Применение добавок с содержанием силикона и фторполимерных добавок для улучшения свойств полимерных композиций
USE OF ADDITIVES WITH CONTENT OF SILICON AND FLUOROPOLYMER ADDITIVES TO IMPROVE PROPERTIES OF POLYMER COMPOSITIONS

Область техники
Изобретение направлено на бесконечные ткани и, в частности, на промышленные ткани и ленты, применяемые в производстве бумаги и связанных с ним процессах; а также на технические ткани, применяемые при производстве нетканых продуктов, получаемых посредством таких процессов, как пневматическое уложение (air laid), распыление расплава полимера в газовой струе (melt blown), фильерный способ производства (spun bond) или водоструйное скрепление (hydroentangling); на ленты, применяемые в производстве гофрированного тарного картона; ленты, применяемые в производстве строительных материалов, таких как, например, ориентированные стружечные плиты («ОСП»); и ленты, применяемые, в процессах отделки текстиля или при дублении кожи. Более конкретно, изобретение относится к полимерной композиции, применяемой при изготовлении компонентов промышленных тканей и лент, полученной путем смешивания полимерной смолы с добавками фторполимера и материала с содержанием силикона (например, силоксана) в ходе экструзии компонента или нанесения покрытия на промышленную ткань, для улучшения способности промышленной ткани или ленты к очистке, их грязеотталкивающих свойств и стойкости к загрязнению.
Уровень техники
Промышленная ткань или лента представляет собой бесконечную структуру в форме непрерывной петли, такую как, например, формующая сетка, прессовая сетка, сушильная сетка или технологическая лента (например, лента башмачного пресса, лента переноса, лента каландра), лента наката, структуру, используемую в качестве сетки для тиснения, сетки для сушилки со сквозным движением воздуха («TAD»), применяемой в производстве санитарно-гигиенической бумаги и полотенец (которые в совокупности известны как «одежда бумагоделательной машины»). Другие промышленные ткани включают: ленты гофропресса, для производства гофрированного тарного картона; ткани, ленты и рукава, применяемые в производстве нетканых материалов посредством таких процессов, как распыление расплава полимера в газовой струе, фильерный способ производства, водоструйное скрепление или пневматическое уложение; ткань, применяемую в фильтре-шламоуловителе или других процессах влажной фильтрации; или ткань, применяемую в процессах отделки текстиля, таких как, например, противоусадочная отделка; ленты, применяемые при дублении кожи; и другие конвейерные ленты, такие как, например, применяемые при переработке пищевых продуктов.
В то время как приведенное здесь описание в целом относится к процессу изготовления бумаги, не следует считать, что применение настоящего изобретения этим ограничивается.
В ходе процесса изготовления бумаги формируют полотно из целлюлозных волокон путем нанесения волокнистой суспензии, то есть водной дисперсии волокон целлюлозы, на движущуюся формующую сетку в формующей части бумагоделательной машины. Большое количество воды стекает из суспензии через формующую сетку, оставляя на поверхности формующей сетки полотно из целлюлозных волокон.
Свежеобразованное полотно из целлюлозных волокон поступает из формующей части в прессовую часть, которая включает серию зон прессования. Полотно из целлюлозных волокон проходит через зоны прессования, поддерживаемое прессовой сеткой, или, как это часто бывает, между двумя такими прессовыми сетками. В зонах прессования полотно из целлюлозных волокон подвергают действию сжимающих сил, которые отжимают из него воду и соединяют находящиеся в полотне волокна целлюлозы друг с другом, чтобы превратить полотно из целлюлозных волокон в лист бумаги. Воду впитывает прессовая сетка или сетки, и, в идеале, она не возвращается в лист бумаги.
Наконец, лист бумаги перемещают в сушильную часть, которая включает по меньшей мере одну серию вращающихся сушильных барабанов или цилиндров, которые изнутри нагревают паром. Свежеобразованный лист бумаги направляют по извилистой траектории, последовательно вокруг каждого из серии барабанов, посредством сушильной сетки, удерживающей лист бумаги плотно прижатым к поверхностям барабанов. Нагретые барабаны уменьшают содержание остаточной воды в листе бумаги до требуемого уровня посредством испарения.
Следует понимать, что все сетки - формующая, прессовая и сушильная - имеют в бумагоделательной машине форму бесконечной петли, и действуют подобно конвейерам. Также следует понимать, что изготовление бумаги является непрерывным процессом, который происходит при значительных скоростях. Можно сказать, что волокнистая суспензия непрерывно осаждается на формующую сетку в формующей части бумагоделательной машины, в то время как свежеизготовленный лист бумаги непрерывно наматывают на валы после того, как он выходит из сушильной секции.
При производстве санитарно-гигиенической бумаги или полотенец формующая и прессовая сетки выполняют те же функции, что и в вышеописанном процессе изготовления бумаги. Также могут быть другие сетки, такие как сетка для тиснения или сетка для TAD, а также ленты наката.
Несущие сетки, составляющие существенную часть описанных выше материалов, могут иметь множество различных форм. Например, они могут быть или сотканы в виде бесконечной ленты, или сформированы в виде плоского материала, а затем переведены в бесконечную форму посредством шовного соединения, с использованием одного или большего количества слоев нитей, расположенных в машинном направлении (МН) и в направлении, поперечном машинному (ПМН). Кроме того, тканые несущие сетки можно делать многослойными, помещая одну несущую сетку внутри бесконечной петли, образованной другой сеткой, и соединяя или ламинируя их друг с другом различными способами, известными специалистам, такими как, например, посредством иглопробивания с использованием подбивочного материала с коротким волокном через обе несущие сетки для соединения их друг с другом.
При получении нитей, проходящих в МН и ПМН и, волокон подбивочного материала, если он присутствует, которые образую эти сетки, могут быть использованы различные полимерные материалы. Одним из примеров полимерной смолы, которую можно использовать для этой цели, является сложный полиэфир. Поскольку эти сетки неизбежно взаимодействуют с различными целлюлозными материалами, добавками и пылью, существенно, чтобы материал, применяемый для формирования этих нитей, обладал хорошей способностью к очистке, например, хорошими грязеотталкивающими свойствами, требуемой гидрофобностью и хорошей способностью к отделению листа, а также другими свойствами. В то время как чистый (100%) материал, применяемый для нити, например, сложный полиэфир в качестве нити для формующей сетки, обладает превосходным необходимым модулем нити, он обладает относительно плохими грязеотталкивающими свойствами и стойкостью к загрязнению. Хотя были сделаны попытки устранить эти недостатки, ни одна из этих попыток не обеспечила требуемого уровня усовершенствования.
