NL8020501A - Sorptiemateriaal, bevattende garens en films en werkwijze voor de vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

8 O 2 O 5 Q 1.

PCT/N-30.094-Kp/vdM » - 1 -

Sorptiemateriaal, bevattende garens en films en werkwijze voor de vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op polymere textielvezels en dunne polymeerfilms met een hoog sorptievermogen voor organische dampen, nevels, opgeloste stoffen en in het bijzonder voor schadelijke of gevaarlijke 5 stoffen in deze vormen. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op polymere vezels en films, die een aanzienlijke hoeveelheid actief sorptiemateriaal door de gehele structuur van de vezel of de film heen met goed behoud van activiteit bevatten en werkwijze voor de vervaardiging daar-10 van.

Een belangrijk doel van de uitvinding bij toepassing op garens is de vervaardiging van sterk sorberende enkel-of veelvezelige garens of stapelvezels met eigenschappen die geschikt zijn voor gebruik in textiel in het algemeen. Tot 15 dergelijke kwaliteiten behoren bijv. een voor machinale verwerking bevredigende denier, geschikte treksterkte voor bewerking en gebruik, aanzienlijke rek tot de breeksterktegrens, goed herstel van een middelmatige uitrekking en voor textielvezels in het algemeen gewenste duurzaamheid. Het is gewenst 20 dat de vezels de sorberende bestanddelen ook na herhaald dragen en reinigen in een actieve toestand behouden en dat de sorberende eigenschappen kunnen worden vernieuwd.

Een doel van de uitvinding is vezels en films te verschaffen, die geschikt zijn voor gebruik in beschermende 25 kleding, bedekkingen of dergelijke en sorberende media of deeltjes bevatten, die dampen, vloeistoffen en opgeloste stoffen tot een hoog percentage van het gewicht van deze media kunnen sorberen. Hiertoe is het niet alleen wenselijk dat de sorberende media aanwezig zijn in een zeer actieve vorm, maar 30 ook dat de media een aanzienlijke hoeveelheid per gewichtseenheid van de vezels of films waarin zij zijn opgenomen, uitmaken .

Zoals boven is aangegeven is het belangrijk, dat het sorptiemateriaal goed in het vezel- of filmlichaam wordt 35 vastgehouden, zodat het niet bij normaal gebruik losraakt. Dit 8020501 ‘ - 2 - stelt weer een vereiste aan de polymeermatrix, n.1. dat deze matrix de te sorberen materialen gemakkelijk moet doorlaten, zodat deze de sorberende bestanddelen gemakkelijk kunnen bereiken.

5 Vroegere pogingen sorptiematerialen in polymere vezels of filmvormende polymeren op te nemen hebben geleid tot ongewenst lage sorptiecapaciteiten. Eën van de problemen daarbij was, dat wanneer deze sorptiematerialen zoals actieve kool-deeltjes, werden opgenomen in polymeren, er moeilijkheden ont-10 stonden bij het spinnen en het trekken van vezels, behalve bij in verhouding lage concentraties van de opgenomen kool. Daardoor werden gehalten aan koolstof of ander pigment van slechts ca. 10-12 procent algemeen aanvaard als een bovengrens voor de extrusie van dergelijke materialen. Wanneer een groter percen-15 tage wordt opgenomen hebben dikwijls de spindopopeningen de neiging verstopt te raken als gevolg van een povere doorstroming, of breekt de spinlijn gedurende het aftrekken. Dit kan dikwijls alleen maar worden vermeden door gebruik van grotere spinopeningen dan zijn gewenst.

20 Verder is er het probleem dat de actieve media na opname in een polymeermatrix weinig of geen sorptievermogen vertonen, klaarblijkelijk als gevolg van het feit, dat het polymeer de toegang tot de interne poriënstructuur van de sorberende deeltjes in de gerede vezel of film afsluit.

