Термопластична композиція для отримання ультратонких поліпропіленових волокон

Реферат: Термопластична композиція для отримання ультратонких поліпропіленових волокон містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та нанодобавку. Як нанодобавку вибрано наночастинки оксиду алюмінію з нанесеними наночастинками срібла. UA 81770 U (12) UA 81770 U UA 81770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до технології хімічних волокон та забезпечує одержання ультратонких поліпропіленових волокон (мікроволокон), які можуть бути використані як штапельні волокна і комплексні нитки для виготовлення антимікробного текстилю, медичних виробів спеціального призначення та ефективних сорбентів для очищення води. Відома термопластична композиція для отримання ультратонких синтетичних волокон (Патент України № 20963, МПК: D01F 8/50, D01F 6/58, 2007 p.), яка містить суміш термопластичних волокноутворюючого і матричного полімерів та бактерицидну добавку полігексаметиленгуанідинхлорид (ПГГХ). Введення (0,5+5,0) мас. % ПГГХ забезпечує зменшення середнього діаметра мікроволокон до 2,1 мкм та надає їм бактерицидних властивостей. Однак, ПГГХ належить до малотоксичних хлорвмісних речовин, тому важливо видалити його із структури мікроволокон, які використовуватимуться для виробництва товарів медичного призначення та сорбентів для очищення води. Відома також термопластична композиція для отримання ультратонких поліпропіленових (ПП) волокон (Chemistry & Chemical Technology, V. 4, № 3, 2010, р. 253-260), яка містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та нанодобавку. Крім цього, як нанодобавку використовують нанорозмірний діоксид кремнію. Концентрація добавки складає (0,2+2,0) мас. %. Введення діоксиду кремнію покращує волокноутворення поліпропілену в матриці, що проявляється в зменшенні середнього діаметра мікроволокон, масової долі плівок та підвищенні однорідності розподілу їх за діаметрами. При цьому кращі результати досягаються при концентрації нанодобавки 0,3 мас. %. Одержані ПП мікроволокна проявляють бактерицидні властивості на рівні вихідного діоксиду кремнію. Однак, ввести в структуру мікроволокон запропоновану кількість нанорозмірної добавки досить складно через низьку насипну масу діоксиду кремнію. Висока схильність наночастинок до злипання і агрегації ускладнює їх диспергування та однорідний розподіл в розплаві суміші полімерів. В основу корисної моделі поставлено задачу створити таку термопластичну композицію для отримання ультратонких поліпропіленових волокон, в якій зміною кількісного і якісного складу інгредієнтів забезпечилось би покращення їх якості і розширився б асортимент виробів медичного призначення та бактерицидних сорбентів. Поставлена задача вирішується тим, що термопластична композиція для отримання ультратонких поліпропіленових волокон, яка містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та нанодобавку, згідно з корисною моделлю, містить як нанодобавку - наночастинки оксиду алюмінію з нанесеними на них наночастинками срібла (Ag/Al2O3), а компоненти взяті в такому співвідношенні, мас. %: волокноутворюючий полімер 20,00÷40,00 матричний полімер 59,7÷79,98 наночастинки оксиду алюмінію з наночастинками срібла 0,02÷0,30. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що в розплав суміші волокноутворюючого і матричного полімерів вводять нанодобавку - наночастинки діоксиду алюмінію з нанесеними на них наночастинками срібла. Введення (Ag/Al2O3) в розплав суміші полімерів забезпечує покращення процесу волокноутворення одного полімеру в масі іншого (матричного), а саме: зростає масова частка мікроволокон, зменшується їх середній діаметр та масова частка полімеру, яка витрачається на утворення плівок. При цьому концентрація нанодобавки зменшується у (6,7÷10,0) разів у порівнянні з найближчим аналогом. Використання нанодобавки Ag/Al2O3 дозволить розширити спектр антимікробних властивостей виробів медичного призначення та сорбентів за рахунок високої ефективності бактерицидної речовини. Відомо, що серед оксидів металів оксид алюмінію є найбільш активним антибактеріальним препаратом. Нанесення наночастинок срібла підсилює бактерицидну, антимікотичну та віруліцидну активність Ag/Al2O3 в порівнянні з окремими речовинами. Підвищення ефективності Ag/Al2O3 досягається за рахунок взаємної синергічної дії срібла і оксиду алюмінію при сумісному їх використанні. Нанодобавку додають у кількості (0,02÷0,30) мас. %. Введення Ag/Al2O3 менше 0,02 мас. % майже не впливає на процес волокноутворення поліпропілену в матриці. Збільшення концентрації добавки вище 0,30 мас. % ускладнює процес змішування тадиспергування її у розплаві суміші полімерів через високу схильність до агрегації речовин у наностані. При цьому процес волокноутворення погіршується: зменшується частка мікроволокон, зростає їх середній діаметр та масова частка плівок. 