CZ302496B6

CZ302496B6 - Prostredek pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan, zpusob prípravy a zpusob aplikace prostredku pro impregnaci opletu, povlak opletu, a lano s povlakem

Info

Publication number: CZ302496B6
Application number: CZ20100343A
Authority: CZ
Inventors: Krýsa@Josef; Novotná@Petra
Original assignee: Vysoká škola chemicko technologická v Praze
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-06-15
Also published as: CZ2010343A3

Abstract

Prostredek pro impregnaci lan je urcen pro dosažení lepší oteruvzdornosti a odolnosti proti vode pri nižších výrobních nákladech. Prostredek je tvoren solem obsahujícím polydimethylsiloxan, tetraisoproxytitanát a tetraethoxysilan, a vytvárí na povrchu opletu lana povlak obsahující 10 až 45 % obj. polydimethylsiloxanu, 10 až 45 % obj. oxidu titanicitého a 10 až 45 % obj. oxidu kremicitého. Prostredek se pripravuje ze smesi prekurzoru polydimethylsiloxanu (PMDS), tetraisoproxytitanátu (TiP) a tetraethoxysilanu (TEOS) a rozpouštedel tetrahydrofuranu (THF), etanolu (EtOH), acetylacetonu (AcAc), smes se homogenizuje mícháním po dobu od 0,5 do 2 hod., následne se do smesi pridá H.sub.2.n.O a HCl, potom se pridají opet rozpouštedla (THF, EtOH a AcAc), a za pokojové teploty probíhají po dobu od 0,5 do 2 hod. hydrolyticko - kondenzacní reakce, pri kterých vznikne trojrozmerná chemicky vázaná organicko-anorganická sít a následne se roztok znovu míchá po dobu od 3 do 24 hod. Predmetem vynálezu je i zpusob aplikace prostredku pro impregnaci na lano a lano s takto vytvoreným povlakem.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká povrchové úpravy textilních lan s opleteni, zejména dynamických horolezeckých lan (jednoduchá, poloviční a dvojitá lana typu jádro s opletem), která se u těchto lan provádí za io účelem zlepšení pevnostních charakteristik lan, oděruvzdomosti, rovnoměrnějšího rozložení zátěže, odpuzování vody a mastných látek, a zvýšení životnosti lan při častém vystavování nepříznivým povětrnostním podmínkám.

Dosavadní stav techniky

Povrchová úprava textilních, zejména dynamických lan se provádí několika známými způsoby.

Jedním z nich je povrchová úprava na bázi teflonu. Síť makromolekulámích řetězců vytváří

2o ochrannou nepropustnou vrstvu, která se elektrochemickými vazbami naváže na jádro lana. Ochranná vrstva snižuje tření mezi vlákny lan a zároveň zlepšuje vzájemnou klouzavost mezi těmito vlákny. Vylepšení těchto vlastností má za následek rovnoměrnější rozložení zátěže lan.

Zdokonalenou základní povrchovou úpravu dynamických lan tvoří impregnace, kdy se již pri barvení opletu nanášejí na oplet hydrofobní látky.

Tato základní úprava se může zlepšit další povrchovou úpravou, kdy se na oplet lana s využitím nanotechnologické metody nanášení aplikuje teflon ve velmi malých částicích. Tyto částice velmi účinně brání průniku vody, prachu a jiných částic do opletu lan, čímž se zvyšuje jeho odolnost proti vodě a oděruvzdomost.

Dalšího zlepšení těchto vlastností a výrazného prodloužení životnosti těchto lan se dosáhne nanotechnologickou aplikací malých teflonových částic jak na oplet, tak i na jádro lana.

Nevýhoda povrchových úprav na bázi teflonu spočívá v jejich vysoké ceně, způsobené vysokými náklady na technologii nanášení.

Jinou známou možností povrchové ochrany dynamických lan je způsob, kdy jak jádro, tak i oplet lana jsou chráněny vysoce flexibilní organickou pryskyřicí na bázi organických fluorovaných polymerů. Pri aplikaci tohoto způsobu se na povrchu vytváří ochranný film fluorovaných alkylových substituentů, který snižuje povrchovou energii textilního materiálu lana natolik, že odpuzuje vodu i látky mastného charakteru.

