Способ получения нити, покрытой сверхабсорбентом

 

Изобретение относится к технологии получения нитей, снабженных сверхабсорбирующим материалом, которые могут быть использованы при получении водонепроницаемых кабелей оптических коммуникаций в качестве усиливающих элементов. На исходную нить наносят водный раствор, содержащий растворимый в воде предшественник сверхабсорбирующего материала, сушат и нагревают для структурирования или полимеризации указанного предшественника и превращения его в абсорбирующий материал. Полученная многоволоконная нить обладает превосходной водопоглощающей способностью без использования органических растворителей или избыточного количества воды. 5 з.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к способу получения нити, снабженной сверхабсорбирующим материалом.

Указанная нить может быть использована в кабелях, более конкретно в кабелях оптических коммуникаций, в этом случае она функционирует одновременно как усиливающий элемент и как блокирующий воду агент.

Нить, снабженная сверхабсорбирующим материалом, и производство такой нити известны из Европейских патентных заявок 482703 и 351100, патента США 5635569 и Международной заявки WO 93/18223. Согласно этим публикациям нити пропитывают сверхабсорбирующим материалом в водно-масляной эмульсии. После пропитки обработанную нить сушат, так что внутри и вокруг пустот нити образуется пленка. Полученный продукт использует в качестве усиливающего материала для получения коммуникационных кабелей с блокирующими воду свойствами.

Однако существуют недостатки вышеупомянутых способов нанесения сверхабсорбирующего материала на поверхность кабеля или нити. Главное неудобство - это выделение органических материалов, в частности изогексадекана, во время процесса сушки нити. Такие материалы создают неприемлемое бремя для окружающей среды, и изогексадекан должен быть исключен путем сжигания или путем обработки в установке отходящего газа. Такая стадия требует дорогостоящего оборудования и потребляет значительные количества энергии. Поэтому полезно исключить применение водно-масляных эмульсий и наносить материалы, которые являются растворимыми в воде.

Помехой для пропитки арамидной нити сверхабсорбирующим материалом является то, что из-за повышающего вязкость действия сверхабсорбирующего материала равномерная подача его чрезвычайно трудна, если не невозможна. Кроме того, из-за ограниченной концентрации сверхабсорбирующего материала в пропитывающей жидкости только малое количество его может быть нанесено на нить за обработку. Другой недостаток этого способа заключается в том, что сравнительно большое количество пропитывающей жидкости, которое наносят на нить со сверхабсорбирующим материалом, должно быть удалено снова путем испарения.

Данное изобретение устраняет указанные выше недостатки. Более того, изобретение обеспечивает арамидную многоволоконную нить с превосходной водопоглощающей способностью без использования органических растворителей или избыточного количества воды.

Изобретение относится к способу получения нити, снабженной сверхабсорбирующим материалом, имеющим степень набухания по меньшей мере 60 и имеющим гидрофильные свойства, который способен абсорбировать и удерживать количества воды, который отличается тем, что водный раствор, содержащий растворимый в воде предшественник сверхабсорбирующего материала, наносят на нить, после чего нить сушат и нагревают для того, чтобы структурировать или полимеризовать растворимый в воде предшественник сверхабсорбирующего материала до превращения его в сверхабсорбирующий материал.

Таким образом, никакой сверхабсорбирующий материал, как таковой, больше не используют, а используют растворимый в воде предшественник, который после термообработки полимеризуется или структурируется с образованием сверхабсорбирующего материала. В этом процессе затем может следовать стадия, когда на нить наносят аппрет. В качестве варианта, водный раствор уже содержит аппрет.

Полученное волокно должно иметь степень набухания более чем 60. Степень набухания является мерой количества воды, абсорбированной нитью, когда она контактирует с водой в жидкой форме. Метод экспериментального определения степени набухания будет пояснен более подробно ниже. Обнаружено, что нить согласно изобретению имеет степени набухания, сравнимые с вышеупомянутыми известными ранее нитями. Предпочтительно степень набухания, нити согласно изобретению равна по меньшей мере 80, более конкретно по меньшей мере 100 и еще более конкретно по меньшей мере 150.

Термин многоволоконная нить имеет значение, которое он обычно имеет в технике, т. е. волокна, из которых она изготовлена, являются бесконечными элементарными волокнами (филаментами). Текстильные термины и определения (1988), страницы 289-290 дают информацию в этом отношении. В рамках изобретения волокна, используемые в производстве нитей согласно изобретению, являются элементарными волокнами, которые могут иметь любую линейную плотность, обычную в существующей практике, и нити могут быть изготовлены из любого желательного числа бесконечных элементарных волокон. Как правило, элементарные волокна или состоящие из них нити будут иметь линейную плотность 0,01-20000 дтекс, в то время как нити из бесконечного элементарного волокна будут состоять из 1-20000 элементарных волокон.

