Vysokoporézní vlákno z izotaktického polypropylenu a způsob jeho přípravy

Číslo patentu: 246158

Dátum: 15.09.1987

Autor: Mikš Antonín

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Předmětem vynálezu je nekonečné vysokoporézní vlákno z izotaktického polypropylenu,nízká zdánlivé hustoty se zvýšeným obsahem strukturálně vytvořených mikrodutin a způsob prípravy tohoto vlákna, spočívající v použití výchozího vysokoelastického vlákna a kontinualizaci tří technologických postupu nevyhnutelných k vytvoření stabilní porézní struktury,která umožňuje vysokou permeabilitu plynu a kąpalin, transport vlhkosti a sorpci kapalin s nízkým povrchovým napätím do vlákna.V posledních letech se věnuje značná pozornost vývoji technologie výroby porézních materiálů ze syntetických polymerů. Významné místo mezi nimi zaujímají porézní fólie a především porézní vlákna a dutá porézní vlákna, která nacházejí uplatnění jak v textilním průmyslu, tak i technických aplikacích. Jejich specifickými vlastnostmi jsou velmi dobrá sorpce kapalin s nízkým povrchovým napětím jako jsou oleje, vysoká permeabilita plynů a kapalin, dobrý transport vlhkosti. Porézní vlákna nacházejí uplatnění při ultrafiltraci a mikrofiltraci kapalin, v technikäch reverzní osmözy, čištění odpadních vod,číštění plynů a kapalin od plynných i kapalných příměsí, dělení plynných a kapalných směsí,dialýze, hemodialýze, při výrobě obvazů, tamponů, prádla se zvýšenou sorpční schopností,vnitřních hygienických vrstev textilních materiálů, tepelných izolací atd.Patentová literatura uvádí řadu postupu přípravy porézních syntetických vlákenzvlákněných z taveniny, které je možné podle způsobu získání struktury rozdělit doněkolika skupin. Patent JP 81 611/83 popisuje přípravu dutých porézních polyetylenových vláken zvlákněním z taveniny, určených pro filtraci krevní plasmy, u nichž byla porézní struktura získaná ultradloužením výchozího nekrystalického vlákna na 50 až 900 a následnou tepelnou úpravou ke stabilizaci porézní struktury, podobně JP 148 913/81 popisuje přípravu dutého polyesterového vlákna vyznačujícího se vysokou schopností absorbovat vodu, dloužením výchozího vlákna o 525 až 123 ve dvou stupních, JP 9 847/72 popisuje přípravu porézního vicesložkového vlákna založenou na rozdílné dloužitelnosti složek, DE 2 705 710 popisuje podobný postup přípravy porézního vlákna dloužením výchozího vlákna s obsahem0,01 až 5 tuhých částic malých rozměrů jako jsou plniva a pigmenty, podobně JP 20 610/76 popisuje postup spočívající v dloužení polyetylenových a polypropylenových vláken obsahujících další komponenty, které při dloužení usnadňují tvorbu mikrodutin. Tento typ porézních vláken obsahuje relativně velké množství mikrodutin protažených do směru dloužení, které jsou jen částečně propojeny mezi sebou a s povrchem vlákna. FR 1 301 035 popisuje postup příprevy dlouženého vlákna zvlákňováním z taveniny polymeru obsahujícího jemně rozdispergovaná aditíva, která se při teplotě zvlákñování přeměňují na plyn a vytvářejí porézní strukturu, podobný princip využívají i JP 2 069/69, FR 1 481 544 a BE 735 531. PatentEP 91 669 a JP 136 830/83 uvádějí přípravu porézního polyesterového vlákna zvlákňováním polymeru s obsahem nízkomolekulární látky a následnou extrakcí vhodným rozpouštědlem.Tento typ přípravy porézních vláken sebou nese nevýhodu použití poměrně velkého množství rozpouštědla a tím komplikaci výroby i ekologické problémy. Konečné jsou známa vlákna, u nichž vytvořená porozita strukturálního typu je podmíněna použitím polymeru se specifickými vlastnostmi s vhodně volenými podmínkami zvlákňování výchozího vlákna a jeho dalšího zpracování.JP 52 123/81 uvádí přípravu strukturálně porézních vláken z izotaktického polypropylenu se zvýšenou propustností pro plyny, určených pro dělení plynných směsi a pro filtrační membrány. Příprava spočívá