Полимерные материалы

Настоящее изобретение относится к полимерным материалам, и в частности, к введению добавок, например, красителей, в полимерные материалы с использованием жидкой композиции. Жидкая композиция для добавления к полимерному материалу, которая содержит носитель, добавку, например, краситель, и карбонил-бис(1-капролактам), далее обозначаемый как СВС, причем носитель имеет температуру вспышки, равную по меньшей мере 285ºС, % сохранения массы, составляющий более 85 мас.%, и среднечисленную молекулярную массу, лежащую в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль; и/или носитель является жидкостью при стандартных значениях температуры и давления, имеет температуру кипения при атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст., которая выше 300ºС, но ниже 1150ºС, и температуру плавления ниже 0ºС. Изобретение обеспечивает улучшение механических свойств, а также способствует значительному повышению давлению в прядильной головке, что повышает стабильность волокон во время прядения и минимизирует разрывы филаментов. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 16 пр., 3 табл., 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к полимерным материалам, и в частности, но не исключительно, к введению добавок, например - красителей, в полимерные материалы с использованием жидкой композиции.

Известно использование жидких композиций для введения добавок в полимерные материалы. Такие композиции могут содержать один или более жидких носителей совместно с одной или более добавками, например - красителями. Однако в некоторых случаях известные жидкие композиции оказывают неблагоприятное воздействие на свойства полимерного материала, который обработан жидкой композицией. Например, если жидкую композицию используют для окрашивания волокна, спряденного из расплава (например -полиэтилентерефталатного (PET; от англ.: polyethylene terephthalate) или полиамидного волокна), обнаружено, что в случае темных оттенков повышенный коэффициент разбавления (LDR; от англ.: let-down ratio) обычно вызывает снижение давления расплава в фильере экструдера. Такое снижение давления может привести к нестабильности прядения волокон из расплава, что проявляется как повышение частоты разрывов волокон по сравнению с полимерным материалом, не обработанным жидкой композиций. Эта проблема становится особенно явной, если LDR больше 1%, в частности - в случае волокон с малым весовым номером (например, менее 5 денье/филамент), и/или если в основе красителя лежит пигмент.

Задачей предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является решение указанных выше проблем.

Задачей предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение жидкой композиции, которую можно с успехом использовать для введения добавок в полимерные материалы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предусмотрена жидкая композиция для добавления к полимерному материалу, которая содержит носитель, добавку (например, красящее вещество) и карбонил-бис(1-капролактам) (далее обозначаемый как СВС; от англ.: carbonyl-bis(1-caprolactam).

Если в явном виде не указано иное, то необязательные заместители, описанные в данной публикации, включают атомы галогенов и алкильные, ацильные, нитро-, циано-, алкоксильные, гидроксильные, амино-, алкиламино-, сульфинильные, алкилсульфинильные, сульфонильные, алкилсульфонильные, сульфонатные, амидные, алкиламидные, алкоксикарбонильные, галокарбонильные и галоалкильные группы.

Если в явном виде не указано иное, то алкильные, алкенильные или алкинильные группы могут содержать до двадцати атомов углерода, предпочтительно - до пятнадцати атомов углерода, более предпочтительно - до одиннадцати атомов углерода.

Носитель может обладать одним или более из следующих свойств:

Свойство №1 - температура вспышки, измеренная согласно ASTM D92 способом с применением открытого тигля по Кливленду (СОС; от англ.: Cleveland Open Cup), выше 272°С, предпочтительно - выше 280°С, более предпочтительно - выше 285°С, в частности - выше 290°С. Температура вспышки может быть ниже 350°С, 340°С или 330°С.

Свойство №2 - % сохранения массы, определенный посредством термогравиметрического анализа (TGA; от англ.: thermogravimetric analysis), более 80 мас.%, предпочтительно - более 85 мас.%, более предпочтительно - более 90 мас.%. Процедура может включать следующее: с использованием термогравиметрического анализатора TGA Q500 производства компании ТА Instruments посредством TGA определяют сохранение массы образца жидкого носителя, при этом 10 мг выбранного носителя помещают в тигель для TGA-образцов и регистрируют уменьшение массы при нагревании от 40°С до 295°С со скоростью, равной 20°С/мин, после чего выдерживают образец при 295°С в течение 30 минут. После этого цикла нагревания определяют % сохранения массы.

Свойство №3 - температура кипения при 760 мм рт.ст., измеренная в соответствии с ASTM D1078, лежащая в диапазоне от 650°С до 1150°С, предпочтительно - в диапазоне от 700°С до 1000°С.

Свойство №4 - температура потери текучести, измеренная согласно ASTM D97, лежащая в диапазоне от 55°С до 0°С.

Свойство №5 - вязкость, измеренная вискозиметром Брукфильда, шпиндель 2, 20 об/мин, при 20°С, лежащая в диапазоне от 50 сП до 3500 сП, более предпочтительно - в диапазоне от 200 сП до 1800 сП.

Свойство №6 - среднечисленная молекулярная масса, измеренная посредством гель-проникающей хроматографии (GPC; от англ.: gel permeation chromatography) с калибровкой по полистироловому стандарту, лежащая в диапазоне от 600 г/моль до 1800 г/моль, предпочтительно - в диапазоне от 600 г/моль до 1600 г/моль, более предпочтительно - в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль.

Свойство №7 - молекулярная масса, рассчитанная по идеализированной молекулярной структуре, лежащая в диапазоне от 600 г/моль до 1800 г/моль, предпочтительно - в диапазоне от 600 г/моль до 1600 г/моль, более предпочтительно - в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль.

Носитель может обладать по меньшей мере четырьмя указанными свойствами, предпочтительно - по меньшей мере пятью, более предпочтительно - по меньшей мере шестью, в частности - всеми указанными свойствами.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения носитель имеет температуру вспышки, равную по меньшей мере 285°С, % сохранения массы, превышающий 85 мас.%, и среднечисленную молекулярную массу (Свойство №6), лежащую в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль.

Если жидкая композиция содержит более одного носителя, Свойства с 1 по 6 могут относиться к преобладающему носителю, но предпочтительно относятся к каждому носителю, введенному в композицию.

Композиция предпочтительно является пригодной для перекачивания с помощью насоса и стабильной в отношении выпадения в осадок твердых частиц, которые могут в ней присутствовать.

Носитель предпочтительно является жидкостью при стандартных значениях температуры и давления (STP; от англ.: standard temperature and pressure). Жидкая композиция предпочтительно является жидкостью при STP. Носитель предпочтительно имеет температуру кипения (при атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст.), превышающую 300°С, предпочтительно - превышающую 350°С, более предпочтительно - превышающую 500°С. Температура кипения может быть ниже 1150°С или ниже 1000°С. Температура плавления носителя может быть ниже 0°С или ниже -10°С.

Носитель предпочтительно обладает хорошей совместимостью с полимерным материалом, так что если полимер, содержащий 1 мас.% носителя, охлаждают до комнатной температуры, не наблюдается избыточной миграции носителя к поверхности полимера.

Носитель предпочтительно не выделяет дыма или выделяет минимальное количество дыма на фильерной пластине во время прядения волокон при уровне добавления, равном 1 мас.%, предпочтительно - равном 1,5 мас.%.

