эмульсии можно получить от различных производителей, таких как Эшлэнд (Ashland), Цитек (Cytec), Дефотэк (Defotec), Бозетто (Bozetto), Налко (Nalco) и Дру Кемикэл (Drew Chemical).

Применяемые эмульгаторы выбирают так, чтобы указанную смесь можно было превратить в эмульсию вода-в-масле. Это означает, что эмульгатор должен иметь величину ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) в интервале 3-12. Концентрация суперабсорбента в эмульсии, используемой согласно данному изобретению, составляет 1-90%, предпочтительно 25-65%, в расчете на общий вес эмульсии.

В эмульсию можно дополнительно вводить другие присадки, такие как смазочные масла, стабилизаторы, эмульгаторы и/или разбавители.

В пряже количество эмульсии вода-в-масле, содержащей суперабсорбент, выбирают так, чтобы получить благоприятные водоблокирующие свойства при эксплуатации пряжи в кабелях. Благоприятные результаты обычно получают, если пряжа содержит эмульсию в количестве 0,3-10 вес.%, предпочтительно 0,5-8 вес.%, еще более предпочтительно 1,0-5,0 вес.% от веса эмульсии.

Согласно способу получения пряжи по данному изобретению для нанесения эмульсии вода-в-масле можно использовать метод, который сам по себе известен, т.е. с помощью увлажнительного валика, распылителя или ванны для нанесения покрытия.

Изобретение иллюстрируется нижеследующим неограничивающим примером.

Пример

Массу для формования арамидной пряжи получали, смешивая замороженную концентрированную серную кислоту (99,8 вес.%) с порошком поли-п-фенилентерефталатамида. Массу для формования деаэрировали, нагревали до 85-90°С в пластикаторе/смесителе/расплавителе и подавали в многоканальную фильеру через фильтр и формовочный насос. Фильера имела 1000 отверстий, каждое диаметром 59 микрон. Формовальную массу прокачивали через формовочные отверстия, а затем пропускали последовательно через воздушную зону длиной 6 мм и коагуляционную ванну, содержащую разбавленный водный раствор серной кислоты (примерно 18 вес.%) при температуре 10°С. Сформованный таким образом пучок нитей последовательно пропускали через нейтрализующую ванну, содержащую разбавленный раствор гидроксида натрия, и промывную ванну, в которой нити тщательно отмывали водой при температуре примерно 70°С. Избыток воды удаляли с нитей с помощью пары отжимных валиков. Далее, на невысушенный пучок нитей наносили 0,8% неионного формовочного покрытия (из 15 вес.% водного раствора) с помощью распылителя и насоса-дозатора. Затем пряжу пропускали последовательно над тремя сушильными барабанами (6 витков при 160°С, 6 витков при 200°С, 4 витка при 230°С). Общее время, в течение которого пряжа находилась в контакте с поверхностью барабанов, составляло 6-7 с. Затем пряжу пропускали через барабан-транспортер (4 витка примерно при 25°С). Сразу после барабана-транспортера на пряжу наносили эмульсию вода-в-масле, содержащую суперабсорбент (см. таблицу), с помощью распылителя и насоса-дозатора. Окончательно, обработанную пряжу перематывали на паковку со скоростью 340 м/мин. Полученная таким образом пряжа Twaron^® обладала линейной плотностью 1610 текс.

Результаты приведены в таблице.

	Эмульсии вода-в-масле, содержащие суперабсорбент
	Данное изобретение	Для сравнения
	1	2	А	Б
Дозированное количество на пряже Twaron® (%)	3	3	3	3
Скорость формирования/движения пряжи (м/мин)	340	340	340	340
Максимальная продолжи-тельность производствен-ного цикла	>19	>21	<2,5	<0,5
Образование осадка на направляющих роликах и/или прижимном ролике	Почти отсутствует	Почти отсутствует	Сильное	Сильное
Вес.% линейных и развет-вленных алифатических углеводородов C20-C32	79	81	8	1
Вес.% воды в эмульсии	3	3	27	41

Таблица показывает, что углеводороды, которые представляют собой в основном углеводороды С0-С32 (изоэйкозан от Инеос), не образуют (или почти не образуют) осадков на направляющих роликах, позволяя осуществлять производственные циклы с продолжительностью более чем 19 ч. Традиционные углеводородные эмульсии (примеры А и Б; соответственно Друфлок 2585 (Drewfloc) от Эшлэнд Спешелти Кемикэл Компани (Ashland Specialty Chemical Company, Барендрехт, Нидерланды) и Эстерзол АФВ (Estersol AFW) от Бозетто (Bozetto GmbH, Крефельд, Германия)), которые содержат низкомолекулярные углеводороды, образуют большие осадки на направляющих роликах, что не дает возможности осуществлять производственные циклы продолжительностью более чем несколько часов. Для продолжения процесса была необходима частая очистка. Высокомолекулярные углеводороды по данному изобретению (примеры 1 и 2) можно получить с очень низким содержанием воды (достижимы уровни ниже 10 вес.%; предпочтительно, ниже 8 вес.%; наиболее предпочтительно, ниже 5 вес.%). Таким образом, отпадает необходимость в сушке после нанесения эмульсии.