Z dokumentu DE 20 2005 003 291U1 je známo lano určené pro rybářské, námořní a akvarijní účely. Oplet tvoří vrchní minerální skelná vlákna s podílem SiO₂ alespoň 50 % hmotnostních, nebo čedičová vlákna. Jádro tvoří vnitrní vlákna z umělých materiálů, např. polyethylenu nebo polyesterů, popř. polyoiefinů, např. polyamidů, např. polyamidů nebo polypropylenu, případně mohou být i z přírodních materiálů.

Z dokumentu FR2865 481 je známa sloučenina pro nanášení na vlákna na výrobu lan, která slouží ke zvýšení odolnosti proti oděru a sestává z polyoiefinů (např. polyolefinového vosku), polyorganosiloxanu (ve formě silikonového oleje), a z esteru kopolymeru (základ je a-olefm, dvojsytná karboxilická kyselina a hydroxylní složka).

- 1 CZ 302496 B6

Z dokumentu FR 2276 419 je známá impregnační lázeň pro zvýšení kluzkosti, pružnosti, ohebnosti a životnosti lan. Lázeň obsahuje polyestery — uretany a aromatický isocyanát. Po spletení se lana ještě impregnují v kádi ve vodném roztoku fluoro karbonové pryskyřice.

Dále jsou známé způsoby tepelné povrchové úpravy hotových lan, které zajišťují zachování hladkého povrchu při používání lana po celou dobu jeho životnosti. Lana zůstávají pružná, ohebná, a zachovávají si své rozměry i v případech, kdy jsou opakovaně vystavována působení vody, slunce a znečištění. Podstata těchto tepelných úprav spočívá v tom, že se lana na povrchu ohřejí na vyšší teplotu na krátkou dobu a rychle se ochladí, čímž dojde k homogenizaci lana, která vede io ke zlepšení vlastností lan.

Výše popsané způsoby povrchové úpravy lan jsou levnější než úpravy na bázi teflonu, avšak vlastností takto upravených lan nedosahují vlastností lan s teflonovou úpravou.

i5 Hlavním úkolem vynálezu je nalézt takový impregnační prostředek, kterým by se podařilo dosáhnout oděruvzdomosti a odolnosti proti vodě jako u lan s teflonovou povrchovou úpravou, a zároveň by se dosáhlo podstatného snížení výrobních nákladů. Úkolem vynálezu je také nalézt způsob výroby a způsob aplikace takového prostředku, který by vedl k vytvoření povlaku na povrchu opletu tan.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen vytvořením prostředku pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan, která sestávají zjádra a z opletu. Podstata prostředku pro impregnaci spočívá v tom, že je tvořen sólem obsahujícím polydimethylsiloxan v množství od 0,1 do 1 mol/1, tetraisoproxytitanát v množství od 0,1 do 1 mol/I, tetraethoxysilan v množství od 0,1 do 1 mol/1, přičemž zbytek tvoří alespoň jedno rozpouštědlo ze skupiny tetrahydrofuran, ethanol, acetylaceton.

Předmětem vynálezu je i způsob přípravy prostředku pro impregnaci opletu textilních lan, který spočívá v tom, že se připraví směs prekurzorů polydimethylsiloxanu (PMDS) v množství 1 až 40 % hmotn., tetraisoproxytitanátu (TiP) v množství 1 až 40 % hmotn. a tetraethoxysilanu (TEOS) v množství 1 až 40 % hmotn., rozpouštědel tetrahydrofuranu (THF), ethanolu (EtOH), acetylacetonu (AcAc), směs se homogenizuje mícháním po dobu od 0,5 do 2 hod, následně se do směsi přidá H₂O a HCI, potom se přidají opět rozpouštědla (THF, EtOH a AcAc), a za pokojové teploty probíhají po dobu od 0,5 do 2 hod hydrolyticko - kondenzační reakce, při kterých vznikne trojrozměrná chemicky vázaná organicko-anorganická síť, a následně se roztok znovu míchá po dobu od 3 do 24 hod.

