Улучшенные синтетические волокна на основе полиолефинов и способ их получения
Изобретение относится к способу получения волокон и пряж, имеющих улучшенную окрашиваемость реакционноспособными и дисперсными красителями, стойкостью к загрязнению и улучшенными механическими свойствами и характеристиками. Способ включает смешивание полиолефинового полимера и образующего фибриллы полимера с образованием смеси полиолефинового и образующего фибриллы полимеров. Смесь подают в экструдер для горячего расплава с получением по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефинового и образующего фибриллы полимеров. Расплавленную смесь выдавливают через фильеру, имеющую отношение длины к диаметру (L/D) приблизительно от 3 до приблизительно 30, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированные в полиолефиновой матрице, в результате чего наружная поверхность волокон по существу свободна от фибрилл. Волокна, полученные способом изобретения, являются полезными в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, текстиля, обивочного материала и для других промышленных применений, подобных химической промышленности и другим отраслям промышленности. 5н. и 25з.п. ф-лы, 11 ил.6 табл.
Область изобретения
Изобретение относится к синтетической пряже на основе полиолефина, характеризующейся улучшенными механическими свойствами, улучшенной окрашиваемостью, и способу получения пряжи для изготовления лицевой стороны ковров, текстильных изделий и обивочного материала.
Известный уровень техники
Данное изобретение относится к изобретению, описанному в заявке с регистрационным № 08/787241 на имя Mallonee, поданной 24 января 1997, теперь патент США № 5811040, которая является частичным продолжением заявки с регистрационным № 08/339336 на имя Mallonee, поданной 14 ноября 1994, теперь патент США № 5597650, и частичным продолжением заявки с регистрационным № 08/523470 на имя Mallonee, поданной 5 сентября 1995, теперь патент США № 5620797.
Изобретение относится также к заявке с регистрационным № 08/407507 на имя Mallonee, поданной 14 марта 1995, теперь патент США № 5587118.
Пряжи на основе полиолефина характеризуются низкой стоимостью и химической стойкостью по отношению ко многим жидкостям и, следовательно, представляют интерес для изготовления ковров и текстильных изделий, в том числе пряжи для обивки, где проблемой является окрашивание. Пряжи на основе полиолефина являются также подходящими для технических применений, таких как фильтры. Однако имеется несколько недостатков у обычной пряжи и волокон на основе полиолефина. Например, температура стеклования (Tg) ниже комнатной температуры (т.е. между -5 и -15°С). Вследствие низкой Tg пряжи на основе полиолефинов устойчивость формы при внешней нагрузке при комнатной температуре является ограниченной. Пряжа на основе полиолефина имеет тенденцию адаптироваться к новой форме благодаря молекулярному движению в полимере. В результате этого эластичность ковров, изготовленных с пряжей на основе полиолефина, является нежелательно низкой для использования в качестве волокна для ковровых изделий. Эластичность и другие механические свойства пряжи являются низкими даже при температурах выше, чем комнатная температура. Отверждение при нагревании пряжи на основе полиолефина делает возможной релаксацию внутренних напряжений волокон пряжи и позволяет сохранять форму пряжи после кручения, но отверждение при нагревании не может приводить к устойчивой форме пряжи, если применяют достаточное внешнее напряжение.
Другим недостатком пряж на основе полиолефина является то, что пряжа способна только слабо окрашиваться диспергированными красителями и совсем не способна окрашиваться реакционноспособными (активными) красителями. Цветостойкость таких пряж часто является неудовлетворительной даже при мойке пряжи при низкой температуре.
Из других синтетических волокон найлон был основным вариантом волокон для изготовления ковров, где требуется высокое качество и эластичность. Однако найлон не является волокном без недостатков. Известно, что ковер, изготовленный с найлоновой пряжей, склонен к образованию статических электрических зарядов и поэтому должен быть химически или физически обработан для снижения образования статических зарядов. Другими недостатками найлонового ковра является то, что он легко пачкается. В соответствии с этим, найлоновый ковер обычно подвергают обработкам, которые снижают его тенденцию к загрязнению. Такая обработка, однако, не предотвращает все загрязнение, и обработка не будет эффективной для всего срока службы ковра.
С другой стороны, ковры, изготовленные из полиолефиновых материалов, таких как полипропилен, являются очень стойкими к загрязнению и по природе являются антистатическими. Однако, как указано выше, полипропилен является менее прочным волокном и не может сохранять внешний вид или форму при пролонгированном использовании или использовании в тяжелых условиях или после многократных деформаций.
Аналогичные аргументы в отношении пряжи на основе полиолефина могут быть адресованы для текстильных изделий, в том числе пряжи для обивочного материала, где удаление грязи является особенно трудным. Использование пряжи на основе полиолефина может быть еще более благотворным вследствие низкой стоимости полимера и его превосходной водостойкости, прочности в сухом состоянии и устойчивости к загрязнению. К сожалению, использование пряжи на основе полиолефина ограничивается его низкими механическими свойствами и ограниченным сохранением формы вследствие низкой эластичности такой пряжи и тем фактом, что механические свойства такой пряжи при температурах, выше комнатной, имеют тенденцию быстро снижаться.
Стандартные способы крашения с использованием красильной ванны невозможны для пряж на основе полиолефина, как возможны в случае полиэфирных или найлоновых волокон. В соответствии с этим полиолефиновые полимеры или сополимеры, такие как сополимеры этилена и акриловых мономеров, использовали в сочетании с пряжами на основе полиолефина. Были разработаны другие добавки с аналогичными свойствами для введения аминогрупп в полиолефиновый полимер во время фазы полимеризации. Для достижения окрашиваемости пряж на основе полиолефина дисперсными красителями использовали добавки на основе сложного полиэфира и полярные сополимеры. Крашение пряж на основе полиолефина лиганд-образующими красителями сделали возможным благодаря добавлению соединения никеля. Для стандартных полиолефиновых полимеров было предложено также крашение растворимыми в углеводородах красителями с длинными алкильными цепями. Окрашиваемый полипропиленовый полимер предложен посредством использования специальных дендримеров и сверхразветвленных полимеров. Плазменная обработка была предложена в лабораторном масштабе для введения реакционноспособных групп в поверхность пряжи.
Хотя предшествующие разработки имели ограниченный успех, все из указанных выше способов страдают повышением стоимости, которая снижает конкурентную способность полимера, снижением механических свойств полученной пряжи, формуемости пряж и могут неблагоприятным образом влиять на термическую стабильность пряжи. Свойства устойчивости к загрязнению такой пряжи и цветостойкость окрашенных волокон являются также неприемлемыми или находятся на уровне ниже требуемых величин.
Поэтому остается потребность в улучшенных пряжах и волокнах на основе полиолефина для использования в коврах, текстиле, обивочном материале и других применениях, где свойства полиолефиновых материалов могут быть благотворными.
Краткое изложение сущности изобретения
С точки зрения вышеуказанного и других задач, изобретение предлагает способ изготовления пряж и волокон, имеющих величину денье на элементарную нить (dpf) приблизительно от 1 до приблизительно 30 dpf и улучшенные механические свойства. Способ включает смешивание приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера и приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% образующего фибриллы полимера для получения смеси полиолефина и образующих фибриллы полимеров. Экструдер для горячего расплава, в который подают смесь, используют для получения по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефина и образующих фибриллы полимеров. Расплавленную смесь затем выдавливают через фильеру, имеющую отношение длины к диаметру (L/D), составляющее приблизительно от 3 до приблизительно 30 при скорости сдвига, составляющей приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированные в полиолефиновой матрице, в результате чего наружная поверхность волокон по существу свободна от фибрилл.
В другом аспекте изобретение относится к пряже, имеющей улучшенные механические свойства и повышенную окрашиваемость. Пряжа включает приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефиновой непрерывной фазы и приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% прерывной фазы фибрилл, диспергированных в полиолефиновой непрерывной фазе, причем фибриллы получены из образующего фибриллы полимера, выбранного из группы, состоящей из полиамидных полимеров и полимеров на основе сложных полиэфиров. Полиолефиновая непрерывная фаза по существу свободна от фибрилл на ее внешней поверхности, пряжа является окрашиваемой реакционноспособными красителями, такими как кислотные или катионные красители, и пряжа проявляет остаточную деформацию приблизительно при 25°С ниже, чем приблизительно 3%.