В качестве одного из слоев в структуре для вышеупомянутых применений можно использовать другие структурные компоненты, такие как фольги или пленки. Такие пленки включают полимеры, такие как, например, но не ограничиваясь этим, сложный полиэфир или полиуретан.
Наконец, к покрытиям, таким как покрытия, которые применяют при изготовлении лент башмачного пресса, лент каландров, лент переноса, некоторых сеток для тиснения санитарно-гигиенической бумаги/полотенец, а также некоторых технических тканей, также предъявляют эти требования в отношении грязеотталкивающих свойств или более легкого удаления загрязнений. Эти покрытия могут включать полиуретан или другие полимеры.
Например, патенты США №№8388812, 8394239, 9728280 и 8764943 относятся к сложнополиэфирным пленкам, которые изготовлены для использования в качестве опорных элементов при производстве санитарно-гигиенической бумаги, полотенец или нетканых продуктов.
В патентной публикации США №20120214374 показана нить для сетки бумагоделательной машины, изготовленная из полиэтилентерефталата (ПЭТ), полимерного силоксана и присадки, улучшающей совместимость.
Патент США №5759685 относится к способу изготовления моноволокна, обладающего грязеотталкивающими свойствами и износостойкостью при истирании, посредством поликонденсации ПЭТ и полидиалкилсилоксана и экструдирования указанной композиции.
В патенте США №5922463 описано моноволокно, изготовленное из сополимера ПЭТ-полидиалкилсилоксана с конкретным диаметром и прочностью, для повышения его ткацких свойств.
Предметом патентов США №№5922463 и 5759685 является применение реакции поликонденсации между полидиалкилсилоксаном и ПЭТ для получения ПЭТ, модифицированного силиконом. Поликонденсация ограничивает эластичность и легкость регулирования конечного состава моноволокон в ходе процесса экструзии. В патенте США №5759685 кратко упоминается возможность применения чистой ПЭТ-смолы с добавлением полидиметилсилоксана выше экструдера по ходу технологического потока посредством дозирующего устройства; однако, при использовании на практике это приводит к технологическим проблемам из-за фазового разделения этих двух материалов.
В патентной публикации США №20100068516 в расплав ПЭТ вводят фторполимер для формирования волокон с повышенной износостойкостью.
Патент США №5489467 относится к тканой сетке из сложнополиэфирных моноволокон, для применения в качестве сеток в процессах сушки в бумагоделательных машинах, изготовленной из полимерной смеси сложнополиэфирной смолы, фторполимерной смолы, которую можно экструдировать в расплавленном состоянии, и агента, стабилизирующего гидролиз.
В международной патентной заявке № WO 2012/140993 описана ткань с двухслойным переплетением, изготовленную из фторкаучука, для предотвращения адгезии волокон и для поддержания противообрастающих свойств.
Патент США №6136437 относится к нити, которая изготовлена из фторполимера и полимера ароматической дикарбоновой кислоты, для использования в промышленных тканях и сетках для бумагоделательных машин.
Патентная публикация США №20070232170 относится к смеси сложнополиэфирной смолы и фторполимерной смолы с компатибилизирующими боковыми группами, например, малеинового ангидрида, для использования в нитях для сеток бумагоделательных машин.
В патенте США №5283110 описано моноволокно, обладающее повышенной прочностью нити в узле, из высокотемпературного сополиэфира, полученное путем экструдирования сополиэфирной смолы совместно с фторполимерной смолой. Также описаны термостабилизатор и добавки, стабилизирующие гидролиз.
Патент США №5378537 относится к сложнополиэфирному моноволокну, содержащему карбодиимид и полимер фторсодержащего типа.
Патент США №5297590 относится к сетке для использования в бумагоделательных машинах, которая образована из моноволокон, проходящих в МН и ПМН, состоящих из ПЭТ и фторуглеродных полимеров.
Наконец, в патенте США №7306703 описано нанесение на структуры из сложнополиэфирной смолы покрытия из фторполимеров.
Когда сетчатую структуру используют в качестве одежды бумагоделательной машины, в ходе технологического процесса на поверхность различных компонентов сетки налипают загрязняющие вещества. Эти загрязняющие вещества включают волокна (целлюлозы или других веществ) и другие адгезионные материалы (например, материалы с низкой температурой плавления, клеи, лигнин, смола и т.д. - в совокупности известные как клейкие вещества). Таким образом, имеется потребность в сетке, обладающей хорошей способностью к очистке и грязеотталкивающими свойствами.
Сущность изобретения
Целью изобретения является создание применяемой для формирования компонента промышленной ткани полимерной композиции, которая уменьшает скопление загрязняющих веществ на указанном компоненте и внутри промышленной ткани, чтобы облегчить удаление загрязняющих веществ в режиме очистки (например, на спрысках, отсасывающих ящиках, с помощью моющих средств и т.д.).
«Компоненты» включают волокна, комплексные нити, пленки, фольги, ленты, сетчатые структуры (сетки), кольца, спиральные соединительные витки или другие экструдированные компоненты, структурированный слой полимерной смолы в виде требуемого рисунка, или покрытие (как слой, так и покрытие могут быть нанесены на поверхность непрерывно или дискретно, в виде требуемого рисунка (например, прямоугольников), или в виде расположенных рядом непрерывных или прерывающихся полос, проходящих в МН или в ПМН, у которых края соседних полос не контактируют друг с другом, то есть имеется «промежуток» между соседними полосами).
В некоторых примерах воплощения преимуществом изобретения является увеличение легкости «отделения листа» бумаги, санитарно-гигиенической бумаги/полотенца, или нетканого продукта, полученных с использованием сетки, ленты или рукава по изобретению. Полагают, что повышенная легкость отделения листа является результатом: изменения гидрофобности, гидрофильности, поверхностного натяжения, поверхностного заряда; снижения коэффициента трения, адгезионных сил; или сочетания двух или большего количества из этих характеристик сетки, ленты или рукава; вследствие изменения поверхностных свойств материала компонента в результате одновременного введения фторполимера и силиконовой добавки в полимерный материал компонента.
