НЕТКАНЫЙ ОБЪЕМНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК D04H1/22 D04H13/00 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к нетканым объемным материалам, используемым в качестве прокладок в верхней одежде, в спальных мешках.

Известен нетканый объемный материал, содержащий холст из полиэфирных волокон, скрепленных акриловым или поливинилацетатным связующим в количестве 10-15% (Нетканые текстильные полотна. Справочное пособие. Под ред. Е.Н.Бершева. М. Легпромбытиздат. 1987. с. 238, 255).

Недостатком материала являются неудовлетворительные теплозащитные свойства и деформация после сжатия.

Наиболее близким к заявляемому является материал, содержащий холст из смеси волокон, представляющий собой синтетическое волокно и волокно пуха (заявка Великобритании N 1300537, кл. D 04 H 13/00, опубл. в 1979).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение теплозащитных свойств материала (увеличение суммарного теплового сопротивления) при одновременном уменьшении деформации после сжатия.

Поставленная задача достигается тем, что материал содержит холст из смеси волокон, скрепленных между собой латексным связующим, причем на волокно 1 нанесено катионактивное поверхностно-активное вещество общей формулы
в количестве 0,01-1,0% от массы волокна I, а на волокно II нанесено неионогенное поверхностно-активное вещество общей формулы
R-O-(CH₂-CH₂O)_nH, где R C₁₀H₂₁ - C₁₈H₃₇, n 10, 20
или R-COO-(CH₂-CH₂O)_nH, где R C₁₈H₃₇, n 6, 20
или R-CONH-(CH₂ CH₂O)_nH, где C₁₀H₂₁ C₁₈H₃₇, n 1, 2, 5 или 10
в количестве 0,01-1,0% от общей массы волокна II, при соотношении волокон 20:1 1:2 и содержании связующего 10 35% от массы материала. При этом в качестве волокна I используются синтетические волокна (например, полиэфирные, полиакрилонитрильные, полиамидные, поливинилспиртовые) или их смесь, а в качестве волокна II используются шерстяные волокна или пух птиц или животных.

Существенным отличием заявляемого изобретения является то, что нетканый объемный материал, полученный из смеси волокон, на поверхность которых нанесены указанные в формуле поверхностно -активные вещества (ПАВ) в количествах, не выходящих за пределы указанных, обладает повышенным в сравнении с прототипом (и уровнем техники) суммарным объемом пор (количеством воздушных прослоек в материале, способствующих удержанию тепла). ПАВ указанного строения в количестве 0,01-1,0% от массы волокон образует на поверхности волокон пленку, имеющую заряженные группы атомов. Наличие такой пленки приводит к тому, что в процессе образования холста из смеси обработанных волокон I и II между волокнами устанавливается определенное расстояние, при этом объемность материала, а следовательно, и теплозащитные свойства увеличиваются. При сжатии готового объемного материала волокна упруго сближаются и вновь отталкиваются при снятии нагрузки, восстанавливая первоначальный объем воздушных прослоек материала. Таким образом, теплозащитные свойства материала при многократном сжатии в процессе эксплуатации не ухудшаются. Наличие на поверхности волокон I и II различных, указанных в формуле изобретения, ПАВ создает условия для образования электрических зарядов при взаимном трении волокон при сжатии материала и обуславливают эффект отталкивания волокон друг от друга при сближении. Волокна I, имеющие в макромолекуле преимущественно отрицательно заряженные группы атомов, при трении приобретают отрицательный электростатический заряд, волокна II положительный. Поэтому нетканый объемный материал, полученный из смески необработанных указанными ПАВ волокон, имеет меньший суммарный объем пор и остаточную деформацию после сжатия, как и материал согласно прототипу, что объясняется взаимным притяжением волокон в холсте, при трении приобретающих противоположные по знаку заряды. При нанесении на волокно I катион-активных ПАВ, указанных в формуле изобретения, в количестве 0,01-1,0% от массы волокна, на его поверхности появляются положительно заряженные группы атомов, частично компенсирующие отрицательный заряд волокна. Волокно II, являясь амфолитным белковым волокном, имеет как положительные, так и отрицательные заряженные группы (-NH₂ и -COOH) в структуре макромолекулы, поэтому нанесенное на его поверхность неионогенное ПАВ в количестве 0,01 1,0% от массы волокна, практически не приводит к перезарядке волокна, а лишь улучшает его способность к холстообразованию. Поэтому в итоге между волокнами I и II в волокнистом холсте создается определенный электростатический барьер и сохраняется максимальное расстояние, а при сближении волокон возникают силы отталкивания, обусловленные возникновением трибозарядов. Создается максимально пористый нетканый объемный материал, практически не имеющий остаточной деформации (восстанавливающий свой объем после сжатия и снятия нагрузки). Если количество указанных в формуле изобретения ПАВ меньше 0,01% эффекта увеличения объемности материала не достигается. При нанесении ПАВ на волокно свыше 1% от массы волокон процесс холстообразования проходит неудовлетворительно, волокна комкуются, волокнистый холст крайне неравномерный.