ve zvlákñování taveniny polypropylenu přes otvory prstencovitého tvaru, při průtahu vyšším než 180 a v následovném dloužení vlákna do 200 při teplotě 110 °C. JP 5 914/82 uvádí způsob přípravy porézního polypropylenového vlákna použitelného na ultrafiltraci kapalin, s pőrovitým povrchem 90 m 2/q. Postup přípravy tohoto vlákna spočívá ve čtyřech stupních - zvlákňování z taveniny při teplotě 200 OC, dloužení 0 20 při pokojové teplotě, dloužení při teplotě 130 °C a V tepelné úpravě na cívkách pod pnutím 50 , při teplotě 140 °C. JP 34 418/79 popisuje přípravu dutého porézního polypropylenového vlákna 5 velkým počtem dutinek na povrchu a s dobrou rozměrovou stálostí.Postup přípravy spočíva V dloužení 0 30 až 400 výchoziho nedlouženého elastického vlákna charakterizovaneho elastickou zotavitelnosti nad 60 a v tepelné úpravě vydlouženého vlákna v relaxovaném stavu na civkách při teplotě 80 až 165 °C. Podobný postup připravy dutých porézních vláken popisuje JP 23 722/79, přičemž výchozím vláknem je duté nedloužené polypropylenové vlákno zvlákněné z taveniny při odtahových rychlostech 4 000 až 6 000 m/min. Ve stěně porézních vláken získaných podle tohoto patentu je přítomno více než 7 S dutinek větších rozměrů a více než 5 z celkového prázdného prostoru mikrodutin, průměru 40 až 70 nm. Vlákna jsou určena pro reverzni osmözu, ultrafiltrací atd. JP 4 055 696/77 uvádí přípravu porézního dutého vlákna vhodného pro reverzní osmózu,ultrafiltraci, hemodialýzu a dělení plynných směsí. Výchozí nedloužené vlákno je připravováno zvlákñováním z taveniny při vysokém průtahu pod hubicí, při teplotách zvlákňování o více než 40 OC vyšších, než teplota tání polypropylenu. za účelem získání porézni struktury se podle tohoto patentu výchozí vlákno tepelné upravuje při 100 až 160 OC na cívkách, dlouží o 30 až 200 při teplotě pod 110 OC a znovu tepelné upravuje na cívkách V sušárně, při teplotě nižší než 175 OC, aby se stabilizovaly dloužením vytvořené mikrodutiny. Získané vlákno má vysokou propustnost pro vodu a pro plyny, distribuce velikosti pörů zjišřovaná rtutovou porozimetrií má aspoň jedno maximum v rozmezí 20 až 120 nm.Společným znakem přípravy porézních vláken uvedených v patentové literatuře je diskontinuálnost technologických postupů, spočívajíci v odděleném dloužení výchozího vlákna za studena a za tepla a tepelné úpravě návinu na cívkách v sušárnách. Výchozí vlákno odvíjené z cívky se dlouží v jednom nebo vice stupnich a v deformovaném stavu je navíjeno na kovové cívky. Ty jsou pak vkládány do sušárny a vlákno se tepelně upravuje po různou dobu tak, že nedochází ke smrštěni. Diskontinuální způsob přípravy sebou nese některé problémy a nedostatky, které se odrážejí ve zhoršených vlastnosteoh konečných porézních vláken V prvni řadě je to nižší produktivita výroby, vzhledem k velkým časovým ztrátám při navíjení vlákna na kovové cívky, manipulace s nimi, co je vkládáni do sušárny a ochlazováni na pokojovou teplotu a časovým ztrátám při tepelné úpravě velkých návinu. Nevýhodou také je potřeba velkých sušáren pro tepelnou úpravu s porozní teplotou do 175 °C.Hlavni nevýhodou diskontinuálního postupu přípravy porézních vláken se ukázala být nerovnoměrnost porézní struktury v závislosti na tloušřce návinu a vliv tlouštky návinu nadobu tepelné úpravy. Vzhledem k špatné tepelné vodivosti polypropylenu dochází k pomalému přestupu tepla vrstvami návinu, vnitřní vrstvy se prohřívaji pomalu, takže je potřebné prodloužit čas setrvání v sušárně. U cívek s několikacentimetrovou vrstvou návinu se objevuje výrazný teplotní gradient s poklesem teploty dovnitř návinu, který se jen pomaluV důsledku teplotního gradientu dochází k nedokonalé stabilizaci porézni struktury ve vnitřních vrstvách návinu. Při tlouščce návinu B cm a době tepelné úpravy 15 min, při teplotě 140 OC, se zjistil rozdíl v porozitě