В качестве подходящих типов волокон могут быть упомянуты волокна органического, а также неорганического происхождения. Волокна органического происхождения могут быть либо натуральными, либо синтетическими. Примеры натуральных волокон включают целлюлозные волокна, такие как хлопок, лен, джут и т.п., и волокна животного происхождения, такие как шерсть, шелк и т. п. Примеры синтетических органических волокон включают волокна из регенерированной целлюлозы, искусственного шелка, сложных полиэфиров, алифатических и ароматических полиамидов, акрилонитрила, полиолефинов, поливинилового спирта, поливинилхлорида, полифениленсульфида, эластомеров и углерода. Примеры неорганических волокон включают волокна из стекла, металлов, диоксида кремния, кварца и т.п., керамические волокна и минеральную вату. Кроме того, могут быть использованы волокна, изготовленные из смесей указанных материалов или их сополимеров, или смеси указанных волокон. Вышеупомянутые типы волокон и другие, подходящие для использования в способе согласно изобретению, описаны в Kirk-Othmer, Энциклопедии химической технологии, 3-е издание, том 10 (1980), стр.148-197.

Предпочтение отдается волокнам, состоящим из арамида, полиэтилентерефталата, найлона-6, найлона-6,6, регенерированной целлюлозы или стекла.

Также очень подходящими в качестве основы являются волокна, содержащие два или более вышеупомянутых материалов, например двухкомпонентные волокна. Они могут быть типа оболочка-сердцевина или бок-о-бок или какого-либо другого хорошо известного типа. Другими подходящими типами волокон являются сателлитные волокна или расщепленные волокна.

Волокна могут быть либо сплошными, либо полыми. Они могут быть круглого или плоского или любого другого желательного поперечного сечения, например эллиптического, треугольного, звездообразного, в виде почки и т.п.

Арамидные волокна являются наиболее предпочтительными. Под арамидными волокнами подразумеваются согласно изобретению волокна, содержащие полимеры, построенные полностью или по существу из повторяющихся звеньев общей формулы , и/или Здесь A₁, А₂ и А₃ обозначают разные или одинаковые, двухвалентные, содержащие одно или несколько ароматических колец жесткие радикалы, которые могут также содержать гетероциклическое кольцо, продолжающие цепь связи этих радикалов находятся в пара-положении друг к другу или являются параллельными и противоположно направленными. Примеры таких радикалов включают 1,4-фенилен, 4,4'-дифенилен, 1,5-нафтилен и 2,6-нафтилен. Они могут содержать заместители или нет, например атомы галогена или алкилгруппы. В дополнение к амидным группам и вышеупомянутым ароматическим радикалам молекулы цепи ароматических полиамидов необязательно могут содержать вплоть до 35 мол. % других групп, например группы м-фенилена, нежесткие группы, такие как алкилгруппы или группы простого эфира, группы мочевины или группы сложного эфира. Предпочтительно арамидную нить изготовляют полностью или частично, более конкретно более чем на 90%, из поли-(п-фенилен-терефталамида).

Под предшественником сверхабсорбирующего материала подразумевается согласно изобретению материал, который после нагревания полимеризуется или структурируется с образованием сверхабсорбирующего материала, имеющего гидрофильные свойства, который способен абсорбировать и удерживать сравнительно большое количество воды, необязательно под давлением. Для того чтобы упростить нанесение раствора на нить, необходимо, чтобы предшественник сверхабсорбирующего материала, растворенный в водном растворе, имел вязкость менее чем 1000 мм²с^-1. Предпочтительно вязкость менее чем 500 мм²с^-1 и наиболее предпочтительно между 10 и 200 мм²с^-1. Особенно подходящими для использования в качестве предшественников абсорбирующих материалов являются производные полиакриловой кислоты. Они включают растворимые в воде мономеры, олигомеры и полимеры, полученные из акриламида, из акриламида и акрилата натрия и из акриламида и диалкиламиноэтилметакрилата. Эти соединения выбирают из групп растворимых в воде неионных, анионных и катионных мономеров, олигомеров и полимеров соответственно. Примеры предшественников сверхабсорбентов, которые могут быть использованы в производстве нитей согласно изобретению, включают: образующую поперечные связи акриловую кислоту, частично нейтрализованную до натриевой соли, полиакрилат калия, со-олиго- или сополимеры акрилата натрия и акриламида, производные сополимеров акриловой кислоты и акриламида, тройные олиго- или тройные полимеры акриламида и мономеров, содержащих карбоксильные группы и сульфогруппы, (натриевая соль), полиакриламидные олиго- или полимеры. Предпочтительно в качестве предшественника сверхабсорбирующего материала используют производное полиакриловой кислоты или производное сополимера акриламида и акриловой кислоты.