25 Actieve kool bevattende vezels zijn reeds vervaar digd, en hoewel enkele van deze de boven genoemde afsluitings-problemen niet vertonen, zijn deze zeer broos en niet geschikt voor gewoon of speciaal gebruik in textiel.

Met het oog op het bereiken van de boven genoemde 30 doelstellingen en het overwinnen van de beperkingen van de, .

stand der techniek, voorziet de uitvinding wanneet toegepast bij textielgarens in draden of vezels, die bestaan uit een micro- ; poreus polymeerlichaam, waarin een grote hoeveelheid actieve sorberende deeltjes door en door gedispergeerd is opgenomen, 35 waarbij deze deeltjes een aanzienlijk hoger percentage van de vezelsamenstelling uitmaken dan tot nu toe werd bereikt en bovendien in een zeer actieve toestand in het polymeerlichaam aanwezig zijn. Ook kunnen vellen of films worden gevormd, die 8020501 - 3 - een eender microporeus polymeerlichaam met een eendere vulling omvatten.

Voor de fabricage van dergelijke vezels of films, voorziet de uitvinding in een werkwijze, waarbij de sorberende 5 deeltjes worden gemengd met een geschikt extraheerbaar, fase-scheidbaar verdunningsmiddel, alsmede het polymeermateriaal. Het verdunningsmateriaal heeft meerdere functies: het maakt de polymeermatrix microporeus; het maakt het mogelijk dat de vezel met een hoog pigmentgehalte koud wordt getrokken, waar-10 bij geschikte mechanische eigenschappen voor textiel worden verkregen; en het maakt zeer snel aftrekken uit de smelt mogelijk, zodat nauwe spinopeningen niet nodig zijn om fijne garens te maken.

Andere kenmerken van de uitvinding omvatten be-15 paalde materialen, samenstellingen en werkwijzen, die uit het onderstaande duidelijk zullen worden.

Het produkt van de uitvinding omvat een microporeus polymeerlichaam met door en door gedispergeerde actief sorberende deeltjes. De deeltjes vertonen bij opname in het 20 polymeerlichaam een zeer actieve sorptie met minimale afsluiting van het oppervlak of de interne structuur van de sorberende deeltjes door het polymeer. De deeltjes maken een hoog percentage van het totale gewicht van het lichaam uit, vergeleken met sorptiemiddelen bevattende garens en films volgens 25 de stand der techniek, bijv. meer dan 10 % en tot aan 50 % van het gewicht van de gerede vezel.

De produkten van de uitvinding ", kunnen vezels of draden zijn, die geschikt zijn voor het maken van garens voor talloze toepassingen in gewoon textiel, alsmede dunne poly-30 meerfilms, gebruikt als beschermende mantels, afdekkingen, voeringen of dergelijke. De vezels kunnen vervilt zijn, of de garens kunnen geweven, geknoopt of op een andere manier zijn uitgevoerd als textielgarens in het algemeen. De vezels kunnen ook gehakt zijn of op een andere manier verkleind zijn en zijn 35 samengevoegd in de vorm van papierachtige vellen, kussens of andere vormen.

Voor de vervaardiging van sorberende lichamen volgens de uitvinding wordt de voorkeur gegeven aan het ge- 8020501 - 4 - bruik van een sorptiemateriaal, zoals bijv. actieve kooldeel-tjes, silicagel of andere deeltjes van moleculair-filterachti-ge materialen. Het verdunningsmateriaal, bijv. paraffinewas, is een materiaal dat kennelijk (a) verenigbaar is met het ; 5 polymeer bij smeltspintemperaturen, (b) scheidbaar is van het polymeer in een fijne, aparte, fase bij koeling en (c) extra-heerbaar is onder vorming van de gewenste open-cel poreuze configuratie in de polymeermatrix. Paraffinewas, die kristalli-seerbaar is, heeft bijv. de eigenschap bij kamertemperatuur 10 uit het polymeer af te scheiden, zodat na extractie in een volgende stap, onderling verbonden poriën door het gehele polymeerlichaam heen aanwezig zijn. Als polymeer kan één van de vele in textiel of filmen gebruikte materialen worden gekozen, waarbij polypropyleen de voorkeur heeft.

