СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОГО ВОЛОКНА Российский патент 1994 года по МПК D01F6/40 

Изобретение относится к производству химических волокон, в частности к способу получения волокна, и может быть использовано в производстве синтетических волокон и нитей как текстильного, так и технического назначения.

Известен способ изготовления полиакрилонитрильного волокна (ПАН-волокна) в водных растворах роданистого натрия, который заключается в ряде последовательных операций, а именно получение прядильного раствора путем сополимеризации акрилонитрила (АН) с метилакрилатом (МА) и итаконовой кислотой (ИТК), формование волокна, вытяжка, промывка, сушка, крашение. При этом используется следующий состав сополимера, мас.%: АН-93; МА-5,7; ИТК-1,3.

К недостаткам волокна, полученного по данному способу можно отнести повышенную хрупкость, что проявляется в появлении при переработке мелкой пыли (осыпи), которая затрудняет переработку и ухудшает условия труда.

Отсутствие гидрофильных групп и малое набухание ПАН-волокна, значительный дзета-потенциал волокна затрудняет крашение сухого волокна.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения полиакрилонитрильного волокна приготовлением раствора (для формования волокна) сополимеризацией АН с МА, ИТК в 51-52%-ном водном растворе роданида натрия при соотношении мономеры: растворитель 1: 3,0-3,5 и 84-86^oC. Для снижения хрупкости волокна по изобретению в реакционную массу дополнительно вводится винилацетат.

Однако такое решение не позволяет улучшить накрашиваемоость ПАH-волокна в сухом виде. Следует также отметить, что частичная замена МА на винилацетат в реакционной массе приводит к удорожанию волокна, так как винилацетат обусловливает снижение скорости полимеризации в большей степени, чем эквимолярное количество метилакрилата, что приведет к снижению производительности процесса, увеличению расходных норм такого дорогостоящего реактива, как инициатор.

Кроме того, узкий интервал параметров, при которых можно получить волокно с заданными авторами изобретения свойствами, значительно снижает возможность применения данного процесса в производстве.

Целью изобретения является улучшение накрашиваемости сухого волокна катионными красителями и снижение себестоимости волокна.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу получения ПАН-волокна приготовлением раствора для формования волокна сополимеризацией АН с МА, ИТК и винилацетатом в водном растворе роданида натрия, в реакционную массу взамен винилацетата вводят акрилат натрия (натриевая соль акриловой кислоты) при определенном соотношении мономеров. Акрилат натрия может быть использован как в виде сухого продукта, так в виде водного раствора. Стоимость акрилата натрия равна или ниже стоимости метилакрилата (200 руб/кг). Наибольший экономический эффект наблюдается при замене итаконовой кислоты на акрилат натрия, так как стоимость ИТК составляет 1800 руб/кг. Следует отметить, что ИТК получают из таких пищевых продуктов, как лимонная кислота и сахар. Большая доля ИТК закупается за валюту.

Полученное по изобретению волокно имеет прочность в петле на уровне прототипа (но выше, чем у промышленно выпускаемого волокна нитрон), но обладает лучшей накрашиваемостью и может быть применен в более широком интервале параметров полимеризации (концентрация роданида натрия, температура, соотношение мономеры:растворитель).

Накрашиваемоость волокна определяли по известной методике путем измерения на фотокалориметре ФЭК-56М оптической плотности красильной ванны до и после крашения, а также ванны промывки после крашения. Исходя из этих данных с учетом сухой навески волокна, рассчитывали количество красителя, сорбируемого волокном после промывки. Для крашения волокна использовался катионный синий "0".

П р и м е р 1. Мономеры в соотношении, мас.%: Акрилонитрил 92,7 Акрилат натрия 7,3 и растворитель - 51%-ный водный раствор роданида натрия, в соотношении мономеры : растворитель 1:3,5 при 25^oC подают дозирующим устройством в смеситель, откуда питательным наносом направляют реакционную массу в полимеризатор. В полимеризаторе при температуре 80^oC и перемешивании получают раствор полимера в роданистом натрии. После отгонки непрореагировавших мономеров и обезвоздушивании раствор очищают от твердых включений на фильтр-прессе. Из раствора обычным способом (содержание роданида натрия в осадительной ванне 11-12 мас.%; температура осадительной ванны 5-12^oC; содержание роданида натрия в пластификационной ванне 3-5 мас.%; температура пластификационной ванны 50-55^oC; общая кратность вытягивания 8-10 раз) на фильере 100/0,07 формуют волокно. Волокно промывают от растворителя, сушат.

Сухое волокно красят при 100^oC, модуле ванны 1-200 в течение 30 мин в растворе катионного синего "0" с концентрацией красителя 1 г/л. Окрашенное волокно отжимают, подвергают последующей промывке и сушке. Сорбция красителя составляет 87 мг/г волокна.