В других примерах воплощения еще одно преимущество изобретения заключается в том, что использование смеси полимер-фторполимер-силикон при экструдировании моноволоконной нити для изготовления спиральных витков приводит к более легкому скручиванию и сборке витков в структуру ленты из соединенных спиралей.
Объектом изобретения является обеспечение композиции полимерного компонента, включающей полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавки с содержанием силикона (например, силоксана), которая пригодна для производства волокон, нитей, пленок, фольг, лент, сетчатых структур (сеток), колец или других экструдированных компонентов, структурированного слоя в виде требуемого рисунка, или покрытия, обладающих повышенной способностью к очистке, грязеотталкивающими свойствами, пониженным коэффициентом трения, требуемыми гидрофобными, гидрофильными, олеофобными свойствами, повышенным углом смачивания водой и улучшенными свойствами в отношении отделения листа по сравнению с компонентами из чистой 100% полимерной смолы или других сочетаний смолы и добавок.
Другой целью изобретения является обеспечение промышленной ткани или ленты с улучшенными свойствами в отношении способности к очистке, такими как грязеотталкивающие свойства, отделение листа и относительная гидрофобность/гидрофильность/олеофобность, при этом указанную ткань или ленту получают с использованием компонента, включающего сложнополиэфирную смолу, такую как, например: полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиэтиленнафталат (ПЭН), полибутилентерефталат (ПБТ), полибутиленнафталат (ПБН), политриметиленнафталат (ПТН), поли(циклогексилендиметилентерефталевая) кислота (ПЦТК), ароматические соединения, сополимеры или смеси сложных полиэфиров; или полиамид, такой как, например, ПА 6; ПА 6,6; ПА 6,12; ПА 6,10; ПА 4,6; ПА 10; ПА 11; ПА 12; или MXD6; ароматические соединения, сополимеры или смеси полиамидов; полифенилсульфид (ПФС) или его смеси; полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) или его смеси; полиэфиркетон (ПЭК) или его смеси; или полиуретан или его смеси. Выражение «их (его) смеси», как его используют в настоящем тексте, означает, что названная смола может быть смешана с другой смолой, например, сложный полиэфир может быть смешан с полиуретаном, или два сложных полиэфира или два полиамида могут быть смешаны друг с другом.
Полимерная композиция по изобретению пригодна для производства таких компонентов, как волокна и комплексные нити. Более конкретно, композиция полимерной смолы пригодна для изготовления нитей, волокон, пленок, фольг, лент, сетчатых структур (сеток), колец или других экструдированных компонентов, структурированного слоя в виде требуемого рисунка, или покрытия, выполненных из смеси полимерной смолы, фторполимерной добавки и добавки с содержанием силикона (например, силоксана), а также, возможно, других добавок, которые можно использовать в промышленных тканях; а также изложен способ их изготовления.
В некоторых примерах воплощения полимерную композицию, пригодную для изготовления вышеупомянутых компонентов и обладающую описанными выше свойствами, получают путем смешивания фторполимерной и силиконовой добавки со смесью сложнополиэфирных смол.
В дополнительных примерах воплощения угол смачивания водой композиции сложнополиэфирной моноволоконной нити, содержащей фторполимер и материал с содержанием силикона, составляет более примерно 74 градусов.
В конкретном примере воплощения полимерную композицию по изобретению получают путем экструдирования 100 массовых частей смеси, содержащей от примерно 50 до примерно 98% масс. сложнополиэфирной смолы, такой как, например, ПЭТ, с характеристической вязкостью примерно 1,2 дл/г, от примерно 0,5 до примерно 15% масс. фторполимера, такого как, например, ПВДФ (поливинилиденфторид), от примерно 0,5 до примерно 15% масс. силоксана, такого как, например, ПДМС (полидиметилсилоксан), от примерно 0,5 до примерно 15% масс. стабилизатора, такого как, например, карбодиимид (например, Stabaxol 1LF, РХ-100 или РХ-200), и от примерно 0,2 до примерно 5% масс. красителя. Можно также использовать стабилизаторы гидролиза, наполнители, диоксид кремния (коллоидальный или плавленый), модификаторы поверхностного натяжения или другие добавки. В примерах воплощения, где указанную композицию полимерного компонента используют для получения моноволоконной нити, состав моноволоконной нити обычно пригоден для всех типов нитей, применяемых в вышеупомянутых промышленных тканях.
В другом примере воплощения композицию полимерного компонента по изобретению получают путем экструдирования 100 массовых частей смеси, содержащей от примерно 80 до примерно 97% масс. сложнополиэфирной смолы, такой как, например, ПЭТ, с характеристической вязкостью от примерно 0,7 дл/г до примерно 0,75 дл/г, или от примерно 0,85 дл/г до примерно 1,0 дл/г, от примерно 1 до примерно 6% масс. фторполимера, такого как, например, ПВДФ, от примерно 1 до примерно 6% масс. силоксана, такого как, например, ПДМС, от примерно 1 до примерно 3% масс. стабилизатора, такого как, например, карбодиимид (например, Stabaxol 1LF, РХ-100 или РХ-200), и от примерно 0,4 до примерно 3% масс. красителя. Можно также использовать стабилизаторы гидролиза, наполнители, диоксид кремния (коллоидальный или плавленый), модификаторы поверхностного натяжения или другие добавки. В примерах воплощения, где указанную композицию полимерного компонента используют для получения моноволоконной нити, состав моноволоконной нити обычно пригоден для всех типов нитей, применяемых в вышеупомянутых промышленных тканях.
В других примерах воплощения композицию полимерного компонента по изобретению получают путем экструдирования 100 массовых частей смеси, содержащей от 94,25 до 95,85% масс. сложнополиэфирной смолы, такой как, например, ПЭТ, 2,5% масс. фторполимера, такого как, например, ПВДФ, 1,25% масс. силоксана, такого как, например, ПДМС, 1,25% масс. стабилизатора, такого как, например, карбодиимида, и от 0,4 до 2% масс. красителя. В примерах воплощения, где указанную композицию полимерного компонента применяют для получения моноволоконной нити, состав моноволоконной нити обычно пригоден для всех типов нитей, применяемых в вышеупомянутых промышленных тканях.
