Спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу

Реферат: Спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу при якому здійснюють фарбування волокнистого матеріалу з одночасним синтезом поліаніліну. Синтез поліаніліну здійснюють в присутності поверхнево-активних речовин з різними зарядами з послідовною гетерокоагуляцією його часточок на поверхні волокнистого матеріалу. UA 102413 C2 (12) UA 102413 C2 UA 102413 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічної промисловості, зокрема до хімічної технології текстильних матеріалів і може бути використана на підприємствах легкої промисловості для отримання електропровідних волокнистих матеріалів. Відомий спосіб отримання електропровідного вуглецевого волокнистого матеріалу (Левит P.M. Электропроводящие химические волокна. - Μ.: Химия. 1986, стор. 112, ил.). Його отримують багатостадійно: спочатку проводять операцію окислення, потім карбонізацію і графітацію. Однак, процес отримання вуглецевих електропровідних волокнистих матеріалів тривалий і трудомісткий, потребує високих енерговитрат і спеціального обладнання, що обумовлює високу вартість готових електропровідних волокнистих матеріалів. Відомий також спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу (патент України № 38517, МПК D06M 15/00, 2009 р.), при якому здійснюють фарбування волокнистого матеріалу з одночасним синтезом поліаніліну. При цьому проводять синтез електропровідного полімеру окисленням мономеру в присутності волокнистого матеріалу та поверхнево-активної речовини одночасно з синтезом електропровідного полімеру здійснюють фарбування волокнистого матеріалу окисленням мономеру на обладнанні для напівбезперервної схеми фарбування, завдяки чому забезпечується спрощення технологічного процесу та отримання електропровідних властивостей текстильного матеріалу. Однак, синтез поліаніліну на волокнистому матеріалі відбувається як одностадійний технологічний процес з отриманням моношару поліаніліну на поверхні волокна, в результаті -2 2 виконання якого електропровідність волокнистого матеріалу складає тільки 110  1▪10 См/см відповідно ГОСТ 19806-74. В основу винаходу покладена задача створити такий спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу, в якому здійсненням процесу фарбування з використанням багатостадійного синтезу поліаніліну відбувалась його самоорганізації на волокнистому матеріалі з утворенням багатошарового покриття за напівбезперервною схемою фарбування та забезпечилось би підвищення величини питомої електропровідності волокнистого матеріалу. Поставлена задача досягається тим, що в способі отримання електропровідного волокнистого матеріалу, при якому здійснюють фарбування волокнистого матеріалу з одночасним синтезом поліаніліну, згідно з винаходом, при фарбуванні волокнистого матеріалу проводять постадійно синтез поліаніліну з багатошаровою його гетерокоагуляцією на поверхні волокнистого матеріалу. Застосування такого способу отримання електропровідного волокнистого матеріалу, в якому шляхом здійснення процесу фарбування з використанням постадійного синтезу поліаніліну з багатошаровою його гетерокоагуляцією на поверхні волокнистого матеріалу за напівбезперервною схемою фарбування дозволить для отримання необхідної величини питомої електропровідності волокнистого матеріалу, що відповідатиме кількості стадій синтезу поліаніліну, забезпечити підвищення величини питомої електропровідності і покращення техніко-економічних показників готових електропровідних волокнистих матеріалів. На кресленні представлено принципову технологічну схему виробництва електропровідного волокнистого матеріалу. Кількість операцій просочування та вилежування, що повторюються, залежить від необхідної кількості шарів поліаніліну на волокнистому матеріалі. 