Obecně lze probíhající hydrolyticko-kondenzační reakce alkoxidů (v tomto případě alkoxidů Ti a Si - obecný vzorec alkoxidů je M(OR)₄), kde M je atom Ti nebo Si a R je příslušný radikál) popsat následovně:

Hydrolýza:

M(0R)₄ + H₂O -> M(OR)₃OH + ROH

Kondenzace:

Buď:

(OR)₃M - OH + HO - M(OR)₃ -► (OR)₃M - O - M(OR)₃ + H₂O

Nebo:

-2CZ 302496 B6 (OR)₃M - OR + HO - M(OR)₃ -> <OR),M - O - M(OR)₃ + ROH

Po zhydrolyzování alkoxidů dochází i k reakci s polydimethylsiloxanem, nejen mezi alkoxidy mezi sebou:

(OR)₃M - OH + HO[Si(CH₃)₂O]_nH (OR)₃M - O - [Si(CH₃)₂O]_nH io Výše popsané reakce vedou ke vzniku trojrozměrné anorganicko-organické sítě, která je základem pro vytvoření povlaku lana.

Ve výhodném provedení způsobu přípravy prostředku pro impregnaci opletu podle vynálezu má směs prekurzorů takovéto rozmezí jednotlivých složek: jeden díl polydimethylsiloxanu (PMDS), t5 jeden díl tetraisoproxytitanátu (TiP), půl dílu tetraethoxysilanu (TEOS), přičemž ktéto směsi se v první fázi přidají dvě třetiny směsi rozpouštědel tetrahydrofuranu (THF), ethanolu (EtOH), acetylacetonu (AcAc) a po přidání H₂O a HCl se v druhé fázi přidá zbývající třetina směsi rozpouštědel THF, EtOH, AcAc.

Předmětem vynálezu je dále i způsob aplikace prostředku pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan, jehož podstata spočívá v tom, že prostředek připravený výše popsaným způsobem se naředí vodou v poměru 1 : 0,1 až 1 : 1, nebo ethanolem v poměru l : 0,1 až 1:3, následně roztokem kontinuálně prochází lano při okolní teplotě cca 20 °C v termofixačním zařízení, rychlostí 15m/min a při fixační teplotě na laně 110 až 120 °C, a nás25 ledně lano schne na vzduchu.

Dalším předmětem vynálezu je povlak opletu textilních lan, vzniklý po aplikaci výše popsaného prostředku výše popsaným způsobem na lano. Podstata povlaku spočívá v tom, že obsahuje od 10 do 45 % obj. polydimethylsiloxanu, od 10 do 45 % obj. oxidu titaničítého, a od 10 do 45 % obj.

oxidu křemičitého.

Nakonec je předmětem vynálezu i textilní lano, zejména dynamické horolezecké lano sestávající z jádra a z opletu, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň povrchová vrstva opletu je opatřena povlakem, který obsahuje od 10 do 45 % obj, polydimethylsiloxanu, od 10 do 45 % obj. oxidu titaničítého a od 10 do 45 % obj. oxidu křemičitého.

Výhody prostředku pro impregnaci opletu textilních lan a jím vytvořeného povlaku na povrchu lana spočívají zejména v tom, že při praktickém používání lana v horolezectví bylo subjektivním pozorováním zjištěno, že lano dosahuje oděruvzdomosti a odolnosti proti vodě v hodnotách srovnatelných s lany s teflonovou povrchovou ochranou, přičemž výrobní a aplikační náklady jsou nižší než u těchto známých úprav.

