CZ20023252A3 - Polypropylenové vlákno - Google Patents

Description

Polypropylenové vlákno

Oblast techniky

Předkládáný vynález se týká aditiva pro permanentní hydrofilizaci materiálů, obsahujících polyolefiny, s výhodou polypropylenových vláken.

Dosavadní stav techniky

V mnoha případech musí být povrch výrobků z plastické hmoty opatřen speciálními efekty, které nelze během tvarování buď z technických důvodů vůbec popř. jen neúplně nebo z ekonomických důvodů jen nevýhodně vytvořit. Tímto efektem je například zlepšení smáčitelnosti polárními tekutinami, jako je vodatechnické využití lze v tomto případě například nalézt v oblasti výroby hygienického zboží.

Při výrobě hygienického zboží, jako jsou plenky a dámské vložky, se používají absorbující materiály, aby se tak pohlcovaly vodné tekutiny. Aby se zabránilo přímému kontaktu s absorbujícím materiálem při nošení a aby se zvýšil komfort při nošení, obalí se tento materiál tenkou, vodopropustnou netkanou látkou. Tato netkaná látka se obvykle vyrábí ze syntetických vláken, jako jsou polyolefinová nebo polyesterová vlákna, protože se tato vlákna vyrábí za příznivou cenu, mají dobré mechanické vlastnosti a jsou termicky zatížitelné. Ovšem pro tento účel použití nejsou neupravená polyolefinová nebo polyesterová vlákna vhodná, protože z důvodu jejich hydrofobního povrchu nemají dostačující průchodnost pro vodné tekutiny.

9 9 9 · « » · · · · ·

Principielně je možné tato vlákna dostatečně hydrofilně vybavit dodatečnou povrchovou úpravou odpovídajícími preparáty, které vláknům propůjčí požadované hydrofilní vlastnosti. Uvedené řešení je popsáno v patentové přihlášce WO 95/10648, přičemž se zde jako vhodná permanentní aditiva zveřejňují diestery polyethylenglykolu s mastnými kyselinami, popř jejich deriváty. V příkladech jsou popsány reakční produkty kyseliny olejové s polyethylenglykolem o molové hmotnosti 400, jako zvláště výhodné.

S překvapením bylo zjištěno, že vybrané diestetry polyethylenglykolů mají lepší vlastnosti z hlediska hydrofilních vlastností materiálů obsahující polyolefiny než konkrétní sloučeniny zveřejněné v přihlášce WO 95/10648.

Podstata vynálezu

Předmětem předkládaného vynálezu je použití reakčních produktů 1 dílu polyethylenglykolu s 2 díly mastných kyselin s 10 až 12 atomy uhlíku nebo jejich derivátů jako aditiva pro permanentní (trvalou) hydrofilizaci materiálů obsahujících polyolefiny.

V rámci vynálezu se pro permanentní hydrofilizaci používají aditiva v materiálech obsahujících polyolefiny, s výhodou ve vláknech, plošných vzorech, jako jsou netkané látky, fólie a pěny,. Vhodné jsou všechny dnes známé polymerní a kopolymerní typy na ethylenové popřípadě propylenové bázi. Také směsi čistých polyolefinů s kopolymery jsou v zásadě vhodné.

Podle vynálezu jsou zvláště vhodné polymerní typy uvedené v následujícím přehledu: Poly(ethylen) jako HDPE (polyethylen s vysokou hustotou), LDPE

-3(polyethylen s nízkou hustotou), VLDPE (polyethylen s velmi nízkou hustotou), LLDPE (lineární polyethylen s nízkou hustotou), MDPE (polyethylen se střední hustotou), UHMPE (ultra vysoce molekulární polyethylen), VPE (zesítěný polyethylen), HPPE (vysokotlaký polyethylen); poly(propylen) jako je izotaktický polypropylen; syndiotaktický polypropylen; polypropylen vyrobený katalýzou metallocenu, polypropylen modifikovaný rázem, random-kopolymer na bázi ethylenu a propylenu, blokový kopolymer na bázi ethylenu a propylenu; EPM (poly[ethylen-co-propylenj); EPDM (poly[ethylen-co-propylen-co-konjugovaný dlen]).

