СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО КЛЕЕНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК D04H1/64 

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к технологии изготовления клееных нетканых материалов (КНМ), которые могут быть использованы для технических, медицинских целей, в качестве прокладочных материалов в швейной промышленности.

Известен способ изготовления КНМ путем пропитки волокнистого холста связующим, содержащим водную дисперсию синтетического каучука и вулканизирующий агент тиосульфат аммония или нитрия и хлорид аммония (а.с. 1234478, D 04 H 1/64, опублик. 1986). Материал, полученный известным способом, имеет достаточно высокую прочность. Но при пропитке связующее образует пленки и агломераты на волокнах и сегменты между волокнами, что приводит к снижению подвижности волокон относительно друг друга и к увеличению жесткости материала, а также увеличению расхода связующего при пропитке.

Для достижения преимущественно точечной структуры склеек в КНМ предлагается способ изготовления нетканых материалов путем образования холста из волокон (а.с. 194052, D 04 H 1/00, опублик. 1967), обработанных неотвержденной термореактивной смолой и агентом отверждения и последующей термообработки, отличающийся тем, что с целью получения точечного склеивания между волокнами часть волокон подвергается обработке неотвержденной эпоксидной смолой, а часть агентом отверждения. При этом непрореагировавшая смола и отвердитель после термообработки могут быть удалены путем обработки растворителем. Этот способ позволяет достичь точечной структуры склеек в КНМ и за счет этого получить материал одновременно с высокой прочностью, эластичностью, паро- и воздухопроницаемостью. Но способ имеет ряд существенных недостатков, которые делают практически невозможным его широкое применение:
Высокая токсичность применяемых эпоксидных смол и отвердителей, а также растворителей.

Невозможность получить волокнистый холст из волокон, обработанных эпоксидной смолой и отвердителем, на современных высокоскоростных чесальных машинах. Основная часть производимых в стране КНМ выпускается на оборудовании фирмы "Темафа-Брюкнер" производительностью не менее 30-40 м/мин. Волокна, обработанные эпоксидной смолой или отвердителем, комкуются, свойлачиваются, наматываются на рабочие органы чесального оборудования. В примере, иллюстрирующем известный способ, предлагается сформировать волокнистый холст из 50% вискозных волокон с поверхностным слоем эпоксидной смолы (30% от массы волокон) и 50% вискозных волокон, обработанных отвердителем полиэтиленполиамином (4% от массы волокон). При таком количестве смолы на волокне возможно сформировать волокнистый холст лишь вручную или на низкоскоростных лабораторных чесальных установках. Если же существенно уменьшить количество наносимой смолы, то прочность КНМ резко уменьшится. Если обрабатывать таким образом синтетические волокна, то они будут иметь высокое электрическое сопротивление и свойлачиваться при механическом воздействии, что делает невозможным качественное формирование волокнистого холста.

Промывка готового КНМ растворителем для удаления непрореагировавшей смолы и отвердителя значительно усложняет процесс и удорожает материал.

Для достижения несплошного проклеивания волокнистого холста предлагаются способы нанесения связующего через сетчатый шаблон (патент США N 4451315, НКИ 156-220, 1984) или распылением в виде мелких капель или твердых частиц (патент США N 3079290, НКИ 154-46, 1963). Эти способы требуют создания специального оборудования или приспособления, создания связующего, удовлетворяющего всем требованиям.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ [1] где предлагается способ получения нетканого клееного материала, заключающийся в смешивании, эмульсировании, рыхлении и вылежке волокнистой смеси, формировании холста на чесальных машинах, пропитке волокнистого холста вспененным связующим, сушке, термообработке и охлаждении, отличающийся тем, что с целью улучшения фильтровальных свойств материала при повышении прочностных характеристик материала в мокром состоянии используется смесь из 55-60 мас. полиэфирных волокон 0,84 текс, 25-30 мас. полиэфирных волокон 0,17 текс и вискозных волокон 0,31 текс, а в качестве связующего используют смесь бутадиенакрилонитрильного и акрилатного латексов в соотношении 1:2 при общем содержании 35-40% от массы материала.