В другом аспекте изобретение относится к способу улучшения механических свойств пряж, изготовленных из синтетических волокон при температуре выше, чем комнатная температура, включающему:
подачу смеси, содержащей приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера, приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% образующего фибриллы полимера и приблизительно от 0 до приблизительно 20 мас.% полиолефинового агента совместимости, выбранного из группы, состоящей из малеатированного полипропилена, малеатированного сополимера этилена/пропилена, малеатированного сополимера стирола/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера стирола/этилена/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера этилена/пропилена/диенового мономера (EPDM) и малеатированного каучука из этилена/пропилена (EPR), к экструдеру горячего расплава с образованием по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефина, образующего фибриллы полимера и агента совместимости;
выдавливание расплавленной смеси через фильеру при скорости сдвига, составляющей приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, причем фильера имеет отношение длины к диаметру (L/D), выбранное между 1 и 3 для достижения повышенной окрашиваемости волокон катионными красителями, и отношение L/D, выбранное между 3 и 30 для достижения повышенной окрашиваемости волокон красителями в растворе, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированного в полиолефиновой матрице.
Настоящее изобретение является усовершенствованием изобретения, описанного в родственных патентах США №№5587118, 5597650, 5620797 и 5811040 на имя Mallonee, в которых предложен способ смешения несмешиваемых полимеров для получения улучшенной пряжи для лицевой стороны ковров. Показано, что элементарные нити, изготовленные по изобретению, имеют по существу непрерывную полиолефиновую фазу и по существу прерывную фазу фибрилл, диспергированную в полиолефиновой фазе. Прерывная фаза фибрилл придает волокну для ковров на основе полиолефинов свойства типа полиамида и/или сложного полиэфира в терминах эластичности и цветостойкости, но без явных характерных недостатков материала, образующего фибриллы. То есть пряжа проявляет превосходные антизагрязняющие свойства полиолефина и его благоприятные свойства задерживать горение и антистатические свойства, но не проявляет недостатки обычных полиолефиновых волокон. Волокно имеет также меньшую стоимость при получении, чем многие полиамидные и сложные полиэфирные элементарные нити, так как полипропилен в настоящее время приблизительно до 60% дешевле на фунт, чем полиамид и приблизительно на 40% дешевле, чем сложный полиэфир.
Кроме указанных выше свойств, пряжа изобретения включает полиолефиновую матрицу и сложные полиэфирные фибриллы имеют матовое покрытие, таким образом снижающее необходимость добавления наполнителей, таких как диоксид титана, для снижения блеска пряжи, как это требуется для обычных полиамидных волокон для изготовления ковров.
Краткое описание графического материала
Дополнительные преимущества изобретения станут очевидными при помощи ссылки на подробное описание при рассмотрении в сочетании с фигурами, где ссылочные цифры указывают одинаковые элементы в нескольких видах и где:
Фиг.1 является иллюстрацией, но в другом масштабе, предпочтительной конфигурации отверстия фильеры для получения синтетических волокон по изобретению;
Фиг.2 и 3 являются иллюстрациями поперечного сечения, но в другом масштабе, имеющих форму трех выступов или дельта-форму синтетических волокон, изготовленных по изобретению;
Фиг.4 является графическим сравнением предела прочности на разрыв для волокон, изготовленных из отдельных полимеров и смесей полимеров;
Фиг.5 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, меньше, чем 3;
Фиг.6 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 3;
Фиг.7 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 6;
Фиг.8 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 15;
Фиг.9а представляет собой дискретное изображение образца ткани, изготовленной из общепринятой полиэфирной пряжи, после 2500 циклов обработки щеткой;
Фиг.9b представляет собой дискретное изображение образца ткани, изготовленной из общепринятой полиэфирной пряжи, после 10000 циклов обработки и
Фиг.10 представляет собой графическое сравнение механических свойств волокон, изготовленных по изобретению (кривые А и В) и чистых полиолефиновых волокон (кривые С и D) с термической обработкой (кривые В и D) и без термической обработки (кривые А и С).
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Синтетические волокна и пряжи, изготовленные по изобретению с использованием смеси несмешивающихся полимеров, предпочтительно, имеют величину денье на элементарную нить (dpf) приблизительно от 1 до приблизительно 30. Поскольку полиолефин и образующий фибриллы полимер, не смешиваемый с полиолефином, смешивают в расплаве и выдавливают через капиллярные отверстия фильеры в виде расплавленной смеси, каждая из полученных элементарных нитей содержит по существу такое же количество полиолефина и образующего фибриллы полимера, как и расплавленная смесь.
Полученные волокна характеризуются полиолефиновой матрицей с непрерывной фазой, имеющей диспергированные в ней по существу совместно линейные, прерывные удлиненные фибриллы на всем протяжении матрицы. Важным признаком синтетической пряжи на основе полиолефина настоящего изобретения является то, что она имеет эластичность, аналогичную эластичности полиамидной пряжи, такой как найлон 6 и найлон 66, однако имеет устойчивость к загрязнению полиолефиновой пряжи, такой как полипропилен. Кроме того, синтетическая пряжа данного изобретения имеет значительно более высокую окрашиваемость, огнестойкость и механическую прочность при температурах выше, чем комнатная температура, чем чистый или исходный полиолефиновый полимер. Наконец, синтетическая пряжа настоящего изобретения является устойчивой к образованию статических электрических зарядов, обычных для пряжи для ковров на полиамидной основе.
Для обеспечения подходящей смеси несмешиваемых полимеров для изготовления синтетических волокон и пряжи смесь, содержащую приблизительно от 55% до приблизительно 95 мас.% полиолефина, смешивают с образующим фибриллы полимером в количестве приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.%. Предпочтительно, чтобы смесь полиолефина и образующего фибриллы полимера, используемая для изготовления волокон и пряжи данного изобретения, содержала приблизительно от 60 до приблизительно 95 мас.%, более предпочтительно, приблизительно от 70 до приблизительно 85 мас.% и, наиболее предпочтительно, 75 мас.% полиолефина. Образующий фибриллы полимер, предпочтительно, присутствует в смеси в количестве, составляющем приблизительно от 5 до приблизительно 40 мас.%, более предпочтительно, приблизительно от 15 до приблизительно 30 мас.% и, наиболее предпочтительно, 25 мас.% полимера, образующего фибриллы.
Полиолефины, которые могут быть использованы для получения пряжи и волокон изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, полиэтилен, полипропилен, как гомополимер, так и сополимеры, поли-(1-бутен), поли-(3-метил-1-бутен), поли-(4-метил-1-пентен) и тому подобное, а также комбинации или смеси двух или более из перечисленных выше. Из указанных выше полиолефиновых полимеров особенно предпочтительным является полипропиленовый гомополимер. Полипропилен в массе, подходящий для получения пряжи изобретения, доступен от, но без ограничения указанными источниками, Shell Chemical Company of Houston, Texas, под торговыми знаками NRDS-126-3, 5E40 и 5Е70, Basell Polyolefins Company N.V. of Brussels, Belgium, под торговыми знаками MOPLEN X69S, ADSTIF 855 ADXP, X500251, ADFLEX X102S и Aristech Chemical Company of Pittsburgh, PA, под торговыми знаками D-115-F и D-080-А.
Образующий фибриллы полимер, смешанный с полиолефином для получения элементарных нитей, может быть выбран из группы, состоящей из полиамида и/или сложного полиэфира. Полиамидные полимеры, которые могут быть использованы, включают продукт конденсации двухосновной кислоты и диамина, таких как адипиновая кислота и гексаметилендиамин (найлон 66) и продукты реакции присоединения мономеров, содержащих как кислотную группу, так и аминогруппу в молекуле, такие как продукт полимеризации ε-капролактама с образованием поликапроамида (найлон 6). Могут быть также использованы более высокие аналоги или смеси найлонов 6 и 66. Из указанного выше найлон 6 является наиболее предпочтительным полиамидом для использования при получении пряжи лицевой стороны ковров настоящего изобретения. Подходящие источники полиамидных полимеров включают, но не ограничиваются перечисленным, полимеры найлон 6, доступные от AQUAFIL S.P.A. of Arco, Italy, под торговым знаком AQ2700 и от BASF Corporation of Asheville, N.C. под торговым знаком Type 403. Могут быть подходящими также другие источники полиамидного полимера.