Další vhodné polymerní typy jsou: Poly(styrol); poly(methylstyrol); poly(oxymethylen); kopolymery alfa-olefinu nebo cykloolefinu katalýzou metallocenu, jako jsou kopolymery norbornen-ethylen; kopolymery, které obsahují alespoň 60% ethylenu a/nebo styrolu a méně než 40% monomeru, jako je vinylacetát, ester kyseliny akrylové, ester kyseliny metakrylové, kyselina akrylová, akrylonitril, vinylchlorid. Příkladem těchto polymerů jsou: Poly(ethylenco-ethylakrylát), poly(ethylen-co-vinylacetát), poly(ethylen-co-vinylchlorid), poly(styrol-co-akrylonitril). Dále jsou vhodné roubené kopolymery, jako jsou polymerní směsi, to znamená směsi polymerů, které mezi jinými obsahují výše uvedené polymery, například polymerní směsi na bázi polyethylenu a polypropylenu.

V rámci předkládaného vynálezu jsou zvláště výhodné homo- a kopolymery na bázi ethylenu a propylenu. V jedné formě provedení předkládaného vynálezu se jako polyolefin používá výlučně polyethylen, v jiné formě provedení se používá výlučně polypropylen, v jiném dalším provedení se používá kopolymer na bázi ethylenu a propylenu.

-4Ve zvláštním výhodném provedení vynálezu se v polypropylenových vláknech používají aditiva. Známými způsoby se výhodně provede reakce polyethylenglykolů jako diolů s molovou hmotností 300 až 600, výhodně s molovou hmotností 400, s mastnými kyselinami nebo jejich deriváty, výhodně za přítomnosti katalyzátorů. Zvláště výhodné jsou nasycené mastné kyseliny s 10 až 12 atomy uhlíku a jako vhodné deriváty mastných kyselin jsou výhodné methylestery mastných kyselin s C10 až C12. Alkoholová a kyselinová složka reaguje v molovém poměru 1:2. Zvláště výhodné je použití reakčních produktů polyethylenglykolu s molovou hmotností 400 s kyselinou děkanovou nebo laurovou. Mohou se také použít směsi kyselin s polyethylenglykoiem.

Vlákna obsahují aditiva výhodně v množstvích 0,5 až 10 %hmotn., výhodně 0,5 až 5 %hmotn. a 1,0 až 2,5 %hmotn., vztaženo na hmotnost vlákna. Dále se nárokuje způsob výroby hydrofilizovaných polymerních vláken, přičemž se polyolefiny smíchají s aditivy, následně se tato směs zahřeje až na taveninu a obvyklým způsobem se spřádá na vlákna. Způsoby spřádání jsou odborníkům známé a jsou například popsané v přihlášce WO 95/10648 nebo US 3,855,045.

Dalším předmětem vynálezu je použití vláken na bázi polyolefinu, vyrobených výše popsaným způsobem, hydrofilizovaných a smáčitelných vodním prostředím, pro výrobu textilních plošných vzorů. Přitom výhodnými textilními plošnými vzory jsou netkané látky. Ve zvláště výhodné formě provedení jsou tyto textilní plošné vzory určeny pro použití ve výrobě plenek.

Pro posledně uvedený případ, pro použití textilních plošných útvarů pro výrobu plenek, představuje jednotlivý smáčecí test vhodnou simulaci. Plenky se totiž obvykle nosí po dobu 3 až 5 hodin, přičemž jejich vnitřní strana se průměrně až krát smočí močí. Musí se potom zajistit, aby netkaná látka s hydrofilním vybavením na bázi jinak hydrofobní plastické hmoty byla dostatečně smáčitelná

tak, aby se mohla moč netkanou látkou proniknout a mohla být vázána absopčním materiálem plenky.

