Спосіб одержання порожнистого пористого волокна

Спосіб одержання порожнистого пористого волокна, що включає формування волокна з тер мопластичного полімеру методом екструзії і селективну екстракцію, який відрізняється тим, що на стадії екструзії додатково вводять другий тер Винахід відноситься до технології одержання порожнистих пористих синтетичних волокон, які завдяки своїй структурі і властивостям знаходять застосування в різних областях техніки, зокрема для очистки з використанням мембранної технологи або для проведення процесів масообміну в системі газ-рідина ВІДОМІ способи одержання порожнистих пористих волокон із суміші декількох компонентів Зокрема, за способом патенту ФРН №2833493, D 01 D 5/24, опубл 07 02 80, порожнисті пористі волокна для використання в якості мікрофільтрів і підкладок для напівпроникних мембран одержують з гомогенної суміші двох компонентів, причому один з них є плавким полімером, а інший - інертною стосовно першого рідиною, що у визначеній області температур необмежено змішується з розплавом першого Формування бінарної суміші ведуть при температурі вище температури змішування компонентів через гарячий повітряний прошарок з наступним зануренням витікаючих струменів у розчин осаджувальної ванни, витяжкою сформованих волокон і екстракцією з них інертної рідини розчинником Одержують порожнисте пористе волокно з ЗОВНІШНІМ діаметром 2200мкм і внутрішнім 1400мкм При цьому волокно має неправильну форму пор і їхній нерівномірний розподіл по об'єму волокна, крім того, при одержанні волокна необхідне застосування осаджувальної ванни та органічних розчинників волокна з термопластичного полімеру методом екструзії і селективну екстракцію [патент США №4670341, МКИ В 32 D 27/34, D 02 G 3/00, опубл 02 06 87] Порожнисте волокно формують із суміші(% за об'ємом) 8 - 93(9 - 95) полюлефина з молекулярною вагою 100 - 500 тисяч, 92 - 7 інертного наповнювача з частками розміром 0,01 - Юмкм і пластифікатора Після формування порожнистого волокна пластифікатор селективно екстрагують з нього Одержують порожнисте пористе волокно для ультрафільтрації з товщиною стінки 0,025 0,58мм Пористість волокна > 30% Структура отриманого волокна гетерогенна Гетерогенність зумовлена використанням в якості вихідних елементів суміші часток різної форми з різними фізи Відомий також спосіб одержання порожнистого пористого волокна, що включає формування мопластичний полімер в КІЛЬКОСТІ 50 - 70% від ма си суміші, при співвідношенні в'язкостей розплавів першого і другого полімерів 0,5 5, а селективну екстракцію другого термопластичного полімеру здійснюють розчинником, інертним по відношенню до першого полімеру КО-ХІМІЧНИМИ характеристиками Змішувачі для таких сумішей діють за принципом випадкового розподілення компонентів, і тому отримане волокно має неоднорідну пористість за рахунок нерівномірного розподілу компонентів при змішуванні, велика ймовірність наявності великих пор Для поліпшення гомогенності суміші необхідно використання багатостадійного змішування Крім того, при введенні в розплави полімерів наповнювачів неплавких високодисперсних речовин - значно ускладнюється процес формування суміші в волокно екструзією через калібрований отвір філь'єри Одержана мембрана на основі порожнистого волокна відноситься по типу розділення до поверхневих фільтрів, тобто затримка часточок відбувається на поверхні матриці, а поверхневі фільтри мають відносно низьку продуктивність й швидко забиваються 5 ю 54122 В основу винаходу покладена задача створити такий спосіб одержання порожнистого пористого волокна, котрий шляхом введення нових операцій і умов їх виконання, дозволив би одержати однорідне порожнисте пористе волокно, стінки якого складаються з зціплених між собою орієнтованих однорідних мікроволокон(мікрофібрил) полімеру, завдяки чому підвищуються його фізико-хімічні властивості Поставлена задача досягається тим, що в способі одержання порожнистого пористого волокна, що включає формування волокна з термопластичного полімеру методом екструзії і селективну екстракцію, згідно з винаходом, на стадії екструзії додатково вводять другий термопластичний полімер у КІЛЬКОСТІ 50 - 70% від маси суміші, при співвідношенні в'язкостей розплавів першого і другого полімерів 0,5 - 5, а селективну екстракцію другого термопластичного полімеру здійснюють розчинником, інертним по відношенню до першого полімеРУ У процесі екструзії перший термопластичний полімер утворює у масі(дисперсійному середовищі) другого полімеру безліч мікроволокон, які орієнтовані у напрямку екструзії, і в результаті формування одержують порожнисте волокно, стінки якого армовані мікроволокнами першого полімеру Після екстракції другого полімеру утворюється порожнисте пористе волокно, стінки якого складаються з мікроволокон(мікрофібрил) першого полімеру