Недостатком известного способа, так же как и большинства других способов получения КНМ пропиткой волокнистого холста, является то, что достаточно высокая прочность КНМ достигается за счет повышенного содержания связующего в материале. При этом сплошные пленки связующего на волокнах, сегменты и агломераты снижают подвижность волокон относительно друг друга и делают материал картоноподобным, жестким. Одновременное достижение высокой прочности материала с низкой жесткостью, увеличением несминаемости, капиллярности и воздухопроницаемости при использовании известного способа практически невозможно, особенно при пропитке преимущественно гидрофильных волокон, имеющих высокую смачиваемость и покрывающихся при пропитке сплошной пленкой связующего.

Целью заявляемого изобретения является увеличение прочности материала при одновременном снижении его жесткости, повышении несминаемости, капиллярности и воздухопроницаемости за счет создания точечной структуры склеек волокон связующим. Цель достигается тем, что волокна обрабатывают составом, содержащим, мас.

Неионогенное
поверхностно-активное вещество или их смесь 0,02-2,0
Кремнийорганическое
соединение или их смесь 0,05-6,0
Дубящее соединение или их смесь 0,05-3,0 Вода до 100,
в количестве 4-15% от массы волокон, причем обработку волокон составом совмещают с эмульсированием и/или проводят после формирования холста. При этом обработку волокон составом проводят при рН 3-12.

Существенным отличием предлагаемого способа изготовления КНМ является то, что обработка волокон составом, включающим неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ), кремнийорганическое соединение и дубящее вещество, на стадии эмульсирования и/или после формирования холста, обеспечивает образование преимущественно точечного склеивания волокон связующим при пропитке, что придает волокнам взаимную подвижность и позволяет при увеличении прочности материала одновременно снизить его жесткость, повысить несминаемость, капиллярность и воздухопроницаемость. Сочетания этих физико-механических характеристик КНМ практически невозможно добиться при иной структуре склеек волокон связующим.

Известно применение ПАВ для обработки волокон с целью снижения их электризуемости при переработке. Но наличие пленки ПАВ на поверхности волокна приводит к увеличению смачиваемости волокон и растеканию связующего по их поверхности при пропитке, что в результате дает повышение жесткости готового материала, снижение несминаемости, капиллярности и воздухопроницаемости. Известно также применение кремнийорганических соединений в отдельности или совместно с органическими соединениями на основе формальдегида при последующей термофиксации с целью получения гидрофобизирующего покрытия на волокнистом материале (Орлов В.Ф. Кремнийорганические соединения в текстильной и легкой промышленности. М. Легкая индустрия 1966, с. 121). Но применение известных составов и условий обработки не позволяет достичь увеличения прочности КНМ при снижении его жесткости. Причиной является то, что гидрофобная пленка на волокне является антиадгезивом и не может способствовать упрочнению связи волокно-связующее. Увеличение прочности материалов за счет обработки кремнийорганическими соединениями достигается лишь при обработке готовых материалов (тканей, иглопробивных нетканых материалов) за счет образования прочной пленки кремнийорганического соединения на поверхности готового материала (Гусев и др. Влияние обработки кремнийорганическими соединениями на прочность иглопробивного вискозного материала, Текст. промышленность, 1984, N 4, с. 50-51). Если же обрабатывать волокна и затем проводить пропитку связующим, прочности готового материала не достичь. Кроме того, гидрофобизированное волокно обладает повышенным электрическим сопротивление (10¹⁰-10¹² Ом), что отрицательно сказывается на качестве формирования холста.

Механизм действия состава, включающего неионогенное ПАВ, кремнийорганическое соединение и дубящее вещество, при определенных условиях обработки волокон, совсем иной, чем при гидрофобной отделке. После обработки волокон составом в результате сорбции углекислого газа из воздуха алкилсиликоновый комплекс кремнийорганического соединения разрушается, распадаясь на ионные соединения. При этом неионогенное ПАВ частично взаимодействует с гидрофобным радикалом кремнийорганического соединения. Сочетание на волокне участков гидрофильного (в том числе и за счет дубящего соединения) и гидрофобного характера (гидрофобные радикалы кремнийорганического соединения, не взаимодействовавшие с ПАВ, при соблюдении концентрации состава в рамках технического решения) приводит к созданию преимущественно точечной структуры склеек волокон при пропитке водной дисперсией связующего, что позволяет при общем повышении прочности склеивания (за счет наличия реакционноспособных групп, усиливающих взаимодействие со связующим) снизить жесткость материала, увеличить несминаемость, капиллярность и воздухопроницаемость.

