Термопластична формувальна композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон

Винахід відноситься до термопластичних формувальних композицій для отримання ультратонких синтетичних волокон (мікроволокон) і може бути використаний для формування мікроволокон шляхом переробки розплавів сумішей полімерів. Відома термопластична формувальна композиція для отримання ультратонких волокон (патент України №1059, 1994, МКВ D01F8/00), що містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та добавку. В якості добавки вибрано поверхнево-активну речовину (ПАР). Наявність в композиції поверхневоактивної речовини сприяє покращенню явища специфічного волокноутворення: зменшується середній діаметр мікроволокон, збільшується загальне число та зникають інші типи структур (частинки, плівки, короткі мікроволокна). Використання цієї композиції дозволяє зменшити діаметр ультратонких волокон до декількох мікрометрів. При введені ПАР в композицію не вдається знизити діаметр мікроволокон менше ніж декілька мікрометрів. Відома також термопластична формувальна композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон, яка містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та компатибілізатор (патент України №34605А, 2001р., МКВ В01D39/16; D01F8/04). В якості компатибілізатора вибрана органічна сіль - олеат натрію. Добавка в суміш волокноутворюючого та матричного компонентів олеату натрію в кількості 0,5-7,0% мас. приводить до збільшення числа мікроволокон безперервної довжини та до подальшого зменшення їх діаметра. Проте, введення олеату натрію не дозволяє знизити мінімальний діаметр ультратонких синтетичних волокон менше ніж 3,3мкм. В основу винаходу поставлена задача створити термопластичну формувальну композицію для отримання ультратонких синтетичних волокон, в якій шляхом введення нових компонентів забезпечилось би зменшення діаметра ультратонких синтетичних волокон до десятих долей мікрометра. Поставлена задача вирішена тим, що термопластична формувальна композиція, що містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та компатибілізатор, згідно з винаходом, додатково містить олігомерну силоксанову рідину, при цьому компоненти суміші взяті у такому співвідношенні, мас.%: Волокноутворюючий полімер 30,0-60,0 Матричний полімер 38,3-62,95 Компатибілізатор 0,5-7,0 Олігомерна силоксанова рідина 0,05-1,2 Відомо, що при введенні компатибілізатора в розплав суміші волокноутворюючого і матричного полімерів росте ступінь сумісності між ними за рахунок реалізації специфічних взаємодій (утворення диполь-дипольних, водневих чи йон-дипольних зв’язків). Останнє приводить до покращення явища специфічного волокноутворення, що проявляється у збільшенні кількості мікроволокон та зменшенні їх діаметра, але до певної його величини. Олігомерна силоксанова рідина, будучи введена в композицію, знижує поверхневий натяг та поверхневу енергію на кордоні розподілу волокноутворюючого і матричного полімерів, що сприяє збільшенню ступеню диспергування полімеру дисперсної фази (зменшення діаметра рідинного струменя) та підвищенню кінетичної стабільності дисперсії в розплаві. Комбінація компатибілізатора та олігомерної силоксанової рідини дозволяє реалізувати явище специфічного волокноутворення в максимально сприятливих умовах та зменшити діаметр мікроволокон до десятих долей мікрометра. Зменшення середнього діаметра мікроволокон дозволяє змінювати їх фізико-механічні та сорбційні властивості і відкриває можливості для розширення асортименту полімерних матеріалів. Олігомерні силоксанові рідини додають в композицію в кількості 0,05-1,2мас.%. При введенні в композицію добавок силоксанової рідини менше 0,05мас.