Netkané látky se mohou vyrobit všemi způsoby výroby netkaných látek známých ze stavu techniky, které jsou například popsány v Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 17, VCH Weinheim 1994. strany 572-581. Výhodné jsou přitom netkané látky, které byly vyrobeny buď takzvaným způsobem „dry laid“ nebo netkaným způsobem. Způsob „dry laid“ vychází ze střižových vláken, která se obvykle dělí mykáním na jednotlivá vlákna a následně se aerodynamickým nebo hydrodynamickým způsobem spojují na nezpevněné netkané látky. Tyto netkané látky se potom například termickou úpravou spojují na hotové netkané látky (takzvané „thermobonding“). Přitom se syntetická vlákna buď zahřejí tak, že se jejich povrch roztaví a jednotlivá vlákna se na kontaktních místech spolu spojí, nebo se upraví aditivem, které se při tepelné úpravě roztaví a tak se jednotlivá vlákna spolu spojí. Ochlazením se vazba fixuje. Vedle tohoto způsobu jsou také přirozeně vhodné všechny ostatní způsoby, které se ve stavu techniky používají ke spojování netkaných látek. Netkané látky proto vznikají z jednotlivých plynulých vláken, která se tvoří zvlákňovánín z taveniny extrudovaných polymerů, která se vysokým tlakem protlačuje zvlákňovacími tryskami. Plynulá vlákna, vycházející ze zvlákňovacích trysek, se váží se spojují a protahují za vzniku netkané látky, která se obvykle způsobem „thermobonding“ zpevňuje.

Příklady provedení vynálezu

Následně se popisuje výroba aditiv podle konkrétního zveřejnění WO 95/10648 (příklad 1 a 2) a následně výroba aditiv podle vynálezu (příklad 3 a 4).

Příklad 1: Výroba polyethylenglykol 400 - dilaurátu

139 g (0,35 mol) polyethylenglykolu 400 se za přítomnosti 2,45 g svedcat 5 (organický katalyzátor Sn fimy Svedstab) smíchá s 149,75 g (0,7 mol) methyllaurátu. Reakční směs se zahřeje na teplotu 100 °C pod ochrannou atmosférou dusíku. Vzniklý methanol se postupně oddestiluje, přičemž se zvýší teplota lázně až na teplotu 180 °C. Když se již netvoří žádný methanol, sníží se tlak na 5 mbar ( 500 Pa) a zbylý methanol se oddestiluje při teplotě 180 °C za 45 minut. Reakce se ukončí, když se již netvoří žádný methanol. OHZ: 20 mg KOH/g.

Příklad 2: Výroba polyethylenglykol 400 - didekanoátu

180 g polyethylenglykolu 400 se za přítomnosti 1,68 g svedcat 3 (organický katalyzátor Sn firmy Svedstab) smíchá s 155,6 g kyseliny děkanové. Reakční směs se pod ochrannou atmosférou dusíku zahřeje na teplotu 100 °C. Vzniklá voda se postupně oddestiluje, přitom se teplota lázně zvýší až na teplotu 180 °C. Pokud se již netvoří žádná voda, sníží se tlak na 5 mbar (500 Pa) a zbylá voda se oddestiluje při teplotě 180 °C za 45 minut. Reakce se ukončí, když se již netvoří žádná voda. OHZ: 12 mg KOH/g, SZ: 8,7 g KOH/g

-7- * • ·

Příklad 3: Výroba polyethylenglykol 400 - dipalmitátu

140,7 g polyethylenglykolu 400 se za přítomnosti 1,65 svedcat 5 (organický katalyzátor Sn firmy Svedstab) smíchá s 189,8 g methylpalmitátu. Reakční směs se pod ochrannou atmosférou dusíku zahřeje na teplotu 100 °C. Vzniklý methanol se postupně oddestiluje, přičemž se teplota lázně zvýší až na teplotu 180 °C. Pokud se již netvoří žádný methanol, sníží se tlak na 5 mbar (500 Pa) a zbylý methanol se oddestiluje při teplotě 180 °C za 45 minut. Reakce se ukončí, pokud se již netvoří žádný methanol. OHZ: 20 mg KOH/g.

