PT95604A

PT95604A - Processo para a fabricacao de fibras de aramida com acabamento isento de deposito

Info

Publication number: PT95604A
Application number: PT95604A
Authority: PT
Inventors: Carl William Milligan; Larry John Prickett
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1991-09-30
Also published as: AU629993B2; EP0423703A2; CN1051770A; BR9005205A; EP0423703A3; KR910008184A; CA2027661A1; NO904449L; JPH03185180A; NO904449D0; IE903679A1; AU6465690A

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY "PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE ARAMIDA COM ACABAMENTO ISENTO DE DEPÓSITO"

ENQUADRAMENTO GERAL DA INVENÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a acabamentos para fibras de aramida que não só aumentam a lubrificidade da superfície e melhoram as características de electricidade estática, das fibras, mas também não permitem que as'fibras se desgastem como consequência das forças de manuseamento normais. As fibras de acordo com a presente invenção com os acabamentos prescritos originam um pequeno ou um nulo depósito do material de acabamento sobre os guiamentos das fibras e em outras áreas da maquinaria de manipulação das fibras durante o processamento do produto da fibra.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR Têm sido colocados acabamentos sobre as fibras quase desde que as fibras foram feitas. Os acabamentos destinam-se a modificar as características de manipulação ou de comportamento -2- Λ* das fibras de maneiras específicas; e os acabamentos são muitas vezes muito específicos nos resultados que se atingem com fibras de materiais particulares.

Como exemplo, os sais de potássio dos ésteres de ácidos alquil-fosfóricos têm sido utilizados desde há muito como material de acabamento para diminuir a acumulação de carga electrostática e melhorar a possibilidade de manipulação das fibras de poliéster e de nylon. Na realidade, esses sais de fosfatos alifáticos têm sido utilizados com algum sucesso como acabamentos antiestáticos para fibras de aramida, mas deixam depósitos que originam inconvenientes sobre os guiamentos das fibras e outros elementos da maquinaria de manuseamento das fibras durante o seu processamento.

Os ésteres de ácidos gordos, tais como óleo de coco, óleo de rícino e ésteres de polietilenoglicol de mono-ácidos e de diãcidos gordos têm sido vulgarmente utilizados como ingredientes de acabamento para melhorar a lubrificidade das fibras de aramida mas estes ingredientes não ajudam a reduzir as cargas estáticas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção proporciona um produto de fibra de aramida que tem um denier de filamentos compreendido entre 0,75 -3.- % e 3, ou talvez 5, e um revestimento uniforme sobre as fibras de sais de potássio de ésteres etoxilados de ácido alquil-fosfórico em uma quantidade compreendida entre 0,2% e 1,0%, com base no peso de fibra de aramida. A presente invenção também proporciona um processo para fazer um produto de fibra que compreende as operações que consistem em preparar um banho de acabamento aquoso que tem entre 1% e 50% de sais de potássio de ésteres de fosfato ácido de alquilo etoxilado com base no peso total do banho, em fazer contactar o banho de acabamento aquoso com as fibras de aramida que têm um denier com um valor compreendido entre 0,75 e 5 e em secar a fibra de aramida para deixar um revestimento uniforme com 0,2% a 1,0% de sais de potássio de ésteres de fosfato ácido de alquilo etoxilado sobre a fibra.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO

As fibras da presente invenção são fibras de aramida e podem obter-se a partir de qualquer material polimérico de aramida. A aramida preferida ê a para-aramida e a para-aramida preferida é poli-(p-fenileno-tereftalamida). Por "poli-(p-feni-leno-tereftalamida)" (PPD-T), significa-se o homopolímero resultante da polimerização de quantidades equimolares de p-fenileno--diamina e de cloreto de tetraftaloílo e também de copolímeros que resultam da incorporação de pequenas quantidades de outra diamina aromática com a p-fenileno-diamina e pequenas quantidades de outros cloretos de diácidos aromáticos com o cloreto de teraftaloílo. Como regra geral, na composição de PPD-T, podem também utilizar-se outras diaminas aromáticas e outros cloretos de diácidos aromáticos em quantidades tão grandes como cerca de 10^ em moles da p-fenileno-diamina ou do cloreto de tereftaloílo, ou talvez ligeiramente maiores, desde que apenas as outras diaminas e cloretos de diácido não contenham grupos reactivos que interfiram com a reacção de polimerização. As fibras podem ter a forma de fibras a granel ou de filamentos contínuos com um qualquer valor de denier.