Как описано в настоящем описании, изобретение относится к композиции полимерного компонента, включающей полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона. В некоторых примерах воплощения от примерно 50% до примерно 98% масс. указанной композиции составляет полимерная смола. В некоторых примерах воплощения от примерно 80% до примерно 97% масс. композиции составляет полимерная смола.
В некоторых примерах воплощения от примерно 0,5% до примерно 15% масс. указанной композиции составляет фторполимерная добавка. В некоторых примерах воплощения от примерно 1% до примерно 6% масс. указанной композиции составляет фторполимерная добавка.
В некоторых примерах воплощения от примерно 0,5% до примерно 15% масс. указанной композиции составляет добавка с содержанием силикона. В некоторых примерах воплощения от примерно 1% до примерно 6% масс. указанной композиции составляет добавка с содержанием силикона.
В некоторых примерах воплощения от примерно 50% до примерно 98% масс. композиции составляет полимерная смола, от примерно 0,5% до 15% масс. композиции составляет фторполимерная добавка и от примерно 0,5% до примерно 15% масс. композиции составляет добавка с содержанием силикона. В других примерах воплощения от примерно 80% до примерно 97% масс. композиции составляет полимерная смола, от примерно 1% до примерно 6% масс. композиции составляет фторполимерная добавка и от примерно 1% до примерно 6% масс. композиции составляет добавка с содержанием силикона.
В некоторых примерах воплощения полимерная смола включает по меньшей мере один сложный полиэфир, выбранный из группы, состоящей из: полиэтиленнафталата (ПЭН), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полибутиленнафталата (ПБН), политриметиленнафталата (ПТН), поли(циклогексилендиметилентерефталевой) кислоты (ПЦТК) и полибутилентерефталата (ПБТ). В некоторых примерах воплощения сложнополиэфирная смола имеет характеристическую вязкость примерно 1,2 дл/г. В других примерах воплощения сложнополиэфирная смола имеет характеристическую вязкость от примерно 0,7 до примерно 0,75 дл/г. В других примерах воплощения полиэфирная смола имеет характеристическую вязкость от примерно 0,85 до примерно 1,0 дл/г.
В некоторых примерах воплощения фторполимерная добавка включает по меньшей мере один фторполимер, выбранный из группы, состоящей из: политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилиденфторида (ПВДФ), этилентетрафторэтилена (ЭТФЭ), перфторированного простого полиэфира (ПФПЭ) и модифицированного фторалкокси-полимера (МФА).
В некоторых примерах воплощения силиконовая добавка включает силоксан. В дополнительных примерах воплощения силиконовую добавку выбирают из группы, состоящей из: полидиметилсилоксана (ПДМС), производных ПДМС, полидифенилсилоксана, циклического силоксана и аминоалкилсилоксана.
В некоторых примерах воплощения композиция включает коллоидальный диоксид кремния.
В других примерах воплощения композиция включает полимер, выбранный из группы, состоящей из полиамида (ПА 6; ПА 6,6; ПА 6,12; ПА 6,10; ПА 4,6; ПА 10; ПА 11; ПА 12 и их ароматических производных), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), полиэфиркетона (ПЭК) и поли(п-фениленсульфида) (ПФС/Ryton), или полиуретана.
В одном из конкретных примеров воплощения композиция включает сложнополиэфирную смолу, которая включает ПЭТ, и фторполимерную добавку, которая включает ПВДФ. В дополнительных примерах воплощения силиконовая добавка включает силоксан. В некоторых примерах воплощения силиконовую добавку выбирают из группы, состоящей из: полидиметилсилоксана (ПДМС), производных ПДМС, полидифенилсилоксана, циклического силоксана и аминоалкилсилоксана.
В одном из конкретных примеров воплощения полимерная смола композиции представляет собой ПЭТ, фторполимерная добавка представляет собой ПВДФ, и добавка с содержанием силикона представляет собой ПДМС.
В некоторых примерах воплощения композиция включает (а) от 94,25% до 95,85% масс. ПЭТ; (b) 2,5% масс. ПВДФ; (с) 1,25% масс. ПДМС; (d) 1,25% масс. карбодиимида; (е) от 0,4% до 2% масс. красителя; и (f) от 0,10% до 5,0% масс. коллоидального диоксида кремния.
В некоторых примерах воплощения композиция включает одну или большее количество добавок, выбранных из группы, состоящей из: стабилизаторов, добавок, улучшающих совместимость, добавок, повышающих стойкость к гидролизу или окислению, красителей, пигментов и коллоидального диоксида кремния.
В некоторых примерах воплощения композицию используют для изготовления моноволокна, у которого угол смачивания водой, измеренный на поверхности нити, составляет более 74 градусов.
В других примерах воплощения композицию используют для изготовления моноволоконной нити, при этом моноволоконная нить имеет круглое или некруглое поперечное сечение.
В других примерах воплощения изобретение относится к способу изготовления композиции полимерного компонента, включающей полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона, при этом указанную фторполимерную добавку и указанную добавку с содержанием силикона добавляют к указанной полимерной смоле, которую затем экструдируют. В некоторых примерах воплощения композиция содержит один или большее количество полимеров, выбранных из группы, состоящей из: полиамида (ПА 6; ПА 6,6; ПА 6,12; ПА 6,10; ПА 4,6; ПА 10; ПА 11; ПА 12, и их ароматических производных), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), полиэфиркетона (ПЭК), поли(п-фениленсульфида) (ПФС/Ryton) и полиуретана. В других примерах воплощения композиция включает один или большее количество полимеров, выбранных из группы, состоящей из: полиэтиленнафталата (ПЭН), поиэтилентерефталата (ПЭТ), полибутиленнафталата (ПБН), политриметиленнафталата (ПТН), поли(циклогексилендиметилентерефталевой) кислоты (ПЦТК) и полибутилентерефталата (ПБТ).