Сложные полиэфирные полимеры, которые могут быть использованы для изготовления пряжи изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, продукты поликонденсации дикарбоновых кислот или их ангидридов с двухатомными спиртами и смеси продуктов поликонденсации. Дикарбоновые кислоты и их ангидриды, которые могут взаимодействовать с двухатомными спиртами, включают насыщенные или ненасыщеннные жирные кислоты и их ангидриды, такие как малеиновая, фумаровая, фталевая и адипиновая кислоты и ангидриды. Особенно предпочтительной дикарбоновой кислотой или ее ангидридом является фталевая кислота или ее ангидрид.
Двухатомные спирты, которые подвергают взаимодействию с дикарбоновыми кислотами или их ангидридами с получением полиэфирных полимеров, включают, но не ограничиваются перечисленным, алкиленгликоли, имеющие приблизительно от 2 до приблизительно 10 атомов углерода. Предпочтительные двухатомные спирты включают этиленгликоль, пропиленгликоли, диэтиленгликоль и дипропиленгликоль. Особенно предпочтительные продукты поликонденсации дикарбоновых кислот или их ангидридов и двухатомных спиртов включают полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и политриметилентерефталат.
Подходящим источником сложного полиэфирного полимера является полиэтилентерефталатный полимер, доступный от Wellman Corporation, of Johnsonville, C,C. под торговым знаком PERMACLEAR PET. Другие источники полиэфирного полимера, которые могут быть использованы, включают полибутилентерефталатный полимер, доступный от Montefibre of Milano, Italy, под торговым знаком TQ9/04/N и от BASF Corporation of Portsmouth, Virginia под торговым знаком ULTRADUR B 4500. Другим источником является политриметилентерефталат, доступный от Du Pont Company of Wilmington, Delaware под торговым знаком 3GT или SONORA и политриметилентерефталат, доступный от Shell Chemical Company под торговым знаком CORTERRA, а также другие подходящие источники.
Кроме полиолефина и образующих фибриллы полимеров, смесь может содержать приблизительно от 0 мас.% до 20 мас.% полиолефинового агента совместимости. Полиолефиновые агенты совместимости, которые могут быть использованы, могут быть выбраны из нескольких полиолефиновых полимеров, подвергнутых взаимодействию с кислотами или ангидридами, в том числе с фумаровой кислотой, акриловой кислотой или метакриловой кислотой, а также малеатированные полиолефины. Примеры малеатированных полиолефинов включают малеатированный полипропилен, малеатированный сополимер этилена-пропилена, малеатированный сополимер стирола-бутадиена-стирола, малеатированный сополимер стирола-этилена-бутадиента-стирола, малеатированный этилен-пропиленовый каучук (EPR), малеатированный этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM) и их смеси. Источники малеатированных полиолефинов включают, но не ограничиваются перечисленным, POLYBOND 3200, доступный от Uniroyal Chemicals of Middleburg, Connecticut, и EPOLENE E-43, доступный от Eastman Chemical Company of Kingsport, Tennessee.
Синтетическая пряжа изобретения может содержать также любую одну или несколько добавок, выбранных из антипиренов, красителей, пигментов, антиоксидантов, наполнителей, антистатических агентов, веществ для улучшения технологических свойств расплава, УФ-стабилизаторов, термических стабилизаторов, пластификаторов и тому подобное. Особенным преимуществом изобретения является синергическое замедление возгорания пряжи и волокон. Даже если элементарные нити пряжи могут содержать негалогенированный, образующий фибриллы полимер и не содержат антипирены, пряжи по изобретению могут проявлять приблизительно от 45 до приблизительно 75% повышение замедления возгорания относительно чистой полиолефиновой пряжи. Чтобы далее увеличить замедление возгорания синтетической пряжи изобретения образующий фибриллы полимер может быть галогенированным. Например, одна или обе из дикарбоновой кислоты или ее ангидрида и двухатомных спиртов, используемых для получения полиэфирного полимера, могут быть галогенированными. Галогены, которые могут быть использованы, включают хлор, бром и фтор. Если нужно, галогенированные полиэфирные соединения, полученные из галогенированных кислот или спиртов, можно также смешать с другими хорошо известными галогенированными и негалогенированными антипиренами для дальнейшего повышения замедления возгорания волокон и пряжи изобретения.
При желании, смесь полиолефин/образующий фибриллы полимер изобретения может содержать также другие антипирены. Антипирены, подходящие для использования с одним или обоими компонентами смеси, включают, но не ограничиваются перечисленным, бромированный полистирол, гексабромциклододекан, декабромдифенилоксид, этиленбис(тетрабромфталимид), этиленбис(дибромнорборандикарбоксамид), пентабромдифенилоксид, октабромдифенилоксид, декабромдифеноксиэтан, полидибромфениленоксид, галогенированный фосфатный эфир, тетрабромфталевый ангидрид, бис(трибромфталевый ангидрид), тетрабромбисфенол-А, бис-(2-гидроксиэтиловый эфир), тетрабромбисфенол-А, бис-(2,3-дибромпропиловый эфир), дибромнеопентилгликоль, тетрадекабромдифеноксибензол, тригидратрованный оксид алюминия, оксид сурьмы, антимонат натрия, борат цинка, диакрилатный эфир тетрабромбисфенола-А и тому подобное и их смеси.
Предпочтительная система замедления возгорания обычно содержит галогенированное органическое соединение и синергист замедления возгорания, такой как оксид сурьмы. Общее количество антипирена в пряже может составлять приблизительно от 5 до приблизительно 15 мас.% общей массы волокон. Приблизительно при 10 мас.% антипирена часто наблюдается приблизительно 50% повышение замедления возгорания, как определено испытанием на замедление возгорания с панелью излучателя.
Термические стабилизаторы, полезные с используемыми компонентами для получения волокон изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, кальцевые порошки, стеарат кальция, фенолы и затрудненные фенолы, оксид цинка, ариловые сложные эфиры, гидроксибензофенон, гидроксибензотриазол и тому подобное.
Добавки-антиокислители могут быть выбраны из алкилированных фенолов и бисфенолов, алкилиденбисфенолов, алкилидентрисфенолов, алкилиденполифенолов, тиофенолов, дитиобисфенолов, дитиотрисфенолов, тиополиалкилированных фенолов, продуктов конденсации фенолов, аминов, дилаурилтиодипропионата, дистеарилтиодипропионата, димиристилтиодипропионата, дитридецилтиодипропионата, тетракис(β-лаурилтиопропионата) пентаэритрита, п-бензохинона, 2,5-ди-трет-бутилгидрохинона и тому подобное.
Могут также быть использованы антибактериальные добавки и добавки против клещей пыли. Среди них могут быть выбраны неорганические, имеющие стеклянную фазу добавки или добавки на основе цеолитов. Могут быть также использованы другие типы антибактериальных добавок и добавок против клещей пыли.
Полиолефин, образующий фибриллы полимер и необязательные добавки могут быть объединены различными путями, однако предпочтительным является сухое смешивание компонентов перед подачей смеси к экструдеру. В альтернативном варианте каждый из полиолефина, компонентов-полимеров, образующих фибриллы, и необязательных ингредиентов могут быть введены непосредственно в экструдер в любом порядке, при условии, что время пребывания в экструдере является достаточным, чтобы гарантировать по существу гомогенное смешивание компонентов. Должно быть понятно, что предварительно смешанная, по существу гомогенная смесь полиолефина и образующего фибриллы полимера может также быть введена в экструдер.
Что касается образующего фибриллы полиэфирного полимера, после объединения, смесь полиолефина и полиэфира смешивают в расплаве и экструдируют под давлением с получением по существу гомогенной смеси двух компонентов. Давление, составляющее приблизительно от 700 до приблизительно 2000 фунт/кв. дюйм (приблизительно от 4,8 МПа до приблизительно 13,8 МПа), предпочтительно, используют для получения гомогенной смеси компонентов перед экструзией. Расплавленную смесь выдавливают из фильеры экструдера при температуре в диапазоне от 240°С до приблизительно 300°С через фильерные отверстия. Используемая температура экструдера является функцией вязкости образующего фибриллы полимера в смеси. Когда образующий фибриллы полимер имеет более высокую вязкость, должны быть использованы более высокие температуры экструзии. Например, при использовании найлона 6 температура экструзии, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 250°С до приблизительно 290°С. При использовании полиэтилентерефталата температура экструзии, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 260°С до приблизительно 300°С.