Така структура порожнистого волокна відрізняється однорідністю і дає можливість у широких межах регулювати лінійну ЩІЛЬНІСТЬ, пористість, розмір пор, товщину стінки, МІЦНІСТЬ порожнистого пористого волокна Мембрана на основі такого волокна працює як глибинний фільтр Пропускна здатність глибинних фільтрів значно вища, так як він затримує частки по всій своїй товщині, а не тільки на поверхні, і достатньо СТІЙКІ до забивання Введення 50 - 70%мас другого термопластичного полімеру забезпечує реалізацію явища мікроволокноутворення першого полімеру в дисперсійному середовищі другого термопластичного полімеру Дисперсійним середовищем, як правило, являється полімер який знаходиться в суміші в надлишку При ВМІСТІ другого полімеру менше 50% маси, перший термопластичний полімер утворює ПЛІВКОВІ структури і в результаті порожнисте пористе волокно має низьку пористість, при ВМІСТІ другого полімеру більше 70% маси суміші стінки порожнистого пористого волокна не мають достатньої для експлуатації МІЦНОСТІ Співвідношення в'язкостей першого і другого полімерів 0,5 - 5, необхідне для одержання порожнистого пористого волокна однорідної структури Пропонований спосіб одержання порожнистого пористого волокна містить у собі операції змішування першого і другого полімерів, потім диспергують суміш і формують порожнисте волокно на прядильно-екструзійній машині УФТП екструзією розплаву суміші Суміш до екструдування повинна мати вміст вологи менш 1%, а краще менш 0,5% Крім того, вміст летючих речовин у суміші повинен складати менш 2%, а краще менш 1% Такі КІЛЬКОСТІ вологи і летючих речовин необхідні для одержання рівномірного екструдату при плавленні полімерів Необхідна КІЛЬКІСТЬ вологи і летючих речовин досягається сушкою полімерів при температурі 100°С в вакуумі Екструдовані порожнисті волокна приймають на бобіну Потім проводять екстракцію другого термопластичного полімеру придатним розчинником До чи після екстракції волокно може бути піддано орієнтаційній витяжці, що дозволяє в більш широких межах регулювати фізико-механічні властивості порожнистого пористого волокна Суть способу ілюструється наступними прикладами Приклад 1 Готують суміш попередньо висушених першого полімеру - поліпропілену(ПП) і другого полімеру - поліаміду(ПА) Співвідношення ПП-ПА по масі складає 50 - 50% Характеристики застосованих полімерів наведені в таблиці 1 Диспергують суміш і екструдують через філь'єру в порожнисті волокна з наступним охолодженням водою при Т = 10°С Температура формування 190 - 220°С Одержують порожнисте волокно Другий полімер екстрагують етиловим спиртом при температурі 78°С Одержують порожнисте пористе волокно, стінка якого складається з мікроволокон(мікрофібрил) поліпропілену Характеристики волокна наведені в таблиці 2 Таблиця 1 Характеристики властивостей полімерів Полімер ПП ПЕНД ПОМ ПА-ПА 6/66 сополімер капролактаму і гексаметиленадипшату (50 50) *При напрузі зсуву t = 57КПа и Т=200°С Приклад 2 Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Витягують волокно при температурі 20 - 110°С із кратністю витягування 1 - 12 Характеристики волокна наведені в таблиці 2 Приклад З В'язкість розплаву, Па С* 400 1400 850 Температура плавлення, °С 169-170 134 171 740 170-175 Готують суміш першого(ПП) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПП-ПА/40 - 60%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінка волокна складається з орієнтованих мікроволокон поліпропілену Характеристики волокна наведені втабл 2 Приклад 4 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 3 Витягають волокно при температурі 20 110°С з кратністю 1 - 1 0 Одержують порожнисте пористе волокно, характеристики якого наведені в табл 2 Приклад 5 Готують суміш першого(ПП) і другого(ПА) по 54122 6 лімерів у співвідношенні ПП-ПА/30 - 70%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінка волокна складається з мікроволокон(мікрофібрил) поліпропілену Характеристики волокна наведені в табл 2 Таблиця 2 Характеристики пористих порожнистих волокон № п/п Склад суміші, % Кратність Товщина Діаметр мік- Пористість витягування стінки волок- ро волокон, порожнистого # на, мкм мкм волокна, % Лінійна МІЦНІСТЬ по ЩІЛЬНІСТЬ рожнистого волокна, сН^екс волокна текс 74 74-9 64 64-7 55 55-6 1 ПП-ПА/50 - 50 130 3,1 - 3 , 3 58 2 ПП-ПА/50 - 50 1-12 130-53 до 0,72 58-65 10-42 3 ПП-ПА/40-60 120 2,1 - 2 , 7 64 4 ПП-ПА/40 - 60 120-40 до 0,65 64-68 7-40 1-10 5 ПП-ПА/30 - 70 110 1,2-1,9 74 6-45 6 ПП-ПА/30 - 70 1-12 110-35 до 0,3 74-80 7 ПП-ПА/60 - 40 Пористість волокна не перевищує 20% 8 ПП-ПА/20 - 80 Стінки порожнистого волокна не мають достатньої для експлуатації МІЦНОСТІ 9 ПЕНД-ПС/30 - 70 91 1,4-1,9 72 43 10 ПЕНД-ПС/30-70 1-11 91 -ЗО до 0,31 72-78 43-6 10-45 11 ПЕНД-ПС/40 - 60 100 24-2,8 63 54 12 ПЕНД-ПС/40 - 60 100-40 до 0,7 63-67 54-8 7-41 1-10 13 