Поскольку для изготовления клееных нетканых материалов обычно используют смеси различных волокон, возможно использование в составе для обработки смеси волокон двух неионогенных ПАВ, каждое из которых улучшает свойства того или иного волокна, в пределах указанных в формуле концентраций. Точно также в определенных случаях целесообразно использовать вместо одного кремнийорганического соединения смесь двух кремнийорганических соединений, вместо одного дубящего соединения смесь двух дубящих соединений, что увеличивает эффективность действия состава даже при небольших концентрациях ингредиентов.

Достижение поставленной в изобретении цели может быть осуществлено при помощи обработки волокон составом после формирования холста или в две стадии: определенное количество состава, которое варьируется в зависимости от вида и соотношения используемых в смеске волокон, наносится на стадии эмульсирования и дополнительно проводится обработка волокон составом после формирования холста, что позволяет усилить эффект повышения прочности, т.к. при этом контакт связующего с влажной поверхностью волокна происходит более полно и быстро. Общее количество нанесенного состава не должно превышать указанных в формуле пределов. Нанесение состава на волокно на других технических стадиях не позволяет достичь точечного скрепление волокна связующим.

Учитывая химическую природу и свойства используемых в смеске волокон, можно обрабатывать волокна различной природы разными составами, в целом не выходящими за рамки технического решения. Количество наносимого на обеих стадиях обработки состава зависит от вида и соотношения используемых в смеске волокон, но не должно превышать 15% т.к. материал приобретает повышенную жесткость. Нанесение состава менее 4% от массы волокон не улучшает свойств КНМ.

При необходимости учитывается рН состава, которое также определяется химической природой используемых в смеске волокон и применяемого связующего.

Точечная структура КНМ, полученных согласно предлагаемому способу, подтверждается данными микроскопического анализа.

Применение предлагаемого способа получения клееных нетканых материалов иллюстрируется следующими примерами:
П р и м е р 1 (прототип).

Получение клееного нетканого материала производят на оборудовании фирмы "Темафа-Брюкнер". Смешиваются полиэфирные волокна 0,84 текс (57,5 мас.), полиэфирные волокна 0,17 текс (27,5 мас.) и вискозные волокна 0,31 текс (15,0 мас.). Смеска эмульсируется составом, содержащим препарат ОС-20 в количестве 2,0 мас. и воду в количестве 98 мас. Состав наносится на волокно методом распыления в количестве 8% от массы волокон. После разрыхления и вылежки в течение 16 ч волокно начесывают в холст. Пропитка холста осуществляется вспененным связующим составa, мас.

Бутадиенакрилони-
трильный латекс 12,5 Акрильный латекс 25,0 Вода Остальное
После пропитки следует сушка при 90^оС, термофиксация при 150^оС и охлаждение материала. Содержание связующего в готовом материале 37% Физико-механические свойства КНМ определяются согласно ГОСТ. Разрывная нагрузка (прочность) образцов КНМ определяется по ГОСТ 15902.3-79, жесткость определяется по методу кольца на приборе ПЖУ-12М по ГОСТ 8977-74, капиллярность по ГОСТ 3816-61, воздухопроницаемость по ГОСТ 12088-77. Несминаемость определяется по углу восстановления после смятия на приборе СМТ.

П р и м е р 2.

Обработку смески волокон аналогично примеру 1 совмещают с эмульсированием и проводят составом, мас. Синтамид-5 1,0
Алюмометилсиликонат натрия 2,0 Синтан БНС 1,0 Вода Остальное
Затем проводят рыхление, вылежку волокон и формирование холста, пропитку связующим, сушку, термофиксацию и охлаждение аналогично примеру 1.

Остальные примеры проводятся аналогично. Свойства готовых КНМ сведены в таблицу.