Нижеследующие фигуры могут быть использованы для иллюстрации других аспектов изобретения. На фиг.1 иллюстрировано капиллярное отверстие (10) для фильеры, используемое для получения элементарных нитей для изготовления волокон и пряжи по данному изобретению. Капиллярное отверстие имеет, предпочтительно, капиллярную конфигурацию с тремя выступами. Капиллярное отверстие (10) имеет выступы (12) по существу равной длины, так что расплавленная смесь течет через капиллярное отверстие (10) в выступы (12), тем самым повышая скорость смещения на расплавленной смеси и заставляя элементарную нить затвердевать по существу обычно в конфигурации с поперечным сечением с тремя выступами (14), как показано на фиг.2, или конфигурации с поперечным сечением в форме дельты (16), как показано на фиг.3. На фиг.2 и 3 полиолефин (18) образует объем элементарной нити с удлиненными, продольно ориентированными фибриллами (20), сделанными образующим фибриллы полимером, диспергированным в элементарной нити, и обычно концентрированными по направлению к центру элементарной нити.
Скорость сдвига расплавленной смеси во время экструзии является другим важным фактором в практике настоящего изобретения для достижения оптимальных результатов. Предпочтительными являются скорости сдвига в диапазоне приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд. Особенно предпочтительной является скорость сдвига в диапазоне приблизительно от 2000 до приблизительно 4000 обратных секунд, причем особенно предпочтительной является скорость сдвига приблизительно от 2500 до приблизительно 3800 обратных секунд. Посредством выбора множества капиллярных отверстий подходящего размера, имеющих форму с тремя выступами, может быть достигнута требуемая скорость сдвига для экструзии смеси.
Особенно важным параметром, который нужно принимать во внимание, является отношение высоты или длины (L) отверстия капилляра к среднему гидравлическому диаметру (D) капилляра 10, через который принуждают проходить расплавленную смесь. Предпочтительное отношение L/D находится в диапазоне приблизительно от 3 до приблизительно 30, в зависимости от вязкости расплава полиолефина и образующего фибриллы полимера и от скорости сдвига в отверстии капилляра 10. Для минимализации или по существу исключения присутствия фибрилл на внешней поверхности, предпочтительно, используют отношение в диапазоне приблизительно от 6 до приблизительно 10. Реакционная окрашиваемость волокон с использованием кислотных или катионных красителей может быть повышена посредством использования отношения L/D, составляющего приблизительно от 1 до приблизительно 3. В соответствии с этим, подходящим образом выбранное отношение L/D повышает концентрацию образующего фибриллы полимера внутри полиолефиновой матрицы и снижает средний диаметр фибрилл.
Не претендуя на конкретную теорию, считают, что свойства волокон и пряжи изобретения обусловлены, по меньшей мере, частично, образованием in-situ удлиненных, по существу прерывных фибрилл в непрерывной полиолефиновой фазе. Считается, что образование фибрилл in-situ промотируется несмешиваемостью средний диаметр фибрилл.
Не претендуя на конкретную теорию, считают, что свойства волокон и пряжи изобретения обусловлены, по меньшей мере, частично, образованием in-situ удлиненных, по существу прерывных фибрилл в непрерывной полиолефиновой фазе. Считается, что образование фибрилл in-situ промотируется несмешиваемостью компонентов смеси друг с другом и силой сдвига, воздействующей на расплавленную смесь, когда ее выдавливают через капиллярные отверстия 10 фильеры. Присутствие полиолефинового агента совместимости помогает повысить формуемость и механическую прочность границы между полиолефиновой матрицей и несмешиваемым полимером.
Во время экструзии образуемые полимером фибриллы концентрируются обычно с продольной, установленной в линию ориентацией по направлению к центру капиллярных отверстий 10 фильеры, где сила смещения наименьшая. В результате удлиненные фибриллы диспергируются в непрерывной полиолефиновой фазе, которая концентрируется около стенок отверстий капилляров фильеры, где сила смещения наибольшая. Полиамидные и/или полиэфирные фибриллы и/или фибриллы других полимеров, не смешиваемых с полиолефином, которые образуются силами сдвига, связанными с прохождением материала через отверстия капилляров 10, имеют диаметр в диапазоне от доли микрона до нескольких микрон и длину несколько десятков микронов, тогда как относящаяся к поперечному сечению общая длина каждой стороны содержащих фибриллы элементарных нитей с формой, имеющей три выступа, или дельта-формой, может составлять приблизительно от 1 до приблизительно 3 миллиметров. Фибриллы обычно имеют средний диаметр приблизительно от 0,1 до приблизительно 5 микрон и среднюю длину, составляющую приблизительно от 100 до приблизительно 1000 микрон, в зависимости от отношения вязкости и параметров формования.
Хотя феномен не является полностью понятым, полиолефин превращается в непрерывную фазу, обеспечивая матрицу, капсулирующую полимерные фибриллы. Полимерные фибриллы обеспечивают упрочнение полиолефиновой матрицы, подобное упрочнению, обеспечиваемому стекловолокном в термопластичной или термореактивной смоле. В соответствии с этим, полимерные фибриллы, которые являются более эластичными, чем полиолефин, повышают эластичность пряжи и волокон по сравнению с обычными полиолефиновыми волокнами и пряжей, предоставляя тем самым превосходный материал для изготовления пряжи BCF,CF, применяемой в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, пряжи POY, FDY или LDY, применяемой в качестве пряжи для текстиля, пряжи для обивочного материала или штапельную пряжу.
Считается, что другим фактором, вносящим вклад в образование фибрилл в центре элементарной нити, является разность в вязкости расплава между фазами полиолефина и образующего фибриллы полимера. Обычно более низкая вязкость расплава полиолефина может заставить полиолефин протекать значительно более легко через отверстие капилляра 10 у стенок отверстия, где скорость смещения самая высокая, тогда как более вязкий, образующий фибриллы полимер концентрируется на площади отверстия капилляра 10 вдали от стенок. Например, при скорости сдвига 3800 обратных секунд полипропилен имеет вязкость расплава 240 пуаз при 280°С у стенки капилляра. Вязкость расплава при такой же температуре и скорости сдвига для сложного полиэфира, имеющего характеристическую вязкость 0,64, составляет 2600 пуаз и 7800 пуаз для полиэфира, имеющего характеритическую вязкость 0,81 при 280°С. В соответствии с этим, отношение вязкости расплава полиэфирного полимера к вязкости расплава полиолефина, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 10:1 до приблизительно 40:1 для получения элементарных нитей изобретения, содержащих полиэфирные фибриллы в полиолефиновой матрице.
При скорости сдвига 2500 обратных секунд полипропилен имеет вязкость расплава 330 пуаз при 260°С у стенки капилляра. Вязкость расплава для такой же температуры и скорости сдвига для найлона 6, имеющего относительную вязкость 2,4, составляет 700 пуаз и 1160 пуаз для найлона 6, имеющего относительную вязкость 2,7. В соответствии с этим, отношение вязкости расплава полиамидного полимера к вязкости расплава полиолефина находится, предпочтительно, в диапазоне приблизительно от 2:1 до приблизительно 3:1 для получения элементарных нитей, содержащих полиамидные фибриллы в полиолефиновой матрице.