Příklady provedení vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší čí menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

-3CZ 302496 B6

Příklad 1: Prostředek pro impregnaci opletu a způsob jeho přípravy

V plastové kádince je rozmícháno 10 ml polydimethylsiloxanu (PMDS), 5 ml tetrahydrofuranu (THF) a 20 ml čistého ethanolu (EtOH). Po dvou hodinách se do roztoku přidá 10 ml ethanolu (EtOH), 3 ml tetraisoproxytitanátu (TiP) a 8 ml acetylacetonu (AcAc). Po jedné hodině homogenizace se přidá 5 ml tetraethoxysilanu (TEOS). Za další jednu hodinu se roztoku přidá 20 ml EtOH a 2 ml demineralizované vody a 3 ml kyseliny chlorovodíkové. Tím začnou probíhat hydrolyticko-kondenzační reakce. Po přibližně dvanáctí až osmnácti hodinách je připraven základní ío roztok, který se dále ředí ethanolem v poměru 1 : 2 (roztok:ethanol). Takto připravená impregnační lázeň může být následně použita pro nanášení na oplet textilního lana a vytvoření povlaku.

Příklad 2: Prostředek pro impregnaci opletu a způsob jeho přípravy (alternativa k příkladu 1)

V plastové kádince je rozmícháno 5 ml polydimethylsiloxanu (PMDS), 10 ml tetrahydrofuranu (THF) a 15 ml čistého ethanolu (EtOH). Po dvou hodinách se do roztoku přidá 5 ml ethanolu (EtOH), 10 ml tetraisoproxytitanátu (TiP) a 10 ml acetylacetonu (AcAc). Po jedné hodině homogenizace se přidá ml 8 tetraethoxysilanu (TEOS). Za další jednu hodinu se roztoku přidá zu 30 ml EtOH a 4 ml demineralizované vody a 5 ml kyseliny chlorovodíkové. Tím začnou probíhat hydrolyticko-kondenzační reakce. Po přibližně dvanácti až osmnácti hodinách je připraven základní roztok, který se dále ředí vodou v poměru 1 : 0,5 (roztok:voda). Takto připravená impregnační lázeň může být následně použita pro nanášení na oplet textilního lana a vytvoření povlaku.

Příklad 3: Způsob aplikace prostředku na lano

Prostředek připravený způsobem podle příkladu 1 nebo příkladu 2, tzn. naředěný vodou nebo .ío ethanolem, vytvoří lázeň v běžném termofixačním zařízení, což je strojní zařízení určeno k technologickému zpracování lan zejména sušení z materiálu polyamid a k nanášení a fixování různých druhů impregnací.

Lano se zahřeje na požadovanou teplotu, následně zatíží stanovenou silou a v tomto stavu se ochladí. Ochlazené lano se pak navine na transportní buben. Samotný ohřev lana je prováděn v sušící komoře prostřednictvím infrazářičů. Posuv lana obstarává řízený pohon. Požadované zatížení lana je dosaženo závažím, zavěšeným na kladce v části zvané „tanečník“, navíjení má samostatný pohon. Požadovaného zatížení lana při odvíjení se dosahuje rozdílnými rychlostmi motorů, mezi kterými se lano nachází.

Strojní zařízení se skládá z:

- odvíjecího zařízení

- sušící komory - tanečníka

- navíjecího zařízeni s bubnem

- infrazářiče

- servopohonu

- zásobníku na impregnační lázeň

Touto lázní prochází lano při okolní teplotě 20 °C rychlostí 15m/min a absorbuje danou impregnaci, dále prochází uzavřenou termofixační částí strojního zařízení při fixační teplotě na laně 110 °C až 120 °C následně lano prochází sušící komorou kde schne při teplotě 20 °C a navíjí se na navíjecí zařízení s bubnem, kde relaxuje po dobu 24 hodin.

-4CZ 302496 B6

Příklad 4: Povlak opletu lana

Na povrchu opletu lana, které prošlo lázní impregnačního prostředku podle příkladu 3, je vytvořen povlak, který je tvořen směsí anorganických a organických materiálů na bázi polydimethyl5 siloxanu, oxidu titaničitého a oxidu křemičitého, vytvářejících trojrozměrnou anorganicko-organickou síť. Tento povlak obsahuje 40 % obj. polydimethylsíloxanu, 30 % obj. oxidu titaničitého, 30 % obj. oxidu křemičitého.

Lana opatřena tímto povlakem vykazují oděruvzdomost a odolnost proti vodě, která byla při io subjektivním hodnocení srovnatelná s lany s teflonovou úpravou, což bylo potvrzeno při praktickém využívání takto upravených lan v horolezectví.

