Спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу

Спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу, при якому здійснюють фарбування волокнистого матеріалу, який відрізняється тим, що фарбування волокнистого матеріалу здійснюють з використанням гетерокоагуляції в наносистемі поліанілін - волокнистий матеріал. (19) (21) u201106312 (22) 19.05.2011 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) РЕДЬКО ЯНА ВОЛОДИМИРІВНА, РОМАНКЕВИЧ ОЛЕГ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 теріалу з використанням гетерокоагуляції в наносистемі поліанілін - волокнистий матеріал різного сировинного складу за напівбезперервною схемою фарбування дозволить забезпечити збереження і підвищення показників стійкості до мокрого і сухого тертя отриманого електропровідного волокнистого матеріалу і покращення техніко-економічних показників готових електропровідних волокнистих матеріалів. Оскільки міцність зв'язку колоїдної частки з поверхнею залежить від її розмірів, тому в ідеалі, максимум взаємодії з поверхнею волокна належить або є у нанорозмірних часточок дисперсної фази. Припущення про сорбцію дисперсних наночасточок поліаніліну поверхнею волокнистого матеріалу за механізмом гетерокоагуляції перевірено експериментально шляхом визначення розмірів часточок. На фіг. 1 і фіг. 2 наведені криві розподілу часточок поліаніліну за розмірами. Досліджена дисперсія належить до наносистем при середньому розмірі = 100 нм. Як наслідок, при режимах окислення аніліну дифузія часточок поліаніліну всередину волокна неможлива, а основним механізмом фарбування в даному випадку являється гетерокоагуляція наночасточок на поверхні волокна. Тривалість окислення аніліну до поліаніліну в присутності волокнистого матеріалу різного сировинного складу та ПАР складає до 15-180 хвилин при 0-20 °C, що явно недостатньо для молекулярної дифузії аніліну в волокнистий матеріал (з наступним окисленням). Тому це являється додатковим свідченням можливості отримання електропровідного волокнистого матеріалу із наносистеми при використанні механізму гетерокоагуляції. На фіг. 3 представлено принципову технологічну схему виробництва електропровідного волокнистого матеріалу. Спосіб передбачає таку послідовність операцій при реалізації багатостадійного синтезу поліаніліну на волокнистому матеріалі: дозування компонентів  змішування → нанесення фарбувального розчину на волокнистий матеріал за допомогою плюсовки → вилежування волокнистого матеріалу на ролику (під плівкою)  промивка  сушіння  заключна обробка → сортування. При необхідності забезпечити підвищену стійкість до тертя послідовність операцій змінюється: дозування компонентів → змішування → нанесення фарбувального розчину на волокнистий матеріал за допомогою плюсовки → вилежування волокнис 65164 4 того матеріалу на ролику (під плівкою) → промивання → миловка  промивання  допування → промивання  сушіння → заключна обробка  сортування. Нанотехнологію отримання електропровідного волокнистого матеріалу з використанням гетерокоагуляції в наносистемі поліанілін - волокнистий матеріал різного сировинного складу здійснюють таким чином. Приклад 1. Підготовлений волокнистий матеріал фарбують таким чином. У фарбувальному розчині, який є нанодисперсією поліаніліну, при визначеному модулі ванни відбувається окислення аніліну з застосуванням окисника у кислому середовищі при еквівалентному співвідношенні окисник/анілін = 1,3 в присутності поверхнево-активної речовини (ПАР) та волокнистого матеріалу, витримуючи останній 15-180 хв при температурі 098 °C. Потім волокнистий матеріал промивають, наприклад, водним розчином ацетону концентрацією 5-60 г/л. Після чого питома електропровідність комплексних поліамідних ниток, забарвлених з нанодисперсії поліаніліну, підвищується більше, ніж на два порядки. Кількість поліаніліну на волокнистому матеріалі після промивання не залежить від концентрації ацетону у промивній ванні, тому що величина оптичної густини (D) розчинів забарвлених волокнистих матеріалів у сірчаній кислоті змінюється незначно (D=1,62). Таким чином, підвищення електропровідності