Термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон

Реферат: Термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та вуглецеві нанотрубки. UA 74066 U (12) UA 74066 U UA 74066 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології хімічних волокон та забезпечує одержання ультратонких синтетичних волокон (мікроволокон) і комплексних ниток на їх основі, які можуть бути використані для виробництва тканин і трикотажу з високими гігієнічними властивостями, високоефективних сорбентів та прецизійних фільтрувальних матеріалів. Відома термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон (патент України № 66395, МПК: D01F 8/00; D03F 6/76, 2004 p.), яка містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та добавку. Як добавку використано кремнійорганічні рідини. Введення в розплав суміші полімерів добавки в кількості (0,051,0) мас. % дозволяє зменшити середній діаметр мікроволокон в пучку до 3,0 мкм та підвищити однорідність їх розподілу за поперечними розмірами. Однак кремнійорганічні рідини не суміщаються з більшістю органічних речовин і за умови 4 введення в кількості ~ 10- % витісняються на поверхню, а завдяки низькому поверхневому натягу вони рівномірно розподіляються на поверхні готових виробів. Висока гідрофобність використаної добавки зумовлює зниження гідрофільності мікроволокон, що призводить до погіршення гігієнічних властивостей товарів народного споживання на їх основі. Присутність кремнійорганічної рідини також обумовлює слабке змочування поверхні фільтрувального шару, через це зменшується продуктивність фільтрів, особливо на початку процесу фільтрації. Відома також термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон (патент України № 20963, МПК: D01F 8/00; D01F 6/58, 2007 p.), яка містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та добавку полігексаметиленгуанідинхлорид (ПГГХ). Введення в композицію ПГГХ забезпечує одержання мікроволокон з середнім діаметром 2,1 мкм, високою однорідністю розподілу за діаметрами та підвищеною питомою поверхнею. Це дозволяє покращити гігієнічні властивості комплексних ниток та виробів на їх основі, а також підвищити продуктивність фільтрувального матеріалу (ФМ) завдяки швидкому змочуванню його поверхні. Однак, все перераховане має місце, коли вміст добавки складає (0,55,0) мас. %. При цьому ПГГХ належить до малотоксичних хлорвмісних речовин (4-й клас згідно з ГОСТ 12.1.007), тому доцільно виключити його із структури мікроволокон, які використовуватимуться для виробництва товарів медичного призначення і народного споживання та ФМ для очистки питної води, лікарських препаратів та технологічних середовищ харчової промисловості. В основу корисної моделі поставлена задача створити таку термопластичну композицію для отримання ультратонких синтетичних волокон, в якій зміною кількісного і якісного складу інгредієнтів забезпечилось би підвищення масової частки волокноутворюючого полімеру, яка витрачається на утворення мікроволокон, та видалення хлорвмісної речовини із структури мікроволокон, завдяки чому покращилась би якість і розширився б асортимент товарів, виготовлених із них. Поставлена задача вирішується тим, що термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон, яка містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та добавку, згідно з корисною моделлю, містить як добавку вуглецеві нанотрубки (ВНТ), а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: волокноутворюючий полімер 20,0040,00 матричний полімер 59,5079,98 вуглецеві нанотрубки 0,020,50. Кращий результат досягатиметься, якщо буде застосовано три- або багатошарові ВНТ, оскільки вони менше агрегуються та однорідніше диспергуються в розплаві суміші полімерів. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що введення ВНТ в розплав суміші волокноутворюючого і матричного полімерів забезпечує покращення процесу волокноутворення при її переробці, а саме: зростає масова частка полімеру, що утворює мікроволокна, при цьому зменшується частка інших структур (частинок, плівок). Це досягається завдяки тому, що вуглецеві нанотрубки проявляють стабілізуючу дію на термодинамічно нестійкі рідкі струмені (мікроволокна), запобігають розпаду їх на краплі і, таким чином, сприяють збільшенню кількості мікроволокон. Зменшення масової частки плівок і частинок призводить до підвищення механічних характеристик комплексних ниток та покращення одного із основних показників фільтрувальних матеріалів - ефективності очищення. При цьому середній діаметр мікроволокон, однорідність їх розподілу за діаметрами та величини питомої поверхні знаходяться на рівні найближчого аналогу, але концентрація ВНТ в композиції у (1025) разів нижча, ніж вміст ПГТХ. На відміну від добавки найближчого аналога, вуглецеві нанотрубки нетоксичні та хімічно інертні. 