Composition constituée par un mélange des polycarboxylamides linéaires synthétiques fibrogènes,
son procédé de préparation et son utilisation
Dans le brevet principal No 476790 est protégée une composition constituée par un mélange des polycarboxylamides linéaires synthétiques fibrogènes contenant comme modificateur 0,1 à 20,0 /o en poids (par rapport audit polycarboxylamide) d'un glycéride polyalcoxylé d'un poids moléculaire compris entre 400 et 22000. Cette composition est utilisée pour la production des fibres textiles.
Bien que les fibres préparées à partir de ces compositions se distinguent par de nombreuses qualités, on a toujours besoin de nouvelles propriétés améliorées. On a en effet constaté que les fibres préparées à partir des polyamides conventionnels et à partir de la composition selon le brevet suisse ci-dessus cité ont tendance à rassembler et à conserver pendant un certain temps des charges d'électricité statique lorsqu'elles entrent en contact entre elles ou avec des objets étrangers. Ce problème est particulièrement ardu dans des conditions de basse humidité, ce qui est souvent le cas pendant les mois d'hiver. Les charges électrostatiques peuvent s'accumuler sur les fibres assez rapidement et souvent la charge ne se dissipe dans l'atmosphère environnante qu'extrêmement lentement.
Une conséquence de cet état de choses est que l'article en polyamide peut demeurer chargé électrostatiquement pendant des heures. Cette propriété tend à rendre les fils difficiles à manipuler pendant les opérations de fabrication et entraîne chez la fibre des propriétés inadmissibles, en particulier dans les vêtements. Les matières textiles à charge électrostatique non seulement se repoussent les unes les autres, mais peuvent également attirer et retenir des choses telles que la pous sière, la crasse et la charpie. L'accumulation de charges statiques et leur lente dissipation sur les fibres empêchent les tissus synthétiques finis de se draper et de se porter de manière souhaitable, les laissant adhérer inconfortablement au corps de la personne qui les porte.
Les fibres ayant une haute susceptibilité électrostatique collent souvent au guidage et au rouleau dans les équipements textiles au cours de leur fabrication et de leur traitement et sont parfois sérieusement endommagées et affaiblies.
Il en résulte que la qualité du produit fini est inférieure à ce qu'elle pourrait être autrement. Pour ces raisons et du fait que des utilisations finales comme, par exemple, les vêtements, la tapisserie, la bonneterie, les tapis, les couvertures et les tissus profitent considérablement d'une tendance réduite à accumuler et à conserver des charges électrostatiques, une propriété antistatique permanente comme propriété du polymère et des fibres qu'on en produit est hautement souhaitable.
Actuellement, dans la production commerciale de fibres de nylon, les fils filés sont soumis à un traitement en vue d'améliorer leurs propriétés électrostatiques et de manipulation. Ce traitement consiste d'habitude à passer les fils sous forme d'un faisceau par un bain d'un liquide de traitement ou de finissage ou sur une roue revêtue d'un tel liquide. Le fini que les fils recoivent de la sorte n'est guère plus qu'un revêtement et n'a pas un caractère permanent. La majeure partie de l'agent antistatique, voire même celui-ci tout entier, sur la surface de la fibre se perd lors de traitements ultérieurs de la fibre par des manipulations mécaniques, le réchauffement, le lavage, le dégraissage et la teinture.
Même lorsque l'agent antistatique demeure sur la fibre jusqu'à la fabrication du produit fini, il devient souvent moins efficace lorsque le produit fini est utilisé pendant un certain temps, et notamment après un certain nombre d'opérations de lavage et de nettoyage à sec.
On s'est déjà efforcé de produire des fibres et des articles de polyamide présentant des propriétés antistatiques permanentes par l'application d'un revêtement plus permanent. On a également essayé d'utiliser dans la formation des polyamides des comonomères d'un type antistatique hydrophile. Pour différentes raisons telles que le fait que la surface des fibres devient rude ou que les bonnes propriétés physiques de la fibre se perdent, ces méthodes ne se sont pas avérées satisfaisantes.
Le but de la présente invention est de fournir une composition constituée par un mélange des polycarboxylamides linéaires synthétiques fibrogènes et l'utilisation de celle-ci pour la production de fibres bénéficiant d'un taux de dissipation élevé de charges électrostatiques ou d'une résistance élevée à l'accumulation de charges électrostatiques.
La composition désirée doit donc fournir des fibres bénéficiant de propriétés antistatiques permanentes même après plusieurs lavages.
L'objectif de la présente invention a été réalisé par une composition améliorée, constituée par un mélange de polycarboxylamides linéaires fibrogènes selon la revendication I dudit brevet principal No 476790, cette nouvelle composition est caractérisée en ce que le glycéride polyalcoxylé est un triglycéride saturé polyalcoxylé, de formule donnée dans laquelle A, B, E, F, I et J représentent un groupe - (cF'2) -, dans lequel l'acide aliphatique saturé a 10 à 30 atomes de carbone et dont le poids moléculaire du motif polyalcoxy est de 2000 à 22000.