В некоторых примерах воплощения композиция, изготовленная указанным способом, включает одну или большее количество добавок, выбранных из группы, состоящей из: стабилизаторов, добавок, улучшающих совместимость, добавок, повышающих стойкость к гидролизу или окислению, красителей, пигментов и коллоидального диоксида кремния.
В некоторых примерах воплощения композицию, изготовленную указанным способом, экструдируют в виде волокон, нитей, колец, пленок, фольги, сетки, сетчатой структуры или других экструдированных элементов, структурированного слоя в виде требуемого рисунка, или покрытия. В других примерах воплощения экструдированное волокно имеет размер от примерно 1,1 дтекс до примерно 200 дтекс. В некоторых примерах воплощения экструдированная нить имеет диаметр от примерно 0,08 мм до примерно 5 мм.
В некоторых примерах воплощения композицию, изготовленную способом по изобретению, используют для изготовления компонента промышленной ткани, при этом указанный компонент представляет собой нить, волокно, пленку, фольгу, ленту, сетчатую структуру (сетку), кольца или другие экструдированные элементы, структурированный слой в виде требуемого рисунка, или покрытие. В некоторых примерах воплощения промышленная ткань включает ткани, выбранные из группы, состоящей из формующих, прессовых и сушильных сеток бумагоделательной машины, а также технологических лент, сеток для тиснения, сеток для сушилки со сквозным движением воздуха (TAD), сеток для установок eTAD (энергосберегающей высокотехнологичной сушки), ATMOS (усовершенствованных систем формования санитарно-гигиенической бумаги) или NTT (новой технологии производства санитарно-гигиенической бумаги); технических тканей, рукавов или лент, применяемых в производстве нетканых материалов в ходе таких процессов, как пневматическое уложение, распыление расплава полимера в газовой струе, фильерный способ производства или водоструйное скрепление; тканей, применяемых в фильтрах-шламоуловителях или других процессах влажной фильтрации; конвейерных лент для промышленного использования, например, при переработке пищевых продуктов или в горнодобывающей промышленности; лент гофропресса; спиральных соединительных витков для лент из свитых спиралей, их соединительных штырей или любых нитей подкладной основы; тканей или лент, применяемых в процессах отделки текстиля; лент или тканей, применяемых при производстве строительных изделий; или лент или рукавов для дубления кожи. В некоторых примерах воплощения промышленная ткань соткана из нитей, проходящих в МН и/или ПМН, или она представляет собой слой нетканого материала из массивов нитей, уложенных в МН или ПМН; спиральные соединения, сетку или сетчатый материал, кольца, фольги, пленки или другие экструдированные элементы, структурированный слой в виде требуемого рисунка, или покрытие.
В других примерах воплощения изобретение относится к сетке или сетчатому материалу, волокну, нити, кольцам, пленкам, фольгам или другим экструдированным элементам, структурированному слою в виде требуемого рисунка или покрытию, содержащим композицию полимерного компонента, включающую полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона.
В других примерах воплощения изобретение относится к одежде бумагоделательной машины, содержащей композицию полимерного компонента, включающую полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона. В некоторых примерах воплощения одежду бумагоделательной машины выбирают из группы, состоящей из: ленты наката, сеток для сушилок со сквозным движением воздуха (TAD), сеток для установок eTAD, ATMOS и NTT. В дополнительных примерах воплощения указанный компонент представляет собой подбивочную часть прессовой сетки или ленту гофропресса.
В других примерах воплощения изобретение относится к промышленной ткани, ленте или рукаву, содержащим композицию полимерного компонента, включающую полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона.
В некоторых примерах воплощения композицию полимерного компонента по изобретению применяют для получения волокна, при этом указанное волокно используют в подбивочной части промышленной ткани.
В некоторых примерах воплощения изобретение относится к технической ткани, включающей ленту сгустителя с двойной зоной контакта (DNT), ленту для фильтр-пресса, ткань для массомойки, ленту для производства строительных материалов, таких как, например, ориентированных стружечных плит, или ленту гофропресса, рукава, применяемые при дублении кожи, или ленту для отделки текстиля, содержащей композицию полимерного компонента, включающую полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона. В других примерах воплощения указанный компонент представляет собой подбивочную часть прессовой сетки или ленты гофропресса. В некоторых примерах воплощения ткань, рукав или ленту транспортера применяют для получения нетканых материалов посредством процесса, выбранного из группы, состоящей из: пневматического уложения, распыления расплава полимера в газовой струе, фильерного способа производства или водоструйного скрепления.
В других примерах воплощения изобретение относится к нитям подкладной основы или соединительному штырю, содержащим композицию полимерного компонента, включающую полимерную смолу, фторполимерную добавку и добавку с содержанием силикона.
Термины «содержащий» и «содержит» в настоящем описании могут означать «включающий» и «включает», или могут иметь значение, обычно приписываемое термину «содержащий» или «содержит» в патентном праве США. Термины «по существу состоящий из» или «по существу состоит из», если их используют в формуле изобретения, имеют значение, приписываемое им в патентном праве США. Другие аспекты изобретения описаны в последующем описании, или являются очевидными из него; они также входят в объем изобретения.
Краткое описание графических материалов
Сопровождающие чертежи, которые включены для получения дополнительной информации об изобретении, включены в настоящее описание и составляют его часть.
Фиг. 1 представляет график, сравнивающий угол смачивания водой чистого моноволокна из ПЭТ с углом смачивания водой материала ПЭТ-фторполимер, ПЭТ-добавка с содержанием силикона и композиции моноволоконной нити по одному из примеров воплощения изобретения.
Фиг. 2 изображает ткани, включающие сложнополиэфирные нити, изготовленные при совместном присутствии материала с содержанием силикона и фторполимера и без них, до и после использования на бумагоделательной машине.
Подробное описание изобретения
Изобретение синергически объединяет два или большее количество материалов, обладающих требуемыми предпочтительными свойствами, с полимерной смолой, так, что свойства компонента, включающего эту смолу (например, модуль упругости на растяжение), сохраняются, и так, что сочетание материалов добавок обеспечивает синергический эффект в отношении защиты от загрязнения или грязеотталкивающих свойств компонента, а также способности к более легкой очистке. Синергический эффект, обнаруживаемый при объединении этих двух добавок с полимерной смолой, является неожиданным и непредсказуемым результатом изобретения, когда указанный компонент присутствует, например, в промышленной ткани.