ПОМ-ПА/40 - 60 95 2,0-2,3 65 52 14 ПОМ-ПА/40 - 60 1-11 95-30 до 0,6 65-68 52-6 10-48 15 ПОМ-ПА/30 - 70 90 1,1 - 1 , 3 76 40 16 ПОМ-ПА/30 - 70 1-Ю 90-28 до 0,28 76-81 40-8 7-45 17 ПЕНД-ПА/30 - 70 105 1,4-2,1 74 55 18 ПЕНД-ПА/30 - 70 1-12 105-33 до 0,3 74-77 55-7 8-50 Питома поверхня пористих порожнистих волокон, яка визначалась сорбцій ним методом, перевищує 150м2/г # Температура витягування 20 - 110°С Приклад 6 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 5 Перед екстракцією другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С із кратністю 1 - 12 Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 7 Готують суміш першого(ПП) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПП-ПА/60 - 40%мас Одержують волокно в умовах прикладу 1 Стінки порожнистого волокна складаються з плівкових структур і волокно має низьку пористість, що не перевищує 20% Приклад 8 Готують суміш першого(ПП) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПП-ПА/20 - 80%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінки порожнистого волокна не мають достатньої для експлуатації МІЦНОСТІ Приклад 9 Готують суміш поліетилену низького тиску(ПЕНД)(перший полімер) і другого - полістиролу(ПС) полімерів у співвідношенні ПЕНД-ПС/30 70%мас Характеристики ПЕНД наведені в таблиці 1 Полістирол являв собою атактичний полістирол марки ПСМ(ГОСТ 20282-74) з ПТР 8,0г/10хв Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Другий полімер екстрагують бензолом при температурі 79 - 80°С Стінка волокна складається з мікроволокон(мікрофібрил) поліетилену Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 10 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 9 Перед екстракцією другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С з кратністю 1 - 1 1 Характеристики волокна наведені в табл 2, Приклад 11 Готують суміш поліетилену низького тиску(ПЕНД)(перший полімер) і другого(ПС) полімерів у співвідношенні ПЕНД-ПС/40 - 60%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Другий полімер екстрагують бензолом при температурі 79 - 80°С Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 12 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 11 Після екстракції другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С з кратністю 1 - 10 Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 13 Готують суміш полюксиметилену(ПОМ)(перший полімер) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПОМ-ПА/40 - 60%мас Характеристики полімерів наведені в таблиці 1 Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінка волокна складається з мікроволокон(мікрофібрил) полюксиметилену Ха 54122 рактеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 14 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 13 Перед екстракцією другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С з кратністю 1 - 1 1 Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 15 Готують суміш полюксиметилену(ПОМ)(перший полімер) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПОМ-ПА/30 - 70%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінка волокна складається з мікроволокон(мікрофібрил) полюксиметилену Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 16 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 15 Після екстракції другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С з кратністю 1 - 10 Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 17 Готують суміш поліетилену(ПЕНД)(перший полімер) і другого(ПА) полімерів у співвідношенні ПЕНД-ПА/30 - 70%мас Одержують порожнисте пористе волокно в умовах прикладу 1 Стінка волокна складається з мікроволокон(мікрофібрил) 8 поліетилену Характеристики волокна наведені в табл 2 Приклад 18 Одержують порожнисте волокно в умовах прикладу 17 Перед екстракцією другого полімеру волокно витягають при температурі 20 - 110°С з кратністю 1 - 12 Характеристики волокна наведені в табл 2 Таким чином, як видно з таблиці 2, даний винахід дозволяє одержати міцне порожнисте пористе волокно, стінки якого складаються, на відміну від найближчого аналога, з орієнтованих однорідних мікроволокон(мікрофібрил) полімеру, що утворюються під дією реологічних сил, завдяки чому волокно має високу, більше 58%(у найближчого аналога більше 30%) однорідну пористість, елас2 тичність, високу(більше 150м /г) питому поверхню Мембрана на основі такого волокна працює як глибинний фільтр, а глибинні мембрани мають дуже високу питому продуктивність і достатньо СТІЙКІ до забивання Спосіб передбачає одержання порожнистого пористого волокна з будь якого термопластичного полімеру, в тому числі і з полюлефинів, і дає можливість у широких межах регулювати лінійну ЩІЛЬНІСТЬ, пористість, розмір пор, товщину стінки, МІЦНІСТЬ порожнистого пористого волокна ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24