Термин производные обозначает, что часть карбоксильных групп находится в форме соли, предпочтительно соли калия или натрия.

Нити изобретения изготовляют, используя способ, когда на поверхности нити обеспечивают слой водного раствора, содержащего предшественник сверхабсорбирующего материала, и затем воду полностью или частично удаляют из нити путем испарения и после этого или одновременно нагревают, чтобы структурировать или полимеризовать предшественник сверхабсорбирующего материала. К водному раствору предшественника сверхабсорбирующего материала необязательно может быть добавлено сшивающее вещество (линкер) или катализатор полимеризации.

Способ получения нитей согласно изобретению дает возможность получать высококачественные арамидные нити, имеющие сверхабсорбирующие свойства, экономически выгодно без использования дорогостоящего оборудования для последующего сжигания органических растворителей.

Количество сверхабсорбента на нити выбирают так, что достигают благоприятных свойств блокирования воды, когда нить используют в кабелях. Благоприятные результаты обычно получают, если нить содержит 0,3-10 мас.%, предпочтительно 0,5-5 мас. % и более конкретно 0,6-2 мас.% сверхабсорбирующего материала.

Когда водный раствор нанесен, нить сушат. В этом процессе воду полностью или по большей части удаляют из нити путем испарения так, что на поверхности нити остается равномерный слой сверхабсорбирующего материала.

Сушку производят в соответствии с общепринятыми способами, когда возможно применение приспособлений, таких как горячие барабаны, горячие листы, горячие валки, горячие газы, трубчатые печи, пропарочные камеры, инфракрасные излучатели и тому подобное. Температура сушки 50-300^oС. Нагревание проводят при 100-300^oС. Предпочтительно сушку и нагревание осуществляют одновременно при 100-250^oС.

Способ получения нитей согласно изобретению может быть проведен различными путями.

В полностью непрерывном способе, который непосредственно связан с процессом формования нити, водный раствор, содержащий предшественник сверхабсорбента, может быть нанесен на промытую нить, после чего обработанную таким образом нить сушат и нагревают. Согласно другому варианту воплощения обработка нити предшественником сверхабсорбента, присутствующим в водном растворе, имеет место в отдельном процессе, не связанном с процессом формования.

Способ получения нитей согласно изобретению особенно подходит для использования для сочетания в одной и той же стадии способа с термообработкой для структурирования или полимеризации предшественника абсорбирующего материала так, как это используют при производстве арамидных нитей с высоким модулем.

В Kirk-Othmer, Энциклопедии химической технологии, 3-е издание, том 3 (1978), стр. 213-242 дано краткое изложение получения и формования ароматических полиамидов. Наиболее подходящая технология мокрого формования поли(п-фенилен-терефталамида) описана в патенте США 4320081.

Арамидные нити согласно изобретению могут иметь любую линейную плотность и любое число бесконечных элементарных волокон, общепринятые в существующей практике. Как правило, нить будет иметь линейную плотность от 10 до 20000 дтекс и может быть составлена из 10 до 20000 элементарных волокон.

Сверхабсорбирующий материал, нанесенный на нить согласно изобретению, не должен оказывать отрицательного воздействия на главные механические свойства элементарных волокон.

Прочность арамидных нитей согласно изобретению равна 1,0-3,5 Н/текс или выше, предпочтительно 1,5-2,5 Н/текс. Удлинение при разрыве составляет 0,5-10%, предпочтительно 1-8%. Модуль упругости при малых кратковременных нагрузках равен 20-130 Н/текс или выше, предпочтительно 30-90 Н/текс.

Подобно соответствующей нити, не обработанной сверхабсорбентом, нить согласно изобретению имеет относительно низкое содержание воды после сушки даже после пребывания на воздухе в течение более продолжительного периода времени. После кондиционирования высушенной арамидной нити при 20^oС и относительной влажности 65% в течение 4 недель она имеет содержание воды, не превышающее 10 мас.%, более конкретно не превышающее 7 мас.%.

Процедура определения степени набухания нити согласно изобретению следующая.

