СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ НИТЕЙ Российский патент 2014 года по МПК D01F11/04 D06M15/256 D01F6/00 D01F6/06 D01F6/60 D01F6/62 

Введение

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению синтетических нитей с высокой стойкостью к действию агрессивных сред в широком интервале температур, низким коэффициентом трения, высокой гидрофобностью, предназначенных для изготовления тканей, работающих в жестких технологических условиях, таких, например, как фильтрация горячих газов и сильно агрессивных жидкостей, а также для кислотоупорной набивки сальников центробежных насосов.

Уровень техники

Известен способ получения комплексных полипропиленовых нитей на основе формования их из расплава смеси полипропилена с порошком политетрафторэтилена (Патент RU №24113120, опубл. 2011 г.), обеспечивающий повышение прочности и гидрофобности полипропиленовых нитей. Однако этот способ не приводит к существенному повышению хемостойкости полипропиленовых нитей и не обеспечивает снижения их коэффициента трения до очень низкого уровня, присущего фторопласту и необходимого для набивки сальников центробежных насосов.

Известен способ получения фильтровального материала методом пропитки ткани смесью дисперсии фторопласта, кремнийорганической эмульсии и анионактивного ПАВ, который обеспечивает получение ткани с высокой фильтрующей способностью (Патент RU №2079341. опубл. 1997 г.). В результате такой обработки на нити остается покрытие, состоящее из смеси фтор- и кремнийсодержащих полимеров. Однако такая ткань не обладает достаточно высокими показателями хемостойкости и низкими коэффициентами трения.

Известен способ получения синтетических нитей из фторопласта - полифена (Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.787-790) путем формования волокон по мокрому способу из вспомогательного полимера, выполняющего функцию загустителя, наполненного частицами фторопласта. В качестве загустителей применяют или вискозу и формование проводят с использованием кислотно-солевой осадительной ванны, или поливиниловый спирт и формование проводят с использованием в качестве осадительной ванны концентрированных водных растворов сульфатов аммония, алюминия и натрия. Сформованные волокна подвергаются отделке. В случае использования в качестве загустителя вискозы проводят промывку холодной и горячей водой и щелочную обработку. Волокна, сформованные с использованием поливинилового спирта, обрабатывают в ацетилирующей ванне и промывают последовательно холодной и горячей водой. После отделки волокна подвергают термической обработке (спеканию), которую проводят при температуре 360-400°C при перемещении нити по поверхности обогреваемого металлического ролика или пластины. В результате такой термообработки вспомогательный полимер разрушается и удаляется в виде газообразных продуктов, а частицы фторопласта спекаются, превращаясь в нить. После спекания нить подвергают ориентационному упрочнению - вытягиванию при температуре 330-400°C с кратностью 3-10 раз. Однако такой способ крайне сложен и дорог.

Известен также способ получения волокна из ацетонорастворимого фторопласта - фторлона (Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.790). Фторлон формуют по мокрому способу из 14-16%-ного раствора сополимера в ацетоне в водную ванну, содержащую 4-6% ацетона. Свежесформованное волокно, содержащее растворитель, вытягивают между дисками прядильной машины в 1,5-2 раза при комнатной температуре. Высушенную нить дополнительно вытягивают (в сумме в 16-20 раз) в среде глицерина при ~140°C, после чего вновь сушат с одновременной терморелаксацией при 140-150°C в течение 1 часа в условиях свободной усадки.

Однако способ крайне сложен в реализации, имеет высокую взрывоопасность из-за использования высоколетучего растворителя, характеризуется ограниченной сырьевой базой, а себестоимость нитей крайне высока.

Известен способ получения синтетических нитей, являющийся по техническому существу наиболее близким к изобретению (Энциклопедия полимеров, т.2. М.: Советская энциклопедия, 1974, с.723-726; Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.11-13, 116-119). Этот способ включает следующие стадии:

- Получение расплава. Гранулят из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам. В случае формования полиамидных волокон процесс осуществляется в среде инертного газа.

- Формование. Расплав продавливают через фильеры.

- Охлаждение. Струйки расплава, выходящие из фильер, охлаждаются в воздушной шахте или в ванне с водой.

- Нанесение авиважа. На свежесформованные нити наносят авиважный препарат и наматывают их на бобину.

