SE446823B - Oppencellig, mikroporos och sorptionsmedelinnehallande polymerkropp i form av textilfiber och film och sett for dess framstellning - Google Patents

Description

446 823 lO 15 20 25 30 35 2 sin vikt suga upp ångor, vätskor och lösta ämnen. För -detta ändamål är det önskvärt icke endast att sorp- tionsmedlen är närvarande i högaktiv form utan också att medlen utgör en väsentlig mängd per viktsenhet av a de fibrer eller filmer som innehåller dessa.

Som ovan påpekats är det viktigt att sorptions- medlen säkert kvarhålles inom fiber- eller filmkroppen så att de icke drivs bort vid vanlig användning. Detta ställer i sin tur det kravet på polymermatrisen att denna måste medge lätt genomsläppning av de ämnen som skall upptagas genom sorption, för att få lätt till- träde till sorptionsmedelsbeståndsdelarna.

Tidigare försök att införliva sorptionsmedel i polymerfibrer eller filmbildande polymerer har resul- terat i icke önskvärt låggradig sorptionsförmåga. Ett av problemen, när sådana sorptionsmedel som aktiva kolpartiklar har införts i polymerer, har varit att svårigheter uppstått vid spinning och sträckning av filament, utom när kol tillsatts i relativt låg grad.

Tillsättning av kol eller annat pigment till endast ca 10 - l2 % har därför allmänt accepterats som en gräns för sprutning av sådana ämnen. När en högre procent- andel tillsättes tenderar spinndysemunstyckena ofta att bli igensatta på grund av dåligt flöde eller går spinntrâden sönder under sträckningen. Detta kan ofta endast undvikas genom användning av ett större spinn- dysemunstycke än nödvändigt.

Ett annat problem är att de aktiva medlen, när de är införlivade i en polymermatris, uppvisar liten eller ingen sorptionsförmåga alls: tydligen därför att poly- meren ockluderar tillträde till sorptionspartiklarnas inre porstruktur i den färdigberedda fibern eller filmen.

Aktiva kolfibrer har framställts,~och även om vissa av dessa ej uppvisar de ovannämnda ocklusionsproblemen, är de mycket sköra och olämpliga för vanlig eller typisk t, textilanvändning.

För att förverkliga ovannämnda ändamål och eliminera R 10 15 20 25 30 35 446 823 3 den kända teknikens begränsningar kännetecknas uppfin- ningen, med tillämpning pâ garn av textilkvalitet, av filament eller fibrer, som består av en mikroporös polymerkropp, vilken är i hög grad fylld med aktiva, genom hela kroppen dispergerade sorptionsmedelpartiklar, vilka utgör en väsentligt högre procentandel av fiber- kompositionen än vad som hittills uppnåtts och vilka befinner sig i högaktivt tillstånd i nämnda kropp.

Folier eller filmer kan också bildas, vilka innefattar en sådan mikroporös polymerkropp med motsvarande fyll- ningshalt.

För tillverkning av sådana filament eller filmer omfattar uppfinningen ett sätt genom vilket sorptions- medelpartiklarna blandas med ett utvalt, extraherbart, fas-separerbart bärarmaterial såväl som polymermate- rialet. Bärarmaterialet tjänar ett flertal funktioner: det gör polymermatrisen mikroporös; det medger att den starkt pigmentbelastade fibern kan kallsträckas för att åstadkomma lämpliga mekaniska egenskaper för en textil; och det medger en mycket höggradig sträckning från smältan så att finkalibriga sprutmunstycken ej krävs för att framställa fint garn.

Andra kännetecken på uppfinningen framgår av patentkraven och den följande beskrivningen.