В варианте (I) осуществления настоящего изобретения носитель может содержать алифатическую или ароматическую ди- или трикарбоновую кислоту, ковалентно связанную сложноэфирными связями с двумя или более цепями.

В варианте (II) осуществления настоящего изобретения носитель может содержать фрагмент -OCOR⁵⁰, в которой R⁵⁰ включает цепь атомов углерода, содержащую по меньшей мере 5 атомов углерода, предпочтительно - по меньшей мере 8 атомов углерода. Цепь атомов углерода может содержать менее 24 атомов углерода или менее 20 атомов углерода. Радикал R⁵⁰ может содержать по меньшей мере 5 -СН₂- фрагментов, предпочтительно - по меньшей мере 8 -СН₂- фрагментов; он может содержать менее 24 -СН₂- фрагментов. R⁵⁰ может не содержать двойных углерод-углеродных связей, или он может содержать одну двойную углерод-углеродную связь; предпочтительно он не содержит двойных углерод-углеродных связей. R⁵⁰ предпочтительно содержит незамещенную С₅-С₂₄ алкильную группу, предпочтительно - С₈-С₂₄ алкильную группу, в частности - С₁₇-С₂₀ алкильную группу.

R⁵⁰ может состоять из указанной цепи атомов углерода или может содержать другой фрагмент в дополнение к указанной цепи атомов углерода. Например, R⁵⁰ может иметь формулу - R⁵¹R⁵², в которой R⁵² является указанной цепью атомов углерода, a R⁵¹ является соединительным фрагментом, который соединяет атом углерода карбонильного фрагмента -OCOR⁵⁰ с фрагментом R⁵². R⁵¹ может быть алкиленоксильным фрагментом, например - формулы А, приведенной ниже.

Общее число атомов углерода в R⁵⁰ может быть равно по меньшей мере 5, предпочтительно - по меньшей мере 8, более предпочтительно - по меньшей мере 10, в частности - по меньшей мере 17. Общее число атомов углерода может быть меньше 30, например - меньше 25.

Общее число атомов водорода в R⁵⁰ может быть равно по меньшей мере 11, предпочтительно - по меньшей мере 17, более предпочтительно - по меньшей мере 21, в частности - по меньшей мере 34. Общее число атомов водорода может быть меньше 62 или меньше 52.

Число атомов кислорода в R⁵⁰ может лежать в диапазоне от 0 до 10. Предпочтительно оно равно 0.

R⁵⁰ предпочтительно не содержит других атомов, кроме атомов углерода, водорода и кислорода. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения R⁵⁰ содержит только атомы углерода и водорода.

Носитель может содержать по меньшей мере 3 сложноэфирных фрагмента (то есть -ОСО- фрагментов). Он может содержать от 3 до 6 сложноэфирных фрагментов. Предпочтительно он содержит 4 сложноэфирных фрагмента. Каждый из сложноэфирных фрагментов может включать фрагмент -OCOR⁵⁰, описанный выше.

Сумма чисел атомов углерода во всех R⁵⁰ группах фрагментов -OCOR⁵⁰ в носителе может быть равна по меньшей мере 15, предпочтительно - по меньшей мере 24, более предпочтительно - по меньшей мере 30, в частности - по меньшей мере 70. Сумма чисел -СН₂- фрагментов во всех R⁵⁰ группах фрагментов -OCOR⁵⁰ может быть равна по меньшей мере 15, предпочтительно - по меньшей мере 24, более предпочтительно - по меньшей мере 30, в частности - по меньшей мере 64.

Сложноэфирные фрагменты формулы -OCOR⁵⁰ могут быть пространственно разделены цепью, содержащей по меньшей мере 3 атома углерода. Эта цепь может быть насыщенной и/или алифатической, или она может являться частью ароматического, например- фенильного, фрагмента.

Носитель предпочтительно не содержит других атомов, кроме атомов углерода, водорода и кислорода. Он предпочтительно содержит атомы кислорода карбоксильных групп (-СОО-); и он может содержать атомы кислорода простого эфира (-О-). Предпочтительно он не содержит других типов атомов кислорода (например, не содержит -ОН фрагментов).

Носитель может быть выбран из следующих групп с (А) по (I):

Группа А

Сложные три- и тетраэфиры пентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции пентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₁₂ до С₂₂, предпочтительно - от C₁₄ до С₂₀, в частности - С₁₇ до C₁₉. Предпочтительной карбоновой кислотой является C₁₈ олеиновая кислота, и особо предпочтительной является C₁₈ изостеариновая кислота.

Носитель может иметь общую формулу

в которой каждый радикал R²⁰ независимо является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₁₁-С₂₁ алкильной группой; и R²¹ содержит фрагмент R²⁰COO- или гидроксильную группу. Предпочтительно R²¹ содержит фрагмент R²⁰CO-. Все R²⁰ предпочтительно являются одинаковыми группами. R²⁰ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²⁰ может иметь длину углеродной цепи от С₁₃ до С₁₉, предпочтительно - длину углеродной цепи, равную С₁₇. R²⁰ предпочтительно состоит из алифатического незамещенного углеводородного фрагмента, который необязательно содержит фрагмент -СН=СН-. R²⁰COO- может содержать остаток олеиновой кислоты или, предпочтительно, остаток изостеариновой кислоты.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения носитель является сложным тетраэфиром пентаэритритола, возможно - указанной формулы, в которой R²¹ содержит фрагмент R²⁰C-, и предпочтительно каждый радикал R²⁰ является алифатической незамещенной насыщенной алкильной группой, содержащей от С₁₁ до С₂₁ атомов углерода (в частности, от С₁₃ до С₁₉). Носитель предпочтительно является пентаэритритола тетраизостеаратом.

Группа В

Сложные три- или тетраэфиры алкоксилированного пентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного пентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₁₂ до С₂₂, предпочтительно - от С₁₄ до С₂₀. Алкоксилированный пентаэритритол может иметь следующую структуру:

в которой фрагмент А является фрагментом

-[-O-CH₂-CH₂-]_x-[-O-CH₂-CH(CH₃)]_y-[O-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-]_z-, в котором значения х, у и z независимо могут лежать в диапазоне от 0 до 10, так что сумма x+y+z>0 и меньше или равна 10, и сумма всех алкоксилатных фрагментов в структуре лежит в диапазоне от 4 до 40. Очевидно, что фрагмент А связан с атомом -О- через фрагмент -СН₂-

Носитель может иметь общую формулу

в которой фрагмент А является таким, как описано выше, и каждый радикал R²² является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₁₁-С₂₁ алкильной группой; и R⁴¹ содержит фрагмент R²²CO- или атом водорода. Все R²² предпочтительно являются одинаковыми группами. Радикал R²² может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²² может иметь длину углеродной цепи от C₁₃ до С₁₉ атомов углерода. R²⁰ предпочтительно состоит из алифатического незамещенного углеводородного фрагмента, который необязательно содержит фрагмент -СН=СН-.

Группа С

Сложные пента- или гексаэфиры дипентаэритритола, причем сложный эфир получен в результате реакции дипентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₅ до С₁₈, предпочтительно - от С₈ до С₁₈, более предпочтительно - от С₈ до С₁₀.