волокон з осадженими на поверхні наночасточками поліаніліну обумовлено видаленням прошарку адсорбованої поверхнево-активної речовини (ПАР) між часточками поліаніліну. Після цього проводять миловку. Волокнистий матеріал знову промивають. Потім проводять процес допування: 4 %-вим розчином НСl при температурі 20-25 °C, модуль ванни 50. Після чого волокнистий матеріал остаточно промивають і висушують. Приклад 2. Підготовлене трикотажне полотно різного сировинного складу (поліамідне, поліакрилонітрильне, поліефірне, бавовняне, віскозне та ін.) фарбують таким чином. Приготування фарбувального розчину (нанодисперсії поліаніліну, стабілізованої водним розчином ПАР). Змішувач повністю наповнюють холодною дистильованою водою. При безперервному перемішуванні вводять сульфонол, соляну кислоту, анілін, амоній надсірчанокислий в необхідній кількості (див. табл. 1). 5 65164 6 Таблиця 1 Технологічний режим процесу фарбування волокнистого матеріалу похідними аніліну № Найменування п/п операції 1 2 Приготування 1. фарбувального розчину 2. Просочування 3. Вилежування 4. Промивання 5. Віджимання 5. Сушіння КонтрольноКлас небезвимірювальні печності хіміТехнічні харакСклад ванни Обладнання прилади, чних матеріатеристики методи контлів ролю 3 4 5 6 7 Сульфонол - 0,5-2 г/л Анілін - 20-50 г/л 3 Мольне відноІндикаторний шення: папір для Змішувач Об'єм 1000 л Соляна кислота/ вимірювання анілін = 3.5 2 рН Амоній надсірчанокислий/ анілін = 1.25 5 Об'єм фарбуПлюсовочно вального баку накатна -«-«600 л Робочий -«машина ПТоб'єм ванни 75 180-1 л Ролик Холодна вода Ацетон - 5-60 г/л Мило господарсьМийноІндикаторний ке тверде - 2 г/л Об'єм промивматеріальна папір для Сода кальциноної ванни 1200 машина вимірювання вана технічна - 5 3 л ММ-200 рH г/л Розчин соляної кислоти - 4%-й 2 Центрифуга Кількість оберФМК-1521Ктів/хв. 650680 1 Сушільноширильна Потужність 600 Покажчик однопольна кг/год температури машина типу МШС-1 Приготований розчин подають по трубопроводу в плюсовочно накатну машину типу ПТ-180-1 згідно заданої програми. Модуль ванни 1:10, рН = 2-3. Просочування волокнистого матеріалу. Фарбувальний розчин повинен мати температуру виробничого приміщення. Вилежування просоченого волокнистого матеріалу. Ролик з обробленим волокнистим матеріалом відводиться від плюсовочно накатної машини і витримується протягом 3-5 годин. Для запобігання обсушування волокнистого матеріалу в верхніх шарах ролику його обгортають поліетиленовою плівкою на час фіксації. Промивання. Ролик з обробленим волокнистим матеріалом направляють до промивної машини типу ММ-200 (мийно-матеріальна машина) і проводять промивку за трьохванним способом, на кожну ванну - 2 проходи. 1 ванна - промивання дистильованою водою до рН = 7 або промивають, наприклад, водним розчином ацетону концентра Техніка безпеки 8 Всі види робіт треба проводити в захисному одязі – костюм з бавовняної тканини, гумові чобітки та рукавиці, захисні окуляри цією 5-60 г/л протягом 5-10 хвилин після фарбування; 2 ванна - проведення миловки відповідно затвердженим технологічним режимам, промивання водою до рН = 7 протягом 5-10 хвилин; 3 ванна - проведення допування: оброблення 4 %-ним розчином соляної кислоти при температурі виробничого цеху, модуль ванни 10, промивання дистильованою водою до рН = 7 протягом 5-10 хвилин. Сушіння на машині типу МШС-1 при температурі 95-100 °C до відповідної кондиційної вологості волокнистого матеріалу різного сировинного складу. Приклад 3. Підготовлений волокнистий матеріал (нитка) різного сировинного складу (наприклад, поліамідна, поліакрилонітрильна, поліефірна, бавовняна, віскозна та ін.) фарбують таким чином. Приготування фарбувального розчину (нанодисперсії поліаніліну, стабілізованої водним розчином ПАР). Змішувач повністю наповнюють хо 7 лодною дистильованою водою. При безперервному перемішуванні вводять сульфонол, соляну кислоту, гідрохлорид аніліну, амоній надсірчанокислий в необхідній кількості (див. табл. 2). Приготований розчин подають по трубопроводу в апарат типу АКДУ-602 або АКДН згідно зада 65164 8 ної програми. Модуль ванни 1:10, рН = 