As fibras de aramida podem também ser feitas a partir de meta-aramida e a meta-aramida preferida é poli-(m-fenileno--isoftalamida). As fibras de meta-aramida e as meta-aramidas são descritas na patente de invenção norte-americana número 3 287 324. As para-aramidas e as fibras de para-aramida são descritas na patente de invenção norte-americana número 3 869 429.

As fibras de aramida são geralmente fiadas em húmido a partir de soluções de fiação do polímero de aramida e, depois de submetidas a extrusão numa espinereta, a solução de dopagem é coagulada num banho de coagulação aquoso quer depois de passar através de uma folga não coagulante ou de não passar. A operação de coagulação é seguida de lavagem de várias maneiras e secagem quer sob tensão de tracção ou não. 0 acabamento de acordo com a presente invenção é aplicado à fibra de aramida no decurso da fabricação da fibra e i geralmente aplicado depois da operação de lavagem. 0 acabamento é solúvel em água e pode, portanto, ser aplicado fazendo passar a fibra através de uma solução aquosa de acabamento e secando em seguida a fibra. É possível fazer contactar o banho de acabamento aquoso com a fibra de aramida enquanto esta se encontra ainda na forma "nunca seca". Quer dizer, antes da aplicação do acabamento, a fibra pode ainda reter pelo menos cerca de 20% em peso de água proveniente do processo de fiação. A aplicação do acabamento â fibra nunca seca faz com que uma maior quantidade de acabamento seja embebida na estrutura da fibra. Conquanto os benefícios da presente invenção possam obter-se adicionando o acabamento quer às fibras secas quer às fibras nunca secas, supõe-se que o acabamento que está ligeiramente ligado ã fibra é mais eficaz do que o acabamento que foi simplesmente revestido sobre a superfície exterior da fibra. No entanto, é preferido e mais prático adicionar o acabamento às fibras secas.

Na preparação dos fios, muitas fibras são danificadas pelo contacto com os guiamentos das fibras e outros dispositivos de manipulação e as fibras são por vezes mal guiadas devido â actuação de cargas estáticas. Os acabamentos proporcionam meios para lubrificar as fibras e dissipar a carga estática, reduzindo dessa forma a danificação da fibra e melhorando a qualidade do processamento da fibra. No campo da manufactura de fibras de -6- / aramida, aumenta a necessidade de ter â disposição acabamentos mais efectivos a qual aumenta dramaticamente quando as velocidades de processamento aumentam; e a necessidade de acabamentos mais eficazes é especialmente pronunciada na fabricação de fibras a granel de aramida.

As fibras discretas a granel são fabricadas em fio contínuo fiado por meio do método clássico de fiação através de anel, que pode ser sumarizado como compreendendo sequencialmente as operações que consistem em i) abrir fibra a granel, compacta e enfardada por meio de uma máquina "picadora", formando desse modo tufos soltos de fibra a granel que são subsequentemente comprimidos num batedor solto chamado "picador de sobreposição"; ii) pentear ("cardar") o material sobreposto de modo que as fibras discretas sejam substancialmente paraleli-zadas e transformar estas fibras a granel paralelizadas numa fita contínua solta chamada "sliver de cardagem"; iii) combinar uma pluralidade de "slivers de cardagem" numa única cinta mais homogénea chamada "sliver estirada", em que as fibras individuais soltas estão colocadas numa relação mais paralela por meio de uma moldura de estiragem;

iv) estirar ainda uma ou várias fitas combinadas de "sliver estirada" numa linha de perfil única contínua chamada "roving", com resistência â tracção mínima, por meio de uma máquina de "roving" que confere torção â linha; e v) estirar e torcer posteriormente o "roving" numa máquina de fiação de anel para produzir um "fio fiado".