Носитель может иметь общую формулу

в которой каждый радикал R²³ независимо является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₄-С₁₇ алкильной группой; и R²⁴ содержит фрагмент R²³COO- или гидроксильную группу. Все R²³ предпочтительно являются одинаковыми группами. R²³ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²³ может иметь длину углеродной цепи от С₇ до С₁₇, предпочтительно - длину углеродной цепи от С₇ до С₉. R²³ предпочтительно состоит из алифатического незамещенного углеводородного фрагмента, который необязательно содержит фрагмент -СН=СН-.

Группа D

Сложные пента- или гексаэфиры алкоксилированного дипентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного дипентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₅ до С₁₆, предпочтительно - от С₈ до С₁₄. Алкоксилированный дипентаэритритол может иметь следующую структуру:

где А является -[-O-СН₂-СН₂-]_х-[-O-СН₂-СН(СН₃)]_у-[O-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-]_z-, причем значения х, у и z независимо друг от друга могут лежать в диапазоне от 0 до 6, так что сумма x+y+z>0 и меньше или равна 6, и сумма всех алкоксилатных фрагментов в структуре лежит в диапазоне от 6 до 36. Очевидно, что фрагмент А связан с атомом -О- через фрагмент -СН₂-.

Носитель может иметь общую формулу

где фрагмент А является таким, как описано выше, и каждый радикал R²⁵ является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной C₁₄-C₁₅ алкильной группой; и R⁴² содержит фрагмент R²⁵CO- или атом водорода. Все R²⁵ предпочтительно являются одинаковыми группами. Радикал R²⁵ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²⁵ может иметь длину углеродной цепи от С₇ до С₁₃ атомов углерода.

Группа Е

Сложные триэфиры триметилолпропана, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции триметилолпропана с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₈ до С₂₂, предпочтительно - от С₁₀ до С₂₀, более предпочтительно - от С₁₂ до С₁₈.

Носитель может иметь общую формулу

Все R²⁶ предпочтительно являются одинаковыми группами. Радикал R²⁶ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²⁶ может иметь длину углеродной цепи от С₇ до С₂₁ атомов углерода, предпочтительно - длину углеродной цепи от С₉ до С₁₉ атомов углерода, и более предпочтительно - длину углеродной цепи от С₁₁ до С₁₇ атомов углерода.

Группа F

Сложные триэфиры алкоксилированного триметилолпропана, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного триметилолпропана с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₈ до С₂₂, предпочтительно - от С₁₀ до С₂₀, более предпочтительно - от С₁₂ до C₁₈. Алкоксилированный триметилолпропан может иметь следующую структуру:

где А - это фрагмент -[-O-СН₂-СН₂-]_х-[-O-СН₂-СН(СН₃)]_у-[O-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-]_z-, причем значения х, у и z независимо друг от друга могут лежать в диапазоне от 0 до 15, так что сумма x+y+z>0 и меньше или равна 15, и сумма всех алкоксилатных фрагментов в структуре лежит в диапазоне от 3 до 45. Очевидно, что фрагмент А связан с атомом -О- через фрагмент -СН₂-.

Носитель может иметь общую формулу

где фрагмент А является таким, как описано выше, и каждый радикал R²⁸ является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₇-С₂₁ алкильной группой. Все R²⁸ предпочтительно являются одинаковыми группами. Радикал R²⁸ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН-, например - не более одного такого фрагмента. R²⁸ может иметь длину углеродной цепи от С₉ до С₁₉ атомов углерода, более предпочтительно - от С₁₁ до C₁₇ атомов углерода.

Группа G

Сложные эфиры трикарбоновой кислоты общей формулы

в которой R⁹, R¹⁰ и R¹¹ независимо являются атомами водорода, сложноэфирной группой или необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, алкильной группой. По меньшей мере один из радикалов R⁹, R¹⁰ и R¹¹ является атомом водорода, предпочтительно - все радикалы R⁹, R¹⁰ и R¹¹ являются атомами водорода.

Предпочтительные носители, содержащие сложные эфиры, получены или могут быть получены в результате реакции указанных трикарбоновых кислот с алифатическими спиртами, содержащими от С₈ до С₂₄, предпочтительно - от С₁₀ до С₁₈, наиболее предпочтительно - С₁₃ атомов углерода.

Можно провести реакцию предпочтительных трикарбоновых кислот с полиалкоксилированными жирными спиртами. Алкоксилирующие фрагменты предпочтительно присутствуют в количестве от 1 моля до 80 молей на каждый жирный спирт, более предпочтительно - от 1 моля до 70 молей, и наиболее предпочтительно - от 1 до 60 молей на каждый жирный спирт.

Предпочтительные сложные эфиры на основе алкоксилированных жирных спиртов, которые получены или могут быть получены из указанных трикарбоновых кислот, содержат цепи полиалкоксилированных жирных спиртов:

Эти цепи могут образовывать сложноэфирные связи с карбоксильными группами кислот через -О- фрагмент с левой стороны структуры I.

R1 может быть ненасыщенным или насыщенным, незамещенным или замещенным, ароматическим или алифатическим жирноспиртовым фрагментом, содержащим от 1 атома углерода до 20 атомов углерода (например, от 1 до 10). x и y независимо друг от друга могут лежать в диапазоне от 0 до 10. Сумма всех x и y должна быть больше 0. Сумма всех x и y предпочтительно не превышает 70.

Жирные спирты, такие как молекулы (I), можно получить посредством полиалкоксилирования насыщенных или ненасыщенных, замещенных или незамещенных, алифатических или ароматических жирных спиртов. Специалистам в данной области техники хорошо известно, что жирноспиртовые компоненты часто присутствуют в форме смеси, и поэтому носитель может содержать смесь соединений.

Соединения, полученные из трикарбоновых кислот, могут быть этерифицированы по двум или трем карбоксильным группам кислоты (в случае кислоты формулы V) указанным алифатическим или полиалкосилированным жирным спиртом.

Алкоксилированные жирные спирты можно получить в результате реакции исходного спирта с этиленоксидом или пропиленоксидом в присутствии кислотного или щелочного катализатора.

Предпочтительные сложные эфиры трикарбоновых кислот могут иметь формулу

в которой R₉, R₁₀ и R₁₁ являются такими, как описано выше, a R³⁰ является необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₈-С₂₄ алкильной группой или является фрагментом формулы I, в которой исключен атом водорода терминальной -ОН группы.

Все R³⁰ предпочтительно являются одинаковыми группами. Радикал R³⁰ может содержать только атомы углерода и водорода. Он может содержать фрагмент -СН=СН- например - не более одного такого фрагмента. R³⁰ может иметь длину углеродной цепи от С₁₀ до С₁₈, предпочтительно - C₁₃ атомов углерода.

Группа (Н)

Молекулы алифатических дикарбоновых кислот, содержащие от 2 атомов углерода до 22 атомов углерода в основном структурном каркасе, более предпочтительно - от 2 атомов углерода до 10 атомов углерода, с характерной структурой, приведенной ниже:

где R³ и R⁴ независимо друг от друга являются необязательно замещенными алкильными, алкенильными или алкинильными группами, или R³ и R⁴ совместно с атомами, с которыми они соединены, образуют необязательно замещенный циклический фрагмент. R³ и R⁴ независимо друг от друга могут содержать от 0 атомов углерода до 20 атомов углерода, предпочтительно - от 2 атомов углерода до 10 атомов углерода, более предпочтительно - от 2 атомов углерода до 4 атомов углерода. Примеры дикарбоновых кислот включают янтарную кислоту, малоновую кислоту и малеиновую кислоту.