2-3. Просочування волокнистого матеріалу (нитка) різного сировинного складу. Фарбувальний розчин повинен мати температуру виробничого приміщення. Проводиться обробка нитки в 2 проходи не довше 60-120 с. Таблиця 2 Технологічний режим процесу фарбування волокнистого матеріалу похідними аніліну № Найменування п/п операції 1 2 Приготування 1. фарбувального розчину 2. Просочування 3. Вилежування 4. Промивання 5. Віджимання 5. Сушіння КонтрольноКлас небезвимірювальні печності хіміТехнічні харакСклад ванни Обладнання прилади, чних матеріатеристики методи контлів ролю 3 4 5 6 7 Сульфонол - 0,5-2 г/л Анілін - 20-50 г/л 3 Мольне відноІндикаторний шення: папір для Змішувач Об'єм 1000 л Соляна кислота/ вимірювання анілін = 3.5 2 рН Амоній надсірчанокислий/ анілін=1.25 5 Періодичне обладнання Загрузка -«-«типу АКДУ-«420... 500 кг 602 або АКДН Корзина апарату типу -«-«АКДУ-602 або АКДН Холодна вода Мило господарсьПеріодичне ке тверде - 2г/л Індикаторний обладнання Сода кальциноЗагрузка папір для типу АКДУвана технічна 420... 500 кг вимірювання 602 або 5г/л 3 рH АКДН Розчин соляної кислоти - 4%-й 2 Періодичне обладнання типу АКДУ602 або АКДН Сушарка Потужність 600 Покажчик типу АВСкг/год температури 120 Вилежування просоченого волокнистого матеріалу (нитка). Оброблений волокнистий матеріал (нитка) витримується в корзині апарату типу АКДУ602 або АКДН протягом 1-5 годин. Видалення надлишкової вологи відбувається за допомогою вакуум-відсмоктувача. Промивання. Проводять промивку за трьохванним способом в апараті типу АКДУ-602 або АКДН, на кожну ванну - 2 проходи. 1 ванна - промивання дистильованою водою до рН = 7 протя Техніка безпеки 8 Всі види робіт треба проводити в захисному одязі – костюм з бавовняної тканини, гумові чобітки та рукавиці, захисні окуляри гом 5-10 хвилин після фарбування; 2 ванна - проведення миловки відповідно затвердженим технологічним режимам, промивання дистильованою водою до рН = 7 протягом 5-10 хвилин; 3 ванна проведення допування: оброблення 4 %-ним розчином соляної кислоти при температурі виробничого цеху, модуль ванни 1:10, промивання дистильованою водою до рН = 7 протягом 5-10 хвилин. Віджимання волокнистого матеріалу (нитки). Віджимання нитки на центрифузі. Сушіння на апа 9 65164 раті типу АСВ-120 при температурі 95-100 °C до відповідної кондиційної вологості волокнистого матеріалу різного сировинного складу. 10 Забарвлений волокнистий матеріал після фарбування похідними аніліну повинен відповідати вимогам, наведеним в таблиці 3. Таблиця 3 Показники властивостей забарвленого волокнистого матеріалу різного сировинного складу № п/п 1. 2. 3. Найменування показників Одиниці вимірювання Показники см/м 110  110 бали 5/5/5 бали бали 3-4 3-4 Величина питомої електропровідності волокнистого матеріалу Стійкість забарвлення до прання (прання № 1), не менше Стійкість забарвлення до тертя: сухого, не менше мокрого, не менше Перевагами такого способу отримання електропровідного волокнистого матеріалу є простота його отримання, зниження концентрацій реагентів за рахунок низького модулю ванни. Запропонований електропровідний волокнистий матеріал може бути різного сировинного складу. Також даний спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу дозволяє зберігати достатню стійкість до мокрого та сухого тертя забарвлених волокнистих матеріалів та дещо підвищити ці показники, забезпечити питому електропровідність волокнис 2 Засоби вимірювання 2 ГОСТ 19806-74 ГОСТ 9733.4-83 Шкала сірих еталонів ГОСТ 9733.27-83 Шкала сірих еталонів тому матеріалу і відмовитись від використання вуглецевих та металізованих волокон, у яких значно складний технологічний процес, що призводить до необхідності використання спеціального обладнання. В результаті використання запропонованої корисної моделі суттєво покращуються технікоекономічні показники готових волокон, а також знижуються технологічні витрати та собівартість електропровідного волокнистого матеріалу. 11 65164 12 13 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 65164 Підписне 14 Тираж 23 прим. 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