Este processo de fabricação de fio a granel de andares múltiplos tem como resultado a excessiva danificação da fibra que ê evidenciada pela formação de depósitos sobre as superfícies que contactam com o fio, tais como tecido de cardagem, rolos de estiramento e rolos de fiação. A acumulação de depósitos conduz à posterior danificação da fibra, enrolamentos de fibras em volta do rolo e produtividade reduzida.

No processamento posterior, como, por exemplo, tratamento térmico, enrolamento e semelhantes, as fibras são conduzidas através de e em volta de vários dispositivos de guiamento para colocação e alinhamento do fio. Este processamento posterior também provoca a acumulação de depósitos provenientes das fibras sobre os dispositivos de guiamento. Esta acumulação de depósitos parece ser um problema especial das fibras de aramida uma vez que se presume que a acumulação de depósitos é uma função das forças de tracção aplicadas âs fibras e ao atrito resultante entre as -8- -ψ /

V * fibras e os guiamentos. A presente invenção inclui um acabamento que proporciona uma melhor estabilidade da solução de acabamento e melhores propriedades estáticas da fibra e que não tem como resultado a acumulação de depósitos sobre as superfícies de guiamento durante a fabricação do fio a granel ou durante a manipulação adicional antes e depois da fabricação do fio fiado. 0 acabamento de acordo com a presente invenção compreende um sal de potássio de ésteres de ácidos fosfóricos alifá-ticos etoxilados, caracterizados como ésteres ácidos de fosfato de mono-alquilo ou de dialquilo. A parte alifática da molécula dos produtos de acabamento é um radical alquilo com 8 a 18 átomos de carbono comportando dois ou tris grupos óxido de etileno ligados ao mesmo. A estrutura da molécula dos produtos de acabamento é a seguinte OKI RO-P = 0I OK (monoalquilo)

OK RO-P = 0 OR (dialquilo) nas quais o símbolo R representa um grupo de fórmula geral CnH2n+1(EO)1.3; o símbolo EO representa um resíduo de óxido de etileno; -9- e e o símbolo n representa um número compreendido entre 8 e 18. 0 composto de acabamento de acordo com a presente invenção pode ser preparado fazendo reagir um álcool alifático tendo oito a dezoito átomos de carbono e dois ou três grupos de óxido de etileno com pentóxido de fósforo e, em seguida, neutralizando o produto com hidróxido de potássio. Os grupos de óxido de etileno aumentam a solubilidade em água do acabamento e diminuem a incidência de depósitos.

Tal como se afirmou, os acabamentos de acordo com a presente invenção são solúveis em água numa proporção tão grande como 50% ou talvez mais, com base no peso da água e, em qualquer caso, o material de acabamento presente em excesso em relação ao limite de solubilidade é facilmente emulsionado ou dispersado. 0 acabamento de acordo com a presente invenção é aplicado, mais usualmente, mergulhando as fibras no banho de acabamento formado como solução aquosa do composto de acabamento. A concentração do acabamento no banho de acabamento deve ser tal que, quando todos os outros aspectos do contacto com o banho de acabamento e a secagem do banho de acabamento são tomados em consideração, a fibra produzida tinha cerca de 0,2% a 1% de produto de acabamento com base no peso da fibra de aramida de partida. Para a maior parte dos casos da prática, concluiu-se que o banho de acabamento deve incluir entre cerca de 1% a 50% de composto de acabamento. -10-

χ O acabamento de acordo com a presente invenção é especialmente eficaz porque é solúvel em água e, portanto, pode ser aplicado a partir de uma solução aquosa. A aplicação a partir de uma solução permite a aplicação de um revestimento uniforme de acabamento sem áreas ricas ou empobrecidas. A solubilidade em água não é no entanto a única qualidade necessária para se obter um bom acabamento para utilização com fibras de aramida. Determinou-se que vários acabamentos com solubilidade em água, quando aplicados a fibras de aramida, originam um produto de fibras de aramida que têm um revestimento de acabamento uniforme e boas propriedades estáticas; mas que esses acabamentos, sobre fibras de aramida, originam consistentemente acumulação de depósitos quando passam através da superfície de contacto com o fio. Os exemplos desses acabamentos solúveis em água que deixam depósitos excessivos sobre as superfícies de contacto incluem: sais de potássio dos ésteres de alquil-fosfato em que o radical alquilo tem quatro a doze átomos de carbono; sais de potássio de sulfatos de alquilamina etoxilados, tais como sulfato de etilo de amina de sebo em que o sebo inclui dois a vinte resíduos de óxido de etileno; sal de dietilamina dos ésteres de alquil-sulfato em que o radical alquilo é uma mistura de grupos alquilo com oito, dez e doze átomos de carbono; e o sal de potássio do éster de alquil--fosfonato-etil-ácido em que o grupo alquilo tem oito átomos de carbono. -11-