Предпочтительно, R³ и R⁴ совместно с атомами, с которыми они соединены, образуют необязательно замещенный циклический фрагмент, предпочтительно - ароматический фрагмент. Ароматический фрагмент предпочтительно содержит в кольце шесть атомов, предпочтительно - шесть атомов углерода. Необязательные заместители циклического, например - ароматического, фрагмента могут быть независимо друг от друга выбраны из сложных эфиров и необязательно замещенных, предпочтительно - незамещенных, алкильных групп. Если циклический фрагмент является замещенным, он предпочтительно замещен в двух или менее позициях или в одной или менее позициях. Соответственно, предпочтительно, по меньшей мере два заместителя в циклической структуре являются атомами водорода, и предпочтительно три или все четыре заместителя в циклической структуре являются атомами водорода.

Предпочтительные ароматические карбоновые кислоты могут содержать от 6 атомов углерода до 20 атомов углерода, более предпочтительно - от 8 атомов углерода до 12 атомов углерода. Предпочтительно, карбоновая кислота имеет общую формулу:

в которой R⁵, R⁶, R⁷ и R⁸ независимо являются атомами водорода, сложноэфирной группой или необязательно замещенной, предпочтительно - незамещенной, алкильной группой. Примером подходящей ароматической дикарбоновой кислоты является фталевая кислота. Предпочтительной является 1,2-фталевая кислота, которая обеспечивает подходящую орто-функциональность.

Группа I

Сложные диэфиры жирных кислот гидроксил-терминированных сложнополиэфирных пластификаторов, полученные из адипиновой кислоты и алкилдиола; ацетилированные моноглицериды гидрогенизированного касторового масла; и этоксилированные сложные диэфиры жирных кислот, например - формулы

R¹-C(=O)-[O-CH2-CHR²]_N-O-(O=)C-R³

где R¹ и R³ являются линейными или разветвленными С⁸-С²² углеводородными цепями; R² является Н или СН₃; и N лежит в диапазоне от 3 до 20.

Носитель предпочтительно выбран из групп А, С, Е, F, G и Н. Более предпочтительно, носитель выбран из группы А.

Добавка может быть выбрана из красителей, стабилизаторов, матирующих средств, антистатических средств, оптических отбеливателей, технологических добавок, светоотражающих добавок, средств, защищающих от загрязнения, модификаторов трения, антиоксидантов и противовоспламеняющих добавок. Добавка предпочтительно содержит краситель. Краситель может быть красящим веществом или пигментом. Особо предпочтительным может быть красящее вещество.

Жидкая композиция может содержать менее 80 мас.%, возможно - менее 70 мас.%, предпочтительно - менее 65 мас.%, более предпочтительно - менее 60 мас.% указанной добавки (например, красителя). В характерном случае композиция содержит от 5 мас.% до 80 мас.% добавки (например, красителя). Общее количество добавок (выбранных из красителей, стабилизаторов, матирующих средств, антистатических средств, оптических отбеливателей, технологических добавок, светоотражающих добавок, средств, защищающих от загрязнения, модификаторов трения, антиоксидантов, инсектицидов и противовоспламеняющих добавок) в композиции может быть больше 1 мас.%, возможно - более 2 мас.%, предпочтительно - более 5 мас.%; в характерном случае общее количество добавок лежит в диапазоне от 5 мас.% до 80 мас.%. В варианте осуществления настоящего изобретения общее количество добавок может лежать в диапазоне от 20 мас.% до 60 мас.%. Во избежание разночтений, значения в мас.% относятся к мас.% добавки без носителя (или подобного компонента), с которым добавка может быть смешана до введения в жидкую композицию.

Может потребоваться (и быть введено в композицию) более одной добавки. Например, может потребоваться смесь красящих веществ и/или пигментов для обеспечения соответствия цвета требованиям заказчика. Другие добавки, обычно добавляемые в волокно, могут включать светоотражающие добавки, различные антистатики или средства, защищающие от загрязнения, модификаторы трения, антиоксиданты, противовоспламеняющие добавки и т.д. Их можно добавлять по отдельности или совместно с различными красящими веществами.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения композиция содержит по меньшей мере 10 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере 20 мас.%, более предпочтительно - по меньшей мере 30 мас.% специфического красителя (А). Она может содержать менее 60 мас.% или менее 45 мас.% красителя (А). Краситель (А) может быть пигментом или красящим веществом.

Сумма мас.% всех красителей в композиции может составлять по меньшей мере 20 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере 25 мас.%, более предпочтительно - по меньшей мере 30 мас.%. Эта сумма может быть меньше 80 мас.% или меньше 65 мас.%.

Жидкая композиция может содержать по меньшей мере 2 мас.% карбонил-бис(1-капролактама) (СВС; от англ.: carbonyl-bis(1-caprolactam), предпочтительно - по меньшей мере 4 мас.%, более предпочтительно - по меньшей мере 6 мас.% СВС. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиция может содержать по меньшей мере 8 мас.% СВС. Композиция может содержать менее 25 мас.% СВС.

Жидкая композиция может содержать по меньшей мере 30 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере 40 мас.% носителя. Она может содержать по меньшей мере 30 мас.%, предпочтительно - по меньшей мере 40 мас.% специфического носителя (А), например - описанного выше типа. Композиция в целом может содержать менее 80 мас.% носителя и, предпочтительно, менее 80 мас.% носителя (А).

Жидкая композиция может содержать:

от 30 мас.% до 80 мас.% одного или более носителей;

от 5 мас.% до 60 мас.% одного или более красящих веществ;

от 3 мас.% до 25 мас.% СВС.

Предпочтительно, жидкая композиция содержит:

от 40 мас.% до 70 мас.% одного или более носителей;

от 20 мас.% до 50 мас.% одного или более красящих веществ;

от 3 мас.% до 20 мас.% СВС.

Предпочтительно, жидкая композиция содержит:

от 30 мас.% до 80 мас.% (предпочтительно - от 40 мас.% до 70 мас.%) сложного тетраэфира пентаэритритола, описанного в Группе А выше; и, в частности, пентаэритритола тетраизостеарата;

от 5 мас.% до 60 мас.% (предпочтительно - от 20 мас.% до 50 мас.%) одного или более красителей;

от 2 мас.% до 25 мас.% (предпочтительно - от 3 мас.% до 20 мас.%) СВС.

В жидкой композиции отношение общей массы красителей к массе СВС может быть равно по меньшей мере 2, и оно может быть меньше 10. Отношение общей массы одного или более носителей к массе СВС может быть равно по меньшей мере 2, и оно может быть меньше 10.

Композиция необязательно может содержать диспергирующий агент, который используют для увеличения срока годности при хранении и предотвращения оседания твердых частиц. Диспергирующий агент может содержать основную цепь, функцией которой является обеспечение совместимости с фазой носителя, и головную группу, которая прикрепляет диспергирующий агент к поверхности добавки. Диспергирующий агент может быть также предназначен для диспергирования СВС. Диспергирующий агент может быть выбран из одиночных молекул или полимерных молекул с различными функциональными группами в молекулярном каркасе и крепежных группах.