В вышеупомянутых промышленной ткани и лентах, полимерный материал по изобретению можно применять для изготовления экструдированных нитей для тканых структур, для массивов нитей, проходящих в МН или ПМН, или для получения нити, применяемой для изготовления соединений в виде спиральных витков (см., например, патент США №4567077); для изготовления сетки или сетчатой структуры (см., например, Johnson et al., патент США №4427734); для изготовления колец (см., например, Hansen et al., патент США №6918998); или других экструдированных элементов (см., например, Hansen et al., патент США №6630223); пленок или фольги, как описано в патентах США №№8388812; 8728280; 8764943 и 8394239; для изготовления волокна для применения его в таких структурах, как подбивочная часть прессовой сетки или ленты гофропресса; для изготовления контролируемого структурированного слоя полимерной смолы на поверхности ленты или ткани; или для нанесения покрытия на одну или на обе поверхности ленты или рукава (например, на поверхность, контактирующую с листом, или на поверхность, контактирующую с оборудованием).
Указанный компонент можно применять в таких структурах, как: одежда бумагоделательной машины (формующие сетки, прессовые сетки, сушильные сетки, ленты башмачного пресса или ленты переноса), ленты наката, сетки сушилки со сквозным движением воздуха (TAD), сетки для тиснения, сетки для энергосберегающей высокотехнологичной сушки (eTAD), сетки или ленты для усовершенствованных систем формования санитарно-гигиенической бумаги (ATMOS), сетки или ленты для новой технологии производства санитарно-гигиенической бумаги (NTT), сетки для сгустителей с двойной зоной контакта (DNT), ленточные фильтры, массомойки, ленты/сетки/рукава для производства нетканых материалов (например, полученных способом пневматического уложения, фильерным способом, распылением расплава полимера в газовой струе или водоструйным скреплением), ленты для производства строительных материалов (например, ориентированных стружечных плит (ОСП)), ленты гофропресса, ленты для отделки текстиля (например, для противоусадочной отделки), а также ленты или рукава для дубления кожи.
В некоторых примерах воплощения изобретение улучшает такие свойства нитей или волокон, как, например, стойкость к загрязнению и отделение листа, за счет смешивания полимера с добавкой фторполимера и добавкой с содержанием силикона (например, силоксана), в ходе процессов экструзии, осаждения или нанесения покрытия, или перед этими процессами. В данной области является общеизвестным, что фторполимеры обладают свойствами стойкости к адгезии (отделение), а материалы с содержанием силикона обладают свойствами абсорбции воды или поверхностного сопротивления (гидрофобность). Но авторы изобретения открыли синергическое действие этих добавок на полимерные смолы, такие как, например, сложнополиэфирные, применяемые для промышленных тканей, например, в качестве, например, компонента одежды бумагоделательной машины. Поскольку в отношении промышленных тканей имеется потребность в грязеотталкивающих, обладающих низким коэффициентом трения, водостойких, способных легче очищаться материалах, одним из аспектов изобретения является производство моноволокон, изготовленных из полимера, такого как, например, из сложнополиэфирной смолы, с добавкой фторполимера и добавкой с содержанием силикона, предназначенных для применения в нитях для промышленных тканей.
В некоторых примерах воплощения изобретение относится к многокомпонентной нити или волокну, имеющим превосходные свойства в отношении способности к очистке, такие как, например, грязеотталкивающие свойства, подходящая гидрофобность, более низкий коэффициент трения и повышенная способность к отделению листа, которые включают, в качестве основных компонентов, полимер, такой как, например, сложнополиэфирную смолу, фторполимерную добавку и силиконовую добавку, объединенные для получения композиции моноволоконной нити. Кроме того, изобретение относится к волокнам, пленкам, фольгам, лентам, сетчатым структурам (сеткам), кольцам, спиральным соединительным виткам или другим экструдированным компонентам, структурированному слою в виде требуемого рисунка, или покрытию (как структурированный слой, так и покрытие могут быть нанесены на поверхность непрерывно, или дискретно, в виде требуемого рисунка (например, прямоугольников), или можно нанести находящиеся рядом друг с другом непрерывные или прерывающиеся полосы, проходящие в МН или ПМН, при этом кромки расположенных рядом полос не контактируют друг с другом, например, имеется некоторый «промежуток» между расположенными рядом полосами), полученным с использованием указанной композиции полимерной смолы.
В некоторых примерах воплощения полагают, что присутствие добавки с содержанием силикона действует как модификатор трения, который существенно замедляет трибоэлектризацию ленты, полученной из нитей по изобретению. Добавка с содержанием силикона не делает ленту более проводящей; скорее она воздействует на способность ленты генерировать статическое электричество в ходе работы.
В некоторых примерах воплощения изобретение включает одновременное объединение добавки с содержанием силикона и фторполимерной добавки с одним или большим количеством полимерных материалов, и все эти материалы впоследствии экструдируют. В смеси могут присутствовать дополнительные добавки, такие как, например, стабилизаторы, добавки, улучшающие совместимость, добавки, повышающие стойкость к гидролизу или окислению, красители и/или пигменты. Затем смесь полимерных материалов экструдируют в виде волокон, нитей, колец, пленок, фольг, сетки, сетчатых материалов или в других формах. Композицию материала по изобретению можно также использовать в качестве структурированного слоя или покрытия (как структурированный слой, так и покрытие могут быть нанесены на поверхность непрерывно, или дискретно, в виде требуемого рисунка (например, прямоугольников), или можно нанести находящиеся рядом друг с другом непрерывные или прерывающиеся полосы, проходящие в МН или ПМН, при этом кромки расположенных рядом полос не контактируют друг с другом, например, имеется некоторый «промежуток» между расположенными рядом полосами), в качестве компонента промышленной ткани или ленты.
Например, промышленная ткань может представлять собой ленту гофропресса, применяемую на установках, производящих гофрированный тарный картон. Поверхность ленты, которая может представлять собой тканую структуру, тканую структуру со слоем подбивочного материала, нашитым на стороны, контактирующие с листом и/или машиной, или структуру из спиральных соединений, на контактирующую с листом поверхность которой нанесено множество расположенных в МН полос из полимерной композиции по изобретению. Полосы могут проходить в МН, под углом к МН, или в ПМН. Кромки расположенных рядом полос не контактируют друг с другом, но имеется некоторый промежуток, который позволяет воздуху и парам воды проникать через ленту.