После формования элементарные нити вытягивают один или несколько раз, предпочтительно, три раза и затем текстурируют либо соплом с горячим воздухом, либо паровым эжектором. Формование, вытягивание и текстурирование можно проводить как одностадийным, так и двустадийным способом, в зависимости от типа требуемого конечного продукта, подобного пряже BCF (объемная непрерывная пряжа, используемая для производства ковров), CF (непрерывная пряжа, используемая для производства ткани и обивочного материала), применяемой в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, пряже POY (предварительно ориентированная пряжа, используемая для получения полностью ориентированной пряжи), FDY (полностью ориентированная пряжа), применяемой в качестве пряжи для текстиля, пряже для обивочного материала или штапельной пряже, и с параметрами, установленными в зависимости от используемого определенного для целей получения окрашенной пряжи для лицевой стороны ковров компоненты, которые объединяют для получения пряжи изобретения, могут, каждый, содержать пигменты или химические красители, или готовые пряжи или волокна могут быть окрашенными. Пригодные неорганические пигменты включают, но не ограничиваются перечисленным, кадмиевую ртуть, кадмиевую ртуть оранжевую, сульфид кадмия желтый, сульфоселенид кадмия, диоксид титана, титановый желтый, титановый зеленый, титановый синий, алюминат кобальта, марганцевый синий, марганцевый фиолетовый, ультрамарин красный, ультрамарин синий, ультрамарин фиолетовый и тому подобное. Органические пигменты включают, но не ограничиваются перечисленным, перманентный красный 2В, периленовый красный, хинакридоновый красный, диазооранжевый, отиазожелтый, изоиндолинон, ганза желтый, фталоцианин зеленый, фталоцианин синий, хинакридон фиолетовый, допамин фиолетовый и тому подобное.
Химические красители включают, но не ограничиваются перечисленным, моно- и дисульфированные кислотные красители, а также трифенилметановые, пиразолоновые, азиновые, хинолиновые красители и нитрокрасители. При использовании пигментные красители могут быть предварительно диспергированы в полиолефиновой ванне перед экструзией полиолефина и образующего фибриллы полимера или могут быть введены после процесса экструзии с использованием системы бокового экструдера.
Так как элементарные нити из чистого полиолефина не могут обычно быть окрашены химическими кислотными или катионными красителями, пигментные красители обычно используют во время изготовления пряжи, получая при этом полиолефин, окрашенный способом, известным как «крашение в растворе». Крашение в растворе приводит к получению стойкого цвета, который очень устойчив к загрязнению или выцветанию вследствие УФ-лучей.
В противоположность обычным полиолефиновым волокнам и пряжам, волокна и пряжи изобретения можно окрашивать дисперсными красителями помимо использования пигментных красителей во время изготовления, и после окрашивания волокна и пряжи изобретения, как было обнаружено, проявляют свойства устойчивости к загрязнению, аналогичные чистым полиолефиновым волокнам и пряжам.
Кроме того, когда образующий фибриллы полимер, используемый с полиолефином для получения элементарных нитей, является полиамидом, пряжа по изобретению имеет улучшенную окрашиваемость кислотным красителем, цветостойкость и устойчивость к загрязнению, а также имеет улучшенную окрашиваемость катионным красителем, цветостойкость и устойчивость к загрязнению. Однако предпочтительным является использование смеси кислотного красителя и дисперсного красителя для окрашивания элементарных нитей. Смесь красителей может содержать от 0 до приблизительно 50 процентов дисперсного красителя и приблизительно от 50 до приблизительно 100 процентов кислотного красителя. Особенно предпочтительным красителем является смесь приблизительно 50 мас.% кислотного красителя и приблизительно 50 мас.% дисперсного красителя. Когда используемым полимером является сложный полиэфир, предпочтительно используют дисперсный краситель. Дисперсные красители обычно используют с жидкостью-носителем, которая является совместимой с конкретным красителем, подходящие жидкости-носители являются известными для специалиста в данной области. Количество красителя в жидкости-носителе, используемой для крашения элементарных нитей, может составлять приблизительно от 0,15 до приблизительно 0,7 мас.% красителя и жидкости-носителя, предпочтительно, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 мас.% красителя и жидкости-носителя.
Для крашения элементарных нитей одинарные нити, предпочтительно, сначала промывают горячей водой, обычно содержащей приблизительно 0,5 мас.% основания, такого как NaOH, KOH или NH3OH. Температура горячей воды для промывки составляет приблизительно от 60°С до приблизительно 80°С, и вода должна быть достаточно горячей для удаления любых остаточных масел отделки, которые могут быть на элементарных нитях.
После промывания элементарные нити, предпочтительно, окрашивают в красильной ванне при температуре приблизительно от 90°С до приблизительно 100°С в течение, по меньшей мере, 15 минут или дольше. Волокно или пряжа, изготовленная из смеси полиолефин/сложный полиэфир, может быть окрашена с использованием приблизительно от 0,2 до приблизительно 0,6 мас.% дисперсного красителя при такой же температуре и давлении или при температуре, составляющей приблизительно от 115°С до приблизительно 120°С, при поддержании красителя при слабом давлении.
Когда используют образующий фибриллы полиамидный базовый полимер или любой другой полимер, содержащий реакционноспособные группы, подобные аминогруппе -NH2 или группе -СООН, полиолефиновую базовую синтетическую пряжу изобретения можно окрашивать кислотными или катионными реакционноспособными красителями с дисперсными красителями или без них, с использованием систем высокого давления с давлениями, составляющими приблизительно от 1 до приблизительно 5 бар. В данном случае можно получить очень стабильную окраску, устойчивую к действию промывания, шампуня, УФ-света и озона, в случае волокон и пряж, подвергнутых действию температур приблизительно до 100°С.
Различные признаки и аспекты изобретения теперь будут иллюстрированы со ссылкой на следующие неограничивающие примеры.
Пример 1
Два типа полипропиленового полимера оценивали в сухой смеси, содержащей 15 мас.% гранул найлона 6, имеющего относительную вязкость 2,7 (типа BS-700 от BASF Corporation) и 85 мас.% гранул полипропилена, имеющего индекс расплава 20 (5-1466 из Union Carbide Corporation), и гранул полипропилена, имеющего индекс расплава 9 (5Е40 из Union Carbide Corporation). Гранулы 5Е40 имели коэффициент кристалличности 50-55%. Сухую смесь подавали из сырьевого бункера непосредственно в экструдер горячего расплава 1° дюйма, где получали гомогенную расплавленную смесь. 85 мас.% полипропиленовая часть состояла из 4 мас.% концентрата бежевого красящего вещества (SCC 13524 от Standridge Color Corporation) и 2 мас.% привитого малеинового ангидрида (POLYBOND 3200 от Uniroyal Chemical Company). Расплавленную смесь затем перекачивали через блок сит для удаления любых частиц, больше чем 20 микрон. Пропущенную через сито смесь выдавливали через фильеру, имеющую 67 капиллярных отверстий формы с тремя выступами, чтобы получить элементарные нити. Каждый капилляр с тремя выступами имел длину выступа 0,0205 дюйма и ширину выступа 0,008 дюйма. Скорость экструзии была 0,25 фунта в час на отверстие капилляра при 260°С, в результате чего получали скорость смещения 3245 обратных секунд. Пряжу для ковров пряли из образованных таким образом элементарных нитей одностадийным способом. Формование-вытяжку проводили с использованием условий экструзии найлона 6 при 1200 м/мин. Элементарные нити, имеющие форму с тремя выступами, пряли при 3900 денье на 67 элементарных нитей при температуре 256°С. Пряжу вытягивали три раза при 125°С и текстурировали через сопло с горячим воздухом при 150°С. Вытягивание давало текстурированную пряжу, имеющую 1150 денье на 67 элементарных нитей. Отношение релаксации было 0,71:1 и целевым денье после вытягивания было 1150 на 67 элементарных нитей. Физические свойства пряж, изготовленных по данному способу, и сравнительных пряж даны в следующей таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| № опыта | Описание | Денье | Предел прочности на разрыв | Удлинение при разрыве (%) | Масса (%) (125°С) | |
| г/денье | г/dtex | |||||
| 1 | Контроль РР (5Е40) | 1152 | 2,7 | 2,40 | 122 | 21 |
| 2 | Контроль РР (5-1466) | 1148 | 2,5 | 2,25 | 115 | 17 |
| 3 | 85 мас.% РР (5-1466) 15 мас.% РА (BS-700) | 1147 | 2,5 | 2,25 | 64 | 16 |
| 4 | 85 мас.% РР (5Е40) 15 мас.% РА (BS-700) | 1145 | 2,8 | 2,50 | 74 | 18 |
| 5 | Контроль РА (BS-700) | 1149 | 3,2 | 2,90 | 88 | 17 |
Как показано в указанных выше примерах, смеси полипропилена и найлона проявляли по существу более слабое удлинение, чем чистые полимеры либо полипропилена, либо найлона, тогда как другие свойства волокон были по существу одинаковыми. Волокно, изготовленное с найлоном 6 и полипропиленом, имеющее индекс расплава 9, проявляло самый высокий предел прочности на разрыв и удлинение при разрыве смешанных полимеров.