Detaljerad beskrivning Produkten enligt denna uppfinning innefattar en mikroporös polymerkropp med genom hela kroppen disper- gerade, aktiva sorptionsmedelpartiklar. Partiklarna kännetecknas av högaktiv sorptionsförmâga när de är införlivade i polymerkroppen, med minimal, av polymeren förorsakad ocklusion av ytorna eller den inre strukturen hos sorptionsmedelpartiklarna. Partiklarna utgör en hög procentandel av kroppens totala vikt jämfört med sorp- tionsmedelinnehållande garn och filmer enligt känd teknik, t ex mera än 10 % och upp till 50 % av den färdigberedda fiberns vikt. 446 825 lO 15 20 25 3o_ 35 4 Produkterna enligt uppfinningen kan bestå av fibrer eller filament, som är lämpliga för framställning av garn för flera vanliga textila användningsändamål, såväl som tunna polymerfilmer för användning som skyd- dande höljen, överdrag, foder e.d. Fibrerna kan filtas eller garnen kan vävas, stickas eller på annat sätt användas som textilgarn i allmänhet. Fibrerna kan också hackas eller på annat sätt sönderdelas och sammanföras för att bilda pappersliknande ark, dynor eller andra pressade former. I För framställning av sorptiva kroppar enligt upp- finningen användes enligt en föredragen utföringsform ett sorptionsmedel, som exempelvis består av aktiva kolpartiklar, silikagel eller andra partiklar av material av molekylärfiltertyp. Bärarmaterialet, t ex paraffinvax, är ett material som tydligen är a) förenligt med polymeren vid smältspinningstemperaturer, b) separerbart från polymeren så att det bildar en fin, distinkt fas vid avkylning, och c) extraherbart för att bilda den eftersträvade porösa konfigurationen med öppna celler i polymermatrisen. Så har t ex paraffinvax, som är kristalliserbart, egenskapen att utsepareras från polymeren vid rumstemperatur så att, vid extraktion i ett senare steg, inbördes förenade porer dispergeras genom polymerens hela kropp. Polymeren kan bestå av något av ett stort antal av för textilier eller filmer använda material. Ett föredraget material är poly- propen. >öl~: I' _' En blandning av sorptionsmaterial, bärarmaterial och polymer blandas fysiskt i.en lämplig, satsvis arbe- *tande blandare eller blandsprutmaskinÄ Ordningsföljden för tillsättning är icke kritisk och kan väljas för att underlätta användningenfav den speciella.blandningsappa- raten. När man använder någon av de föregående typerna'Ü av blandarapparatur är närvaron av bärarmaterialet uppenbarligen effektiv för att förhindra polymeren från att ockludera sorptionsmedelpartiklarnas porsystem. 20 25 30 446 825 5 Den sålunda bildade blandningen sprutas genom finkalib- riga munstycken för att bilda filament eller fibrer eller genom fina spalter för att bilda tunna polymerfolier eller -filmer. Det därvid bildade, sprutade materialet kan uttunnas med användning av konventionell teknik, innefattande såväl sprutsträckning från smältan upp till t ex l000:l och even- tuellt påföljande sträckning i fast form upp till t ex lO:l.

De sålunda bildade garnen, fibrerna eller filmerna ex- _traheras med lämpligt lösningsmedel för avlägsnande av ¿bärarmaterialet. Extraktionen gör polymeren porös och lämnar därvid sorptionsmedelpartiklarna i ett aktivt tillstånd som är åtkomligt för ångor, vätskor eller lösta ämnen, som befinner sig på eller vid matrisens yta., Enligt uppfinningen framställda fibrer kan sträckas i fast tillstånd (kallsträckas) från 2:1 till l5:l i många fall, och de kan ha en denier av från l till 1000 med en slutlig diameter av 0,025 - 0,508 mm. På samma sätt kan i filmer bildas med en tjocklek av 0,025 - 0,508 mm. §xemEel l Ett föredraget utföringsexempel bestod i att framställa textilfilament av mikroporös polypropen, vari aktiva kol- partiklar var inbäddade.

Kolpartiklarna utgjorde l7 viktsprocent av den färdig- beredda fibern, Bärarmaterialet bestod av paraffinvax med en smältpunkt av 55°C. 7 En blandning bildades, vilken omfattade 61 viktprocent polypropen, 26 viktprocent paraffinvax och 13 viktprocent aktivt ko1(Amoco PX2l Super Sorb). Paraffinvaxet sattes först till en Sigmaskovelblandare och upphettades till smältning, varefter de aktiva kolpartiklarna tillsattes.

Efter det inledande blandningssteget upphettades blandningen till 230°C och polypropenen tillsattes därefter långsamt, varefter blandningsproceduren fortsatte tills likformighet uppnåtts.

Blandningen kyldes, hackades och smältspanns därefter vid l75°C i en entums fibersprutmaskin med en spinndysa med elva öppningar, vardera med en diameter av 2,0 mm, för 10 15 20 25 30 35 446 szs 6 att bilda ett multifilamentgarn. Fibrerna underkastades en sprutsträckning av ca 60:l med ca 45 m/min. Sprut- maskinen hade en produktivitet av 0,181 kg/h.

Garnet sträcktes därefter i fast form med en sträck- ningsgrad av 5:1 vid 75°C. Slutligen extraherades det i en Soxhlettapparat med pentan och vakuumtorkades.

Det erhållna garnet hade en total denier av 96 (8,8 de- nier/filament) och uppvisade följande mekaniska egenskaper: 2,7 g/den Töjningsbrottgräns 23% _ Det enligt detta exempel framställda garnet uppvisade Tenacitet en anmärkningsvärd sorptionsförmåga avseende organiska dimmor, aerosoler, lösta ämnen, ångor och gaser. De med det eftersträvade resultatet förknippade, fysiska och kemiska fenomenen är ännu icke helt klarlagda på dimensionsskalorna för vare sig polymermolekyler eller mikroporer i matrisen.