15 Een mengsel van sorptiemateriaal, verdunningsmid- del en polymeer wordt per charge mechanisch gemengd in een geschikte meng- of mengextrusie-inrichting. De volgorde van toevoeging is niet kritisch en kan worden gekozen met het oog op de gebruiksvoorwaarden van de bepaalde menginrichting.

20 Wanneer één van de genoemde types menginrichtingen wordt gebruikt, zorgt de aanwezigheid van het verdunningsmiddel blijkbaar voor verhindering van afsluiting van poriënsysteem van de sorberende deeltjes door het polymeer.

Het zo gevormde mengsel wordt door nauwe openingen 25 geëxtrudeerd, onder vorming van vezels of draden, of door nauwe spleten, onder vorming van dunne polymeervellen of -films. Het zo gevormde geëxtrudeerde materiaal kan op de gebruikelijke wijze worden verdund, bijv. tot 1.000 : 1 door spinaftrekken uit de smelt en indien gewenst door daarop in de 30 vaste vorm uit te rekken tot bijv. 10 : 1.

De zo gevormde garens, vezels of films worden voor verwijdering van het verdunningsmiddel met een geschikt oplosmiddel of oplosmiddelen geëxtraheerd. Deze extractie veroorzaakt de poriën in het polymeer, waardoor de sorberende deel-35 tjes in een actieve toestand achterblijven en toegankelijk zijn voor dampen, vloeistoffen of opgeloste stoffen, die aanwezig zijn op of bij het oppervlak van de matrix.

Volgens de uitvinding vervaardigde vezels kunnen 8020501 - 5 - in vele gevallen in vaste toestand (koud trekken) tussen 2 : l en 15 : 1 worden uitgetrokken en kunnen een denier van 1-1000 hebben met een uiteindelijke diameter van 0,025-0,508 mm. Evenzo kunnen films worden gevormd met een dikte van 0,025-; 5 0,508 mm.

VOORBEELD I

Textielvezels uit microporeus polypropyleen, waarin actieve kooldeeltjes waren ingebed, werden gevormd. De kooldeeltjes maakten 17 gew.% van de gerede vezel uit. Het ! 10 verdunningsmiddel was paraffinewas met een smeltpunt van 55°C.

Een mengsel, bestaande uit 61 gew.% polypropyleen, 26 gew.% paraffinewas en 13 gew.% actieve kool (Amoco PX21 Super Sorb), werd gevormd. Allereerst werd de paraffinewas gebracht in een Sigma bladmenger en tot smelten verwarmd, waarna 15 de actieve kooldeeltjes werden toegevoegd. Nadat menging had plaatsgevonden, werd het mengsel verhit tot 230°C en werd daarop het polypropyleen langzaam toegevoegd en het mengen voortgezet totdat een gelijkmatig mengsel was verkregen.

Daarop werd het mengsel gekoeld, gehakt en smelt-20 gesponnen bij 175°C op een spinextrusie-inrichting voor vezels van 2,54 mm met een spindop met elf openingen met ieder een diameter van 2,03 mm, onder vorming van veelvezelig garen. De vezels werden aan spinaftrekken tot ca. 60 : 1 onderworpen bij een snelheid van 45 m/min. Het vermogen van de extrusie-25 inrichting was 0,18 kg/h.

Vervolgens werd het garen in vaste toestand bij 75°C tot ongeveer een 5 : 1 trekverhouding getrokken. Tenslotte werd het in een Soxhlett apparaat met pentaan geëxtra heerd en onder vacuum gedroogd.