1 UA 74066 U 5 10 15 20 25 30 35 Вуглецеві нанотрубки додають в композицію в кількості (0,02-0,50) мас. %. Введення менше 0,02 мас. % добавки мало впливає на процес волокноутворення полімеру дисперсної фази в матричному. При підвищенні концентрації ВНТ>0,50 мас. % ускладнюється процес змішування та диспергування їх в розплаві суміші полімерів через високу схильність до агрегації. При цьому масова доля полімеру, що утворює мікроволокна, майже не змінюється. Таким чином, введення ВНТ в розплав суміші волокноутворюючого і матричного полімерів забезпечує збільшення масової частки полімеру, що утворює мікроволокна, до 97,1 мас. % проти 72,3 мас. % у найближчого аналога, та зменшує кількість інших типів структур. При цьому використовується хімічно інертна нетоксична добавка, її вміст зменшується в (1025) разів, а характеристики мікроволокон знаходяться на рівні найближчого аналогу. З літератури невідомо використання вуглецевих нанотрубок з метою покращення процесу волокноутворення при переробці розплавів сумішей полімерів. Корисна модель пояснюється такими прикладами. Приклад. Для приготування композиції використали: ізотактичний поліпропілен - волокноутворюючий полімер та співполіамід (СПА) - матричний компонент. Поліпропілен мав такі характеристики: показник текучості розплаву - 10 г/10 хв., вміст атактичної фракції - 5 мас. %, температура плавлення - 169 °C. Спирторозчинний співполіамід - співполімер капролактаму (50 %) та гексаметиленадипінату (50 %), температура плавлення 168 °C, вміст низькомолекулярних сполук (НМС), які екстрагуються водою - (23) мас. %. Як добавку вибрали тришарові вуглецеві нанотрубки з діаметром (1020) нм та питомою поверхнею 340 м/г. Вихідний СПА попередньо сушили під вакуумом при температурі (90±5)°С до вмісту НМС 0,05 мас. %. Вуглецеві нанотрубки вводили в розплав ПП на черв'ячно-дисковому екструдері. Одержані гранули ПП/ВНТ змішували з СПА також за допомогою черв'ячно-дискового екструдера. Поліпропіленові мікроволокна одержували шляхом екстракції матричного полімеру (СПА) із композиційних екструдатів водним розчином етилового спирту. Вплив добавок ВНТ на процес волокноутворення оцінювали за допомогою оптичного мікроскопу МБД-15. При цьому підраховували кількість всіх типів структур (мікроволокна, частинки, плівки) та визначали їх розміри. Отримані дані обробляли методом математичної статистики, в результаті чого визначали середній діаметр мікроволокон, дисперсію їх розподілу - характеристика однорідності, та масову частку поліпропілену, що витрачена на утворення мікроволокон. Питому поверхню мікроволокон визначали за допомогою термогравіметричного методу із термограм сушки. Вплив концентрації ВНТ на процес волокноутворення в екструдатах сумішей ПП/СПА наведено в табл. 1. Таблиця 1 Вплив добавок ВНТ на процес волокноутворення в суміші ПП/СПА Композиція 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Найближчий аналог 40 Склад суміші ПП/СПА/ВНТ, мас. % 30/69,99/0,01 30/69,98/0,02 30/69,97/0,03 30/69,85/0,15 30/69,70/0,30 20/79,90/0,10 40/59,80/0,20 40/59,50/0,50 40/59,49/0,51 ПП/СПА/ПГГХ 30/69,5/0,5 Типи структур, мас. % мікроволокна частинки 66,1 11,2 90,4 4,3 91,7 2,6 96,4 2,3 93,4 1,2 97,1 2,4 84,4 1,7 71,4 13,1 59,2 22,9 72,3 0,3 плівки 22,7 5,3 5,7 1,3 5,4 0,5 13,9 15,5 17,9 27,4 Дані табл. 1 підтверджують покращення волокноутворення ПП в матриці СПА для сумішей ПП/СПА з добавками (0,020,50) мас. % ВНТ. Переважаючим типом структури в екструдатах є поліпропіленові мікроволокна, масова частка яких зростає до 97,1 мас. %, дисперсія їх розподілу складає (0,82,7), середній діаметр - (3,5-2,5) мкм. Слід підкреслити, що вуглецеві 2 UA 74066 U 5 нанотрубки є більш ефективною добавкою, оскільки характеристики ПП мікроволокон досягають рівня найближчого аналогу при концентрації ВНТ у (1025) разів меншій, ніж вміст ПГТХ. Виконані дослідження величини питомої поверхні (SПT) ПП мікроволокон, сформованих із сумішей ПП/СПА/ВНТ, показали, що при введенні добавок вуглецевих нанотрубок S ПT зростає і досягає величин найближчого аналогу при значно меншому вмісті добавки (табл. 2). Таблиця 2 Вплив добавок ВНТ на величину питомої поверхні ПП мікроволокон Композиція 1 2 3 4 Найближчий аналог 10 Склад суміші ПП/СПА/ВНТ 30/70/0 30/69,98/0,02 30/69,97/0,03 20/79,9/0,1 ПП/СПА/ПГГХ 30/69,5/0,5 2 SnT, М /Г 84 172 190 180 188 Таким чином, введення в розплав суміші волокноутворюючого та матричного полімерів вуглецевих нанотрубок є дієвим чинником регулювання процесу волокноутворення та дозволяє збільшити масову частку мікроволокон за рахунок чого значно покращуються властивості виробів на їх основі та розширюються галузі використання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон, яка містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та добавку, яка відрізняється тим, що як добавку вибрано вуглецеві нанотрубки, а компоненти взяті у такому співвідношенні, мас. %: волокноутворюючий полімер 20,0040,00 матричний полімер 59,5079,98 вуглецеві нанотрубки 0,020,50. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3