Les fibres obtenues par utilisation de cette nouvelle composition ont des propriétés antistatiques excellentes, comme il sera montré dans les exemples.
La portion polyoxyalkylène du glycéride de la composition selon l'invention doit donc avoir un poids moléculaire de 2000 à 22000 et peut être de l'éthoxy, propoxy, butoxy ou pentoxy.
Le triglycéride saturé polyalcoxylé de la composition est avec avantage l'huile de ricin hydrogéné polyalcoxylé, spécialement l'huile de ricin hydrogéné polyéthoxylé.
Les acides aliphatiques saturés à longue chaîne du triglycéride saturé peuvent avoir de préférence 12 à environ 25 atomes de carbone. La concentration préférée de l'agent modificateur à utiliser est de 1,0 à 15,0 o/o par poids. Ces triglycérides polyalkoxylés sont des agents modificateurs particulièrement désirables du fait qu'ils sont très stables dans le cycle de polymérisation à chaud et les procédés de traitement, ainsi que dans les conditions d'utilisation.
Le triglycéride polyalkoxylé saturé peut être ajouté aux réactifs formant des polymères au début ou au cours de la polymérisation. Cet agent modificateur peut également être dispersé dans la masse fondue des polymères juste avant l'extrusion en fils ou il peut être mélangé avec les flocons de polymère juste avant le filage à chaud des flocons.
Des exemples d'acides appropriés utiles sont les dérivés hydroxy de l'acide laurique, I'acide myristique, l'acide palmitique, I'acide stéarique, I'acide béhénique, l'acide cérotique et autres acides de ce genre. On peut produire aisément les dérivés hydroxy de ces acides aliphatiques saturés en hydroxylant les acides aliphatiques non saturés correspondants selon des procédés connus.
Après l'hydroxylation, on peut, si nécessaire, enlever toute double liaison qui reste par une hydrogénation, par exemple au moyen d'hydrogène à l'état gazeux. Il importe toutefois que le triglycéride utilisé dans la présente composition soit exempt de non-saturation éthylénique.
La raison pour cela réside dans le fait que la portion de l'acide aliphatique non saturé est sujette à une dégradation dans les conditions auxquelles les fibres de polyamide sont normalement soumises et que cette dégradation cause un jaunissement des fils.
La quantité d'oxyde d'alkylène attachée au triglycéride dans la composition selon l'invention est importante dans la mesure où elle doit être suffisante pour permettre une bonne dispersion dans le polymère. On a trouvé que moins d'environ 50 moles (c'est-à-dire un poids moléculaire d'environ 2000) conduit à un agent modificateur médiocrement dispersé. Il a été établi qu'environ 500 moles (soit un poids moléculaire d'environ 22000) sont la limite supérieure pratique, car il est fort difficile d'alcoxyler le triglycéride avec une matière d'un poids moléculaire supérieur.
L'utilisation de la composition selon l'invention pour la préparation des fibres peut être effectuée par un procédé bien connu utilisé fréquemment dans la préparation de fibres à partir d'une composition sans modificateur.
La préparation du mélange des polycarboxylamides peut être effectuée comme suit: les réactifs sont portés à une température de 180 à 3000 C et de préférence de 200 à 2950 C jusqu'à ce que le produit ait un poids moléculaire suffisant pour avoir des propriétés qui lui permettent de former des fibres. Cette condition est réalisée parce que le polyamide a une viscosité intrinsèque d'au moins 0,4.
La réaction peut être effectuée à une pression atmosphérique ou sous une pression supérieure ou inférieure. Il est souvent avantageux, en particulier dans la dernière phase de la réaction, d'adopter des conditions, par exemple une pression réduite, qui contribuent à enlever les produits secondaires de la réaction. La réaction est effectuée de préférence en l'absence d'oxygène, par exemple dans une atmosphère de nitrogène.
Lorsqu'on utilise une diamine et de l'acide dicarbonique dans la préparation d'un polyamide, il est souvent désirable, pour des raisons pratiques, d'introduire l'acide dicarbonique dans la réaction sous la forme d'un sel constitué au préalable, c'est-à-dire d'un sel de diamine.
Il s'agit là cependant d'une question purement pratique, car l'acide dicarbonique et une quantité moléculaire de diamine correspondante peuvent avoir la forme d'un diacide et d'une diamine non combinés lorsqu'ils sont apportés dans la zone de réaction.
La composition selon la présente invention peut être préparée, filée et étirée dans des conditions conventionnelles. Outre les agents modificateurs décrits ci-dessus, des délustrants, des antioxydants, des plastifiants, des stabilisants de viscosité et d'autres matières de ce genre peuvent être utilisés dans la préparation de la composition selon la présente invention.