30 Het verkregen garen had een totale denier van 96 (8,8 denier/vezel) en vertoonde de volgende mechanische eigenschappen : taaiheid 2,7 g/denier rek tot breken 23 % 35 Het volgens dit voorbeeld verkregen garen ver toonde een opvallens sorptievermogen voor organische nevels, aerosols, opgeloste stoffen, dampen en gassen. De fysische en chemische fenomenen, die gepaard gaan met dit gunstige resul- 8020501 - 6 - taat zijn vooralsnog niet geheel duidelijk in termen van hetzij de polymeermoleculen of de microporiën in de matrix. Duidelijk bleek echter dat het oppervlak van de sorberende deeltjes voldoende open stond voor een doelmatige sorptie.

5 De resultaten worden door proeven in een verzadigde atmosfeer van tetrachloorkoolstof toegelicht. De gebruikte actieve kool-deeltjes absorbeerden wanneer deze in een onvermengde toestand vrij aan deze atmosfeer werden blootgesteld, 200-210 % van hun gewicht aan tetrachloorkoolstof. Zoals boven is vermeld, 10 resulteerde toepassing van dezelfde soort deeltjes bij de vervaardiging van vezels in dit voorbeeld in vezels met 17 gew.% kool, gebaseerd op het totale gewicht van de vezels na extractie. Metingen werden uitgevoerd van het sorptievermogen van de vezels, verkregen zowel met als zonder een koude trek-15 bewerking (uittrekken in vaste vorm, zoals boven beschreven) in dezelfde atmosfeer. Na koud trekken en extractie namen de vezels 26 % van hun gewicht aan tetrachloorkoolstof op. Na extractie maar zonder koud trekken, namen de vezels 33 % van hun gewicht aan tetrachloorkoolstof op. Aangezien de kool 20 slechts 17 % van het totale gewicht van de vezels uitmaakte, volgde hieruit dat in het bijzonder in het tweede geval weinig of geen afsluiting van de poriënstructuur van de kool door het polypropyleen was opgetreden.

VOORBEELD II

25 Een mengsel van 58 gew.dln polypropyleen, 25 gew. : dln paraffine met een smeltpunt van 55°C en 17 gew.dln. actieve kool (Amoco PX21 Super Sorb), werd bereid door de bestanddelen in een dubbel-schroefextrusie-inrichting met een matrijs-temperatuur van 232°C te mengen. De toevoersnelheden van de 30 verschillende componenten naar de extrusie-inrichting werden zodanig afgesteld, dat de bovenstaande mengverhouding werd verkregen.

Het geëxtrudeerde materiaal werd gehakt en vervol-; gens bij een opneemsnelheid van 14,5 m/min tot een enkele 35 vezel gesponnen. De vezel werd daarna met pentaan in een Sox-hlett apparaat geëxtraheerd en onder vacuum gedroogd. De verkregen vezel bevatte 23 gew.% kool en nam 45 % van zijn gewicht aan tetrachloorkoolstof op.

8020501 - 7 -

Het belang van het verdunningsmiddel in de werkwijze volgens de uitvinding wordt aan de hand van het volgende voorbeeld duidelijk.

VOORBEELD III

5 Een mengsel van 87 gew.dln polypropyleen en 13 gew.dln actieve kool (Amoco PX21 Super Sorb) werd in een Sigma bladmenger bij 230°C gemengd tot een blijkbaar homogeen mengsel was verkregen. Het mengsel werd gekoeld, gehakt en met een opneemsnelheid van 14 m/min tot een enkele vezel gespon-10 nen. Vervolgens werd de vezel met hexaan in een Soxhlett apparaat geëxtraheerd en onder vacuum bij 90°C gedroogd. Na extractie was de vezel slechts in staat 2 % van zijn gewicht aan tetrachloorkoolstof op te nemen.

Een zelfde vezel na extractie werd vervolgens bij 15 88°C getrokken tot een trekverhouding van 3 : 1 onder vorming van een vezel met een diameter van 0,076 mm en in deze vorm was de vezel in staat slechts 7,0 % van zijn gewicht aan tetrachloorkoolstof op te nemen.