Příklad 4: Výroba polaethylenglykol 400 - dioleátu

122,3 g polyethylenglykolu 400 se za přítomnosti 1,88 g svedcat 5 (organický katalyzátor Sn firmy Svedstab) smíchá s 177,9 g methyloleátu. Reakční směs se zahřeje na teplotu 100 °C pod ochrannou atmosférou dusíku. Vzniklý methanol se postupně oddestiluje, přičemž se teplota lázně zvýší až na teplotu 180 °C. Pokud se již netvoří žádný methanol, sníží se tlak na 5 mbar (500 Pa) a zbylý methanol se oddestiluje při teplotě 180 °C za 45 minut. Reakce se ukončí, pokud se již netvoří žádný methanol. OHZ: 9,3 mg KOH/g.

Zkušební polyethylenové předměty, vybavené různými zkušební látkami (A a B = příklady podle vynálezu; V1 až V2 = srovnávací pokusy), byly podrobeny smáčecímu tesu, který se provede následujícím způsobem:

1. Smísí se 600 g vysokomolekulárního polypropylenového granulátu (obchodní produkt „Eltex PHY 671“ firmy Solvay) s 9,0 g (=1,5 %hmotn.) látky zkoušené z hlediska hydrofilního vybavení. Tato směs se nálevkou přivede do extrudéru (extruder s dvěma šneky DSK 42/7 firmy Brabender OHG/Duisburg). Extrudér, jak je odborníkům dávno známo, je • · · • · · · · · «· • · · · · « stroj na zpracování plastických hmot, který je vhodný pro kontinuální míchání a plastifikování jak práškových tak také granulovaných termoplastů. Pod plnicí nálevkou se vedle vodního chlazení, které má zabránit předčasnému tavení granulátu popř. prášku, se také nachází dva protichůdné šneky, které jsou podélně rozděleny na tři tepelné zóny. Teplota teplených zón a otáčky obou šneků se mohou řídit přístrojem na zpracování dat Plast-Corder PL 2000, který je spojen s extrudérem napojením na PC. Přitom se teplené zóny I, II a III nastaví na teplotu 200 °C, přičemž tyto tři tepelné zóny jsou chlazeny vzduchem, aby se teplota udržovala konstantní. Směs polypropylenového granulátu a zkušební látky se automaticky vtahuje proti sobě jdoucími šneky do extruderu a dopravuje podél šneků. Otáčky se nastaví na 25 otáček za minutu, aby se zajistilo dobré promísení a homogenizace. Tato homogenní směs se dostává nakonec do trysky, která představuje čtvrtou tepelnou zónu. Teplota této trysky se nastaví na 200 °C - při této teplotě také směs opouští extruder. Tryska se zvolí tak, že střední průměr předena po opuštění trysky v rozmezí asi 2 až 3 mm. Toto přadeno se granuluje, to znemaná, že se nakrájí na malé kousky, přičemž se nastaví délky asi 2 až 4 mm. Získaný granulát se ochladí na teplotu 20 °C. Tento granulát se v zařízení na zvlákňování z taveniny převede při teplotě zpracování 280 °C (to znamená, že se nastaví jak teplota tavení, tak také teplota trysky na 280 °C) gravimetricky (to znamená působením tíže) na vlákna. Získaná vlákna mají tloušťku vlákna v oblasti asi 1 až 30 dtex (1 dtex odpovídá 1 g vlákna na 10000 m délky vlákna). Následně se navine 500 m těchto vláken na roli o průměru 6,4 cm. Tato vlákna navinutá na roli se z role stáhnou a stažený tvar ve formě kruhu se stabilizuje středovým uzlem, přičemž se získá tvar ve formě „8“; tento tvar se následně označuje jako „přadýnko“.