Жидкая композиция может содержать менее 30 мас.%, предпочтительно - менее 20 мас.%, более предпочтительно - менее 12 мас.% диспергирующего агента.

В жидкой композиции СВС может содержать частицы, имеющие медианный диаметр частиц, равный 1 мкм или более. Медианный диаметр частиц может быть равен 200 мкм или менее, предпочтительно - 100 мкм или менее, более предпочтительно - 50 мкм или менее. При использовании в контексте настоящего изобретения размер частиц d50 - это медианный диаметр, при котором 50% объема состоит из частиц, которые больше указанного значения d50, и 50% объема состоит из частиц, которые меньше указанного значения d50. При использовании в контексте настоящего изобретения медианный размер частиц означает то же самое, что и размер частиц d50. Указанные размеры частиц и/или медианный диаметр можно оценить с использованием дифракции лазерного излучения, например - с использованием лазерного анализатора размеров частиц Horiba LA950. Жидкая композиция предпочтительно содержит менее 1 мас.% частиц, имеющих диаметр более 200 мкм, например - более 100 мкм.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предусмотрен способ изготовления жидкой композиции, предпочтительно - такой, как композиция, описанная в первом аспекте, который включает:

(a) выбор носителя;

(b) выбор добавки (например, красителя);

(c) выбор карбонил-бис(1-капролактама) (СВС); и

(d) приведение в контакт носителя, добавки и СВС.

Способ предпочтительно включает диспергирование СВС в носителе. Способ предпочтительно включает диспергирование одной или более добавок в носителе. Способ может включать использование поверхностно-активного агента для облегчения диспергирования нерастворимых компонентов в носителе.

Жидкая композиция может обладать любыми признаками жидкой композиции, описанной выше в связи с первым аспектом настоящего изобретения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предусмотрен способ введения добавки (например, красителя) в полимерный материал, который включает:

(i) выбор полимерного материала;

(ii) приведение полимерного материала в контакт с добавкой, карбонил-бис(1-капролактамом) (СВС) и носителем;

(iii) формование из расплава полимерного материала.

Способ предпочтительно включает выбор жидкой композиции, содержащей носитель, добавку и СВС, и приведение полимерного материала в контакт с жидкой композицией. Жидкая композиция может обладать любыми признаками жидкой композиции согласно первому аспекту и/или может быть изготовлена так, как описано согласно второму аспекту.

Полимерный материал предпочтительно содержит синтетический термопластичный полимер. Полимерный материал предпочтительно можно формовать в виде волокон. Полимерный материал может быть конденсационным полимером, например - конденсационным полимером, который может деполимеризоваться в присутствии воды и/или носителя с соответствующими функциональными группами (которые могут включать гидроксильные и карбоксильные группы, но не ограничены ими). Полимерный материал может быть выбран из сложных полиэфиров, полиамидов, полипропилена, поликапролактона, поликарбонатов, акрилов и арамидов.

Примерами полиамидов являются алифатические ПА6 и ПА6,6, полуароматические полифталамиды (например, ПА 6Т) и ароматические полиамиды, в которых по меньшей мере 85% амидных связей (-CO-NH-) присоединены непосредственно к двум ароматическим кольцам, например - пара-арамиды.

Полимерный материал предпочтительно содержит сложный полиэфир, который может быть выбран из полиэтилентерефталата (ПЭТ, англ. аббревиатура - PET, от poly(ethylene terephthalate)), полибутилентерефталата (ПБТ, англ. аббревиатура - РВТ, от poly(butylene terephthalate)), политриметилентерефталата (ПТТ, англ. аббревиатура - РТТ, от poly(trimethylene terephthalate)), полиэтиленнафталата (ПЭН, англ. аббревиатура - PEN, от poly(ethylene naphthalate)), поли-1,4-цикло-гексилендиметилентерефталата (ПЦТ, англ. аббревиатура - РСТ, от poly(1,4-cyclo-hexylenedimethylene) terephthalate), полиэтилен-со-1,4-циклогексилендиметилентерефталата (ПЭТГ, англ. аббревиатура - PETG, от poly(ethylene-co-1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate)), сополи-1,4-циклогексилендиметилен/этилентерефталата (ПЦТГ, англ. аббревиатура - PCTG, от copoly(1,4-cyclohexylene dimethylene/ethylene terephthalate)), поли-1,4-циклогексилендиметилентерефталат-со-изофталата (ПЦТА, англ. аббревиатура - РСТА, от poly(1,4-cyclohexylene dimethylene terephthalate-co-isophthalate)), полиэтилен-терефталат-со-изофталата (ПЭТА, англ. аббревиатура - РЕТА, от poly(ethylene terephthalate-co-isophthalate)), полимолочной кислоты (ПМК, англ. аббревиатура - PLA, от poly(lactic acid)), полигликолевой кислоты (ПГК, англ. аббревиатура - PGA, от poly(glycolic acid)) и смесей их сополимеров. Полимерный материал предпочтительно содержит ПЭТ, более предпочтительно - по существу состоит из ПЭТ.

Характерный пригодный для прядения конденсационный полимер, такой как сложный полиэфир, например - ПЭТ, может содержать до 250 или до 200 повторяющихся мономеров (например, иметь молекулярную массу до 25000 или до 20000). Количество повторяющихся мономеров может лежать в диапазоне от 50 до 200, возможно - от 75 до 200, предпочтительно - от 75 до 125 повторяющихся мономеров. Характерный пригодный для прядения полимер может содержать около 100 повторяющихся мономеров. Конденсационный полимер может быть линейным и способным достигать высоких уровней ориентации и кристалличности, которые обеспечиваются во время процессов прядения и вытягивания.

Характерные пригодные для прядения сложные полиэфиры имеют характеристическую вязкость в диапазоне от 0,62 дл/г до 1 дл/г. Предпочтительные сложные полиэфиры имеют характеристическую вязкость в диапазоне от 0,5 дл/г до 1,2 дл/г при измерении с использованием стандартных способов (например, согласно стандарту ASTM D4603-03).

Способ может включать введение менее 10 мас.%, более предпочтительно - менее 5 мас.%, особо предпочтительно - менее 4 мас.% добавки, выбранной из добавок, указанных выше (предпочтительно - красителя), в полимерный материал в составе жидкой композиции. По меньшей мере 1 мас.% добавки (предпочтительно - красителя) может быть введен в составе жидкой композиции. Общее количество добавок, выбранных из добавок, указанных выше, и вводимых в полимерный материал в составе жидкой композиции, может быть меньше 10 мас.%, более предпочтительно - меньше 5 мас.%. Характерные количества добавок, вводимых с использованием описываемого способа, обычно лежат в диапазоне от 0,05 мас.% до 3 мас.%.

Способ может включать введение менее 10 мас.%, предпочтительно - менее 6 мас.%, и более предпочтительно - менее 4 мас.% носителя в полимерный материал в составе жидкой композиции. Вводимое количество может быть меньше 3 мас.%.

Если в способе используют описанную жидкую композицию, то способ предпочтительно включает приведение полимерного материала в контакт с жидкой композицией при коэффициенте разбавления (LDR), равном по меньшей мере 0,5%, предпочтительно - по меньшей мере 1%, более предпочтительно - по меньшей мере 2%, в частности - по меньшей мере 4%. То есть, отношение массы полимерного материала к массе жидкой композиции может быть равно 100:0,5, 100:1, 100:2 или 100:4, соответственно. Применение жидкой композиции может быть особенно выгодным при более высоких значениях LDR. LDR может быть равен по меньшей мере 1,1%, 1,3% или 1,5%.