Пример 2
Пряжи для лицевой стороны ковров получали из волокон, образованных в примере 1. Для получения пряжи, подходящей для лицевой стороны ковров, элементарные нити смеси полиолефин/найлон (РР/РА) с 1150 денье скручивали и подвергали термической усадке. Скручивание элементарных нитей было 4,25Ч4,25 tpi (число кручений на дюйм) и пряжу подвергали термической усадке на камере для придания волокну извитости SUPERBA при туннельной температуре 132°С для полипропиленового контрольного образца и 121°С для найлонового контрольного образца.
После скручивания и термической усадки пряжу изобретения прошивали на широком ткацком станке в разрезном ворсе 28 унций, имеющем 24 шва и высоту ворса 21/32 дюйма. Оценку полового покрытия проводили после 20000 проездов.
| Таблица 2 | ||
| № опыта | Описание | Оценка полового покрытия |
| 1 | Контроль РР (5Е40) | 2,00 |
| 2 | Контроль РР (5-1466) | 1,75 |
| 3 | 85 мас.% РР (5-1466) 15 мас.% РА (BS-700) | 2,25 |
| 4 | 85 мас.% РР (5Е40) 15 мас.% РА (BS-700) | 3,25 |
| 5 | Контроль РА (BS-700) | 2,75 |
Как показано указанными выше сравнениями, ковер, полученный из волокон РР/РА, проявлял оценку как половое покрытие Carpet Research Institute (CRI) на 29-62% лучше, чем пряжа из чистого полипропилена, и в опыте 4 проявлял оценку как половое покрытие на 18% лучше, чем пряжа из чистого найлона.
Пример 3
Были проведены испытания на формование с использованием нескольких типов полипропилена (РР), а именно UC 1465 и UC 5Е40 из Union Carbide и ХА16 из Amoco. Выбранный полипропилен и найлон 6 с относительной вязкостью 2,7 (AQ 27000 из Aquafil) по отдельности подавали из двух загрузочных ящиков в экструдер оборудования для формования с целью получения пряжи BCF для лицевой части ковров. Агент совместимости на основе полипропилена, содержащий малеиновый ангидрид, предварительно сшитый с молекулой полипропилена (РР-АМ), вводили при помощи третьего загрузочного ящика в систему экструзии. Во время испытаний использовали стандартный шнек с зоной гомогенизации Barmag.
Использовали фильеру с 64 отверстиями, имеющими отношение L/D 3, со скоростью смещения у капилляра приблизительно 2900 обратных секунд. Смесь полимеров приводится в таблице 3. До подачи в экструдер как найлон 6 (РА6), так и РР-АМ сушили. Содержание влаги в РА6 было менее, чем приблизительно 500 частей на миллион (млн-1), а именно 300 частей на миллион.
Экструзию проводили в шнеке с зонной гомогенизацией 21/2 дюйма. Расплавленную смесь перекачивали в блок сит для удаления любых частиц, больших, чем 30 микрон. Просеянную смесь выдавливали через фильеру с 64 отверстиями с тремя выступами. Пряжу затем вытягивали с коэффициентом удлинения 4 и текстурировали горячим воздухом при 130°С. Обработку проводили при скорости вытягивания 2200 м/мин. Конечный номер пряжи был 1330 dtex. Свойства пряжи приводятся в следующей таблице 3 и предел прочности на разрыв иллюстрируется на фиг.4.
| Таблица 3 | ||||||
| Тип полимера | РР (мас.%) | РА6 (мас.%) | РР-АМ (мас.%) | Предел прочности на разрыв (г/dtex) | Удлинение при разрыве (%) | Масса (воздуха, 130°С) |
| AQ2700 | 0 | 100 | 0 | 2,63 | 66 | - |
| РР А (UC 1465) | 100,0 | 0 | 0 | 1,55 | 115 | 12,1 |
| РР А (UC 1465) | 82,3 | 15 | 2,8 | 1,80 | 65 | 8,9 |
| РР В (UC 5E40) | 100,0 | 0 | 0 | 2,15 | 66 | - |
| РР В (UC 5E40) | 83,0 | 15 | 2 | 2,35 | 55 | |
| РР В (UC 5E40) | 84,0 | 15 | 1,0 | 2,36 | 47 | - |
и РР и различных номеров пряжи. Результаты показаны в следующей таблице 4.
| Таблица 4 | |||||||
| № опыта | Номер пряжи (den.tex) | РР (мас.%) | РА6 (мас.%) | РР-АМ (мас.%) | Предел прочности на разрыв (г/dtex) | Удлинение при разрыве (%) | Масса (воздух, 130°С) |
| 1 | 1330 | 100 | 0 | 0 | 2,20 | 96 | 13,1 |
| 2 | 1330 | 83 | 15 | 2 | 2,45 | 60 | 9,3 |
| 3 | 1330 | 100 | 0 | 0 | 2,20 | 96 | 13,1 |
| 4 | 1330 | 83 | 15 | 2 | 2,45 | 60 | 9,3 |
| 5 | 1020 | 85 | 15 | 2 | 2,35 | 74 | 10,1 |
| 6 | 1729 | 83 | 15 | 2 | 2,35 | 57 | 10,2 |
| 7 | 1330 | 78 | 20 | 2 | 2,35 | 58 | 9,6 |
| 8 | 1330 | 73 | 25 | 2 | 2,30 | 56 | 9,5 |
| 9 | 1330 | 63 | 35 | 2 | 2,20 | 61 | 9,2 |
Указанные выше результаты показывали, что физические свойства пряжи, изготовленной по данному изобретению, не изменяются значительно с изменением концентрации компонентов. Смеси, показанные в таблице 4, показывают применимость пряжи, изготовленной по настоящему изобретению в пределах широкого диапазона композиций.
Пример 5
Чтобы оценить эффективность синтетической пряжи, в качестве пряжи для лицевой стороны ковров изготовили пряжу с воздушными переплетениями 1330/64Ч2. Пряжу прошивали на машине для выработки прошивных ковров 1/10 дюйма с высотой ворса 5 мм и двумя различными конструкциями, чтобы достичь плотности ворса 450 и 550 г/м2. Ковер окрашивали в ванне с использованием дисперсных красителей (дисперсные красители Dystar) и испытывали по способу касторового стула и способу испытания прочности в барабане Веттермана. Испытание по способу испытания прочности в барабане Веттермана проводили имитацией испытания на износ по ASTM D5417. Степень износа, проявляемую образцами, определяли визуальной оценкой относительно фотографических стандартов износа от The Carpet and Rug Institute (CRI Reference Scale, доступен от CRI, P.O. Box 2048, Dalton, Ga., USA). Каждый из обычных типов конструкции ковров имеет соответствующий комплект фотографических примеров неизношенных и изношенных образцов. Уровни износа составляли от 5 до 1, где 5 представляет собой отсутствие видимого износа и 1 представляет собой значительный износ.
Результаты испытания касторового стула и испытания на барабане Веттермана определяли на коврах 450 и 550 г/м2, изготовленных с пряжей, полученной по данному изобретению, по сравнению с ковром, изготовленным с использованием пряжи из 100 мас.% найлона 6 (РА) и пряжи из 100 мас.% РР, имеющих одинаковые характеристики. Результаты представлены в таблице 5 как функция плотности ковра и типа полимера.
| Таблица 5 | ||||||
| Полимер | 100 мас.% РА | 100 мас.% РР | 85 мас.% РР 15 мас.% РА | |||
| Плотность ворса ковра (г/м2) | 450 | 550 | 450 | 550 | 450 | 550 |
| Веттерман Уровень износа 5000 | 2,5 | 3 | 2 | 2 | 2,5 | 2,5 |
| Веттерман Уровень износа 22000 | 2,5 | 2,5 | 1,5 | 2 | 2 | 2 |
| Касторовый стул Уровень износа итоговый | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 |
Как показано указанными выше сравнениями, пряжа, изготовленная по настоящему изобретению, проявляет поведение износа, которое лучше, чем поведение износа ковра из пряжи чистого РР и сравнимо с поведением износа ковра из пряжи чистого найлона 6.
