Термопластическая формовочная композиция для получения полипропиленовых нитей
Владельцы патента RU 2322534:
Киевский национальный университет технологии и дизайна (UA)
Изобретение относится к технологии получения химических волокон, в частности полипропиленовых нитей, и изделий из них, например нетканых материалов для товаров народного потребления и предметов гигиены. Термопластичная формовочная композиция для получения указанных нитей содержит 97,00-99,95 масс.%, полипропилена и 0,05-3,0 масс.% добавки - углеродных нанотрубок. Полученные полипропиленовые нити обладают улучшенными гигиеническими свойствами. 1 табл.
Изобретение относится к термопластичным формовочным композициям для получения полипропиленовых нитей и может быть использовано при производстве волокон, нитей и нетканых материалов для товаров народного потребления и предметов гигиены.
Известна композиция для получения полипропиленовых (ПП) нитей, описанная в способе получения ПП нитей в патенте Украины №11032, МПК D01F 8/00, 2005 г., которая содержит полипропилен и гидрофильные добавки - олеат натрия или аэросил.
Данная композиция содержит 0,1-5,0 масс.% добавки и обеспечивает повышение гидрофильности ПП нитей до 0,7-5,7%, но при этом их механические свойства остаются на уровне нитей из исходного ПП.
Известна также композиция для получения полипропиленовых нитей (Химические волока №1, 1999 г., стр.19), что содержит полипропилен и добавку. В качестве добавки выбран сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА), при этом соотношение компонентов в смеси составляет, масс.%:
ПП | 80,0-90,0 |
СЭВА | 10,0-20,0 |
Наличие в полипропилене СЭВА обеспечивает получение нитей с прочностью 54 сН/текс против 37 сН/текс для нитей из исходного ПП. При этом введение в ПП значительного количества (10-20 масс.%) добавки приводит к появлению в модифицированных полипропиленовых нитях значительного количества ацетатных групп. Последние нестойки к высокой температуре, что ограничивает температуры переработки композиций ПП/СЭВА и эксплуатации нитей из их. Нити, сформованые из полипропилена с добавками СЭВА, как и нити из исходного ПП, плохо поглощают влагу (0,1%), то есть гидрофобны, что ухудшает гигиенические свойства изделий из их и ограничивает области применения.
В основу изобретения поставлена задача создать такую термопластичную формовочную композицию для получения полипропиленовых нитей, в которой путем изменения количественного и качественного состава ингредиентов обеспечилось бы улучшение гигиенических свойств полученных ПП нитей.
Поставленная задача решена тем, что в термопластичную формовочную композицию, которая содержит полипропилен и добавку в соответствии с изобретением в качестве добавки выбраны углеродные нанотрубки, при этом компоненты смеси взяты в таком соотношении, масс.%:
Полипропилен | 97,00-99,95 |
Углеродные нанотрубки | 0,05-3,00 |
Углеродные нанотрубки - это протяженные структуры (длиной 1-500 нм), которые состоят из гексагональных сеток с атомами углерода в узлах. Они характеризуются модулем упругости (500-5000 ГПа) и прочностью (10-500 ГПа) на уровне легированных сталей, а также высокой удельной поверхностью (до 1000 м2/г) (Успехи химии Т.167, №9, 1997 г., с.957). Благодаря перечисленным свойствам введение в полипропилен углеродных нанотрубок позволяет получить полипропиленовые нити с повышенными прочностью и равновесным влагопоглощением (гигроскопичностью). При этом прочность нитей возрастает до 59 сН/текс, а гигроскопичность составляет 1,0-1,5%, что расширяет сырьевую базу текстильной промышленности и ассортимент товаров народного потребления, а также повышает их качество.
Суть предложенного изобретения состоит в следующем.
Полипропилен предварительно смешивают с углеродными нанотрубками в расплаве, что обеспечивает тонкое диспергирование добавки в расплаве ПП и гомогенное смешивание. При формовании нитей из указанной композиции добавка равномерно размещается в структуре нитей, нанотрубки ориентируются вдоль оси волокна, что обеспечивает возрастание прочности нитей. Развитая поверхность нанотрубок обуславливает резкое возрастание гидрофильности нитей. В сравнении с нитями ближайшего аналога нити, полученные из данной композиции, характеризуются высокой гигроскопичностью в сочетании с высокой прочностью.
Предварительное смешивание ПП с углеродными нанотрубками осуществляют на червячно-дисковом экструдере. Нанотрубки вводят в количестве 0,05-3,00 масс.%. При введении в ПП добавки меньше 0,05 масс.% эффект возрастания прочности проявляется слабо, имеет место неравномерность по ее длине за счет неравномерного распределения добавки по длине нити и незначительного количества нанотрубок в структуре нити. Малые количества добавки тяжело дозировать и равномерно смешивать с полимером в расплаве. Увеличение концентрации добавки выше 3,0 масс.% ухудшает механические свойства ПП нитей и является экономически нецелесообразным из-за высокой стоимости нанотрубок.
Из литературы не известно введение в расплав полипропилена углеродных нанотрубок для повышения прочности и гидрофильности ПП нитей.
Таким образом, из композиции, которая предлагается, получают полипропиленовые нити с гигроскопичностью в 10-15 раз выше нитей аналога и прочностью, близкой к прочности аналога.
Изобретение объясняется следующим примером.
Пример
Для формования полипропиленовой нити брали гранулы ПП со следующими свойствами: характеристическая вязкость в декалине при 135°С - 1,2; содержание атактической фракции - 5%; температура плавления - 169°С. В качестве добавки использовали углеродные нанотрубки с трехслойной структурой, которая представляет собою свернутый рулон с внешним диаметром 3-10 нм, длиной 30-40 нм; прочность и удельная поверхность составляли соответственно 250 ГПа и 244 м2/г. Полипропилен смешивали с нанотрубками в расплаве на червячно-дисковом экструдере марки ЛГП-25. Из полученной композиции на прядильной машине экструдерного типа формовали мононить и вытягивали при температуре 150°С с кратностью вытяжки 4-5. Гидрофильность оценивали весовым способом по стандартной методике. Прочность определяли на разрывной машине по стандартной методике.
Характеристики нитей, сформованных из композиций ПП/нанотрубки, приведенны в таблице.
Таблица Характеристики полипропиленовых нитей | ||
Содержание добавки, масс.% | Прочность, сН/текс | Гигроскопичность, % |
0,04 | 39 | 1,0 |
0,05 | 53 | 1,0 |
0,1 | 59 | 1,1 |
0,5 | 39 | 1,4 |
1,0 | 39 | 1,4 |
3,0 | 39 | 1,5 |
3,1 | 32 | 1,7 |
ближайший аналог* | 54 | 0,1 |
*содержание СЭВА масс.10% |
Анализ результатов, приведенных в таблице, свидетельствует, что предложенная термопластичная формовочная композиция дает возможность получать полипропиленовые нити с высокой гидрофильностью (1,0-1,5%), то есть в 10-15 раз большей по сравнению с аналогом, в сочетании с повышенной прочностью (59 сН/текс).
Термопластичная формовочная композиция для получения полипропиленовых нитей, которая содержит полипропилен и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки выбраны углеродные нанотрубки, при этом компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%:
Полипропилен | 97,00-99,95 |
Углеродные нанотрубки | 0,05-3,00 |