L'utilisation de la composition selon la présente invention pour la fabrication de filaments, de fils et de tissus est du plus grand intérêt. Cette dite composition est cependant également utile pour la fabrication des produits finis comme, par exemple, des films, des revêtements, des soies de balais, des matières de remplissage, des flocons, des câbles, etc.
Les exemples spécifiques suivants servent à illustrer l'invention et ses avantages avec de plus amples détails.
Sauf indication contraire, les parts et pourcentages sont par poids.
La préparation d'un polyamide conventionnel formant des fibres peut être effectué comme suit et est destiné à servir de norme de comparaison par rapport aux polyamides du même type modifiés par un triglycéride saturé polyalcoxylé.
Une solution de 150 parts d'adipate d'hexaméthylènediammonium-adipate (sel nylon 66) dans 50 parts d'eau a été versée dans un autoclave à haute pression en acier inoxydable. L'autoclave était équipé d'unagitateur pour en agiter le contenu. On a purgé l'unité d'oxygène au moyen de nitrogène purifié. Ensuite on a lentement porté la température à 2430 C et la pression à 17.577 kg/ cm pendant que la vapeur était enlevée de façon continue sous forme de condensat. Pendant la même période d'accroissement de la température et de la pression, on a continuellement agité le mélange. Puis le cycle de réduction de la pression a commencé. La pression a été réduite graduellement jusqu'à la pression atmosphérique dans une période de 25 minutes et on a laissé la masse fondue du polymère s'équilibrer pendant une période de 30 minutes à 2780 C.
Une fois la polymérisation terminée, le polymère fini a été filé à chaud directement à partir du fond de l'autoclave par une filière multiple à 14 buses et on a obtenu un fil blanc à plusieurs filaments. Etiré dans une proportion d'étirage de 4,7:1, ce fil avait une ténacité de 6,12 g par denier. Ce fil a été converti plus tard en un tissu approprié pour des essais statiques.
Exemple I
Cet exemple illustre la composition selon l'invention et son utilisation pour la préparation de filaments à partir d'une composition contenant un polyhexaméthylèneadipamide modifié. Les réactifs pour la préparation d'un polyhexaméthylèneadipamide modifié sont constitués par un mélange de 150 parts d'adipate d'hexaméthylène d'ammonium, 50 parts d'eau et 2,0 oxo par poids (sur la base du poids du polyamide non modifié) d'huile de ricin hydrogéné polyéthoxylé avec 200 moles d'oxyde d'éthylène par mole de glycéride.
Ce mélange a été versé dans un autoclave à haute pression en acier inoxydable. L'autoclave a ensuite été purgé d'air au moyen de nitrogène purifié. Puis la température dans l'autoclave a été portée lentement à 2200 C et la pression à 17.577 kg/cm2. La température a ensuite été augmentée jusqu'à 2430 C, alors que la pression était maintenue à 17,577 kg/cm2.
Pendant cette période de température et de pression accrues, le mélange a été agité lentement au moyen d'une lame raclant les parois à l'intérieur de l'autoclave. Puis la pression à l'intérieur de l'autoclave a été réduite graduellement jusqu'à la pression atmosphérique dans une période de 30 minutes. Durant ce cycle de réduction de la pression, la température était de 2780 C, point où on laissa la masse fondue du polymère s'équilibrer pendant 30 minutes.
La composition peut être filée à chaud directement à partir du fond de l'autoclave par une filière multiple à 14 buses et on a obtenu un fil blanc à plusieurs filaments.
Après avoir été étiré dans une proportion d'étirage de 4,85: 1, ce fil avait une ténacité de 5,86 g par denier.
Ce fil a été converti plus tard en un tissu approprié pour des essais statiques.
Exernple 2
La composition est la même que celle décrite dans l'exemple 1, sauf qu'on a employé 8,0 oxo par poids (sur la base du poids du polyamide non modifié) du modificateur de l'exemple 1 au lieu de 2,0 o/o par poids comme dans cet exemple.
Cette composition a été alors filée à chaud directement du fond de l'autoclave par une filière multiple à 14 buses et on a obtenu un fil à filaments blancs. On a ensuite étiré ce fil dans une proportion d'étirage de 4,78:1 pour obtenir un fil ayant une ténacité de 6,59 g par dentier. Ce fil a été converti plus tard en un tissu approprié pour des essais statiques.
Exemple 3
La composition selon l'invention est la même que celle décrite dans l'exemple 1, sauf qu'on a utilisé 14,0 /o par poids (sur la base du poids du polyamide non modifié) du modificateur de l'exemple 1 au lieu de 2,0 oxo par poids comme dans cet exemple.