Het is duidelijk, dat in de praktijk van de uit-20 vinding de extractie van het verdunningsmiddel kan worden uitgevoerd zowel vóór-als nadat de vezels koud zijn getrokken of zijn opgenomen in een gereed produkt, zoals een textielweefsel.

25 8020501

Claims (21)

1. Een open-cel microporeus polymeerlichaam, ^waarin sorberende deeltjes in een hoeveelheid tussen 10 en 50 gew.% van het lichaam zijn gedispergeerd.

2. Lichaam volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de sorberende deeltjes een materiaal als actieve kool, silicagel of moleculair—filterachtig materiaal omvatten.

3. Lichaam volgens conclusies 1-2, met het 10 kenmerk, dat de sorberende deeltjes actieve kool omvatten.

4. Lichaam volgens conclusies 1-3, met het kenmerk , dat het polymeerlichaam polypropyleen omvat.

5. Lichaam volgens conclusies 1-4, met het 15 kenmerk , dat het de vorm heeft van een textielvezel met een diameter tussen 0,025 en 0,508 mm.

6. Lichaam volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de vezel een grotendeels gelijkmatige microporeuze configuratie en samenstelling in dwarsdoorsnede 20 heeft.

7. Lichaam volgens conclusie 5, met het kenmerk , dat het de vorm heeft van een in de vaste vorm tot tussen 2 : 1 en 15 : 1 getrokken vezel.

8. Lichaam volgens conclusies 1-4, met het 25 kenmerk, dat het de vorm heeft van een microporeuze polymeerfilm met grotendeels gelijkmatig over zijn dwarsdoorsnede gedispergeerde absorberende deeltjes.

9. Lichaam volgens conclusie 8, met het kenmerk , dat de film een dikte tussen 0,025 en 0,508 30 mm heeft.

10. Lichaam volgens conclusies 1-4, met het kenmerk , dat het de vorm van een textielvezel heeft.

11. Lichaam volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het een denier tussen 1 en 20 heeft.

12. Lichaam volgens conclusie IQ, met het kenmerk , dat de vezel in vaste vorm tot tussen 2 : 1 en 15 : 1 is getrokken.

13. Lichaam volgens conclusie 10, met het 8020501 ' - 9 - k ........ ... ...... kenmerk , dat de sorberende deeltjes een materiaal als actieve kool, silicagel of moleculair filterachtig materiaal omvatten.

14. Lichaam volgens conclusie 13, met het 5kenmerk , dat de sorberende deeltjes actieve kool omvatten.

15. Lichaam volgens conclusie 10, met het kenmerk , dat het polymeerlichaam polypropyleen omvat.

16. Werkwijze voor het vormen van een sorberend 10 lichaam, met het kenmerk, dat sorberende deeltjes, een vloeibaar gemaakt polymeer materiaal en een ex-traheerbaar dragermateriaal, dat verenigbaar is met het vloeibaar gemaakte polymere materiaal en bij een temperatuur beneden de smelttemperatuur van het polymere materiaal, ervan 15 fase-scheidbaar is, worden gemengd, onder vorming van een gesmolten mengsel, het zo gevormde mengsel voor de vorming van het lichaam wordt geëxtrudeerd en het dragermateriaal uit het lichaam wordt geëxtraheerd, onder vorming van een open-cel polymeermatrix.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk , dat het mengen in een enkele trap wordt uitgevoerd.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat de extrusie door een opening, 25 onder vorming van een textielvezel, plaatsvindt.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk , dat de vezel uit het gesmolten mengsel wordt afgetrokken.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het 30kenmerk , dat de draad in vaste vorm wordt getrokken voordat de extractie plaatsvindt.

21. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk , dat de extrusie door een spleet, onder vorming van een film, plaatsvindt. 35 8020501