ТРУДНОГОРЮЧЕЕ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНОЕ ВОЛОКНО И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
LOW-COMBUSTIBILITY POLYETHYLENE TEREPHTHALATE FIBRE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Область техники
Изобретение относится к химии и технологии полимеров и касается способов получения трудногорючего полиэтилентерефталатного (ПЭТФ) волокна, которое может найти применение в текстильной промышленности, в строительстве, а также в других отраслях промышленности.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ получения модифицированных полимерных изделий на основе ПЭТФ (например, US 2009/088512), в котором смешивают полиэтилентерефталат с добавкой-модификатором и формуют готовое изделие при температуре, близкой к температуре плавления ПЭТФ. Основным препятствием на пути реализации этого способа является то, что не все перспективные модификаторы выдерживают без разложения нагревание до температуры плавления ПЭТФ. Кроме того, не все добавки химически совместимы с ПЭТФ, что влечет за собой сложность получения однородного расплава и, как следствие, сложность получения материала со стабильными характеристиками, однородного по механическим, оптическими и иным свойствам.
Из US 4055702 известен способ введения различных добавок в полимерную матрицу, исключающий получение расплава смеси ПЭТФ и вводимой добавки. Способ по US 4055702, называемый также крейзингом, заключается в вытяжке полимерного волокна в адсорбционно-активной жидкой среде в присутствии вводимой добавки-модификатора. При этом в структуре полимера образуются микро- и наноразмерные полости - крейзы, которые заполняются жидкой средой, в которой осуществляется вытяжка. После отжима и удаления растворителя высушиванием в полученном модифицированном полимерном материале добавка находится не только на поверхности полимерной основы, но и в объеме полимера, тем не менее скорость потери введенных компонентов в процессе эксплуатации материала, например, при стирке, несколько увеличивается по сравнению со способом, раскрытым в US 2009/088512. По совокупности существенных признаков изобретение по US 4055702 является прототипом заявляемого изобретения. Тем не менее, для экономически эффективного использования способа, раскрытого в US 4055702, для производства трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна необходимо экспериментальным путем подобрать состав адсорбционно-активной жидкой среды, в том числе антипирен и его концентрацию, а также режим вытяжки волокна таким образом, чтобы получать продукцию требуемого качества с минимальными затратами на сырье и производство.
Таким образом, возникает задача оптимизации способа получения полимерных изделий на основе полиэтилентерефталата, раскрытого в US 4055702, с целью снижения затрат на получение трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна.
Указанный технический результат достигается при использовании способов, более подробно описанных далее.
Описание изобретения
При экспериментальном изучении влияния состава адсорбционно-активной жидкой среды на процесс крейзинга и на характеристики получаемого модифицированного полиэтилентерефталатного волокна было найдено, что для промышленного получения трудногорючего волокна способом крейзинга вместо достаточно дорогих водорастворимых органических фосфорсодержащих антипиренов могут быть использованы более дешевые неорганические антипирены на основе фосфатов и полифосфатов аммония. Было показано, что при введении этих антипиренов в полиэтилентерефталатное волокно не требуется предварительная очистка поверхности волокна от различных функциональных добавок, используемых на предыдущих стадиях технологического процесса, в частности, процесс модифицирования может быть осуществлен в присутствии замасливателя. Модифицирование может быть осуществлено и без присутствия замасливателя, если волокно предварительно отмыто от этой функциональной добавки. Для снижения степени вымывания антипирена из модифицированного волокна при попадании влаги целесообразно после вытяжки выполнять термофиксацию волокна - его кратковременный нагрев до температуры не более 150°С.
Заявляемое изобретение относится к способу получения трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна, в котором осуществляют вытяжку полиэтилентерефталатного волокна в адсорбционно-активной жидкой среде, содержащей, по крайней мере, одну модифицирующую добавку, в присутствии замасливателя и термообработку волокна, при этом модифицирующая добавка выбрана из группы, включающей гидрофосфат аммония, дигидрофосфат аммония, полифосфат аммония.
Заявляемое изобретение также относится к трудногорючему полиэтилентерефталатному волокну, полученному по вышеуказанному способу.
В альтернативном варианте выполнения изобретения, по крайней мере, один из компонентов адсорбционно-активной жидкой среды выбран из группы, включающей алифатические спирты с числом атомов углерода в молекуле от 2 до 12, содержащие, по крайней мере, одну гидроксильную группу.
В альтернативном варианте выполнения изобретения концентрация модифицирующей добавки в жидкой среде составляет от 5 до 30 мас.%.
В альтернативном варианте выполнения изобретения в процессе вытяжки температуру жидкой среды поддерживают на определенном уровне.
В альтернативном варианте выполнения изобретения термообработку волокна проводят при температуре от 100 до 150°С.
Изобретение иллюстрируется примерами альтернативных вариантов его выполнения. В качестве примеров приведены способы получения трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна в присутствии различных модифицирующих добавок. Во всех приведенных примерах в качестве модифицирующих добавок использовали относительно недорогие антипирены - гидрофосфат аммония, дигидрофосфат аммония, полифосфат аммония, что позволило достичь заявленного технического результата, заключающегося в снижении затрат на получение трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна.
Пример 1
4
2
4
Для получения образца 1 осуществляли вытяжку полиэтилентерефталатного волокна до степени вытяжки 130% в водном растворе 1-бутанола с концентрацией 6,5 об.%, содержащем 20 мас.% антипирена - гидрофосфата аммония (NH)HPO. Затем волокно высушивали на воздухе при температуре 100°С до полного удаления растворителя.