Таким образом, при наличии на волокне I катионактивных ПАВ указанных выше формул в качестве 0,01-1,0% от массы волокна, на волокно II неионогенных ПАВ указанных выше формул в количестве 0,01-1,0% от массы волокна создается высокопористый объемный материал с хорошими теплозащитными свойствами, упруго восстанавливающий первоначальный объем воздушных прослоек после сжатия.

Особенно большой теплозащитный эффект возникает при использовании в качестве волокна II пуха птицы или животных, после нанесения указанных ПАВ. При этом создается повышенная объемность материала за счет того, что в каркасе более плотных и упругих волокон I закреплены волокна пуха, имеющие особую структуру и легкость, а наличие ПАВ приводит к тому, что незакрепленные концы волокон пуха, свободно передвигаются в "ячейках" каркаса, легко отталкиваясь от него.

Скрепление волокнистого холста латексным связующим путем аэрозольного распыления с последующим высушиванием приводит к тому, что волокна холста скрепляются между собой точечно в местах их пересечения, а свободные концы или отрезки волокон, взаимно перемещаясь, участвуют в восстановлении объема после сжатия и снятия нагрузки. Количество нанесенного связующего должно составлять не менее 10% по сухому остатку (от массы материала) во избежание разрушения холста и не превышать 35% от массы материала, т.к. превышение количества связующего приводит к уменьшению объемности материала и увеличению остаточной деформации после сжатия, волокна закрепляются более жестко и не могут передвигаться друг относительно друга.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Из смески полиэфирных волокон извитых линейной плотностью 0,72 текс длиной 65 мм и полиакрилонитрильных волокон линейной плотностью 0,68 текс длиной 65 мм при соотношении указанных волокон 70:30 на лабораторной чесальной машине получают волокнистый холст поверхностной плотностью 125 г/м². Методом аэрозольного напыления наносится связующее состава:
эмульсия поливинилацетатная 150 г/дм³
вода до 1 дм³.

Сушка материала при 135^oC в течение 7 мин. Содержание связующего в готовом материале после сушки 15% Поверхностная плотность готового материала 145 г/м², толщина 15 мм.

Суммарное тепловое сопротивление материала измеряется на приборе ПТС-225 согласно ГОСТ 20489-75.

Деформация материала после сжатия измеряется известным способом путем определения изменения толщины материала после снятия нагрузки (в течение 60 мин под нагрузкой) сразу и через 20 мин. Исходя из условий эксплуатации, например, спальных мешков с прокладкой из объемного нетканого материала, при испытаниях была выбрана нагрузка 100 кг/м².

Состав и свойства материала представлены в табл. 3, 4.

Пример 2.

На полиэфирное волокно 0,72 текс длиной 65 мм наносят путем распыления катионактивное ПАВ алкамон ОС-2 в виде водного раствора концентрацией 2% в количестве 10% от массы волокна, затем волокно перемешивается и высушивается на воздухе. Волокна пуха гусиного обрабатываются 3% раствором неионогенного ПАВ синтамид-5 путем распыления. Нанесение ПАВ составляет 10% от массы пуха. Пух высушивается на воздухе. Из смески полиэфирных волокон и пуха, высушенных после обработки, в соотношении 2:1 на лабораторной чесальной машине получают волокнистый холст поверхностной плотностью 125 г/м². Аналогично примеру 1 наносят связующее на основе ПАВ, содержание связующего в готовом материале после высушивания при 135^oC составляет 15% плотность готового материала 145 г/м². Оценка свойств готового материала проводится аналогично примеру 1.

Пример 3.

Берется полиамидное волокно линейной плотностью 0,4 текс длиной 65 мм. Методом напыления на волокно наносится триэтаноламиновая соль лаурилсульфата натрия в виде 5% раствора в количестве 10% от массы волокна. Затем волокно перемешивается и высушивается на воздухе. На пух гусиный наносится 1% -ный раствор моноэтаноламида с.ж.к. в количестве 10% от массы волокна, пух перемешивается и высушивается на воздухе. Получение материала, оценка свойств аналогично прототипу, состав и свойства готового материала представлены в табл. 3, 4.

Пример 4.

Берется полиамидное волокно 0,4 текс длиной 65 мм, обрабатывается 3% - ным раствором ТМС "Новость" (10% от массы волокна), и шерсть полугрубая 48^к со средней толщиной волокон 32,1 37,8 мкм, обрабатывается 2%-ным раствором синтанола ДС-10 (10% от массы волокон). Получение материала и оценка свойств аналогично примеру 1.

Пример 5.

Отличается тем, что в качестве синтетического волокна используется поливинилспиртовое волокно линейной плотностью 0,33 текс длиной 65 мм.

Пример 6.

Отличается тем, что в качестве волокна II используется пух оленьей шерсти.

Примеры 7-11 аналогично примеру 1.

Пример 12.

Отличается тем, что в качестве синтетического волокна берется смесь полиэфирных 0,72 текс и полиамидных волокон 0,4 текс длиной 65 мм при соотношении 3:1.

Пример 13.

