Композиция для изготовления поликапроамидной нити
Владельцы патента RU 2270280:
Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к технологии получения химических волокон, а именно к полимерным композициям на основе гранулированного поликапроамида, предназначенным для производства поликапроамидной нити. Композиция для изготовления поликапроамидной нити содержит поликапроамид, олигомеры, воду, TiO2 и дополнительно - комплексную модифицирующую добавку 1.1.5-тригидроперфторпентанол и 1.3-бензендикарбамида N.N-бис(2.2.6.6.-тетраметил-4-пиперидинил). Изобретение обеспечивает повышение технической и термической стойкости гранулята, снижение в процессе формования образования низкомолекулярных олигомерных соединений и улучшение таких важных свойств нити, как термическая стабильность и стабильность при окислительной УФ-деструкции. 2 табл.
Изобретение относится к химии и технологии полимеров, а именно к полимерным композициям на основе гранулированного поликапроамида (гранулированный ПКА), предназначенного для производства поликапроамидной нити (ПКА-нити).
Известен способ получения поликапроамида путем гидролитической полимеризации ε-капролактама в присутствии аминного термостабилизатора и октафторпентанола в количестве 0.00085-0.001 мас.% (RU 2187517 С 08 G 69/02, 20.08.2002). Его недостатками являются более низкая светостабильность и гидролитическая устойчивость поликапроамидной нити по сравнению с предлагаемым.
Наиболее близкой является композиция, включающая поликапроамид, олигомеры (0-2% мас.), воду (менее 0,4%) и целевые добавки (RU 2114939 D 01 F 6/60, 10.07.1998).
Недостатком данной композиции является достаточно высокое содержание низкомолекулярных фракций - олигомеров. Олигомеры и капролактам пластифицируют ПКА, ухудшают его перерабатываемость в ПКА-нить (Д.Е.Флойд. Полиамиды. М.: ГНТИ. 1960, с.51.), а также ухудшают потребительские свойства получаемых материалов.
Техническим результатом изобретения является получение гранулята-ПКА с повышенной химической и термической стойкостью, снижение в процессе формования образования низкомолекулярных олигомерных соединений, а также получение ПКА-нити с высокой термической стабильностью и стабильностью при окислительной УФ-деструкции.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая композиция для изготовления поликапроамидной нити, включающая поликапроамид, имеющий остаточную влажность 0,01-0,015% и содержащий низкомолекулярную фракцию - олигомеры, и модифицирующие добавки, в качестве модифицирующих добавок она содержит TiO2 и комплексную модифицирующую добавку, включающую 1.1.5-тригидроперфторпентанол, 1.3-бензендикарбамида N.N-бис(2.2.6.6.-тетраметил-4-пиперидинил), при следующем соотношении компонентов, % мас.:
| Поликапроамид | 99,000-99,183 |
| Олигомеры | 0,650-0,870 |
| TiO2 | 0,060-0,090 |
| 1.1.5-тригидроперфторпентанол | 0,005-0,007 |
| 1.3-бензендикарбамида N.N-бис- | |
| (2.2.6.6.-тетраметил-4-пиперидинил) | 0,050-0,06 |
| вода | 0,010-0,015 |
Сущность изобретения заключается в использовании совокупного влияния на высокотемпературный процесс (278°С) формования гранулированного ПКА состава композиции, его влияния на снижение вклада побочных реакций, приводящих к образованию низкомолекулярных фракций-олигомеров в щетине. Предложенный состав композиции позволил снизить содержание низкомолекулярных фракций-олигомеров в щетине (% мас.) до 0,650-0,870 вместо 2 для прототипа.
Гранулированный поликапроамид получается путем гидролитической полимеризации ε-капролактама, с последующей экстракцией низкомолекулярных фракций-олигомеров, последующей сушкой в вакуум-барабанной сушилке (где вводится модифицирующая добавка), последующем формованием, экструзией и вытягиванием нити.
Пример 1: изобретение иллюстрируется следующим примером: во вращающуюся (4 об/мин) вакуум-барабанную сушилку, работающую при температуре 110-115°С и вакууме 20 мм рт.ст. в атмосфере азота загружается 400 кг гранулята ПКА, с содержанием низкомолекулярных фракций-олигомеров не более (% мас.): 0.650-0,870 и 0,060-0,090 TiO2. По окончании стадии сушки до заданной остаточной влажности вносят 0,02 кг (0,005% мас.) 1.1.5-тригидроперфторпентанола, 0,2 кг (0.05% мас.) 1.3-бензендикарбамида N.N-бис(2.2.6.6-тетраметил-4-пипирединила) и продолжают сушку до остаточной влажности не более 0.010-0.015%.