% утворюються мікроволокна з розмірами прототипу. Збільшення вмісту олігомерної силоксанової рідини вище 1,2мас.% не дає ефекту подальшого зменшення діаметра мікроволокон. В якості олігомерної силоксанової рідини можуть бути використані поліметал- та поліетилсилоксани. В якості компатибілізатора, крім олеату натрію, можуть бути використані інші плавкі органічні солі або полімерні речовини, які можуть утворювати специфічні взаємодії з макромолекулами волокноутворюючого або матричного полімерів. З літератури невідомо використання комбінації олігомерної силоксанової рідини та компатибілізатора для формування мікроволокон з діаметрами, що складають десяті долі мікрометра. Таким чином, за рахунок використання комбінації олігомерної силоксанової рідини та компатибілізатора при переробці розплавів сумішей полімів вдається зменшити діаметр мікроволокон до десятих долей мікрометра. Термопластичну формувальну композицію із волокноутворюючого і матричного полімерів, компатибілізатора та олігомерної силоксанової рідини готують шляхом змішування інгредієнтів в розплаві за допомогою дискового екструдера. Матричний полімер попередньо сушать під вакуумом для зменшення вмісту летучих. Із гранул отриманої суміші на прядильній машині екструдерного типу формують композиційну мононитку з фільєрною витяжкою 1000%. Матричний полімер ектрагують розчинником, інертним по відношенню до волокноутворюючого компоненту. Середній діаметр мікроволокон оцінють за допомогою мікроскопу МБІ-15. Винахід ілюструється слідуючими прикладами. Приклад 1. Для приготування термопластичної формувальної композиції брали слідуючі вихідні компоненти: волокноутворюючий полімер - поліпропілен (ПП), матричний -співполіамід (СПА), компатибілізатор - олеат натрію та олігомерну силоксанову рідину -поліетилсилоксан (ПЕС-5). Поліпропілен мав слідуючі властивості: характеристична в’язкість в декаліні при 135°С - 1,2; вміст атиктичної фракції - 5%; температура плавлення 169°С. Співполіамід - сополімер капролактаму (50%) та гексаметиленадипінату (50%); вміст низькомолекулярних сполук (НМС), які екстрагуються водою, % мас. - 2-3. Поліетилсилоксан (ПЕС-5) - зі слідуючими характеристиками: питома густина, г/см3 - 0,86-1,18; масовий відсоток кремнію, % - 19,6-28,0; температура кипіння при залишковому тиску 0,13-0,40МПа, °С - 250. Олеат натрію C17H33COONa - натрій олеїново-кислий на основі олеїну Б (ТУ 6-09-1224-83): білі або жовтуваті частинки розчинні у воді та спирті, вміст натрію олеїно-кислого, % - 98,0; молекулярна маса - 304, вміст лугів { в перерахунку на NaOH}, % - 0,5. Вихідний СПА попередньо сушили під вакуумом при температурі 90°С до вмісту летучих - 0,05мас.%, а потім змішували з ПП і добавками в розплаві на дисковому екструдері. З отриманої термопластичної композиції на прядильній машині екструдерного типу формували композиційну мононитку з фільєрною витяжкою 1000%. Екстракцію матричного полімеру проводили водним розчином етилового спирту. Після цього отримували комплексну нитку із ПП мікроволокон безперервної довжини. Для оцінки середнього діаметра отриманих ультратонких волокон проводили їх кількісний мікроскопічний аналіз за допомогою мікроскопу МБІ15. Із статистичного аналізу результатів визначали: середній діаметр мікроволокон (d) у пучку. Співвідношення компонентів в суміші та діаметри мікроволокон наведені в таблиці (композиції №1-6). Приклад 2. Для приготування термопластичної формувальної композиції брали поліпропілен, співполіамід та олеат натрію, які описані в прикладі №1. Якості олігомерної силоксанової рідини використали поліметилсилоксан (ПМС-200) з наступними властивостями: питома густина, г/см3 - 0,91-0,98; масовий відсоток кремнію, % - 36,539,0; температура кипіння при залишковому тиску 