Способ модифицирования полимерных волокон

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Борисевич Инна Витальевна Сыцко Валентина Ефимовна Храмцов Сергей Николаевич Гисак Владимир Викторович Ананьева Людмила Алексеевна Игнатовская Людмила Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Способ модифицирования полимерных волокон, заключающийся в осаждении и адгезионном закреплении на волокнах, находящихся после выдавливания из фильерной головки экструдера в вязкотекучем состоянии, твердых частиц модификатора путем воздействия на них потоком газа, несущим твердые частицы модификатора, отличающийся тем,что в качестве полимерных волокон используют волокна полиэтилентерефталата, находящиеся в вязкотекучем состоянии при температуре не менее 300 С, воздействие на них осуществляют потоком газа с температурой 161 С и в качестве модификатора используют медный купорос с размером частиц 10-20 мкм. 10851 1 2008.06.30 Изобретение относится к области производства химических волокон, преимущественно из полимеров на основе ненасыщенных сложных эфиров, а именно к технологии физико-химической обработки волокон в процессе их производства. Серьезной проблемой текстильной промышленности является защита хлопчатобумажных и шерстяных изделий от повреждений микроскопическими грибами (плесенью) и насекомыми (молью). В последнее время определилась тенденция защиты изделий путем вложения в натуральную пряжу химических волокон, модифицированных бактерицидами и инсектицидами. Разработка технологий такого модифицирования представляет собой актуальную задачу, решаемую по следующим направлениям.. Прививка бактерицидных добавок к макромолекулам связующего осуществляется в процессе синтеза волокнообразующего полиэфира 1 или на стадии экструзионной переработки композиций, содержащих сополимер на основе винилароматических соединений и каучукоподобный полимер 2. Недостатки этих методов обусловлены высокой стоимостью волокон с привитыми бактерицидами на основе . Б. Наполнение полимерных связующих бактерицидными порошками - более технологичный и дешевый метод модифицирования. Волокна с повышенной бактерицидностью получают из полимерных композиций, наполненных микроионизированным турмалином 3 - минералом на основе боросиликатов. Дезодорирующими свойствами обладает волокно, которое прядут из расплава термопласта, содержащего тонкий угольный порошок 4. В качестве бактерицидных наполнителей волокнообразующих полимеров используют микронные частицыс покрытиями из жидкого стекла 5 или силиконов 6. Недостатки таких технологий состоят в необходимости дополнительного модифицирования неорганических наполнителей.. Обработка волокон жидкими модификаторами может быть осуществлена в процессе их выдавливания через фильеру экструзионной головки 7 или выполнена как самостоятельная операция модифицирования волокон водным раствором соли , предшествующая термическому отпуску волокон 8. Выбор таких модифицирующих жидкостей жестко ограничен требованиями термодинамической совместимости с материалом волокон. Г. Нанесение на волокна покрытий, содержащих бактерициды, может быть реализовано несколькими методами. Типичным примером является смачивание химических волокон водным раствором силоксана и антимикробного вещества с последующей полимеризацией силоксана в процессе термообработки 9. Аналогичной цели достигают путем гидролиза поверхностного слоя акриловых волокон, а затем обработки их водным раствором хитозана 10. Согласно способу 11, на волокнах формируют покрытия из водной эмульсии, содержащей масляные компоненты и микрокапсулы с оболочками на основе восков, которые наполнены антимикробными веществами. Нанесение покрытий на волокна - технологически сложный процесс, существенно увеличивающий их стоимость. Прототипом заявляемого изобретения является способ изготовления синтетического волокна 12. На поверхности полиэфирных волокон осаждают твердые неорганические частицы, а затем адгезионно фиксируют их на волокнах путем локального подплавления последних. Недостатки прототипа усложнение традиционного технологического процесса формирования волокон вследствие введения в него дополнительных операций осаждения и фиксации частиц увеличение энергоемкости способа из-за необходимости подплавления волокон удлинение технологической линии формирования волокон за счет размещения в ней дополнительного узла модифицирования волокон частицами. Задачи, на решение которых направлено изобретение 2 10851 1 2008.06.30 1) совмещение операций охлаждения волокон, выходящих из фильерной головки экструдера, и их микробоцидного модифицирования 2) использование теплоты, полученной полимерным материалом в процессе экструзионной переработки, для адгезионного закрепления твердых частиц на поверхности волокон 3) придание газовым потокам, охлаждающим волокна после выхода из головки экструдера, дополнительной функции носителя бактерицидных частиц. Поставленные задачи решаются тем, что способ модифицирования полимерных волокон, состоящий в осаждении на поверхности полиэфирных волокон твердых частиц и их адгезионном закреплении путем локального подплавления волокон нагретыми частицами,дополнен новыми операциями. На пучок волокон полиэтилентерефталата, выходящих из фильерной головки экструдера, направляют газопорошковый поток. Он воздействует на волокна на таком расстоянии от головки, где полиэтилентерефталат находится в вязкотекучем состоянии при температуре не менее 300 С. Газовый поток транспортирует твердые частицы микробоцидного вещества - медного купороса, имеющие размеры 10-20 мкм. Температура потока ниже температуры текучести полимерного материала волокон и составляет 161 С. Сущность изобретения состоит в том, что динамическое воздействие твердых частиц,транспортируемых газовым потоком, на волокна, находящиеся в вязкотекучем состоянии,обусловливает