Промышленная ткань может также представлять собой ленту переноса. Важно, чтобы такие ленты обеспечивали превосходное, контролируемое отделение листа, и чтобы поверхности оставались свободными от загрязнений. Для получения этих свойств на ленты переноса наносят покрытие с обеих сторон. Покрытие можно наносить по отдельности на обе стороны, или нанести его с одной стороны и дать структуре пропитаться, или применять сочетание этих технологий. Сторона, контактирующая с машиной, обычно имеет достаточную шероховатость, чтобы предотвратить проскальзывание и, таким образом не проявлять нестабильности или плохой поддержки. Шероховатость можно получить, например, путем рифления. В конкретном примере воплощения предпочтительной смолой для нанесения покрытия является полиуретан, и его свойства можно улучшить при использовании в покрытии предлагаемой композиции, содержащей уретан, фторполимер и материал с содержанием силикона.
Волокна тканей обладают различной степенью зернистости, которую измеряют в единицах линейной массовой плотности, или децитексах («дтекс»). В некоторых примерах воплощения зернистость волокна по изобретению составляет от примерно 0,5 дтекс до примерно 240 дтекс.
В некоторых примерах воплощения моноволоконные нити круглого поперечного сечения по изобретению имеют диаметр от 0,06 мм до 5,0 мм. Заявленная нить может иметь некруглое поперечное сечение (например, квадратное, прямоугольное, овальное, яйцевидное, ромбическое, треугольное и т.д.) подходящих размеров, которые известны специалистам для предполагаемого применения.
Сочетание добавки фторполимера и добавки с содержанием силикона (например, силоксана) по изобретению можно смешать с любым подходящим полимером, таким как, например, с одним или большим количеством сложных полиэфиров (например, ПЭТ, ПБТ, ПЭН, ПЦТК и т.д.), полиамидов (например, ПА 6; ПА 6,6; ПА 6,12; ПА 6,10; ПА 4,6; ПА 10; ПА 11; ПА 12 или производных полиарамида, таких как Nomex), полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК), полиэфиркетоном (ПЭК), или поли(п-фениленсульфидом) (ПФС или Ryton).
Полимерную композицию можно затем применять в структурах промышленных тканей, таких как, например, одежда бумагоделательной машины (формующие сетки, прессовые сетки, сушильные сетки, ленты башмачного пресса или ленты переноса), ленты наката, сетки TAD, сетки для тиснения, сетки eTAD, сетки ATMOS, и в таких технических тканях, как сетки для сгустителей с двойной зоной контакта (DNT), ленточные фильтры, массомойки, ленты/сетки/рукава для производства нетканых материалов (например, полученных способом пневматического уложения, фильерным способом, распылением расплава полимера в газовой струе или водоструйным скреплением), ленты для производства строительных материалов (например, ориентированных стружечных плит (ОСП)), ленты гофропресса, ленты для отделки текстиля (например, ленты для противоусадочной отделки), а также ленты или рукава для дубления кожи.
Согласно одному из примеров воплощения, изобретение представляет собой компонент, включающий смесь из: (1) сложного полиэфира, выбранного из группы, включающей, но не ограничиваясь этим, например, полиэтиленнафталат (ПЭН), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полибутиленнафталат (ПБН), политриметиленнафталат (ПТН), полибутилентерефталат (ПБТ), поли(циклогексилендиметилентерефталевую) кислоту (ПЦТК), ароматические соединения, сополимеры и смеси сложных полиэфиров; (2) фторполимер, выбранный из группы, включающей, но не ограничиваясь этим, например, политетрафторэтилен (ПТФЭ), поливинилиденфторид (ПВДФ), этилентетрафторэтилен (ЭТФЭ), перфорированный простой полиэфир (ПФПЭ) или модифицированный фторалкокси-полимер (МФА); и (3) материал с содержанием силикона, такой как, например, силоксан, например, полидиметилсилоксан (ПДМС), производные ПДМС, полидифенилсилоксан, циклический силоксан и аминоалкилсилоксан. Композиция полимерного компонента, возможно, содержит другие добавки и компоненты.
Что касается описанного здесь моноволокна, его можно использовать в качестве нитей основы и/или утка при производстве промышленных тканей, таких как одежда бумагоделательной машины и вышеупомянутые технические ткани. Что касается волокна, его можно также дополнительно переработать и нарезать на волокна, применяемые в подбивочном материале, который можно соединить со структурой основы некоторых этих тканей. В некоторых примерах воплощения смесь сложного полиэфира, фторполимера и материала с содержанием силикона (например, силоксана) обеспечивает моноволокно или волокно с более низким коэффициентом трения, улучшенной стойкостью к загрязнению и повышенной гидрофобностью. Вышеупомянутую композицию также можно использовать для производства любого из других вышеупомянутых компонентов по одному из примеров воплощения изобретения.
В некоторых примерах воплощения добавление материала с содержанием силикона и фторполимерных добавок к сложнополиэфирным (например, ПЭТ) моноволокнам повышает угол смачивания водой моноволокна и повышает его грязеотталкивающие свойства.
В других примерах воплощения, в процессе изготовления спиральных витков, это также значительно улучшает процесс скручивания при проведении, например, формирования и сборки витков, когда в качестве добавок к сложнополиэфирным (например, ПЭТ) моноволокнам, применяемым для изготовления спиральных витков, применяют, с получением синергического эффекта, материал с содержанием силикона и фторполимер. Кроме того, в некоторых лентах из свитых спиралей применяют «нити подкладной основы» для регулирования воздухопроницаемости и потока воздуха через ленту. Композицию по изобретению можно применять также и для изготовления нитей подкладной основы.