Deve notar-se que o acabamento utilizado de acordo com a presente invenção incorpora elementos dos materiais da lista acima indicada e, portanto, torna-se um acabamento com um excelente comportamento, não obstante o fraco comportamento dos outros materiais que têm composição algo semelhante. A presente invenção baseia-se no facto de as fibras de aramida terem um material de acabamento de sais de potássio particulares de ésteres de fosfato alifático etoxilado que possuem uma combinação de qualidades que parecem ser únicas para aquela combinação de fibras de acabamento.

MÉTODOS DE ENSAIO

Determina-se o acabamento sobre o fio (FOY) dissolvendo o acabamento de uma amostra de fio utilizando metanol, evaporando o metanol até â secura, pesando o resíduo, pesando a amostra de fio limpa e calculando a percentagem de acabamento com base no fio limpo : peso de resíduo de acabamento i de FOY = - x 100 peso de fio limpo -12- // / // A uniformidade do acabamento é determinada por inspecção microscópica das fibras em questão. Manchas separadas nas massas de acabamento indicam uma "fraca" uniformidade do acabamento; a uniformidade "média" do acabamento indica que o acabamento pode ser detectado microscopicamente como sendo um revestimento substancialmente contínuo mas não uniforme; "boa" uniformidade de acabamento indica que o acabamento pode ser detectado microsco picamente como sendo um revestimento uniforme contínuo; um acabamento de uniformidade "excelente" não pode ser detectado microsco picamente.

Os depósitos do acabamento são determinados como a quantidade de material de acabamento acumulada num guiamento de fibra de ensaio ou num guiamento do fio depois da passagem de uma quantidade conhecida de fibra sob condições especificadas.

Para realizar este ensaio, o fio em questão é feito passar com velocidade de 91,4 metros por minuto (100 jardas por minuto) durante cerca de dois minutos através de dois guiamentos de tensão de 14 rung sob 1,5 gramas por denier de tensão a um ângulo de enrolamento de 180 graus. Depois de um tempo conhecido, eliminam-se os depósitos de acabamento acumulados sobre o guiamento e pesa-se e calcula-se o peso total do fio que passou através do guiamento. Os depósitos do acabamento são expressos em miligramas de depósitos por quilograma de fio que passou através do guiamento : gramas de depósito

Depósitos (mg/kg) - x 10^. gramas de fio

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS EXEMPLO

Neste Exemplo, prepararam-se fibras com o tratamento de acordo com a presente invenção e ensaiaram-se em comparação com fibras que utilizaram acabamentos fora das indicações da presente invenção.

Fios contínuos de fibra de homopolímero de PPD-T tendo filamentos com um denier igual a 1,5 foram feitos passar através de um banho de acabamento que tem uma concentração de acabamento igual a cerca de 15% em peso; o fio embebido na solução de acabamento foi feito passar através de um enrolador para enrugar o fio e retirar o excesso de solução de acabamento; adicionou-se então o acabamento adicional ao fio enrugado quando for necessário conseguir-se o acabamento pretendido sobre o fio; o fio foi cortado em mechas com um comprimento de cerca de 3,81 cm e 5,08 cm ( 1 1/2 e 2 polegadas); e as fibras soltas foram enfardadas. Produziram-se seguidamente fios fiados a partir de mechas de fibras usando o método de fiação com anel. -14- 0 fio foi ensaiado relativamente ao seu teor de acabamento, uniformidade do acabamento e depósitos do acabamento.

Os acabamentos utilizados nos ensaios e os resultados destes ensaios estão indicados nos quadros seguintes.