Волокно обладает следующими физико-механическими показателями:
Прочность одиночного волокна, сН/текс 33,1
Прочность волокна в петле, сН/текс 10,3 Удлинение, % 42,4
П р и м е р 2. Мономеры в соотношении, мас.%: Акрилонитрил 94,7 Метилакрилат 0,01 Акрилат натрия 5,29 и растворитель (45%-ный водный раствор роданистого натрия) при соотношении мономеры:растворитель 1:2,9 подают в смеситель и полимеризатор. В полимеризаторе при 40^oC и перемешивании получают раствор полимера. Технология получения волокна полностью соответствует технологии примера 1. Сорбция красителя составляет 91 мг/г волокна.

Волокно имеет следующие показатели:
Прочность одиночного волокна, сН/текс 31,9
Прочность волокна в петле, сН/текс 8,9 Удлинение, % 37,8
П р и м е р 3. Мономеры в соотношении, мас.%: Акрилонитрил 92,7 Метилакрилат 5,6 Акрилат натрия 0,7 Итаконовая кислота 1,0
и растворитель (52%-ный водный раствор роданида натрия) при соотношении мономеры: растворитель 1:4,5 подают в смеситель и полимеризатор. В полимеризаторе при 90^oC и перемешивании получают раствор полимера. Технология получения волокна соответствует технологии примера 1. Сорбция красителя составляет 72 мг/г волокна.

Волокно имеет следующие показатели:
Прочность одиночного волокна, сН/текс 29,5
Прочность волокна в петле, сН/текс 9,9 Удлинение, % 48,5
П р и м е р 4. Мономеры в соотношении, мас.%: Акрилонитрил 92,7 Метилакрилат 5,6 Акрилат натрия 1,7 и растворитель (50%-ный водный раствор роданида натрия) при соотношении мономеры: растворитель 1:3,0 подают в смеситель и полимеризатор. В полимеризаторе при 85^oC и перемешивании получают раствор полимера. Технология получения волокна соответствует технологии примера 1. Сорбция красителя составляет 76 мг/г волокна.

Волокно имеет следующие показатели:
Прочность одиночного волокна, сН/текс 29,0 Прочность волокна в петле, сН/текс 9,7 Удлинение, % 41,4
П р и м е р 5 (сравнительный с прототипом).

Мономеры в соотношении, мас. %: Акрилонитрил 92,7 Метилакрилат 4,0 Винилацетат 2,0 Итаконовая кислота 1,3 и растворитель (51%-ный водный раствор роданида натрия) в соотношении мономеры: растворитель 1:3,5 при 25^oС подают дозирующим устройством в смеситель, откуда питательным насосом направляют реакционную массу в полимеризатор. В полимеризаторе при 86^oС и перемешивании получают раствор полимера в роданистом натрии. Технология получения волокна соответствует технологии примера 1. Сорбция красителя 52 мг/г волокна.

Волокно имеет следующие показатели:
Прочность одиночного волокна, сН/текс 28,1 Прочность волокна в петле, сН/текс 9,7 Удлинение, % 35,1

Использование: производство синтетических волокон и нитей как текстильного, так и технологического назначения. Сущность изобретения: синтезируют сополимер акрилонитрила с акрилатом натрия или со смесью акрилата натрия с метилакрилатом, или со смесью акрилата натрия с метилакрилатом и итаконовой кислотой, полимеризацией в 45 - 52% - ном водном растворе роданида натрия при 40 - 90°С при соотношении мономеры: растворитель, равном 1:2,9 - 4,5. Массовое соотношение акрилата натрия с акрилонитрилом 5,3 - 7,3:92,7 - 94,7, с метилакрилатом и акрилонитрилом 1,7 - 5,29:0,01 - 5,6:92,7 - 94,7 с метилакрилатом итаконовой кислотой и акрилонитрилом 0,7 - 5,28:0,01 - 5,6:0,01 - 1,0: 92,7 - 94,7. Полученный раствор формуют в водно - роданидную осадительную ванну, волокно подвергают пластификационной вытяжке, промывают и сушат. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОГО ВОЛОКНА, включающий получение раствора сополимеризацией акрилонитрила с модицицирующим мономером в водном растворе роданида натрия при повышенной температуре, формование его в водно-роданидной осадительной ванне, вытяжку и сушку, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего мономера используют акрилат натрия, взятый в массовом соотношении с акрилонитрилом 5,3 - 7,3 : 92,7 - 94,7, или его смесь с метилакрилатом в массовом соотношении с акрилонитрилом 1,7 - 5,29 : 0,01 - 5,6 : 92,7 - 94,7, или его смесь с метилакрилатом и итаконовой кислотой в массовом соотношении с акрилонитрилом 0,7 - 5,28 : 0,01 - 5,6 : 0,01 - 1,0 : 92,7 - 94,7. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сополимеризацию проводят при 40 - 90^oС в 45 - 52%-ном водном растворе роданида натрия при соотношении мономеров и растворителя 1:2,9 - 4,5.