- Ориентационное вытягивание и термофиксация. Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию в интервале температур 100-180°C в среде воздуха, водяного пара или на горячей поверхности при кратности вытягивания от 2,5 до 5,5. Вытянутые нити термофиксируют при 100-160°C, получая готовые нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Однако полученные по этому способу нити имеют невысокие показатели по устойчивости к действию агрессивных сред и гидрофобности, а также высокий коэффициент трения, затрудняющий последующую переработку нитей.

Сущность изобретения

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа получения синтетических нитей, обладающих повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и гидрофобностью, а также пониженным коэффициентом трения.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе получения синтетических нитей формованием нитей из расплава полимера, нанесением авиважного препарата, ориентационным вытягиванием и термофиксацией авиважный препарат наносят на горячую поверхность свежесформованных нитей одновременно с водной суспензией политетрафторэтилена концентрации 3-60 г/л, а ориентационное вытягивание проводят с кратностью 3-15.

Изобретение позволяет придать нитям очень высокую устойчивость к действию агрессивных сред, на 24-94% повысить гидрофобность, на 11-35% повысить прочность сформованных нитей и на 78-87% снизить коэффициент трения.

Способ может быть реализован для получения синтетических нитей из различных полимеров, например из полипропилена, полиэтилентерефталата, поликапроамида.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) можно использовать, например, в виде суспензий Ф4Д (СТО 05807960-007-2010), Ф-4ДВ (ТУ 6-05-1246), Ф-4МД-А, Ф-4МД-Б (ТУ 6-05-2012) или их аналогов Teflon 30, Fluon AD, Hostaflon TF5000, Polyflon D. Толщину покрытия регулируют изменением концентрации ПТФЭ в суспензии.

Для обеспечения возможности дальнейшей переработки нитей можно использовать традиционно применяемые авиважные препараты, обладающие поверхностной активностью, например алкамон ОС-2 на основе (алкилдиоксиэтилен)диметилдиэтиламмоний бензилсульфоната (ГОСТ 10106-75), алкамон ДС на основе алкоксидиметилдиэтилдиэтиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83), триамон на основе трис(2-гидроксиэтил)метиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83).

Пример получения нитей из полипропилена.

Гранулят полипропилена из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам и продавливают через них.

На горячую поверхность свежесформованных полипропиленовых текстильных нитей окунанием наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (100-140°C) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (100-110°C), получая готовые полипропиленовые нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Пример получения нитей из полиэтилентерефталата.

Гранулят полиэтилентерефталата из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется и продавливается через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиэфирных текстильных нитей наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (120-160°С) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (110-140°С), получая готовые полиэтилентерефталатные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Пример получения нитей из поликапроамида.

Гранулят поликапроамида из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам. Формование осуществляют в атмосфере инертного газа.

Расплав продавливают через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиамидных нитей наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (140-180°С) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (120-150°С), получая готовые поликапроамидные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Свойства синтетических нитей, полученных по способу-прототипу и заявленному способу, контролируют одинаково:

- Кратность ориентационного вытягивания определяют соотношением диаметров элементарных нитей, которые измеряют с помощью прибора «Ланатестер-2» до и после вытягивания;

- Устойчивость нитей к действию агрессивных сред оценивают по уменьшению разрывной нагрузки нитей (%) после 24-часового воздействия 40%-ного раствора NaOH, 98%-ной H₂SO₄ и 40%-ной HNO₃. По уменьшению разрывной нагрузки нитей величину их устойчивости к действию агрессивных сред подразделяют на следующие категории: 0% - высокая стойкость; 20% - удовлетворительная стойкость; 40% - устойчивы не во всех случаях; 60% - недостаточно стойки; 80% - нестойки. При высокой химической нестойкости возможно даже полное растворение нити.

- Коэффициент трения нитей определяют с помощью прибора В.В.Талепаровской.

- Гидрофобность оценивают по краевому углу смачивания полимерного материала водой (град.), который определяют методом проецирования капли на экран.

- Прочность нитей оценивают по разрывной нагрузке нитей (сН/текс), которую определяют на разрывной машине РМ-3-1.

Свойства полипропиленовых, полиэфирных и полиамидных нитей, полученных по способу-прототипу, а также по заявленному способу при различных параметрах процесса, приведены в таблицах соответственно 1, 2, 3.