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. Кількість операцій нанесення фарбувального розчину на волокнистий матеріал за допомогою плюсовки та вилежування волокнистого матеріалу на ролику (під плівкою) повторюється в залежності від кількості стадій синтезу поліаніліну. При необхідності забезпечити підвищену стійкість до тертя послідовність операцій змінюється: дозування компонентів  змішування  нанесення фарбувального розчину на волокнистий матеріал за допомогою плюсовки  вилежування волокнистого матеріалу на ролику (під плівкою)  промивання  миловка  промивання  допування  промивання  сушіння  заключна обробка  сортування. Кількість операцій нанесення фарбувального розчину на волокнистий матеріал за допомогою плюсовки  вилежування волокнистого матеріалу на ролику (під плівкою) повторюється в залежності від кількості стадій синтезу поліаніліну. За рахунок виконання заявленого способу забезпечується підвищення на порядок величини питомої електропровідності і покращення техніко-економічних показників готових електропровідних волокнистих матеріалів. 1 UA 102413 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб фарбування з використанням багатостадійного синтезу поліаніліну шляхом його самоорганізації на волокнистому матеріалі здійснюють таким чином. Приклад 1. Підготовлене трикотажне полотно різного сировинного складу (поліамідне, поліакрилонітрильне, поліефірне, бавовняне, віскозне та ін.) фарбують таким чином. Приготування фарбувального розчину. Змішувач повністю наповнюють холодною дистильованою водою. При безперервному перемішуванні вводять сульфонол, соляну кислоту, анілін, амоній надсірчанокислий в необхідній кількості (див. табл. 1). Приготований розчин подають по трубопроводу в плюсовочно накатну машину типу ПТ-1801 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. Кількість операцій просочування та вилежування підготовленого трикотажного полотна різного сировинного складу (поліамідного, поліакрилонітрильного, поліефірного, бавовняного, віскозного та ін.) повторюється в залежності від кількості стадій синтезу поліаніліну, а саме від 1 до 5 стадій для забезпечення необхідної величини питомої електропровідності (див. табл. 3). 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 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 2. Підготовлений волокнистий матеріал (нитка) різного сировинного складу (наприклад, поліамідна, поліакрилонітрильна, поліефірна, бавовняна, віскозна та ін.) фарбують таким чином. Приготування фарбувального розчину. Змішувач повністю наповнюють холодною 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 заданої 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 Вилежування просоченого волокнистого матеріалу (нитка). Оброблений волокнистий матеріал (нитка) витримується в корзині апарату типу АКДУ-602 або АКДН протягом 1-5 годин. Видалення надлишкової вологи відбувається за допомогою вакуум-відсмоктувача. Кількість операцій просочування та вилежування підготовленого волокнистого матеріалу різного сировинного складу (поліамідного, поліакрилонітрильного, поліефірного, бавовняного, віскозного та ін.) повторюється в залежності від кількості стадій синтезу поліаніліну, а саме від 1 до 5 стадій для забезпечення необхідної величини питомої електропровідності (див. табл. 3). 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 протягом 5-10 хвилин після Приклад 3. Підготовлений волокнистий матеріал фарбують таким чином. У фарбувальному розчині 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 і волокнистого матеріалу, витримуючи останній 30180 хв. при температурі 0-98 °C. Кількість операцій просочування та вилежування підготовленого волокнистого матеріалу повторюється в залежності від кількості стадій синтезу поліаніліну, а саме від 1 до 5 стадій для забезпечення необхідної величини питомої електропровідності (див. табл. 3). Потім волокнистий матеріал промивають. Після цього проводять миловку. Волокнистий матеріал знову промивають. Потім проводять процес допування: 4 %-ним розчином НС1 при 2 UA 102413 C2 температурі 20-25 °C, модуль ванни 50. Після чого волокнистий матеріал остаточно промивають і висушують. Таблиця 1 Технологічний режим процесу фарбування волокнистого матеріалу похідними аніліну № Найменування п/п операції 1 Склад ванни 2 3 Сульфонол -0,52г/л Анілін - 20-50г/л Мольне Приготування відношення: 1. фарбувального Соляна кислота/ розчину анілін = 3.5 Амоній надсірчанокислий/ анілін=1.25 2. Просочування 3. 4. 5. 