Анализ данных, представленных в таблице, позволяет сделать вывод, что получение клееных нетканых материалов заявленным способом (примеры 2-15, 22-29, 34, 35) позволяет увеличить прочность материала в сравнении с прототипом (пример 1) со 140 Н по длине до 160-180 Н и с 28 Н по ширине до 53-65 Н. Одновременно снижается жесткость материала с 8,5 до 6,0-6,7 сН по длине и с 5,5 до 3,3-3,8 сН по ширине. Несминаемость КНМ увеличивается с 45% по длине и 52% по ширине соответственно со 65-79% и 71-75% Капиллярность увеличивается с 2,5 до 6,0-7,5 см/ч, что является достаточно большим показателем для клееных нетканых материалов, воздухопроницаемость увеличивается в среднем в 2 раза. Нанесение состава после формирования холста (примеры 23 и 25) или на обеих стадиях (пример 24) приводит к достижению цели, заявленной в формуле, а нанесение состава на других стадиях (примеры 30-32) не улучшает комплекса свойств КНМ из-за отсутствия точечной структуры склеек. При нанесении состава с концентрацией ингредиентов, выходящей за пределы, определяемые формулой изобретения (примеры 16-21), свойства КНМ остаются на уровне прототипа или несколько ухудшаются также, как и при нанесении состава более 15 или менее 4 мас. (примеры 5 и 6). В примерах 33-35 показано использование составов с разным значением рН, в примерах 2, 26 и 27 используются для пропитки холста разные виды связующих на основе водных дисперсий полимеров, в примерах 2, 28 и 29 используются для получения волокнистого холста разные виды волокон. Анализ позволяет сделать вывод, что механизм действия заявляемого способа в этих случаях сохраняется, достигается цель изобретения. При отсутствии в составе одного или двух ингредиентов (примеры 36-38) цель изобретения не достигается, свойства КНМ остаются на уровне прототипа.

Приведенные примеры не исчерпывают всех случаев использования заявляемого способа получения КНМ, а являются его иллюстрацией.

Таким образом, применение указанного состава для обработки волокон на указанных в формуле технологических стадиях получения КНМ приводит к увеличению прочности материала при одновременно снижении его жесткости, повышении несминаемости, капиллярности и воздухопроницаемости за счет образования в материале преимущественно точечной структуры склеек, которая подтверждается данными микроскопического анализа.

Использование: в легкой промышленности. Сущность изобретения: способ получения нетканого клееного материала включает следующие операции: смешивают полиэфирные и вискозные волокна, эмульсируют смесь, рыхлят, подвергают вылежке, формируют холст на чесальных машинах, пропитывают волокнистый холст связующим на основе водной дисперсии полимера, сушат, термообрабатывают и охлаждают. Холст обрабатывают составом, содержащим, мас.%: неионогенное поверхностно-активное вещество или их смесь 0,02 - 2,0; кремнийорганическое соединение или их смесь 0,05 - 6,0; дубящее соединение или их смесь 0,05 - 3,0; вода до 100, взятым в количестве 4 - 15% от массы волокон. Обработку совмещают с эмульсированием смеси волокон и/или проводят после формирования холста. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО КЛЕЕНОГО МАТЕРИАЛА, при котором смешивают полиэфирные и вискозные волокна, эмульсируют смесь, рыхлят, подвергают вылежке, формируют холст на чесальных машинах, пропитывают волокнистый холст связующим на основе водной дисперсии полимера, сушат, термообрабатывают и охлаждают, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности материала при одновременном снижении его жесткости, повышении несминаемости, капиллярности и воздухопроницаемости за счет образования преимущественно точечного скрепления волокон холста, последний обрабатывают составом, содержащим, мас. %:
Неинногенное поверхностно-активное вещество или их смесь - 0,02 - 2,0
Кремнийорганическое соединение или их смесь - 0,05 - 6,0
Дубящее соединение или их смесь - 0,05 - 3,0
Вода - До 100
взятым в количестве 4 - 15% от массы волокон, при этом обработку совмещают с эмульсированием смеси волокон и/или проводят после формирования холста. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку проводят при pH 3 - 12.