Чем выше LDR, тем больше СВС желательно использовать в способе, и/или тем больше мас.% СВС, который можно использовать. Способ может включать добавление по меньшей мере 0,05 частей СВС на 100 частей полимерного материала. Он может включать добавление по меньшей мере 0,6 частей СВС на 100 частей полимерного материала. Способ может включать использование LDR, превышающего 2%, предпочтительно - превышающего 4%, и добавление по меньшей мере 0,08 частей, предпочтительно - по меньшей мере 0,2 частей СВС на 100 частей полимерного материала.

В способе по настоящему изобретению жидкую композицию предпочтительно дозируют в полимерный материал, когда полимерный материал находится в расплавленном состоянии. Полимерный материал может быть расплавлен в экструдере, и приведение жидкой композиции в контакт с полимерным материалом может быть обеспечено как в самом экструдере, так и ниже по течению от него. Жидкую композицию предпочтительно инжектируют в полимерный материал под относительно высоким давлением (от 5 бар до 220 бар, например - от 100 бар до 220 бар). Целесообразно предусмотреть смесительные устройства для ускорения смешивания жидкой композиции и полимерного материала. Смесительные устройства могут быть статическими или динамическими смесителями. Динамические смесители предпочтительны в прикладных задачах, в которых жидкие композиции добавляют к фазе расплава полимера, то есть там, где небольшие количества маловязкой жидкости необходимо смешать с большими объемами высоковязкой жидкости. Особо предпочтительны роторно-полостные смесители из-за высоко распределенных смешивающих сил, которые приложены по всей длине смесителя и обеспечивают регулируемое использование необходимого высокосдвигового процесса. Ниже по течению относительно точки приведения в контакт жидкой композиции и полимерного материала могут находиться прядильные устройства для прядения материала с получением определенных волокон. Такую же общую схему можно использовать для получения других изделий из термопластичных полимеров, например - листов или пленок, при этом выход полимера будет происходить через соответствующие экструзионные головки.

Полимерный материал, контактирующий с жидкой композицией в способе согласно настоящему изобретению, может быть подан непосредственно из реактора, в котором полимерный материал получают в реакции полимеризации. Соответственно, используемый полимерный материал может не содержать шариков или гранул или других форм полимерного материала, а представлять собой расплавленный полимерный материал из полимеризационного реактора, который соединен с установкой для приведения полимерного материала в контакт с жидкой композицией, как описано выше.

Выгодным является то, что способ по настоящему изобретению можно использовать для введения добавок в полимерные материалы, в частности -полиэфиры, например - ПЭТ, без значительного изменения характеристической вязкости полимерного материала (которую можно оценить, как описано в Испытании 1 ниже). Отношение характеристической вязкости, выбранной на стадии (i) способа, к характеристической вязкости полимерного материала после формования из расплава на стадии (iii) способа может быть равно по меньшей мере 0,80 дл/г, предпочтительно - по меньшей мере 0,90 дл/г, и оно может быть меньше 1,20 дл/г.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предусмотрено изделие, содержащее полимерный материал, включающий добавку (например, краситель), причем изделие содержит карбонил-бис(1-капролактам) (СВС).

Изделие может также включать носитель такого типа, как описано в данной публикации.

Изделие согласно четвертому аспекту предпочтительно является волокном, в частности - сложнополиэфирным волокном.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, предусмотрен способ получения волокна, который включает введение добавки и карбонил-бис(1-капролактама) (СВС) в полимерный материал, как описано согласно первому аспекту настоящего изобретения, и прядение полимерного материала, содержащего добавку и СВС, с получением волокна, предпочтительно - по существу непрерывного волокна, например - имеющего длину более 5 м или 10 м.

Способ может включать подачу полимерного материала в экструдер непосредственно из реактора, в котором получают полимерный материал.

Полимерный материал предпочтительно является сложным полиэфиром, например - полиэтилентерефталатом.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, предусмотрена установка, содержащая:

(a) экструдер для экструзии полимерного материала;

(b) резервуар, содержащий жидкую композицию, описанную согласно первому аспекту настоящего изобретения;

(c) инжекционное устройство, функционально связанное с резервуаром, для инжекции жидкой композиции, полученной из резервуара, в полимерный материал, например - в экструдере или ниже по течению относительно экструдера;

(d) перемешивающее устройство для смешивания жидкой композиции и полимерного материала.

Установка может дополнительно содержать полимеризационный реактор для получения полимерного материала в реакции полимеризации, предпочтительно - из мономеров, причем этот реактор функционально соединен с экструдером для подачи полимерного материала из реактора в экструдер.

Установка может дополнительно содержать прядильные устройства, расположенные ниже по течению относительно экструдера, и инжекционные устройства для получения полимерного материала, вступившего в контакт с жидкой композицией, и прядения полимерного материала с получением волокна.

Настоящее изобретение можно сочетать с любыми признаками любого другого изобретения или варианта его осуществления, описанного в настоящей публикации, с необходимыми изменениями.

Далее будут описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения на основании примера со ссылками на Фиг. 1, которая является схематическим изображением опытной линии для производства волокна.

Прежде всего будут описаны испытания, использованные для оценки признаков, связанных со способом и изделиями, полученными этим способом. Затем в Примере 1 описано получение дисперсии углеродной сажи, которую используют с различными количествами композиций, содержащих карбонил-бис(1-капролактам) (СВС), в Примерах с 2 по 5 и с пиромеллитовым ангидридом в сравнительном Примере 6. Изготовление и испытание образцов волокон, полученных с использованием различных композиций, в том числе композиций из Примеров с 2 по 5, описаны в Примерах с 7 по 12. Приготовление и испытание других композиций описано в Примерах с 13 по 16.

В дальнейшем ссылаются на следующие испытания:

Испытание 1 - Определение характеристической вязкости (IV: от англ.: intrinsic viscosity)

Характеристическую вязкость образцов ПЭТ-волокон определяли согласно стандарту ASTM D4603 при 30°С (концентрация 0,5 масса/объем; растворитель 60/40 фенол/тетрахлорэтан).

Испытание 2 - Определение предела прочности волокон при растяжении

С использованием прибора Instron 3365 определяли предел прочности образца волокна при 20°С и скорости растяжения, равной 250 мм/мин (согласно ASTM D885).

Испытание 3 - Определение давления в экструзионной головке

Датчик вводили в расплав полимера после насоса для перекачивания расплава и выше по течению относительно фильеры для получения значений давления в экструзионной головке.

Испытание 4 - Определение относительного удлинения

Относительное удлинение определяли так, как описано в Испытании 2.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

Жидкая дисперсия углеродной сажи

400 г углеродной сажи (Monarch 430) смешали в условиях высокого сдвига с 503 г пентаэритритола тетраизостеарата, продаваемого под названием CRODAMOL PTIS, 95 г Solplus K240 (гипердиспергирующий агент), 1 г Irganox 1010 (антиоксидант) и 1 г Doverphos (антиоксидант) перед размолом с использованием 70% загрузки 0,8 шариков до достижения необходимого размера частиц. Для достижения хорошей дисперсии в волокне был необходим размер частиц менее 5 мкм, чтобы увеличить срок годности композиции при хранении и предотвратить оседание.