1 UA 81770 U 5 10 15 20 25 30 Таким чином, введення нанодобавки Ag/Al2O3 дозволить покращити волокноутворення одного полімеру в масі іншого та розширити спектр антимікробної дії мікроволокон завдяки використанню в одній добавці двох речовин, що мають різну антибактеріальну спрямованість. При цьому використання як нанодобавки наночастинок оксиду алюмінію з нанесеними наночастинками срібла є більш технологічним, оскільки введення однієї речовини та зменшення її концентрації спрощує процес змішування з розплавом суміші полімерів і забезпечує однорідне диспергування та рівномірний розподіл наночастинок в розплаві і в готових мікроволокнах. З літератури невідомо використання наночастинок Ag/Al2O3 з метою покращення процесу волокноутворення при переробці розплавів сумішей полімерів та введення їх в структуру мікроволокон з метою надання антимікробних властивостей виробам на основі мікроволокон. Корисна модель пояснюється таким прикладом. 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, - (2,0÷3,0) мас. %. Як добавку вибрали наночастинки оксиду алюмінію з нанесеними на їх поверхню наночастинками срібла (Ag/Al2O3). Добавку + одержували шляхом нанесення на поверхню наночастинок Al2O3 іонів срібла (Ag ) із водного + розчину нітрату срібла та подальшого переводу Ag в наностан відновленням їх глюкозою. 2 Нанодобавка створена на основі оксиду алюмінію з питомою поверхнею 140 м /г. Вміст срібла в 2 нанодобавці складав 12,7 %, а питома поверхня - 75 м /г. Для забезпечення необхідного ступеня диспергування та однорідного розподілу нанодобавки в об'ємі розплаву її попередньо вводили в розплав ПП на черв'ячно-дисковому екструдері ЛГП-25. Одержані гранули змішували з СПА також за допомогою черв'ячно-дискового екструдера. Вплив концентрації Ag/Al2O3 на процес волокноутворення в сумішах ПП/СПА 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 та масову частку поліпропілену, що витрачена на утворення мікроволокон і плівок. Вплив концентрації Ag/Al2O3 на процес волокноутворення в екструдатах сумішей ПП/СПА наведено в таблиці. Таблиця Вплив концентрації Ag/Al2O3 на процес волокноутворення в суміші ПП/СПА Склад суміші ПП/СПА/ Ag/Al2O3, мас. % 1 30/69,99/0,01 2 30/69,98/0,02 3 30/69,97/0,03 4 30/69,85/0,15 5 20/79,80/0,2 6 30/69,70/0,30 7 30/69,69/0,31 Найближчий ПП/СПА/діоксид кремнію 30/69, аналог 77/0,3 Композиція Типи структур, мас. % Середній діаметр мікроволокон, мкм мікроволокна плівки 2,7 90,0 7,4 2,6 91,8 7,1 2,4 92,5 6,4 1,8 95,0 5,1 1,8 94,4 4,5 2,2 92,5 8,1 2,4 91,0 7,5 2,0 91,0 9,0 35 40 45 Результати мікроскопічних досліджень, наведені в таблиці, підтверджують покращення волокноутворення поліпропілену в матриці СПА для сумішей ПП/СПА, які містять (0,02÷0,30) мас. % нанодобавки Ag/Al2O3. Середній діаметр мікроволокон складає 1,8 мкм, зменшується масова частка ПП, яка утворює плівки. Переважаючим типом структури в екструдатах є ПП мікроволокна, масова частка яких вища, ніж для композицій найближчого аналога з тим же вмістом добавки. Одержані результати свідчать, що нанодобавка Ag/Al2O3 є ефективнішою, ніж діоксид кремнію, оскільки кращі результати досягаються, коли концентрація добавки у (6,7÷10,0) разів менша. Таким чином, введення в розплав суміші волокноутворюючого і матричного полімерів нанорозмірної добавки Ag/Al2O3 є дієвим чинником регулювання процесу волокноутворення, 2 UA 81770 U 5 оскільки зменшення середнього діаметра мікроволокон та підвищення їх масової частки досягається при значно нижчій концентрації нанодобавки. Запропонована термопластична композиція дозволить покращити властивості виробів медичного призначення та сорбентів на основі поліпропіленових мікроволокон з добавками Ag/Al2O3 та розширити галузі їх застосування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Термопластична композиція для отримання ультратонких поліпропіленових волокон, яка містить суміш волокноутворюючого і матричного полімерів та нанодобавку, яка відрізняється тим, що як нанодобавку вибрано наночастинки оксиду алюмінію з нанесеними наночастинками срібла при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: волокноутворюючий полімер 20,00÷40,00 матричний полімер 59,70÷79,98 наночастинки оксиду алюмінію з наночастинками срібла 0,02÷0,30. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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