СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИАМИДНОГО ВОЛОКНА Российский патент 1997 года по МПК D06M14/16 

Изобретение относится к производству алифатических полиамидных волокон и нитей. Волокна из алифатических полиамидов (капрон, анид) обладают комплексом ценных потребительских свойств (высокие прочностные и усталостные характеристики, устойчивость к истиранию), по которым превосходят все известные виды многотонных волокон.

Однако характерные для полиамидных волокон повышенная электризуемость, низкая гигроскопичность, неприятный жесткий гриф, низкая сцепляемость создают существенные трудности в переработке их на трепальных, смесовых и чесальных машинах, а также существенно снижают комфортность готовых изделий даже в смеси с натуральными волокнами (например, с шерстью).

Известен способ получения шерстоподобного волокна из полиамида и полиэфира с неравномерной структурой [1] заключающийся в следующем: нити с низкой степенью ориентации подвергают вытягиванию в контакте с одним или несколькими типами органической жидкости, в которых нити при 25^oC имеют параметр растворимости 8 10. Процесс вытягивания полиамидных нитей проводится при температуре жидкостей (-10)-(-20)^oC.

Недостатками указанного способа является невозможность придания ПА-нитям повышенной гидрофильности и пониженной электризуемости, характерных для натуральной шерсти.

Другим существенным недостатком способа является применение агрессивных и токсических органических растворителей для полиамидов (крезол, фенол + метанол), большой расход электроэнергии и необходимость создания специального оборудования для организации процесса ориентационного вытягивания при температурах ниже 0^oC.

Известен также способ получения шерстоподобного полиамидного волокна путем введения в его структуру поперечных дисульфидных связей [2] Полиамидные волокна подвергают метоксиметилированию с последующей обработкой тиомочевиной. При гидролизе изотиомочевинных групп образуются меркаптогруппы, которые при дальнейшем окислении превращаются в дисульфидные.

Недостатком способа являются:
необходимость создания специального оборудования для сложного многостадийного процесса химической модификации ПА-волокна;
применение токсичных (метанол и фенол) и дорогостоящих (трифторид бора) химических реагентов и катализаторов;
необходимость создания специального оборудования для очистки сточных вод и регенерации химических реагентов.

Наиболее близким к изобретению является способ [3] по которому полиамидное волокно обрабатывают водным раствором надсернокислого калия при комнатной температуре. Затем волокно промывают водой и обрабатывают водным раствором акрилонитрила при 80^oC в течение 1 ч.

После прививки 35% полиакрилонитрила волокно промывают от мономера и полученный сополимер обрабатывают раствором надсернокислого калия и добавляют 15% -ный водный раствор диэтиламиноэтилметакрилата. Затем смесь нагревают при 80^oC 45 мин в токе инертного газа. Полученный комбинированный сополимер после высушивания при 80 90^oC содержит 18% привитых компонентов и отличается высокой сцепляемостью волокон. Гидрофильность волокна составляет 10%
Недостатками способа являются:
несоответствие поверхностных свойств (гриф, сцепляемость, накрашиваемость) свойствам натуральной шерсти из-за отличия состава прививаемых компонентов аминокислотной основе натуральной шерсти;
незавершенность реакции взаимодействия прививаемых соединений с полиамидом, в результате чего необходима тщательная промывка волокна и регенерация токсичных продуктов (акрилонитрил) из сточных вод;
многостадийность процесса и высокая сцепляемость и слипаемость модифицированного волокна, которое практически невозможно переработать на чесальных машинах в легкой промышленности.

В основу изобретения поставлена задача получения полиамидных волокон с поверхностными свойствами натуральной шерсти, а также снижение электризуемости на технологических переходах переработки волокна. Задача достигается тем, что в качестве модифицирующего вещества используются белковые продукты животного происхождения кератины натуральной шерсти, по химическому составу наиболее близкие полиамидам.

Возможность проведения химической модификации поверхности ПА-волокна в растворе натуральной шерсти связана с амфотерностью обоих продуктов (одновременное присутствие основных и кислотных групп: -NH₂, -COOH), наличием пептидных связей -NHCO- (центров возникновения водородных связей между соседними полипептидными цепями кератина шерсти и полиамида), а также с реакционной способностью дисульфидных связей в диаминокислоте цистин (основного компонента кератина шерсти), разрушением их при растворении и образованием новых поперечных связей.

Для проведения процесса модификации возможно применение существующего оборудования для крашения волокон. Так же как и перед крашением необходимо провести водную обработку ПА-волокон при температуре 90 100^oC в течение 1 ч с добавлением веществ, вызывающих набухание и разрыхление структуры поверхности (например, муравьиная, фосфорная кислоты в количестве 0,3 3,0 мас.), с целью повышения субмикропористости, частичного освобождения блокированных концевых групп, а также удаления гидрофобных замасливателей.