vp mezi vnější a vnitřní vrstvou návinu přibližně 30 , a v hodnotě vnitřniho měrného povrchu Os přibližně 35 . Při tepelné úpravě 30 min a teplotě 140 °C se zjistil rozdíl v porozitě přibližně 15 a v hodnotě vnitřnihc měrného povrchu přibližně 20 . Měření vp a Os metodou maloúhlového rozptylu rtg. záření u porézních vláken připravených diskcntinuálním postupem ukázalo, že rovnoměrného profixováni silnějších vrstev návinu nebylo dosaženo ani při 60 minutách tepelnéUvedené nedostatky řeší předmět vynálezu nekonečného vysokoporézního vlákna z izotaktic kého polypropylenu, různých jemností, nízké zdánlivé hustoty zjištěná pyknometricky vevodě - pod 700 kg/m 3, pevnosti od 0,5 do 6 oN/dtex, tažnosti od 10 do 150 8, modulu elasticity do 25 cN/dtex, obsahujícího 10 až 60 objemových strukturálně vytvořených mikrodutin, zjištěných ze změny tlouštky vlákna, s distribuci velikosti od 1 do 500 nm,zjištěnou rtutovou porozimetrií. Největší podíl mikrodutin 10 až 40 jsou distribuci velikosti 1 až 150 nm, průměrné velikosti 5 až 15 nm, s vnitřním měrným povrchem od150 do 450 m 2/g, jak bylo zjištěno maloühlovým rozptylem rtg. zářeni. Mikrodutiny vykazuji bimodálni orientaci vzhledem k Ose vlákna.Mikrodutiny orientované do směru osy vlákna mají příčný rozměr, charakterizovaný maloúhlovým rozptylem rtg. záření, řádově jednotky nm a jejich obsah je 5 až 25 8, mikrodutiny orientované kolmo na osu vlákna, délky řádově desítky nm a příčného rozměru Í až 15 nm,jsou obsaženy v 5 až 30 I. Jak dokazuje měření maloúhlového rozptylu rtg. záření za přítomnosti imerzní kapaliny vhodné hustoty, jsou mikrodutiny spojeny mezi sebou a s povrchem vlákna, čímž umožňují dobrou propustnost plynu a kapalin, sorpci kapalin s nízkým povrchovým napětím jako jsou oleje, uhlovodíky a jejich deriváty a dobrý transport vlhkosti. vysokoporézní vlákno z izotaktického polypropylenu pŕipravené na základě tohoto vynalezu má vysokou krystalinitu 65 až 80 t hmotových a vysokou orientaci krystalických oblastí fc 0,7 až 0,9, hodnocené širokoúhlovou difrakcí rtg. záření. Vyznačuje se dobře uspořádanou lamelární strukturou s lamelami tlouščky 10 až 20 nm, periodicitou střídání hustot krystalických a nekrystalických oblastí vyjádřenou maloúhlovou periodou MP lo až 30 nm,přičemž lamely jsou orientovaný téměř kolmo na osu vlákna. Interlamelární oblasti jsou tvořeny nekrystalickým uspořádáním řetězců makromolekul, s vyšším stupněm uspořádání než ve výchozím elastickém vláknu, charakterizovaným maloúhlovým rozptylem rtg. záření,hustotou větší než B 0 hustoty krystalických oblastí, vysokou orientací makromolekulárních řetězcu - faktor orientace nekrystalických oblasti fam větší než 0,4 - a zvýšeným počtem vypřímených spojovacích řetězců v porovnaní s klasickými vlákny - relativní podíl vypřímených řetězců v nekrystalických oblastech n/N větší než 0,05. Základní mechanické vlastnosti vlákna jsou na urovni polypropylenových vláken s fibrilární strukturou,připravených klasickým zvlákňováním z taveniny a dloužením za tepla.Příprava nekonečného vysokoporézního vlákna z izotaktického polypropylenu s uvedenými vlastnostmi spočívá V kontinuálním postupu zpracování výchozího vysokoelastíckého vlákna s EZ 100 větším než 90 , kdy se spojují do jedné operace tři technologické postupy dloužení za studena, dloužení za tepla a tepelná úprava vlákna v nataženém stavu, bez možnosti smrštění, na dloužicím zařízení s aspoň jedním vyhřívaným válcem takového průměru, a konstrukce, které umožňují aplikaci požadovaného počtu ovinů.Výchozí vlákno s lamelární strukturou, vykazující elastické zotavení E 2100 aspoň90 ,se odvíjí z cívky odtahovací qaletou s aspoň deseti oviny tak, aby se zabránilo prokluzování vlákna při dloužení za studena o 20 až 100 8. vlákno vydloužené při teplotě20 až 50 OC se vede přes žehličku nebo trn vyhřívaný na teplotu 100 až 