Около 10 г нити, которая должна быть исследована, режут на нескрученные волокна длиной около 12 см. Образец волокна полностью погружают без перемешивания в 600 мл деминерализованной воды с температурой 20-22^oС в химическом стакане емкостью 800 мл. В течение 60 с (по секундомеру) образец волокна остается погруженным в воду в состоянии полного покоя, т.е. без перемешивания, встряхивания, вибрации или воздействия некоторыми другими видами движения. Сразу после этого все содержимое стакана, т.е. волокна и воду, переносят в мешок (размеры: около 10х15 см), изготовленный из полиэфирного гардинного тюля (размер ячейки 1,5х1 мм). В этом процессе вода большей частью вытекает через ячейки гардинного тюля, в то время как волокна остаются в мешке. Затем мешок и его содержимое сразу же переносят в центрифугу и затем центрифугируют в течение 120 с (по секундомеру), удаляя, таким образом, еще удерживаемую воду из пропитанного образца волокна. Используют центрифугу AEG типа SV 4528 (ex AEG Aktiengesellschaft, D-8500 Nuremberg), которая работает при скорости (частоте вращения) 2800 оборотов в минуту и имеет центробежный барабан с внутренним диаметром около 24 см. Сразу же после центрифугирования образец волокна переносят из мешка в весовую камеру с помощью пары ткацких щипцов и взвешивают с точностью до 0,0001 г (масса волокна: граммы). Образец волокна в весовой камере вслед за тем сушат до постоянной массы в воздушной печи при 105^oС. Обычно время сушки 24 часа будет достаточным. После этого массу высушенного образца волокна в весовой камере определяют с точностью до 0,0001 г (масса волокна: граммы).

Степень набухания нити рассчитывают посредством следующей формулы: Каждое определение проводят дважды и результаты усредняют. Благодаря свойствам, упомянутым здесь ранее, нить, полученная согласно изобретению, чрезвычайно хорошо подходит для использования в качестве усиливающей нити с высокой блокирующей воду способностью. Поэтому она наилучшим образом подходит для использования в кабелях, более конкретно в кабелях оптических коммуникаций.

Далее изобретение будет пояснено со ссылкой на следующие примеры.

Пример 1 19%-ный раствор полиакрилата натрия в воде (Mirox W 60336, ex Stockhausen GmbH, Krefeld, Germany, вязкость 122 мм²с^-1 определена измерителем Ubbelohde) растворяют далее в деминерализованной (демин) воде. Раствор наносят на необработанную нить Twaron® (1680 дтекс/ф 1000) с помощью дозировочного насоса и аппликатора. После сушки в пропарочной камере (длина 10 м, 200-220^oС, 15-60 с) определяют степени набухания. Содержание Mirox на нити определяют как равное 2 мас.%.

Результаты приведены в таблице I.

При более коротких периодах нагревания не происходит ни структурирования, ни полимеризации, и поэтому степени набухания ниже чем 60.

Альтернативно образцы могут быть высушены и нагреты в трубчатой печи (длина 67 см, 200^oС) или на горячей плите (длина 42 см, 150^oС).

Пример 2 15%-ный раствор сополимера акрилата натрия и акриламида в воде (Produkt W 63194, ex Stockhausen GmbH, Krefeld, Germany, вязкость 191 мм²с^-1 определена измерителем Ubbelohde) растворяют далее в деминерализованной (демин) воде и необязательно добавляют раствор Giyoxal (волн. раствор диальдегида глиоксаля; ex Sigma-Algrich Chemie bv, Zwijndrecht, The Netherlands), Sarpifan MKV (раствор модифицированной меламиновой смолы в воде; ex Stockhausen GmbH, Krefeld, Germany), Breox 50A50 (этоксилированный и пропоксилированный бутанол; ex INSPEC, Southampton, UK) и/или Leomin AN (этоксилированная фосфонатная соль калия; ex Clariant, Frankfurt, Germany) (смотри таблицу II). Раствор наносят на необработанную нить Twaron® (1680 дтекс/ф 1000) с помощью дозировочного насоса и аппликатора. После сушки в пропарочной камере (длина 10 м) определяют степени набухания. Таблицы III-VII показывают влияние количества аппрета на нить и эффект времени пребывания и температуры.

Формула изобретения

1. Способ получения нити, снабженной сверхабсорбирующим материалом, имеющим степень набухания по меньшей мере 60 и имеющим гидрофильные свойства, который способен абсорбировать и удерживать количества воды, отличающийся тем, что на нить наносят предшественник сверхабсорбирующего материала, растворимый в водном растворе и имеющий вязкость менее чем 1000 мм² с^-1, после чего нить сушат и нагревают для того, чтобы структурировать или полимеризовать растворимый в воде предшественник сверхабсорбирующего материала до превращения его в не растворимый в воде сверхабсорбирующий материал.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что затем следует стадия нанесения на нить аппрета.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит аппрет.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что используют многоволоконную арамидную или стеклянную нить.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве растворимого в воде предшественника сверхабсорбирующего материала используют производное полиакриловой кислоты или производное сополимера акриламида и акриловой кислоты.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что получают нить, содержащую 0,3-10 мас. % сверхабсорбирующего материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4