QUADRO DE ACABAMENTOS

NÚMERO DO ENSAIO IDENTIFICAÇÃO 1 Sal de potássio do éster de ácido C10H21(2EO)PO4 2 Sal de potássio do éster de ácido c10h21(eo)po4 3 Sal de potássio do éster de ácido C12H25(2E0)P04 4 Sal de potássio do éster de ácido alquil C8-C10 (1,5 E0)P04 A Sal de potássio dos ésteres de ácido C12H25P04 e (C12H25)2P04 B Sal de potássio do éster de ácido c4h9po4 C Sal de potássio do éster de ácido C6H13P04 D Sal de potássio do éster de ácido G8H17P04 E Sal de potássio dos ésteres mistos de ácidos C8H17P04, C-^qH2^P04 e C]_2H25P04 F Sal de potássio de sulfato de dietil--amina de sebo (2E0) QUADRO DE ACABAMENTOS (continuação) G Sal de potássio de sulfato de dietil- -amina de sebo (5 EO) H Sal de potássio de sulfato de dietil- -amina de sebo (10 EO) I Sal de potássio de sulfato de dietil- -amina de sebo (20 EO) J Sal de DEA de ésteres de ácidos C8H17P04’ C10H21PO4 e G12H25P04 K Sal de potássio de éster de ácido G8^17G2^5PG3 (f°sfonat°) EO - unidade de óxido de etileno DEA - dietanolamina -17- /

QUADRO NÚMERO ACABAMENTO UNIFORMIDADE DO DEPÓSITOS DO DO SOBRE 0 FIO ACABAMENTO ACABAMENTO ENSAIO 1 0,39 Excelente 0 2 0,47 Excelente 0 3 0,20 Excelente 0 4 0,45 Excelente 0 A 0,30 Fraca pesado B 0,50 Excelente pesado C 0,50 Excelente pesado D 0,50 Excelente pesado E 0,50 Excelente pesado F 0,99 Excelente 19,3 G 1,01 Excelente 31,0 H 1,04 Excelente 37,0 I 0,88 Excelente 37,7 J 0,50 Excelente pesado K 0,50 Excelente pesado * Depositos i "pesados" significa que os depositos foram calculados como sendo maiores do que 10 mg/kg.

Claims

NOVAS REIVINDICAÇÕES 1.- Processo para a fabricação de uma fibra de arami-da, caracterizado pelo facto de compreender as operações que consistem em: a) se preparar um· banho aquoso que tem 1 a 50 por cento do sal de potássio de um éster de fosfato de alquilo etoxila-do com base no peso da: água; b) se fazer contactar o banho aquoso com fibra de ara-mida que tem um valor de denier compreendido entre 0,75 e 5; e c) se secar a fibra de aramida de maneira a deixar um revestimento uniforme de éster de fosfato sobre a fibra em uma /-19-

quantidade compreendida entre 0,2 e 1,0 por cento com base· no peso da aramida.
2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado pelo facto de a fibra de aramida ser do tipo "que nunca se ca", tendo mais do que 20 por cento em peso de água na fibra no momento em que começa a operação de contacto.
3.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte-rizado pelo facto de o éster de fosfato ter pelo menos uma estrutura escolhida de entre as seguintes fórmulas de estrutura OK ] R0-P=0 I OR OK R0-P=0 J OK em que o símbolo R representa um grupo de fórmula geral CnH2n.l(E0,l-3 na qual o símbolo EO representa um resíduo de óxido de etileno e o símbolo n representa um número de 8 a 18.
4.- Processo de acordo com a reivindicação 3, caractei rizado pelo facto de o símbolo R representar um grupo de fórmula C10H21 (eo)2.
5.- Processo de acordo com a'reivindicação 1, caracte -20- rizado pelo facto de a aramida ser para-aramida.
6. - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracte rizado pelo facto de a para-amida ser poli-(p-fenileno-tereftala mida).
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado pelo facto de a aramida ser meta-aramida,
8. - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracte rizado pelo facto de a meta-aramida ser poli-(m-fenileno-isofta-lamida). Lisboa, 02 de Maio de 1991