внедрение частиц в волокна. Поскольку температура частиц и газового потока ниже температуры текучести материала волокон, последние охлаждаются и переходят из вязкотекучего в высокоэластическое состояние. В результате твердые частицы оказываются адгезионно-механически закрепленными на волокнах. Таким образом, газопорошковый поток выполняет при реализации способа две функции 1) носителя микробоцидных частиц, оказывающих целевое модифицирующее воздействие на волокна 2) охлаждающей среды, которая обусловливает отверждение волокон и адгезионное закрепление на них частиц. Сущность изобретения поясним с помощью фигуры, на которой изображена схема способа и увеличенный фрагмент волокна, модифицированного микробоцидными частицами. Волокна 1 выдавливаются из фильерной головки 2 экструдера и направляются по обдувочной шахте (не показана) вертикально вниз. Из насадки 3 вытекает газопорошковый поток 4, ориентированный по нормали к направлению движения волокон. Частицы порошка 5, обладающие микробоцидностью, динамически контактируют с волокнами в пределах зоны длиной , в которой материал волокон находится в вязкотекучем состоянии. Она простирается от головки экструдера до линии А-А, ниже которой полимерный материал переходит в высокоэластическое состояние, и волокна отверждаются. При соударении с волокнами 1 частицы 5 внедряются в них, как показано на увеличенном фрагменте волокна. Находящийся в вязкотекучем состоянии полимерный материал затекает в микронеровности частиц. При охлаждении волокон полимерный материал отверждается, образуя адгезионное соединение с частицами, механически закрепленными в волокнах. Приведем примеры реализации способа. Волокна из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, ТУ 6-05-1984-85) получали с помощью лабораторной экструзионной установки, моделирующей линию производства ПЭТФ волокон в ОАО Могилевхимволокно, по схеме, приведенной на фигуре. Температура в головке 2 экструдера Т 13055 С. Диаметр волокон 1 составлял 0,30,01 мм. Длина зоны вязкотекучести волокон 27 мм. Насадка 3 соединена с аппаратом вибро-вихревого псевдоожижения, перерабатывающим порошок (диаметр частиц 20 мкм) медного купороса 452 (ТУ 19347-84). Расход порошка, истекающего в воздушном потоке из насадки 3, составлял 0,3 г/с. Температура воздушно-порошковой смеси Т 161 С. Масса порошка, осажденного на волокнах, составляла 0,050,01 г/см. 3 10851 1 2008.06.30 В соответствии со способом-прототипом пучок отвержденных волокон, сформированных с помощью головки 2, располагали в горизонтальной плоскости. На волокна сыпали порошок купороса, нагретый до 300 С в вибрационном генераторе псевдоожижения, с тем же расходом 0,3 г/с. Масса порошка, закрепленного на волокнах, оставалась прежней (0,050,01 г/см). Оценивали адгезию частиц порошка к волокнам и их фунгицидное действие. Качественный метод оценки адгезии состоял в регистрации количества порошка, осыпавшегося с волокна длиной 1 м, протянутого между сжатыми пальцами. По этому параметру волокна, модифицированные предложенным способом и способом-прототипом,были идентичны осыпание порошка практически не происходило. Фунгицидные свойства волокон оценивали по ГОСТ 9.048-89 и ГОСТ 9.049-91. Образцы волокон длиной 30 см, скрученные в виде плоской спирали диаметром 1 см, помещали в чашки Петри с питательной средой (среда Чапека-Докса с агаром) и засевали спорами двух видов грибови. Регистрировали ширинумертвой зоны между образцом и границей участка, на котором происходит рост грибов. Результаты испытаний представлены в табл. 1. Видно, что фунгицидные свойства волокон, полученных предложенным способом, несколько (за пределами ошибки) выше, чем волокон по способу-прототипу. Это можно объяснить превращениями медного купороса, произошедшими при нагревании в процессе модифицирования волокон способом-прототипом полиморфный переход при 54 С, отщепление двух молекул воды при 105 С, обезвоживание до моногидрата при 150 С, превращение в безводную соль при 250 С. Таблица 1 Способ Предложенный Прототип(мм) спустя время (сут.) с начала испытаний для грибов вида 2 3 4 5 Сопоставим технологические операции, составляющие оба способа формирования волокон (табл. 2). Таблица 2 Способ Операции, составляющие способ охлаждение волокон газопорошковым потоком, совыдавливание держащим намотка говолокон из бактерицид товых волоэкструзионной кон нагревание головки охлаждение порошка бакволокон по- терицида и током газа нанесение его на волокна Анализ показывает, что в предложенном способе операция охлаждения экструдируемых волокон совмещена с их микробоцидным модифицированием. Это позволяет рационально использовать теплоту, запасенную волокнами в процессе экструзионной переработки, для адгезионного закрепления на волокнах частиц бактерицида. Газовый поток,охлаждающий волокна, дополнительно выполняет в предложенном способе функцию 4 10851 1 2008.06.30 носителя бактерицидных частиц. Это свидетельствует, что при прочих равных достоинствах предложенный способ экономичнее способа-прототипа. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Предложенный способ найдет применение в промышленности химических волокон при производстве волокон, нитей, пряжи, тканей и нетканых материалов, обладающих бактерицидностью и инсектицидностью. Источники информации 1. Патент 2925372, МПК 01 8/04, 1999. 2. Патент 3271362, МПК С 08 51/04, 2002. 3. Патент 3326742, МПК 01 6/94, 2002. 4. Патент 6451427, МПК 01 6/00, 2002. 5. Патент 3265109, МПК 01 1/10, 2002. 6. Патент 3325686, МПК 01 1/10, 2002. 7. Патент 2371011, МПК 01 1/06, 2002. 8. Патент 2841092, МПК 01 6/54, 1998. 9. Патент 10141599, МПК 01 11/08, 2002. 10. Патент 3279881, МПК 06 М 15/03, 2002. 11. Патент ЕР 1243689, МПК 06 М 16/00, 2002. 12. Патент 3306046, МПК 01 1/10, 2002 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5