Пример 6
Формование смеси, содержащей 20 мас.% найлона 6 и 3 мас.% агента совместимости, проводили с использованием различных фильер, характеризующихся отношениями L/D, составляющими от 2 до 15. Фильеры были изготовлены различных размеров, чтобы поддерживать постоянную скорость сдвига приблизительно 2900 обратных секунд. Характеристики формования пряжи BCF 1330 dtex/64 элементарные нити были сходными с характеристиками примера 3.
После формования проводили металлографический анализ для оценки распределения найлона 6 в элементарных нитях. Поверхность элементарных нитей анализировали с использованием сканирующего электронного микроскопа Jeol (SEM) в лабораториях университета Тренто в Италии до и после их погружения в уксусную кислоту, чтобы удалить найлон 6 на наружной поверхности пряжи. Микрофотографии, обозначенные фиг. 5-8, показывают количество найлона 6, присутствующего на наружной поверхности элементарных нитей и доступного для общего загрязнения или загрязнения в виде темных областей или отверстий, где найлон 6 растворялся кислотой с поверхности элементарных нитей для каждого из использованных отношений L/D.
Результаты анализа, проведенного на пряже BCF, полученной соответственно с использованием отношений L/D 2, 3, 6, 15, показали, что значительное количество полимера найлона 6 присутствовало на наружной поверхности элементарных нитей для отношения L/D меньше, чем 3. При отношении L/D 3 или выше поверхность элементарных нитей по существу лишена найлона 6.
Пример 7
Формование смеси проводили в соответствии с примером 3, но пряжа имела дельта-форму поперечного сечения, а не поперечное сечение с тремя выступами. Ванну для крашения на основе полипропилена использовали для получения раствора окрашенной пряжи. Использовали концентраты как бежевого, так и черного красящего вещества. Смесь имела следующий состав: 72 мас.% полипропилена (РР), 20 мас.% найлона 6 (РА6), 6 мас.% полипропилена с привитым малеиновым ангидридом (РР-АМ), 2 мас.% концентрата красящего вещества. Пряжу BCF экструдировали формованием через фильеру с отверстиями с поперечным сечением дельта-формы. Скорость сдвига внутри многоканального экструдера была 2900 обратных секунд и отношение L/D многоканального экструдера было равно 3. Скорость формования-вытягивания была 2500 м/мин. Текстурирование горячим воздухом проводили при 130°С. Степень вытяжки была 4,5. После формования полученная пряжа имела номер 650 dtex с 30 элементарными нитями. Пряжа имела предел прочности на разрыв 3,35 г/dtex (3,7 г/денье) с удлинением при разрыве 45% и повышение в пределе прочности на разрыв 15% по сравнению со 100 мас.% РР.
Пряжу окрашивали с использованием машины Ahiba дисперсным красителем при 95°С в течение 30 минут. Затем определяли цветостойкость после промывания. Промывание проводили в течение 30 минут с использованием водного раствора с коммерческим шампунем при рН 7. Регистрировали температуру, при которой цвет начинал изменяться. Результаты показали, что только слабое изменение цвета имело место при промывании при температурах до 85°С.
Пример 8
Формование смеси проводили по описанию примера 7 для получения окрашенной в растворе пряжи. Использовали концентраты как бежевого, так и черного красителя. Смесь имела следующий состав: 72 мас.% РР, 20 мас.% РА6, 6 мас.% РР-АМ, 2 мас.% концентрата красителя. Пряжу BCF экструдировали через фильеру с отверстиями, имеющими в поперечном сечении дельта-форму. Скорость сдвига внутри фильеры была 2900 обратных секунд и отношение L/D фильеры было равно 3. Скорость формования-вытягивания была 2500 м/мин. Текстурирование горячим воздухом проводили при 130°С. Степень вытяжки была 4,5. После формования полученная пряжа имела номер пряжи 650 dtex с 30 элементарными нитями.
Пряжа имела предел прочности на разрыв 3,05 г/dtex (3,4 г/денье) с удлинением при разрыве 45% и повышением в пределе прочности на разрыв 15% по сравнению со 100 мас.% РР.
Пряжу ткали для использования в качестве обивочного материала, половых покрытий, ткани для обивки сидений, ткани для отделки, панелей. Было изготовлено несколько тканей с различной плотностью как функцией конечного применения.
Получали характеристику износостойкости ткани с плотностью 11,6 нитей/см, общей плотностью 454 г/м2; содержание основы было 46,6% с сохраняемой плотностью по утку 53,3%. Испытание прочности на истирание ткани проводили с использованием найлоновой щетки с усилием 0,8 кг/см2 и данные сравнивали с прочностью стандартной ткани на основе сложного полиэфира с использованием такой же плотности после такого же типа испытания. Испытание полиэфирной ткани останавливали после 2500 циклов и после 10000 циклов для заявленной ткани. Результаты представлены на фиг.9а (полиэфирная ткань после 2500 циклов чистки щеткой) и фиг.9b (ткань изготовлена с волокном по примеру 8 после 10000 циклов чистки щеткой).
Пример 9
Заявленную синтетическую пряжу изготовляли на оборудовании формования POY. Смесь 83 мас.% РР, 15 мас.% РА6, 2 мас.% РР-АМ предварительно смешивали и пропускали в экструдер после сушки до содержания влаги ниже 300 м.д. Формование проводили при трех скоростях (2000, 2500 и 3000 м/мин). Было получена пряжа 100/24 POY. Полученные в результате механические свойства POY представлены в нижеследующей таблице. После формования получали FDY. Применяли коэффициент вытягивания 1,374 с использованием температуры прядильного диска 60°С. Результаты представлены в таблице 6.
| Таблица 6 | |||
| Скорость формования POY | 2000 м/мин | 2500 м/мин | 3000 м/мин |
| POY dtex | 99,9 | 99,6 | 99,1 |
| Предел прочности на разрыв POY - cN/dtex | 1,22 | 1,33 | 1,49 |
| Удлинение при разрыве POY-% | 279,31 | 249,46 | 214,77 |
| Степень вытяжки 1,374 | |||
| FDY dtex | 75,5 | 77,1 | 78,3 |
| Предел прочности на разрыв FDY - cN/dtex | 1,66 | 1,67 | 1,85 |
| Удлинение при разрыве FDY-% | 186,2 | 168,9 | 152,9 |
| Степень вытяжки 1,741 | |||
| FDY dtex | 56 | 57,1 | 57,9 |
| Предел прочности на разрыв FDY - cN/dtex | 2,23 | 2,43 | 2,75 |
| Удлинение при разрыве FDY-% | 74,3 | 68,7 | 64,3 |
Эффективность заявленной синтетической пряжи в терминах эластичности и механических свойств как функцию температуры характеризовали при высоких температурах и сравнивали с эффективностью такого же волокна, полученного с использованием 100 мас.% РР. Испытывали также влияние тепловой обработки. Эластичность пряжи оценивали с использованием лабораторных испытаний приданием пряже деформации и оценкой ее способности возвращаться к прежнему состоянию после удаления нагрузки. Испытания проводили при комнатной температуре и при высоких температурах. В испытаниях, проведенных с использованием динамической аппаратуры в University of Trento, Department of Materials, максимальную деформацию 16 мм налагали на пряжу с частотой 5 Гц. Для испытания пряжи на одинарную элементарную нить налагали статическую нагрузку 0,05 N/dtex. Влияние температуры достигали повышением температуры во время испытания со скоростью 3°С/мин. Результаты представлены на фиг.10 для пряжи FDY, изготовленной при 3000 м/мин. На кривой (А) показано поведение пряжи по данному изобретению, полученной с 83 мас.% РР, 15 мас.% РА, тогда как на кривой (В) показано поведение такой же пряжи после термообработки при 130°С в течение 5 мин. Для сравнения на кривой (С) показана деформация пряжи из чистого РР без термообработки и с такой же термообработкой при 125°С в течение 5 мин (кривая D).