5. КонтрольноКлас вимірювальні небезпечності Технічні Обладнання прилади, хімічних характеристики методи матеріалів контролю 4 5 6 7 Віджимання Сушіння 8 3 Змішувач Об'єм 1000л 2 Індикаторний папір для вимірювання рН 5 ---«--- ---«--- Холодна вода Мило господарське тверде - 2г/л Сода кальцинована технічна - 5г/л Розчин соляної кислоти - 4 %-й Вилежування Промивання Техніка безпеки 3 Всі види робіт треба проводити ---«---в захисному одязі костюм з бавовняної тканини, МийноІндикаторний гумові Об'єм матеріальна папір для чобітки та промивної машина вимірювання рукавиці, ванни 1200 л захисні ММ-200 рН окуляри Об'єм Плюсовочно фарбувального накатна баку 600л машина ПТРобочий об'єм 180Ч ванни 75 л Ролик 2 Центрифуга ФМК-1521К-1 Кількість обертів/хв. 650-680 Сушільноширильна Потужність 600 Покажчик однопольна кг/год. температури машина типу МШС-1 5 3 UA 102413 C2 Таблиця 2 Технологічний режим процесу фарбування волокнистого матеріалу похідними аніліну № Найменування п/ операції π 1 2 Приготування 1. фарбувальног о розчину 2. Просочування 3. Вилежування 4. Промивання 5. 5. 5 10 Віджимання Сушіння КонтрольноКлас Технічні вимірювальні небезпечност Техніка Склад ванни Обладнання характеристик прилади, і хімічних безпеки и методи матеріалів контролю 3 4 5 6 7 8 Сульфонол -0,5-2г/л 3 гідрохлорид аніліну 30-50 г/л Індикаторний папір для Мольне відношення: Змішувач Об'єм 1000л вимірювання соляна кислота/ анілін 2 рН = 3.5 амоній надсірчанокислий/анілі н = 1.25 5 Періодичне Всі види обладнання робіт Загрузка ---«------«----" типу АКДУ---«---треба 420…500кг 602 або проводити АКДН в Корзина захисному апарату одязі ---«------«---типу АКДУкостюм з 602 або бавовняно АКДН ї тканини, гумові Холодна вода Мило Періодичне господарське тверде Індикаторний чобітки та обладнання 2 г/л Сода 3 Загрузка папір для рукавиці, типу АКДУкальцинована технічна 420…500кг вимірювання захисні 602 або окуляри - 5 г/л Розчин соляної РН АКДН кислоти - 4 %-й 2 Періодичне обладнання типу АКДУ602 або АКДН Сушарка Потужність Покажчик типу АСВ600 кг/год. температури 120 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 510 хвилин. Віджимання волокнистого матеріалу (нитки). Віджимання нитки на центрифузі. Сушіння на апараті типу АСВ-120 при температурі 95-100 °C до відповідної кондиційної вологості волокнистого матеріалу різного сировинного складу. Забарвлений волокнистий матеріал після фарбування похідними аніліну повинен відповідати вимогам, наведеним в таблиці 3. 4 UA 102413 C2 Таблиця 3 Показники властивостей забарвленого волокнистого матеріалу різного сировинного складу № п/п 1. 2. 3. 4. 5 10 Найменування показників Величина питомої електропровідності після 1-ї стадії синтезу поліаніліну на волокнистому матеріалі Величина питомої електропровідності після 5-ї стадії синтезу поліаніліну на волокнистому матеріалі Стійкість забарвлення до прання (прання № 1), не менше Стійкість забарвлення до тертя: - сухого, не менше - мокрого, не менше Одиниці вимірювання Показники См/м 110  110 См/м 110  110 бали 5/5/5 ГОСТ 9733.4-83 Шкала сірих еталонів бали бали 4-5 4-5 ГОСТ 9733.27-83 Шкала сірих еталонів -2 2 Засоби вимірювання 2 ГОСТ 19806-74 3 ГОСТ 19806-74 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 підвищити питому електропровідність волокнистих матеріалів на порядок і відмовитись від використання вуглецевих та металізованих волокон, у яких значно складний технологічний процес, що призводить до необхідності використання спеціального обладнання. В результаті використання запропонованого винаходу суттєво покращуються технікоекономічні показники готових волокон, а також знижуються технологічні витрати та собівартість електропровідного волокнистого матеріалу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Спосіб отримання електропровідного волокнистого матеріалу, при якому здійснюють фарбування волокнистого матеріалу з одночасним синтезом поліаніліну, який відрізняється тим, що синтез поліаніліну здійснюють в присутності поверхнево-активних речовин з різними зарядами з послідовною гетерокоагуляцією його часточок на поверхні волокнистого матеріалу. 5 UA 102413 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 6