Отличается тем, что в качестве связующего используется латексное связующее состава:
акронал 230 Д 75 г/дм³
акронал 35 Д 75 г/дм³
вода до 1 дм³.

Пример 14.

Отличается тем, что в качестве латексного связующего используется связующее состава:
латекс СКН-40-1ГП 150 г/дм³
метазин 13,2 г/дм³
едкий натрий 2,5 г/дм³
пеногаситель 0,1 г/дм³
вода до 1 дм³.

Анализируя представленные данные можно сделать вывод о том, что наличие на поверхности волокна I, в качестве которых используются синтетические волокна или их смесь, катионактивных ПАВ, указанных в формуле изобретения, в количестве 0,01-1,0% от массы волокна I, а на поверхности волокна II, в качестве которого используется шерсть или пух, неионогенного ПАВ, указанного в формуле изобретения, в количестве 0,01-1,0% от массы волокна II, при соотношении волокон 20:1-1:2 и содержании связующего 10-35% от массы материала способствует увеличению суммарного теплового сопротивления материала с 0,275 м^2oC/Вт (прототип) до 0,365-0,425 м^2oC/Вт. При сжатии материала под нагрузкой 100 кг/м² в течение 60 мин деформация материала (изменение толщины) составляет сразу после снятия нагрузки 4-8% (прототип 18%), через 20 мин отдыха 0-5% (прототип 13%). При этом суммарное тепловое сопротивление после сжатия материала и снятия нагрузки практически не изменяется (у прототипа ухудшается на 10% по отношению к первоначальному).

Использование различных видов связующего (примеры 2 12, 13, 14) при содержании связующего 10-35% от массы материала не изменяет теплофизических и упругих свойств материала. При содержании связующего менее 10% материал разрушается, более 35% материал становится жестким, волокна не могут перемещаться, восстанавливая объем материала после сжатия.

Таким образом, нетканый объемный материал, содержащий холст из смеси волокон I и II, на поверхность которых нанесено соответственно катионактивное и неионогенное поверхностно-активное вещество, указанные в формуле изобретения, при соотношении волокон 20:1-1:2 и содержании латексного связующего 10-35% от массы материала обладает повышенным суммарным тепловым сопротивлением и малой деформацией после сжатия, что сохраняет теплофизические свойства материала в процессе эксплуатации стабильными.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в производстве нетканых материалов для швейной промышленности. Материал может быть применен в качестве теплоизоляционной прокладки в верхней одежде и спальных мешках. Предлагаемый нетканый объемный материал включает холст из смеси волокон при соотношении 20:1-1:2, причем на волокно I нанесено поверхностно-активное катионактивное вещество формулы:
,
в количестве 0,01-1,0% от массы волокна I, а на волокно II нанесено неионогонное поверхностно-активное вещество формулы
R-O-(CH₂-CH₂O)_nH, R = C₁₀H₂₁- C₁₈H₃₇, n = 10,20
или R-COO-(CH₂-CH₂O)_nH, R = C₁₈H₃₇, n = 6,20
или R-CONH-(CH₂-CH₂O)_nH, R = C₁₀H₂₁-C₁₈H₃₇, n = 1, 2, 5, 10
в количестве 0,01 - 1,0% от массы волокна II. Волокна скреплены между собой латексным связующим в количестве 10-35% от массы материала. При этом волокно I представляет собой любое синтетическое волокно, а волокно II - шерсть или пух. Заявленный нетканый объемный материал имеет улучшенные теплоизоляционные свойства и малую остаточную деформацию после сжатия, что способствует сохранению стабильных теплофизических свойств материала в процессе его эксплуатации. Эффект достигается за счет наличия на поверхности волокон I и II в смеси различных по химической природе ПАВ, что способствует сохранению определенного расстояния между волокнами в материале и высокой объемности материала. 4 табл.

Нетканый объемный материал, содержащий холст из смеси волокон, представляющих собой синтетическое волокно и волокно пуха, отличающийся тем, что на синтетическое волокно наносят катионактивное поверхностно-активное вещество общей формулы

где R - C_1 0H_2 1-C_1 8H_3 7,
или

где R - C_1 0H_2 1-C_1 4H_2 9,
или
R-CH₂-O-SO₃M,
где R C₁₀H₂₁-C_1 8H_3 7;
M Na, NH₄, (OH-CH₂-CH₂)₃-NH₄,
в количестве 0,01 1,0% от массы синтетического волокна, а на волокна пуха наносят неионогенное поверхностно-активное вещество общей формулы
R-O-(CH₂-CH₂O)_n,
где R C₁₀H_2 1-C_1 8H_3 7;
n 10, 20,
или
R-COO-(CH₂-CH₂O)_nH,
где R C_1 8H_3 7;
n 6, 20,
или
R-CONH-(CH₂-CH₂O)_nH,
где R - C_1 0H_2 1-C_1 8H_3 7;
n 1, 2, 5 и 10,
в количестве 0,01 1,0% от массы волокон пуха при соотношении волокон 20: 1 1: 2, после чего полученные волокна скрепляют между собой латексным связующим при его содержании 10 35% от массы материала.