Таблица 1 Свойства полипропиленовых нитей с покрытием из политетрафторэтилена № п/п Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л Кратность ориентационного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкм Уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, % Коэффициент трения Краевой угол смачивания, град Разрывная нагрузка, сН/текс Модуль упругости, Н/мм² 40%-ного NaOH 98%-ной H₂SO₄ 40%-ной HNO₃ 1 3 8 0,5 0 0 0 0,04 129 53,2 738 2 30 8 3,0 0 0 0 0,04 132 61,8 771 3 60 8 6,0 0 0 0 0,04 127 53,7 758 4 30 3 4,0 0 0 0 0,04 128 54,9 748 5 30 15 2,5 0 0 0 0,04 129 58,6 742 6* (сравнительный пример) 30 4   60 25 40 0,41 88 34,3 451 7** (сравнительный пример) 30 4   60 25 40 0,18 88 48,1 673 8 (прототип)   4   60 25 40 0,30 88 47,5 665 *) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить; *) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно начала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен

Таблица 2 Свойства полиэфирных нитей с покрытием из политетрафторэтилена № п/п Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л Кратность ориентационного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкм Хемостойкость (уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, %) Коэффициент трения Краевой угол смачивания, град Разрывная нагрузка, сН/текс Модуль упругости,
Н/мм² 40%-ного NaOH 98%-ной H₂SO₄ 40%-ной HNO₃ 1 3 8 0,5 0 0 0 0,04 116 68,3 617 2 30 8 3,0 0 0 0 0,04 128 80,5 633 3 60 8 6,0 0 0 0 0,04 117 72,6 628 4 30 3 4,0 0 0 0 0,04 118 69,0 619 5 30 15 2,5 0 0 0 0,04 129 80,2 635 6* (сравнительный пример) 30 4   18 Полное растворение 80 0,37 72 49,3 486 7** (сравнительный пример) 30 4   18 Полное растворение 80 0,21 72 54,1 502 8 (прототип)   4   18 Полное растворение 80 0,25 72 61.0 556 *) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить; **) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно: сначала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен

Таблица 3 Свойства полиамидных нитей с покрытием из политетрафторэтилена № п/п Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л Кратность ориентационного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкм Хемостойкость (уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, %) Коэффициент трения Краевой угол смачивания, град Разрывная на грузка, сН/текс Модуль упругости,
Н/мм² 40%-ного NaOH 98%-ной H₂SO₄ 40%-ной HNO₃ 1 3 3 0,5 0 0 0 0,04 114 81,4 1113 2 30 8 3,0 0 0 0 0,04 130 97,2 1162 3 60 15 6,0 0 0 0 0,04 119 88,6 1142 4 30 3 4,0 0 0 0 0,04 118 80,6 1096 5 30 15 2,5 0 0 0 0,04 132 101,3 1171 6* (сравнительный пример) 30 4   12 Полное растворение Полное растворение 0,26 67 49,8 613 7** (сравнительный пример) 30 4   12 Полное растворение Полное растворение 0,11 67 61,3 802 8 (прототип)   4   12 Полное растворение Полное растворение 0,18 67 72,0 985 *) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить; **) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно: сначала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен

Изобретение относится к технологии получения синтетических нитей с высокими хемостойкостью и гидрофобностью и низким коэффициентом трения. Способ заключается в формовании нитей из расплава полимера, нанесении авиважного препарата, ориентационном вытягивании и термофиксации. Авиважный препарат наносят на горячую поверхность свежесформованных нитей одновременно с водной суспензией политетрафторэтилена концентрации 3-60 г/л. Ориентационное вытягивание проводят с кратностью 3-15. Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости нитей к действию агрессивных сред, гидрофобности, а также в снижении коэффициента трения. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Способ получения синтетических нитей формованием нитей из расплава полимера, нанесением авиважного препарата, ориентационным вытягиванием и термофиксацией, отличающийся тем, что авиважный препарат наносят на горячую поверхность свежесформованных нитей одновременно с водной суспензией политетрафторэтилена концентрации 3-60 г/л, а ориентационное вытягивание проводят с кратностью 3-15.

2. Способ получения синтетических нитей по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полипропилен, полиэтилентерефталат или поликапроамид.