Оценку горючести полученного волокна проводили по ГОСТ 21793-76 «Пластмассы. Метод определения кислородного индекса». Данный ГОСТ не устанавливает классификации материалов в зависимости от величины кислородного индекса - минимальной концентрации кислорода в кислородно-азотной смеси, выраженной в объемных процентах, при которой будет поддерживаться горение испытуемого материала, чем больше кислородный индекс, тем труднее зажечь материал. Кислородный индекс образца 1 составил 26 (для сравнения: у необработанного полиэтилентерефталатного волокна кислородный индекс равен 21).
Пример 2
4
2
4
Для получения образца 2 осуществляли вытяжку полиэтилентерефталатного волокна до степени вытяжки 200% в водном растворе 1-гексанола с концентрацией 0,4 об.%, содержащем дополнительно 15 мас.% антипирепа - дигидрофосфата аммония (NH)HPO. В процессе вытяжки температуру среды поддерживали равной 15±5°С. Затем волокно высушивали на воздухе при температуре 150°С до полного удаления растворителя.
Оценку горючести полученного волокна проводили аналогично примеру 1. Кислородный индекс образца 2 составил 27.
Тем не менее, в процессе производства полиэтилентерефталатного волокна необходимо дополнительно использовать ряд вспомогательных компонентов, существенно увеличивающих эффективность производственного процесса.
Так, например, для улучшения скольжения нитей волокна при перемещении по технологической линии используются замасливатели. Замасливатель также предотвращает скручивание нитей, повышает их устойчивость к нагреву, уменьшает частоту обрывов волокна. Замасливатель придает волокну гладкость, мягкость на ощупь, эластичность и увеличивает эффективность изготовления изделий из обработанного волокна.
Известные из уровня техники способы крейзинг-модифицирования полиэтилентерефталатного волокна исключают наличие замасливателя в адсорбционно-активной жидкой среде. В связи с этим перед проведением крейзинга необходимо отмыть замасливатель от обрабатываемого волокна, что усложняет и удорожает производство. Таким образом, возникает задача оптимизации способа крейзинг-модифицирования полиэтилентерефталатного волокна с целью обеспечения возможности присутствия замасливателя в адсорбционно-активной жидкой среде при проведении крейзинга. При проведении комплексных экспериментальных исследований было показано, что при использовании в качестве модифицирующих добавок гидрофосфата аммония или дигидрофосфата аммония, или полифосфата аммония наличие замасливателя в адсорбционно-активной жидкой среде не приводит к существенному уменьшению эффективности внедрения модифицирующей добавки в волокно. Следовательно, при использовании этих модифицирующих добавок процесс крейзинг-модифицирования полиэтилентерефталатного волокна может быть проведен в присутствии замасливателя, что позволяет существенно упростить и удешевить производство модифицированного волокна.
Пример 3
4
2
4
Для получения образца 3 осуществляли вытяжку полиэтилентерефталатного волокна до степени вытяжки 130% в водном растворе 1-бутанола с концентрацией 6,5 об.%, содержащем 20 мас.% гидрофосфата аммония (NH)HPO в качестве антипирена и 1 мас.% замасливателя «Авив-ПМ» производства ООО «НПФ Траверс». Затем волокно высушивали на воздухе при температуре 100°С до полного удаления растворителя.
Оценку горючести полученного волокна проводили аналогично примеру 1. Кислородный индекс образца 3 составил 26,5.
Пример 4
4
2
4
Для получения образца 4 осуществляли вытяжку полиэтилентерефталатного волокна до степени вытяжки 200% в водном растворе 1-гексанола с концентрацией 0,4 об.%, содержащем дополнительно 15 мас.% дигидрофосфата аммония (NH)HPO в качестве антипирена и 1 мас.% замасливателя для полиэфирных волокон Duron. В процессе вытяжки температуру среды поддерживали равной 15±5°С. Затем волокно высушивали на воздухе при температуре 150°С до полного удаления растворителя.
Оценку горючести полученного волокна проводили аналогично примеру 1. Кислородный индекс образца 4 составил 27.
В остальных примерах вытяжку полиэтилентерефталатного волокна и оценку горючести полученного волокна осуществляли согласно примерам 3 и 4, при этом в качестве модифицирующих добавок использовали гидрофосфат аммония, дигидрофосфат аммония, полифосфат аммония, при этом концентрацию модифицирующей добавки варьировали в пределах от 5 до 30 мас.%, в качестве замасливателей использовали коммерчески доступные замасливатели на основе кремнийорганических соединений, поверхностно-активных веществ, жирных кислот и их эфиров, а также углеводородов в рекомендованных производителем концентрациях, при этом варьировали температуру сушки от 100°С до 150°С и степень вытяжки волокна от 130% до 300%. Во всех случаях кислородный индекс модифицированного волокна превышал кислородный индекс немодифицированного волокна, что свидетельствует о том, что обработанное волокно приобрело свойство пониженной горючести. Во всех случаях наличие замасливателя в адсорбционно-активной жидкой среде не приводило к существенному уменьшению эффективности внедрения модифицирующей добавки в волокно, таким образом были достигнуты технические результаты, заключающиеся в упрощении технологии получения трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна и в снижении затрат на производство трудногорючего полиэтилентерефталатного волокна.