Формование гранулята (минимальное количество 100 кг) проводили на прядильной машине ПП-60-И№4.
Вытягивание нити выполняли на машине КБ-150-И-4 при температуре 100°С.
Разрывную нагрузку, относительное удлинение определяли по ГОСТ 6611.0-73 и 6611.4-73.
Гранулированный ПКА в предложенной композиции обладает устойчивостью к концентрированным кислотам.
В процессе вытяжки получена ПКА-нить с небольшим числом дефектов, обладающая стойкостью к термической и окислительной УФ-деструкции. (табл.1, 2)
| Таблица 1 Физико-механические показатели (усредненные из 10 опытов) ПКА-нити, полученной из предложенной композиции при нагревании (температура 100°С) | |||
| Время нагрева, мин | Разрывная прочность, Н | Относительное удлинение при разрыве, % | Остаточное удлинение, % |
| до нагрева | 14.7 | 25.1 | 10.0 |
| 90 | 14.2 | 23.2 | 9.3 |
| 120 | 14.2 | 22.6 | 9.0 |
| 150 | 11.9 | 14.6 | 6.3 |
| Таблица 2 | ||
| Сравнительные данные по остаточной прочности на разрыв модифицированной ПКА-нити при облучении светом с λ>300. | ||
| Метод модификации | Остаточная прочность на разрыв, % (экспозиция 575 час) | Остаточная прочность на разрыв, % (экспозиция 710 час) |
| Немодифицирванный ПКА | 37 | 30 |
| Немодифицированная нить 1.1.5-тригидроперфторпентан, 3,5-10-2% | 75 | 60 |
| 1.3-бензендикарбамид N.N-бис(2.2.6.6-тетраметил-4-пиперидинила), 0,5% | 70 | 52 |
| Предлагаемая добавка 1.15-тригидроперфторпентанол, 0,005 % и N.N-бис(2.2.6.6-тетраметил-4-пиперидинила), 0,05% | 80 | 80 |
Окислительная УФ-деструкция ПКА-нити, полученной с добавкой только 1.1.5-тригидроперфторпентанола в композицию идет с меньшей скоростью и сопровождается индукционным периодом до 288 часов (облучение светом с λ>300 нм), а через 575 часов остаточная прочность на разрыв ПКА-нити составляет 75%, тогда как в смеси 1.1.5-тригидроперфторпентанола с 1.3-бензендикарбамид N.N-бис (2.2.6.6-тетраметил-4-пипирединила) остаточная прочность на разрыв повысилась до 80 % (табл.2). При экспозиции 710 часов остаточная прочность на разрыв в предлагаемой композиции сохраняется около 80%. Тогда как каждый из взятых отдельно ингредиентов в применяемых количествах для ПКА-нити не дает необходимого результата. Термостабильность нити, о которой судили по изменению физико-механических показателей ПКА-нити (таблица 2) в процессе нагревания, выше для образцов, полученных из предложенной композиции.
Достигаемый технический результат объясняется: во-первых уменьшением дефектных структур в поликапроамидной нити на стадии ее вытяжки, что приводит к уменьшению диффузии кислорода через дефектные участки, а во-вторых участием полифторированного спирта в регенерации нитроксильных радикалов за счет образования гидроксиламина и участия его в реакциях с пероксирадикалами. Регенерация нитроксильных радикалов в присутствии 1.1.5-тригидроперфторпентанола по схеме:
на следующей стадии происходит генерирование нитроксильных радикалов и их реакция с алкильными радикалами:
Таким образом, при использовании предлагаемой композиции достигается повышение светостойкости на 43-50% по сравнению с прототипом.
Композиция для изготовления поликапроамидной нити, включающая поликапроамид, имеющий остаточную влажность 0,01-0,015% и содержащий низкомолекулярную фракцию - олигомеры, и модифицирующие добавки, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующих добавок она содержит TiO2 и комплексную модифицирующую добавку, включающую 1.1.5-тригидроперфторпентанол, 1.3-бензендикарбамида N.N-бис(2.2.6.6.-тетраметил-4-пиперидинил) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Поликапроамид | 99,000-99,183 |
| Олигомеры | 0,650-0,870 |
| TiO2 | 0,060-0,090 |
| 1.1.5-тригидроперфторпентанол | 0,005-0,007 |
| 1.3-бензендикарбамида | |
| N.N-бис-(2.2.6.6.-тетраметил-4-пиперидинила) | 0,050-0,06 |
| Вода | 0,010-0,015 |