На фиг.10 показано, что пряжа, изготовленная по настоящему изобретению (кривая А), обеспечивала значительно более высокое сохранение формы при комнатной температуре, по сравнению с пряжей из 100 мас.% РР (кривая С), которая начиналась, имея необратимую деформацию при температуре выше -20°С, т.е. выше ее температуры стеклования. При 25°С деформация заявленной пряжи была ниже 3%, что указывало на превосходную эластичность, тогда как пряжа из 100 мас.% РР достигала уже 30% остаточной деформации.
Испытания показали также значительно лучшие механические свойства пряжи, изготовленной по настоящему изобретению, даже при высокой температуре. Фактически, остаточная деформация пряжи, изготовленной по изобретению, при 50°С составляет только приблизительно 10% и только 20% (кривая В), если термическую обработку при 130°С проводили в течение 5 мин. Наоборот, более чем 60% остаточную деформацию наблюдали для пряжи из чистого РР (кривая С), которая превышала 100%, если пряжа была подвергнута термической обработке (кривая D).
Примеры использования пряжи по изобретению включают, но не ограничиваются перечисленным: нижнее белье, верхняя одежда, спортивная одежда, шелк для кромок, носки, одежда, веревки, фильтры для химической промышленности.
После описания и иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления изобретение должно быть понятно, что специалистом в данной области для данного изобретения могут быть сделаны различные модификации, перестановки и замены без выхода за пределы существа и объема предлагаемой формулы изобретения.
1. Способ получения волокон и пряж, имеющих величину денье на элементарную нить, приблизительно от 1 до приблизительно 30 и улучшенные механические свойства, включающий
смешивание приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера и приблизительно от 5 до 45 мас.% образующего фибриллы полимера с получением смеси полиолефинового и образующего фибриллы полимеров;
введение смеси в экструдер горячего расплава с получением по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефинового и образующего фибриллы полимеров;
выдавливание расплавленной смеси через фильеру, имеющую отношение длины к диаметру приблизительно от 3 до приблизительно 30, при скорости сдвига приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированного в полиолефиновой матрице, в результате чего наружная поверхность волокон по существу свободна от фибрилл.
2. Способ по п.1, где образующий фибриллы полимер выбран из группы, состоящей из полиамидных полимеров и сложных полиэфирных полимеров.
3. Способ по п.1, где полиолефиновый полимер включает полипропилен.
4. Способ по п.1, где смесь включает приблизительно от 15 до приблизительно 30 мас.% образующего фибриллы полимера.
5. Способ по п.1, где отношение длины к диаметру фильеры составляет приблизительно от 6 до приблизительно 10.
6. Способ по п.1, где смесь полиолефинового и образующего фибриллы полимеров включает приблизительно от 0 до приблизительно 20 мас.% полиолефинового агента совместимости, выбранного из группы, состоящей из малеатированного полипропилена, малеатированного сополимера этилена/пропилена, малеатированного сополимера стирола/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера стирола/этилена/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера этилена/пропилена/диенового мономера и малеатированного каучука из этилена/пропилена.
7. Способ по п.6, дополнительно включающий сушку полиолефинового полимера, образующего фибриллы полимера и агента совместимости с получением смеси, содержащей менее чем приблизительно 500 частей на миллион влаги.
8. Способ по п.1, дополнительно включающий сушку полиолефинового полимера и образующего фибриллы полимера с получением смеси, содержащей менее чем приблизительно 500 частей на миллион влаги.
9. Способ по п.1, дополнительно включающий крашение волокон дисперсным красителем, реакционноспособным красителем или смесью обоих для получения окрашенных волокон.
10. Способ по п.9, где крашение проводят при давлении, составляющем приблизительно от 1 до приблизительно 4 бар.
11. Способ по п.9, где крашение проводят при давлении, составляющем приблизительно от 1,5 до приблизительно 2 бар.
12. Пряжа, изготовленная способом по п.1, которая имеет форму, выбранную из группы, включающей пряжу на основе полиолефина, объемную непрерывную пряжу, применяемую в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, предварительно ориентированную пряжу, полностью ориентированную пряжу, применяемую в качестве пряжи для текстиля, пряжу для обивочного материала или штапельную пряжу.
13. Способ улучшения механических свойств пряж, изготовленных из синтетических волокон при температуре выше, чем комнатная температура, включающий
подачу смеси, содержащей приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера, приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% образующего фибриллы полимера и приблизительно от 0 до приблизительно 20 мас.% полиолефинового агента совместимости, выбранного из группы, состоящей из малеатированного полипропилена, малеатированного сополимера этилена/пропилена, малеатированного сополимера стирола/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера стирола/этилена/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера этилена/пропилена/диенового мономера и малеатированного каучука из этилена/пропилена, к экструдеру горячего расплава с образованием по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефина, образующего фибриллы полимера и агента совместимости;
выдавливание расплавленной смеси через фильеру при скорости сдвига, составляющей приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, причем фильера имеет отношение длины к диаметру, выбранное между 1 и 3 для достижения повышенной окрашиваемости волокон катионными красителями, и отношение длины к диаметру, выбранное между 3 и 30 для достижения повышенной окрашиваемости волокон красителями в растворе, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированного в полиолефиновой матрице.
14. Способ по п.13, где образующий фибриллы полимер выбран из группы, состоящей из полиамидных полимеров и сложных полиэфирных полимеров.
15. Способ по п.13, где полиолефиновая матрица включает полипропилен.
16. Способ по п.13, где расплавленная смесь включает приблизительно от 15 до приблизительно 30 мас.% образующего фибриллы полимера.
17. Способ по п.13, где отношение длины к диаметру фильеры составляет приблизительно от 6 до приблизительно 10.
18. Способ по п.13, дополнительно включающий сушку полиолефинового полимера, образующего фибриллы полимера и агента совместимости с получением смеси, содержащей менее чем приблизительно 500 частей на миллион влаги.
19. Способ по п.13, дополнительно включающий крашение волокон кислотным красителем, с образованием окрашенных волокон.
20. Способ по п.13, где образующий фибриллы полимер обладает окрашиваемостью катионным красителем.
21. Способ по п.20, дополнительно включающий крашение волокна с использованием смеси катионного красителя и дисперсного красителя.
22. Способ по п.19, где крашение проводят при давлении, составляющем приблизительно от 1 до приблизительно 4 бар.
23. Способ по п.21, где крашение проводят при давлении, составляющем приблизительно от 1 до приблизительно 4 бар.
24. Пряжа, изготовленная способом по п.13, которая имеет форму, выбранную из группы, включающей пряжу на основе полиолефина, объемную непрерывную пряжу, применяемую в качестве пряжи для лицевой части ковров, предварительно ориентированную пряжу, полностью ориентированную пряжу, применяемую в качестве пряжи для текстиля, пряжу для обивочного материала или штапельную пряжу.
25. Пряжа, имеющая улучшенные механические свойства, включающая приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефиновой непрерывной фазы и приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% прерывной фазы фибрилл, диспергированных в полиолефиновой непрерывной фазе, причем фибриллы образованы из образующего фибриллы полимера, выбранного из группы, состоящей из полиамидных полимеров и сложных полиэфирных полимеров, где полиолефиновая непрерывная фаза по существу свободна от фибрилл на его экспонированной поверхности и где пряжа является окрашиваемой и имеет необратимую деформацию при температуре приблизительно 25о С меньше, чем приблизительно 3%.
26. Пряжа по п.25, где полиолефиновая непрерывная фаза включает полипропилен.
27. Пряжа по п.26, где фибриллы включают сложный полиэфир, полиамид или полиамид, окрашиваемый катионным красителем.
28. Пряжа по п.25, имеющая улучшенную окрашиваемость кислотным красителем, цветостойкость и устойчивость к загрязнению.
29. Пряжа по п.27, имеющая улучшенную окрашиваемость катионным красителем, цветостойкость и устойчивость к загрязнению.
30. Пряжа по п.25, включающая объемную непрерывную пряжу, применяемую в качестве пряжи для лицевой части ковров, предварительно ориентированную пряжу , полностью ориентированную пряжу, применяемую в качестве пряжи для текстиля, пряжу для обивочного материала или штапельную пряжу.