Cette composition a ensuite été filée à chaud directement à partir du fond de l'autoclave par une filière multiple à 14 buses et on a obtenu un fil à filaments blancs. On a ensuite étiré ce fil dans une proportion d'étirage de 4,67:1 pour obtenir un fil ayant une ténacité de 4,74 g par denier. Ce fil a été converti plus tard en un tissu approprié pour des essais statiques.
En vue de démontrer l'utilité pratique de la composition selon la présente invention, on a procédé à des essais - comparés des fils des exemples ci-dessus pour déterminer la décadence ou dissipation relative de la charge électrostatique accumulée à la surface du fil.
Ainsi que nous l'avons déjà indiqué, les fils de chacun des exemples ci-dessus ont été convertis en un tissu dans le fil d'un tube tricoté pour les essais électrostatiques.
On a passé les exemples de tissus de chacun des exemples ci-dessus dans des conditions comparables sur un instrument destiné à mesurer la charge électrostatique du fil afin de déterminer le temps nécessaire pour la dissipation de la moitié de la charge statique accumulée sur les tissus. On a effectué ces essais et déterminé les valeurs au moyen d'un instrument semblable à celui qui est décrit en détail dans le volume 40 de American Dyestuff
Reporter, pp. 164-168 (1951).
En peu de mots, la méthode de l'essai consiste à attacher le tissu à un cylindre en aluminium que l'on fait tourner à environ 300 tours à la minute. Le tissu sur le cylindre de l'instrument est alors chargé électrostatiquement en le laissant frotter contre une deuxième surface de tissu maintenue dans un état stationnaire. Au bout de 2 minutes de frottement, le contact entre les deux surfaces de tissu est interrompu, et alors qu'on continue de faire tourner le tissu sur le cylindre d'aluminium, on détermine électroniquement le temps nécessaire pour la dissipation de la moitié de la charge statique accumulée sur l'échantillon de tissu qui tourne. Tous ces essais sont effectués dans des conditions standards, c'est-à-dire par une humidité relative de 35 /o et à une température de 21 C.
Les échantillons de tissu obtenus à partir de toutes les compositions décrites ci-dessus ont été soumis à 25 lavages standards avant d'effectuer les essais statiques décrits ci-dessus, à l'exception du tissu de l'exemple 1 qui a été lavé 5 fois. Ces lavages standards consistent à agiter les tissus pendant 20 minutes par une température de 1400 C dans une solution de lavage composée de 0,1 O/o de Triton X-100, qui est un agent tensio-actif, et de 0,1 O/o de pyrophosphate de tétrasodium, la proportion de la lessive à la fibre dans la solution étant de 40:1. Après 5 de ces lavages les échantillons de fibres ont été séchés et conditionnés pendant 24 heures par une humidité relative de 35 O/o et une température de 210 C.
Dans ces essais, plus le temps nécessaire pour la dissipation de la moitié de la charge statique accumulée sur le tissu est court, plus le degré de propriété antistatique est élevé. Autrement dit, plus les propriétés antistatiques sont grandes, moins il faut de temps pour la dissi pation de la moitié de la charge statique accumulée sur le tissu.
Dans les essais suivants, les résultats obtenus avec des échantillons de fil de contrôle (filaments formés de polyhexaméthylèneadipamide non modifié) sont comparés aux résultats obtenus avec des échantillons de fil des exemples 1, 2 et 3 (filaments formés d'une composition de polyhexaméthylèneadipamide modifié conformément à la présente invention).
Temps (en secondes) pour la
dissipation de la moitié
Exemple de la charge statique (demi-vie) (contrôle) sans modification - 6720
I 820
2 38
3 . . . 18
II ressort du tableau ci-dessus que les fils préparés avec des polyamides obtenus avec des compositions conformément à la présente invention sont capables de dissiper des charges électrostatiques accumulées à une vitesse considérablement accrue, comparée aux fils préparés au moyen de polyamides conventionnels.
Cette amélioration des propriétés antistatiques a été réalisée sans porter sérieusement atteinte aux autres propriétés physiques. Cela signifie que les propriétés physiques telles que la ténacité, l'élongation et la viscosité relative des fibres produites conformément à la présente invention ont été maintenues à peu près au même niveau désirable que celles des polyamides non modifiés.
Ainsi que nous l'avons déjà signalé, les compositions selon la présente invention sont particulièrement utiles dans la fabrication de fibres, de tissus, de vêtements, de tapisseries et de tapis, où des filaments de polyamide bénéficiant d'une dissipation élevée de la charge électrostatique sont particulièrement désirables. Les polymères obtenus avec les compositions de la présente invention peuvent également être utilisés avantageusement dans la fabrication de films, de soies de balais, de revêtement, etc., où l'utilisation finale prévue bénéficiera de l'emploi d'un polymère présentant des propriétés antistatiques peu élevées.