В примерах воплощения композиции по изобретению, где сложный полиэфир представляет собой ПЭТ, проведение испытаний лент и моноволокон из ПЭТ на определение угла смачивания водой показало, что введение добавки с содержанием силикона (например, силоксана) и фторполимера в ПЭТ в ходе процесса экструзии приводит к более высокому углу смачивания водой (75 градусов), по сравнению с моноволокнами из 100% (такого же ПЭТ) (62 градуса). Обычно угол смачивания водой для композиции моноволоконной нити по изобретению, описанной в данном тексте, составляет более примерно 74 градусов. В конкретных примерах воплощения сочетание добавки с содержанием силикона (например, силоксана) и фторполимерной добавки работает в двух направлениях: (1) она увеличивает гидрофобность и (2) она увеличивает масло- и грязеотталкивающие свойства. Более высокий угол смачивания водой на моноволокнах ПЭТ по изобретению указывает на повышенную способность к очистке одежды бумагоделательной машины, включающей моноволокна по изобретению, в ходе применения его на бумагоделательной машине для изготовления санитарно-гигиенической бумаги/полотенец.
В одном из примеров воплощения материал с содержанием силикона предварительно компаундируют с помощью компаундера для изготовления маточной смеси. В некоторых примерах воплощения маточная смесь представляет собой 30% материала с содержанием силикона и 70% ПЭТ. В некоторых примерах воплощения примерно 4-7% масс. общей композиции, используемой для экструдирования моноволоконной нити, представляет собой маточную смесь.
В некоторых примерах воплощения общее процентное содержание в моноволокне материала с содержанием силикона составляет около 1-4%, а общее процентное содержание в моноволокне фторполимерной добавки (например, ПВДФ) составляет около 1-5%. Другие добавки, такие как, например, коллоидальный диоксид кремния, могут присутствовать в количествах от примерно 0,10 до примерно 5,0%.
Было показано, что при использовании фторполимеров в компонентах нитей, применяемых в одежде бумагоделательной машины, они являются стойкими к загрязнениям, особенно в отношении таких загрязнений, как углеводы и клейкие вещества. В то же время присутствие силоксана (или другого соединения с содержанием силикона) в композициях по изобретению привносит требуемую гидрофобность, которая влияет на поверхностное натяжение, а также на поглощение воды. Сочетание обоих этих материалов придает моноволокну набор уникальных характеристик, так что оба эти материала (фторполимер и добавка с содержанием силикона) помогают сохранить ткань более чистой и свободной от наслоения загрязняющих веществ. Если ткань, включающая нити по изобретению, действительно имеет некоторые наслоения загрязняющих веществ, и ее подвергают, например, промывке на спрыске, то нити по изобретению позволяют осуществить лучшую и более эффективную очистку ткани. Поскольку фторполимер, например, препятствует сильному налипанию материалов на поверхность нити, а материал с содержанием силикона, кроме того, придает более выраженную водоотталкивающую способность, то в некоторых примерах воплощения промывка ткани водой на спрысках удаляет клейкие вещества и другие загрязнения.
Композиция полимерная смола-фторполимер-материал с содержанием силикона по изобретению пригодна также для изготовления всех других вышеупомянутых компонентов. Композиция полимерная смола-фторполимер-материал с содержанием силикона пригодна для изготовления любого из компонентов, которые можно использовать при изготовлении одежды бумагоделательной машины, технических тканей, применяемых в фильтрах-шламоуловителях или других процессах влажной фильтрации, подложках для промышленных технологических лент, таких как конвейерные ленты для промышленного использования, например, для переработки пищевых продуктов или горнодобывающей промышленности, лент гофропресса, спиральных соединительных витков для лент из свитых спиралей, их соединительных штырей или любых нитей подкладной основы, или тканей, применяемых в процессах отделки текстиля, и для способа их изготовления. Любые из вышеприведенных структур, включающих нити, могут быть ткаными или неткаными, включая структуры из свитых спиральных витков, а также структуры с расположением массивов нитей в МН/ПМН. Кроме того, композиции моноволоконной нити можно использовать в качестве нитей подкладной основы и соединительных штырей, как для полотен из свитых спиралей (жесткие элементы), так и для всех швов (например, швов, соединенных шпильками, спиральных швов и т.д.).
Теперь данное изобретение будет дополнительно описано посредством следующих неограничивающих примеров.
Пример 1
Фиг. 1 представляет собой график, сравнивающий угол смачивания водой для моноволокна из чистого ПЭТ с углом смачивания водой для состава ПЭТ-фторполимер, ПЭТ-материал с содержанием силикона и для композиции моноволоконной нити по одному из примеров воплощения изобретения.
Пример 2
Фиг. 2 изображает ткани, которые содержат нити, изготовленные с применением материала с содержанием силикона и фторполимера и без них, до и после использования на бумагоделательной машине.
Верхняя часть: Ткань, содержащая нити с фторполимером и материалом с содержанием силикона.
Нижняя часть: Ткань, не содержащая нитей с фторполимером и материалом с содержанием силикона.
Ткани использовали на бумагоделательной машине в течение 40 дней. Верхняя ткань, содержащая нити, включающие фторполимер и материал с содержанием силикона, явно чище, чем ткань, содержащая нити без фторполимера и материала с содержанием силикона. Черные пятна представляют собой нежелательные осадки.
В то время как были описаны конкретные примеры воплощения изобретения, вышеприведенное описание является иллюстративным и неограничивающим. Специалист поймет, что можно осуществить многочисленные изменения и модификации изобретения, и эти изменения и модификации можно осуществить, не выходя за пределы сущности и объема изобретения. Полный объем изобретения следует определять со ссылкой на формулу изобретения, совместно с полным объемом его эквивалентов, и на описание, в сочетании с такими изменениями.
Подобным образом, хотя технические отличительные особенности изобретения могут быть описаны только по отношению к некоторым примерам воплощения, специалист может понять, что отличительные особенности некоторых примеров воплощения можно объединить с отличительными особенностями других примеров воплощения; и что конкретные комбинации отличительных особенностей, описанные в отношении конкретных примеров воплощения, можно также объединить с другими отличительными особенностями или другими конкретными комбинациями отличительных особенностей, описанными в отношении других примеров воплощения.
Каждый из цитированных или описанных в настоящей заявке патентов, патентных заявок и публикаций таким образом включается, во всей своей полноте, в настоящее описание посредством ссылки; как если бы было конкретно и индивидуально указано, что каждый отдельный патент, патентная заявка или публикация включены в текст настоящего описания посредством ссылки.