0,13-0,5МПа, °С - вище 300. Компоненти суміші зміщували на обладнанні та в умовах прикладу №1. Формування композиційної мононитки, екстракцію матричного полімеру та оцінку середнього діаметра мікроволокон здійснювали, як описано в прикладі 1. Склад композиції та середні діаметри мікроволокон наведені в таблиці (композиції 7-9). Приклад 3. Термопластичну формувальну композицію готували із компонентів описаних в прикладі №1, за вийнятком того, що в якості компатибілізатора брали співполімер етилену з вінілацетатом (СЕВА). Використаний СЕВА мав такі характеристики: температура плавлення, °С - 85; вміст ацетатних груп, % мас. - 12. Виконані дослідження з використанням інфрачервоної спектроскопії підтвердили утворення диполь-дипольних зв'язків між макромолекулами СЕВА і СПА. Після екстракції матричного полімеру (СПА) водним розчином етилового спирту одержували комплексну нитку із ПП мікроволокон і оцінювали середній діаметр мікроволокон, як описано в прикладі 1. Середній діаметр мікроволокон в залежності від вмісту компонентів представлено в таблиці (композиція №10). Приклад 4. Термопластичну формувальну композицію готували, як описано в прикладі 1. В якості волокноутворюючого компоненту використали поліоксиметилен (ПОМ) - співполімер триоксану з 1,3 діоксоланом (2%). ПОМ мав наступні властивості: характеристична в’язкість в диметилформаміді - 0,56; період індукції - 40хв.; температура плавлення - 171°С. Властивості СПА, олеату натрію і по ліетил сил океану (ПЕС-5) описані в прикладі 1. Для формування композиційної нитки готували суміш складу ПОМ/СПА/олеат Na/TIEC-5 50/46,7/3,0/0,3мас.% Комплексну нитку із ультратонких поліоксиметиленових волокон отримували,як описано в прикладі 1. Аналіз структуроутворення ПОМ в матриці СПА здійснювали на обладнанні та по методиках, описаних в прикладі 1. ПОМ мікроволокна мали середній діаметр мікроволокон 0,4мкм.(композиція №11). Таблиця Вплив складу термопластичної формувальної композиції на середній діаметр мікро волокон № композиції 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Назва та співвідношення компонентів: волокноутворюючий/матричний/компатибілізатор/силоксанова рідина, мас.% ПП/СПА/олеат Na/ПEC-5 50,0/49,45/0,5/0,05 ПП/СПА/олеат Na/ПEC-5 50,0/41,8,0/7,0/1,2 ПП/СПА/олеат Na/ПnEC-5 50,0/46,7/3.0/0,3 ПП/СПА/олеат Na/ПEC-5 30,0/66,7/3,0/0,3 ПП/СПА/олеат Na/ПEC-5 50,0/49,46/0,5/0,04 ПП/СПА/олеат Na/ПEC-5 50,0/41,7/7,0/1,3 ПП/СПА/олеат Na/ПMC-200 30,0/66,5/3,0/0,5 ПП/СПА/олеат Na/ПMC-200 40,0/56,5/3,0/0,5 ПП/СПА/олеат Na/ПMC-200 60,0/36,5/3,0/0,5 ПП/СПА/СЕВА/ПЕС-5 50,0/44,7/5,0/0,3 ПОМ/СПА/олеат Na/ПEC-5 50,0/46,7/3,0/0,3 ПП/СПА/олеат Na (прототип) 50,0/47,0/3,0 d, мкм 0,9 0,6 0,5 0,4 2,5 0,6 0,5 0,6 0,9 0,8 0,4 3,3 Аналіз результатів таблиці свідчить, що при використанні олігомерної силоксанової рідини в кількості меншій від заявленої (композиція №5) діаметр волокон складає 2,5мкм, що значно більше від діаметрів в заявлених межах (композиції №1-4). При збільшенні кількості олігомерної силоксанової рідини діаметр мікроволокон залишається незмінним (композиція №6). Зміна видів компатибілізатора та олігомерної силоксанової рідини мало впливає на величину діаметра мікроволокон (композиції №7-10). Як видно із даних таблиці запропонована термопластична формувальна композиція дає можливість реалізувати явище специфічного волокноутворення при переробці розплавів сумішей полімерів, що містять 30-60мас.% волокноутворюючого компоненту та отримати ультратонкі синтетичні волокна з середнім діаметром (0,40,9)мкм, тобто в 4-10 раз меншим ніж в ультратонких волокон, сформованих із композиції прототипу. Оптимальний вміст силоксанової рідини - 0,3мас.%, при цьому середній діаметр мікроволокон - 0,4мкм.