Примеры с 2 по 5

Приготовление композиций, содержащих карбонил-бис(1-капролактам) (СВС)

СВС в порошковой форме (размер частиц менее 50 мкм) смешали с композицией углеродной сажи из Примера 1 посредством высокосдвигового смешивания при температуре окружающей среды (21°С). Ввели различные количества СВС, как показано в Таблице 1.

Пример 6 (сравнительный)

Пиромеллитовый ангидрид (PMDA; от англ.: pyromellitic anhydride) - добавку, ранее использованную авторами изобретения, смешали с композицией углеродной сажи из Примера 1, вместо СВС. Композиция содержала 100 г композиции из Примера 1 и 5 г PMDA.

Примеры с 7 по 12

Изготовление образцов волокна

Установка для изготовления образцов волокна, изображенная на Фиг. 1, содержит загрузочную воронку 1 для подачи ПЭТ-смолы в экструдер. Жидкую композицию, содержащую добавки, инжектируют в расплавленный ПЭТ в положении 2 с использованием инжекционного аппарата 3. Давление в головке экструдера может быть измерено в положении 3. Смесь пропускают через прядильную головку 4 с получением волокон.

Частично ориентированное (POY; от англ.: partially orientated) волокно (165dtex/48f) из полиэтилентерефталата (ПЭТ) получили посредством экструзии расплава образца ПЭТ (Equipolymers С93), который просушивали в течение 4 часов при 170°С, через 30 мм экструдер (отношение длины к диаметру равно 24/1), оборудованный роторно-полостным смесителем (СТМ; от англ.: cavity transfer mixer) (скорость СТМ=90 об/мин) и имевший фильерный пакет с 48 отверстиями (диаметр отверстий 0,4 мм), при 285°С и пропускной способности 2,72 кг/час. Экструдированное волокно вытягивали из прядильной головки с использованием приемно-намоточного механизма ASW602 (скорость приемно-намоточного механизма 2800 м/мин). В Таблице 2 указаны подробности относительно полученных волокон, значений давления в прядильной головке и свойств при растяжении волокон, измеренных согласно Испытаниям с 1 по 4.

Жидкие композиции из Примеров с 1 по 6 добавляли в поток расплава в положении 2 с использованием карты цветов Flex-IM, калиброванной с использованием контроллера СМ6000. Композиции дозировали в инжекторную систему через кабель высокого давления с оплеткой и затем смешивали с потоком расплава с использованием роторно-полостного смесителя (скорость 90 об/мин).

Результаты представлены в Таблице 2. «phr» относится к количеству массовых частей использованной композиции на сто частей смолы.

Если обратиться к Таблице 2, то из сравнительного Примера 8 видно, что при высоких уровнях жидкого красителя (примерно 3 phr) происходит значительное снижение давления в прядильной головке, неприемлемое увеличение относительного удлинения и снижение характеристической вязкости волокна, по сравнению с неокрашенным волокном из Примера 7.

Кроме того, сравнительный Пример 12 демонстрирует, что добавление PMDA вызывает восстановление давления в прядильной головке до уровня, близкого к давлению в случае неокрашенного волокна из Примера 7, но прясть волокно невозможно, поскольку расплав является слишком густым.

Однако выгодным является то, что Примеры с 9 по 11 демонстрируют, что добавление СВС приводит к значительному повышению давлению в прядильной головке, что повышает стабильность волокон во время прядения и минимизирует разрывы филаментов.

Пример 13

Приготовление базовой композиции, содержащей СВС

470 г СВС смешали в условиях высокого сдвига с 450 г пентаэритритола тетраизостеарата (PTIS) и 80 г Solplus K240 (гипердиспергирующий агент) перед размолом с использованием 70% загрузки 0,8 шариков до достижения необходимого размера частиц. Для композиций, описанных ниже, был необходим размер частиц менее 30 мкм, например - для того чтобы увеличить срок годности композиции при хранении и предотвратить оседание.

Примеры с 14 по 16

Изготовление образцов волокон

Частично ориентированное (POY; от англ.: partially orientated) волокно (128dtex/72f) из полиэтилентерефталата (ПЭТ) получили посредством экструзии расплава образца ПЭТ (Invista 5540), который просушивали в течение 4 часов при 170°С, через 30 мм экструдер (отношение длины к диаметру равно 24/1), оборудованный динамическим смесителем расплава Barmag Promix АС и фильерным пакетом с 72 отверстиями, при 285°С и пропускной способности 4,5 кг/час. Экструдированное волокно вытягивали из прядильной головки с использованием приемно-намоточного механизма WINGS-POY 1500/10 (скорость приемно-намоточного механизма 3050 м/мин).

Жидкие композиции, инжектированные в Promix АС, добавляли в поток расплава в положении 2 (Фиг. 1) с использованием насоса Barmag Inject AC. Композиции дозировали в инжекторную систему через кабель высокого давления с оплеткой и затем смешивали с потоком расплава с использованием Promix АС (скорость 30 об/мин).

В Примере 16 использована смесь композиций из Примера 1 и Примера 13.

Результаты представлены в Таблице 3.

Результаты, приведенные в Таблице 3, показывают, что при изготовлении более тонких волокон (1,78 денье/филамент) добавление 3,4 phr композиции из Примера 1, как в Примере 15, приводило к значительному снижению давления подпора в прядильной головке и ухудшению свойств при растяжении; кроме того, была плохой стабильность процесса прядения, было много разорванных филаментов. Однако результаты Примера 16 показывают, что использование СВС приводит к давлению в прядильной головке, сходному с давлением, наблюдавшимся в случае неокрашенных волокон (Пример 14), улучшению механических свойств и стабильному процессу прядения с малым количеством разорванных филаментов.

Настоящее изобретение не ограничено деталями приведенных выше вариантов его осуществления. Изобретение распространяется на любой новый признак или на любую новую комбинацию признаков, раскрытых в данной публикации (включая формулу изобретения, реферат и графические материалы) или на любую новую стадию или любую новую комбинацию стадий любого способа или процесса, раскрытых в данной работе.

1. Жидкая композиция для добавления к полимерному материалу, которая содержит носитель, добавку, например, краситель, и карбонил-бис(1-капролактам), далее обозначаемый как СВС, причем носитель имеет температуру вспышки, равную по меньшей мере 285°С, % сохранения массы, составляющий более 85 мас.%, и среднечисленную молекулярную массу, лежащую в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль; и/или носитель является жидкостью при стандартных значениях температуры и давления, имеет температуру кипения при атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст., которая выше 300°С, но ниже 1150°С, и температуру плавления ниже 0°С.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что носитель имеет температуру вспышки, равную по меньшей мере 285°С, % сохранения массы, составляющий более 85 мас.%, и среднечисленную молекулярную массу, лежащую в диапазоне от 750 г/моль до 1250 г/моль.

3. Композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что носитель является жидкостью при стандартных значениях температуры и давления, имеет температуру кипения при атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст., которая выше 300°С, но ниже 1150°С, и температуру плавления ниже 0°С.

4. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель содержит фрагмент –OCOR⁵⁰, причем R⁵⁰ содержит цепь атомов углерода, содержащую по меньшей мере 5 атомов углерода и менее 24 атомов углерода.

5. Композиция по п. 4, отличающаяся тем, что R⁵⁰ содержит по меньшей мере 5 фрагментов –СН₂- и содержит менее 24 фрагментов –СH₂.

6. Композиция по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что сумма чисел атомов углерода во всех группах R⁵⁰ фрагментов –OCOR⁵⁰ в носителе равна по меньшей мере 15, предпочтительно – по меньшей мере 70, и сумма чисел фрагментов –СН₂– во всех группах R⁵⁰ фрагментов –OCOR⁵⁰ равна по меньшей мере 15, предпочтительно – по меньшей мере 64.

7. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель содержит по меньшей мере 3 сложноэфирных фрагмента.

8. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель выбран из групп с (А) по (I), определенных следующим образом:

Группа А - Сложные три- и тетраэфиры пентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции пентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₁₂ до С₂₂;

Группа В - Сложные три- или тетраэфиры алкоксилированного пентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного пентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₁₂ до С₂₂;

Группа С - Сложные пента- или гексаэфиры дипентаэритритола, причем сложный эфир получен в результате реакции дипентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₅ до С₁₈;

Группа D - Сложные пента- или гексаэфиры алкоксилированного дипентаэритритола, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного дипентаэритритола с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₅ до С₁₆;

Группа Е - Сложные триэфиры триметилолпропана, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции триметилолпропана с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₈ до С₂₂;

Группа F - Сложные триэфиры алкоксилированного триметилолпропана, причем сложный эфир получен или может быть получен в результате реакции алкоксилированного триметилолпропана с карбоновой кислотой, имеющей длину углеродной цепи от С₈ до С₂₂;

Группа G - Сложные эфиры трикарбоновой кислоты общей формулы

в которой R⁹, R¹⁰ и R¹¹ независимо являются атомами водорода, сложноэфирной группой или необязательно замещенной, предпочтительно – незамещенной, алкильной группой;

Группа Н – Молекулы алифатических дикарбоновых кислот, содержащие от 2 атомов углерода до 22 атомов углерода в основном структурном каркасе;

Группа I – Сложные диэфиры жирных кислот гидроксил-терминированных сложнополиэфирных пластификаторов, являющиеся производными адипиновой кислоты и алкилдиолов; ацетилированные моноглицериды гидрогенизированного касторового масла; и сложные диэфиры этоксилированных жирных кислот.

9. Композиция по п.8, отличающаяся тем, что носитель выбран из Группы А.

10. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель имеет общую формулу

в которой каждый радикал R²⁰ независимо является необязательно замещенной, предпочтительно – незамещенной, линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной С₁₁-С₂₁ алкильной группой; и R²¹ содержит фрагмент R²⁰COO- или гидроксильную группу.

11. Композиция по п. 10, отличающаяся тем, что R²¹ содержит фрагмент R²⁰CO-.

12. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель является сложным тетраэфиром пентаэритритола.

13. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что носитель является пентаэритритола тетраизостеаратом.

14. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что добавка содержит краситель.

15. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что жидкая композиция содержит по меньшей мере 2 мас.% СВС.

16. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что жидкая композиция содержит менее 25 мас.% СВС.

17. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что жидкая композиция содержит:

от 30 мас.% до 80 мас.% одного или более носителей;

от 5 мас.% до 60 мас.% одного или более красителей;

от 3 мас.% до 25 мас.% СВС.

18. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что жидкая композиция содержит:

от 40 мас.% до 70 мас.% одного или более носителей;

от 20 мас.% до 50 мас.% одного или более красителей;

от 3 мас.% до 20 мас.% СВС.

19. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что жидкая композиция содержит:

от 30 мас.% до 80 мас.% (предпочтительно – от 40 мас.% до 70 мас.%) сложного тетраэфира пентаэритритола, предпочтительно – пентаэритритола тетраизостеарата;

от 5 мас.% до 60 мас.%, предпочтительно – от 20 мас.% до 50 мас.%, одного или более красителей;

от 2 мас.% до 25 мас.%, предпочтительно – от 3 мас.% до 20 мас.%, СВС.

20. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в этой жидкой композиции отношение общей массы красителей к массе СВС равно по меньшей мере 2 и предпочтительно меньше 10; и/или отношение общей массы одного или более носителей к массе СВС равно по меньшей мере 2 и предпочтительно меньше 10.

21. Композиция по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в жидкой композиции СВС содержит частицы, имеющие медианный диаметр частиц, равный 1 мкм или более; и/или медианный диаметр частиц равен 200 мкм или менее.

22. Способ изготовления жидкой композиции по пункту 1, который включает:

(a) выбор носителя;

(b) выбор добавки;

(с) выбор карбонил-бис(1-капролактама) (СВС); и

(d) приведение в контакт носителя, добавки и СВС.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что жидкая композиция обладает любыми признаками жидкой композиции согласно любому из пунктов с 2 по 21.

24. Способ введения добавки, например, красителя, в полимерный материал, который включает:

(i) выбор полимерного материала;

(ii) выбор жидкой композиции по любому из пунктов с 1 по 21;

(iii) приведение полимерного материала в контакт указанной жидкой композицией; и

(iv) формование из расплава полимерного материала.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что полимерный материал выбран из сложных полиэфиров, полиамидов, полипропилена, поликапролактона, поликарбонатов, акрилов и арамидов.

26. Способ по п. 24 или 25, отличающийся тем, что полимерный материал является пригодными для прядения сложными полиэфирами, имеющими характеристическую вязкость в диапазоне от 0,62 дл/г до 1 дл/г.

27. Способ по любому из пп. с 24 по 26, отличающийся тем, что способ включает приведение полимерного материала в контакт с жидкой композицией при коэффициенте разбавления (LDR), равном по меньшей мере 0,5%, предпочтительно – по меньшей мере 1,5%.

28. Способ по любому из пп. с 24 по 27, отличающийся тем, что способ включает добавление по меньшей мере 0,6 частей СВС на 100 частей полимерного материала; и/или добавление по меньшей мере 0,08 частей СВС на 100 частей полимерного материала.

29. Способ по любому из пп. с 24 по 28, отличающийся тем, что жидкую композицию дозируют в полимерный материал, когда полимерный материал находится в расплавленном состоянии.

30. Способ по любому из пп. с 24 по 29, отличающийся тем, что ниже по течению относительно точки контакта жидкой композиции и полимерного материала находится прядильное устройство для прядения полимерного материала с получением волокон.

31. Способ по любому из пп. с 24 по 30, отличающийся тем, что отношение характеристической вязкости, выбранной на стадии (i) способа к характеристической вязкости полимерного материала после формования из расплава на стадии (iii) способа равно по меньшей мере 0,80 дл/г и меньше 1,20 дл/г.

32. Установка для использования в способе по любому из пп. с 24 по 31, которая содержит:

(а) экструдер для экструдирования полимерного материала;

(b) резервуар, содержащий жидкую композицию, описанную в любом из пунктов с 1 по 21;

(с) инжекционное устройство, функционально соединенное с резервуаром, для инжекции жидкой композиции, извлеченной из резервуара, в полимерный материал;

(d) смесительное устройство для смешивания жидкой композиции и полимерного материала.