Příklad 5: Textilní lano

Dynamické horolezecké lano sestává z jádra a z opletu. Na povrchu opletu je povlak podle příkladu 4, který byl vytvořen tak, že prostředek pro impregnaci připravený způsobem podle příkladu 1 nebo 2 se aplikoval na lano postupem podle příkladu 3.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít pro zlepšení fyzikálních vlastností textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Prostředek pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan, sestávajících z jádra a z opletu, vyznačující se tím, že je tvořen sólem obsahujícím polydimethylsiloxan (PMDS) v množství od 0,1 do 1 mol/1, tetraisoproxytitanát (TÍP) v množství

35 od 0,1 do 1 mol/1, tetraethoxysilan (TEOS) v množství od 0,1 do 1 mol/1, přičemž zbytek tvoří alespoň jedno rozpouštědlo ze skupiny tetrahydrofuran (THF), ethanol (EtOH), acetyl aceton (AcAc).
2. Způsob přípravy prostředku pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických

40 horolezeckých lan sestávajících z jádra a z opletu, vyznačující se tím, že se připraví směs pro přípravu prostředku pro impregnaci textilních lan prekurzorů pólydimethyIsiloxanu (PMDS) v množství 1 až 40 % hmotn., tetraisoproxytitanátu (TiP) v množství 1 až 40 % hmotn. a tetraethoxysílánu (TEOS) v množství 1 až 40 % hmotn., s Částí rozpouštědel tetrahydrofuranu (THF), ethanolu (EtOH), acetylacetonu (AcAc), směs se homogenizuje mícháním po dobu od 0,5

45 do 2 hod, následně se do směsi přidá H₂O a HCI, potom se přidá zbytek rozpouštědel (THF, EtOH a AcAc), a za pokojové teploty probíhají po dobu od 0,5 do 2 hod hydrolyticko - kondenzační reakce, při kterých vznikne trojrozměrná chemicky vázaná organicko-anorganická síť, a následně se roztok znovu míchá po dobu od
3 do 24 hod.

50 3. Způsob přípravy prostředku podle nároku 2, vyznačující se tím, že směs prekurzorů má takovéto rozmezí jednotlivých složek: jeden díl polydimethylsíloxanu (PMDS), jeden díl tetraisoproxytitanátu (TiP), půl dílu tetraethoxysilanu (TEOS), přičemž k této směsi se v první fázi přidají dvě třetiny směsi rozpouštědel tetrahydrofuranu (THF), ethanolu (EtOH), acetylacetonu (AcAc) a po přidání H₂O a HCI se v druhé fázi přidá zbývající třetina směsi rozpouštědel

55 THF, EtOH, AcAc.

- 5 CZ 302496 B6
4. Způsob aplikace prostředku pro impregnaci opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan sestávajících z jádra a z opletu, vyznačující se tím, že prostředek podle nároku 1 nebo 2, připravený způsobem podle nároku 3 nebo 4, se naředí vodou v poměru
5 1 : 0,1 až 1 : 1, nebo ethanolem v poměru 1 : 0,1 až 1:3, následně roztokem kontinuálně prochází lano při okolní teplotě cca 20 °C v termofixačním zařízení, rychlostí 15m/min a při fixační teplotě na laně 110 až 120 °C, a následně lano schne na vzduchu.

5. Povlak opletu textilních lan, zejména dynamických horolezeckých lan sestávajících z jádra a io z opletu vytvořený z prostředku podle nároku 1 vyrobeného způsobem podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že obsahuje od 10 do 45 % obj. polydimethylsiloxanu, od 10 do 45 % obj. oxidu titaničitého a od 10 do 45 % obj. oxidu křemičitého.
6. Textilní lano, zejména dynamické horolezecké lano sestávající z jádra a z opletu, kde ales15 poň povrchová vrstva opletu je opatřena povlakem vytvořeným z prostředku podle nároku 1 vyrobeného způsobem podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, Že povlak obsahuje od 10 do 45 %obj. polydimethylsiloxanu, od 10 do 45 % obj. oxidu titaničitého a od 10 do 45 % obj. oxidu křemičitého.