Пример 1. Модифицирование ПА штапельного волокна линейной плотности 0,4 текс с длиной резки 60 мм отходами натуральной шерсти проводилось на красильном аппарате типа "ПЭГГ". Приготовление щелочного раствора кератина шерсти осуществлялось на этом же оборудовании. Для этого 23 кг (15 мас. кератина) окрашенных отходов натуральной шерсти в виде кнопа с длиной частичек 1 мм в мешках из х/б или иной плотной ткани (капроновой, лавсановой), служащих фильтром от механических загрязнений и нерастворившихся примесей некератинной природы, помещаются в корзину для волокна. С помощью электротельфера корзина с отходами шерсти переносится в автоклав, который заполняется холодной водой. Через расширительный бак в автоклав порциями вводится рассчитанное количество предварительно приготовленного 30%-ного раствора едкого натрия так, чтобы общая концентрация щелочи была 0,6 мас. При объеме рабочего раствора 1200 л потребовалось 7,2 кг едкого натрия. С помощью циркуляционного насоса раствор щелочи перемешивается, с помощью пара доводится до 95 100^oC. Растворение шерсти в этих условиях происходит в течение 60 мин при периодической циркуляции щелочного раствора. Полученный раствор кератина шерсти перекачивают в бак для приготовления рабочих растворов. Корзина вынимается из автоклава, мешки с нерастворившимися остатками отходов и примесей шерсти удаляются, а корзина промывается водой и заполняется ПА-волокном (115 кг) для последующей модификации. Корзина с волокном снова переносится в автоклав, где сначала происходит отварка волокна в воде (95 100^oC) с добавлением веществ, вызывающих набухание, например ортофосфорной кислоты (3,6 кг концентрированной на 1200 л воды 0,3 мас.), в течение 60 мин, а затем собственно процесс химической модификации продуктами щелочного гидролиза кератина шерсти. Для этого воду после отварки волокна сливают, а в автоклав из бака для приготовления рабочих растворов перекачивают щелочной раствор кератина шерсти. Температуру раствора доводят до 80 100^oC. ПА-волокно обрабатывают при непрерывной циркуляции раствора в течение 0,5 3,0 ч. Процесс завершается промывкой волокна проточной водой и спуском отработанного раствора. В результате описанной обработки получают образцы с повышенным влагопоглощением (не ниже 5,5 6,5% при относительной влажности воздуха 65%), с устойчивым антистатическим эффектом (удельное электрическое сопротивление изменяется в пределах 3,7•10¹⁰ 2,6•10¹¹ Ом, в то время как для немодифицированного неантистатичесного волокна получены значения 10¹³ - 10¹⁴ Ом). Образцы волокон приобретают объемность, мягкость и персиковую пушистость. Образцы тканей, изготовленные из этих волокон, по внешнему виду неотличимы от тканей из чистой шерсти.

Пример 2. Модифицирование проводится на оборудовании и при температурных и временных параметрах, аналогичных примеру 1. 5% отходов натуральной шерсти от массы ПА-волокна помещают в мешках в корзину для загрузки волокна аппарата типа "ПЭГГ" и растворяют в 2,0%-ном водном растворе едкого натра. Раствор сливают в резервную емкость, из корзины удаляют мешки с нерастворившимися примесями. Затем в корзину загружают ПА-волокно и обрабатывают его 3%-ным водным раствором о-фосфорной кислоты в течение 60 мин при температуре 95 - 100^oC. Раствор кислоты сливают, волокно промывают проточной водой, а в автоклав перекачивают ранее приготовленный щелочной раствор кератина шерсти из резервной емкости. Дальнейшие операции аналогичны описанным в примере 1.

Пример 3. Модифицирование проводится на оборудовании и при температурных и временных параметрах, аналогичных примерам 1 и 2. В 15%-ном водном растворе едкого натра растворяют 10% отходов натуральной шерсти от массы ПА-волокна. Предварительная обработка ПА-волокна проводится 1,5%-ным водным раствором муравьиной кислоты. Дальнейшие операции описаны в примерах 1 и 2.

Использование: текстильная промышленность. Сущность изобретения: исходное волокно обрабатывают водным раствором вещества, вызывающего набухание и разрыхление структуры его поверхности. Затем прививают керотин - продукт гидролиза отходов шерсти из его водно-щелочного раствора. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ модификации полиамидного волокна, включающий обработку исходного волокна водным раствором вещества, вызывающего набухание и разрыхление структуры поверхности волокна, и химическую прививку модифицирующего вещества на этой поверхности при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего вещества используют кератин, являющийся продуктом гидролиза отходов шерсти, а прививку проводят из его водно-щелочного раствора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку исходного волокна с линейной плотностью 0,25-0,40 текс и выше проводят при 85-100^oС в течение 1 ч в присутствии 0,3-3,0 мас. муравьиной или о-фосфорной кислоты. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прививку проводят из водного раствора гидроксида щелочного металла, содержащего 1-15 мас. кератина шерсти при 80-100^oС в течение 0,5 3,0 ч.