2. Odměrný válec 11 (skleněný válec s vnitřním průměrem 6,0 cm) se naplní vodou o teplotě 20 °C a sice až ke značce 1000 ml. Zkušební přadýnko se drží tak, že jeho podélný směr je souhlasný s vertikálou odměrného válce, ·····« ·· « • · · · · · ·

to znamená, že přadýnko se jeví jako vertikála „8“. Na nejspodnější část této „8“ se zavěsí závaží, které sestává z měděného drátu, přičemž hmotnost měděného drátu činí 0,2064 g Cu na gram přadýnka. Tento měděný drát se na přadýnko upevní ve formě vinutí (spirály), přičemž průměr vinutí měděného drátu činí 1 až 2 cm; následně se tato vinutí měděného drátu lehkým stlačením mezi palcem a ukazováčkem stlačí. Teď se drží přadýnko s měděným závažím nad vodním povrchem odměrného válce a sice tak, že spodní část měděného závaží je ponořená do vody a nejspodnější část přadýnka se nachází asi 2 mm nad vodným povrchem. Potom se přadýnko uvolní a stopkami se měří čas v sekundách, který přadýnko potřebuje k tomu, aby se úplně včetně svého horního okraje smočilo do vody (úplný čas ponoření). Začátek a konec měřeného času se definuje tak, že nejspodnější konec přadýnka a rovněž horní konec přadýnka projde značkou 1000 ml. Tato první naměřená hodnota se označuje jako hodnota C1 („hodnota prvního smáčecího cyklu“).

3. Přadýnko se bezprostředně po stanovení hodnoty C1 odejme z odměrného válce, osuší celulózou a jednu hodinu suší v sušárně s cirkulací vzduchu (typ UT 5042 EK firmy Heraeus) při teplotě 40 °C. Následně se opakuje krok 2. Nyní získaná hodnota doby úplného ponoření v sekundách se označuje jako hodnota C2 („hodnota druhého smáčecího cyklu“). Sušení a stanovení doby úplného ponoření se teď znovu opakuje, přičemž se získá hodnota C3 („hodnota třetího smáčecího cyklu). Jakmile doba úplného ponoření (hodnoty C1 až C3) je nad 180 sekund, cyklus se ukončí.

Smáčecí test obstál, když hodnoty C1 až C3 leží pod pěti sekundami.

Výsledky pokusu jsou shromážděny v tabulce 1; uvedeny jsou přitom doby úplného ponoření (v sekundách).

• · « · ♦ · • · · • · ·

Tabulka 1

	Aditivum (1,5 %hmotn.) ve vláknu PP (Eltex PHY 677)	C1 [sek.] (po zvláknění)	C2[sek.] (24 h po C1, sušení při RT)	C3[sek.] (24 h po C2, sušení při RT
A	PEG-400-dilaurát	1,1	1,6	1,5
B	PEG-400-didekanoát	1,5	2,4	2,5
V1	PEG-400-dioleát	> 180	> 180	> 180
V2	PEG-400-dipalmitát	6,5	6,6	50,2

Z výsledků je patrné, že aditiva podle vynálezu umožňují lepší hydrofilizaci vláken PP, než sloučeniny zveřejněné v přihlášce WO 95/10648.

Claims (3)

1. Patentové nároky

   1. Polypropylenové vlákno, získané smísením polypropylenu s aditivem, následným zahřátím směsi až na taveninu a zvlákněním obvyklým způsobem, vyznačující se tím, že se jako aditiva vyberou reakční produkty polyethylenglykolu 400 s kyselinou laurovou nebo děkanovou.
2. 2. Polypropylenové vlákno podle nároku 1,vyznačující se tím, že polypropylenové vlákno obsahuje aditivum v množstvích 0,5 až 10 % hmotnostních, výhodně 0,5 až 5 % hmotnostních a zvláště 1,0 až 2,5 % hmotnostních.
3. 3. Použití polypropylenového vlákna podle nároků 1 až 2 pro výrobu textilních plošných vzorů.