150 °C, na další galetu, která může být také vyhřívána na 100 až 150 UC. V této zóně probíhá dloužení za tepla O 2 až 150 8. Vlákno vydloužené za tepla se vede na válec nebo soustavu váloů vyhřívaných na teplotu 100 až 150 °C, kde probíhá tepelná úprava v dynamických podmínkách.Velikost každého z vyhřívaných válců musí umožñovat použití velkého počtu ovinů. zaúčelem zabránění tepelným ztrátám v pohybujícím se vláknu a zlepšení účinnosti tepelnéúpravy se vyhřívané válce umístí do vyhřívaného boxu. Průměr vyhřívaných válců a početovinů se volí s ohledem na požadovanou dobu setrvání dlouženého vlákna v zóně tepelnéúpravy. Požadovaná doba tepelné úpravy která zaručuje dokonalou stabilizaci vytvořené porézní porězní struktury je 0,5 až 15 min. Ze zóny tepelné úpravy se porézní vlákno odtahujea navíjí na cívku. Rychlost produkce porézního vlákna kontinualním postupem je dánaVýchozí nedloužené polypropylenové vlákno celkové jemnosti 190 dtex, jedničné jemnosti 5,9 dtex, krystalinity 65 hmotových, s orientací krystalických oblastí vyjádřenou faktorem orientace fc 0,92, orientací nektrystalických oblastí vyjádřenou faktorem orientaoe fam 0,02, maloúhlovou periodoü MP 18,5 nm, relativním podílem Vypřímených spojovacích řetězců v nekrystalických oblastech n/N 0,042, s elastickým zotavením E 250 94 a E 2100 92 bylo dlouženo při 25 DC a při rychlosti dloužení 10 m/min o 50 a následně v další zóně při 80 až 140 °C o 4 . Doba setrvání vlákna v zőně úpravy byla 15 minut při 300 ovinech vlákna na váloi vyhřívaném na 80 až 140 °C.V průběhu zpracování výchozího vysokoelastiokého vlákna na vlákno porézní za uvedených podmínek, vzrostla krystalinita na 66 až 68 hmotových, faktor orientace krystalických oblastí fc na 0,72 až 0,75, faktor orientace nekrystalických oblastí fam na 0,45 až 0,49, maloúhlová perioda MP na 19 až 22 nm, relativní podíl vypřímených řetězcü v nekrystalických oblastech n/N na 0,05 až 0,055.Podil mikrodutin 5 distribuci velikosti od 1 do 500 nm byl 10 až 50 objemových,podíl mikrodutín s distribuci 1 až 150 nm V , vnitřní měrný povrch Os, průměrná velikostmikrodutin orientovaných do směru osy vlákna měřená kolmo na osu vlákna 1 jejich obsahpor v procentech alfa, průměrná velikost mikrodutín orientovaných kolmo na osu vlákna měřená ve směru osy vlákna lt a jejich obsah v procentech beta, spolu se základními mechanickýmivlastnostmi - pevnosti FP, tažností 85 a modulem elasticity Ey uvádí tabulka LTeplota vp os lpor 0 L. lt 0 FP g p Ey dloužení a tepelnéo m 2/g nm nm cN/dtex CN/dtex úpravy C 80 15 135 8,6 7 5,6 5 1,8 110 12 90 20 163 7,4 8 5,8 5 2,1 100 15 100 23 165 6,8 10 6,4 5 2,5 87 16 110 21 162 7,2 9 6,9 4 , 72 19 120 . 21 160 7,2 12 7,5 7 3,5 65 18 130 21 160 7,2 13 6,4 5 3,7 65 19 140 19 152 7,3 15 5,0 3 4,0 46 21Výchozí nedloužené polypropylenové vlákno celkové jemnosti 190 dtex, jako v příkla du 1, se dloužilo při 25 °c o so 2 a nato při so až 140 °c 0 30 2, rychlosti 100 m/min. Doba setrváni vlákna V zóně tepelné úpravy byla 5 minut při teplotě 80 až 140 °C na vyhřivaných válcích. V průběhu tepelné úpravy vzrostla krystalínita na 68 až 72 hmotových, fc se změnil na 0,81 až 0,88, fam na 0,43 až 0,57, MP na 19 až 21 nm, n/N na 0,06 až0,07. Objemový podíl mikrodutin s distribuci velikosti od 1 do 500 nm byl 10 až 45 , podíl mikrodutin s distribuci 1 až 150 nm VP, a ostatní parametry porézní struktury uvádí tabulka 2.dlouženi a VP Os lpor k. lt 0 FP g p Ey

MPK / Značky

MPK: D01F 1/08, D01D 5/24, D01F 6/06

Značky: přípravy, polypropylénu, způsob, vysokoporézní, vlákno, izotaktického

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-246158-vysokoporezni-vlakno-z-izotaktickeho-polypropylenu-a-zpusob-jeho-pripravy.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Vysokoporézní vlákno z izotaktického polypropylenu a způsob jeho přípravy</a>

Podobne patenty