Det är tydligt att sorptionsmedelpartiklarnas ytor var tillräckligt öppna för att medge effektiv sorption. Resul- taten belyses med test i en mättad atmosfär av koltetraklo- rid. De enskilda aktiva kolpartiklarna absorberade, när de befann sig i oblandat tillstånd och var öppet exponerade i denna atmosfär, 200 - 210% av sin vikt i koltetraklorid. Som ovan konstaterats ledde partiklar av samma typ, som användes för tillverkning av fibrer i detta exempel, till att fibrer- na innehöll 17 viktsprocent av kolet,räknat på fibrernas totala vikt efter extraktion. Mätningar utfördes avseende de erhållna fibrernas sorptionsförmåga, både med och utan kallsträckning (sträckning i fast form som ovan beskrivits) i samma atmosfär. Efter kallsträckning och extraktion tog fibrerna upp 26% av sin vikt i koirearakioria." Efter ex- traktion men utan kallsträckning tog de upp 33% av sin vikt i koltetraklorid. Eftersom kolet endast svarade för 17% av fibrernas totala vikt indikerade detta, särskilt i det senare fallet, att polypropenet medförde föga eller ingen ocklusion av kolets porstruktur. 10 15 20 25 30 446 823 Exempel 2 En blandning av 58 viktsdelar polypropen, 25 viktsdelar paraffin med en smältpunkt av 55°C och l7 delar aktivt kol (Amoco PX2l Super Sorb) framställdes genom att komponenterna blandades i en med dubbla skruvar arbetande blandarsprutma- skin med en munstyckstemperatur av 2 32°C . Matningshastigheten för inmatning av de olika komponenterna i sprutmaskinen av- passades så att ovannämnda blandning erhölls.

Det sprutade materialet hackades och spanns sedan till Fi- lamentet extraherades därefter med pentan i en Soxhlettappa- Det erhållna filamentet innehöll monofilamentmeden upptagningshastighet av 14,6 m/min. rat och vacuumtorkades. 23 vikt% kol och tog upp 45 % av sin vikt av koltetra- klorid.

Betydelsen av utspädningsmedlet i sättet enligt denna uppfinning belyses av följande exempel. §xempel 3 En blandning av 87 viktsdelar polypropen och 13 Vikts- delar aktivt kol (Amoco PX2l Super Sorb) blandades i en Sigmaskovelblandare vid 230°C tills blandningen föreföll homogen. Blandningen kyldes,hackades och spanns till mono- filamentmed en upptagningshastighet av l4 m/min. Fila- mentet extraherades sedan med hexan i en Soxhlettapparat och vakuumtorkades vid 90°C. Efter extraktion kunde filamentet upptaga endast 2% av sin vikt i koltetraklorid.

Efter extraktion sträcktes en del av samma filament med sträckningsförhållandet 3:1 vid 88°C för framställ- ning av ett filament med en diameter av ca 0,076 mm och i denna form kunde filamentet upptaga endast 7,0 % av sin vikt i koltetraklorid.

Det torde inses att vid utövandet av denna uppfinning kan extraheringen av utspädningsmedlet utföras antingen före eller efter det att fibrerna kallsträckts eller införlivats i en färdig produkt, såsom ett textiltyg.

Claims (10)

10 15 20 25 30 446 823 PATENTK RAV
1. l. Mikroporös, strängsprutad polymerkropp med öppna celler, k ä n n e t e c k n a d därav, att den har en maximitjocklek av 0,025-0,508 mm och är framställd genom blandning av sorptionsmedelpartiklar i en likformig, flytande blandning, som inbegriper polymermaterial och bärarmaterial, vilken blandning först upphettats till en första temperatur över polymermaterialets smälttempe- ratur och därefter strängsprutats till bildning av nämnda kropp, som uttunnats genom sträckning från smältan och kylts till en andra temperatur, som ligger tillräckligt långt under den första temperaturen för att bärarmateri- alet skall separera från polymermaterialet till en fin, distinkt fas, och att bärarmaterialet extraherats från kroppen för att skapa en polymermatris och öppna celler, varvid sorptionsmedelspartiklarna är dispergerade genom hela matrisen i ett tillstànd av hög sorptionsaktivitet och i en mängd av 10-50 vikt% av kroppen efter extrak- tionen.
2. 2. Polymerkropp enligt patentkravet l, t e c k n a d därav, att sorptionsmedelpartiklarna utgöres av ett material, som valts bland aktiverat kol, k ä n n e - silikagel och material av molekylärfiltertyp.
3. 3. Polymerkropp enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den föreliggeri_form av en textilfiber med en diameter av 0,025-0,508 mm.
4. 4. Polymerkropp enligt patentkravet 3, k ä n n e - t e c k n a d form till mellan 2:1 och l5:l för att erhålla nämnda dia- därav, att fibern har sträckts i fast meter. .
5. 5. Polymerkropp enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den föreliggeri.form av en mikroporös polymerfilm med sorptionsmedelpartiklar dispergerade väsentligen likformigt genom filmens hela tvär- sektion. 10 15 20 25 30 446 823 9
6. 6. Sätt att framställa en sorptiv kropp, k ä n - n e t e c k n a t därav,att man blandar sorptions- medelpartiklar, ett polymermaterial och ett extraherbart bärarmaterial och upphettar blandningen till en första temperatur över polymermaterialets smälttemperatur, varigenom bildas en smältblandning, varvid bärarmateri- alet väljes så att det är en vätska, som är förenlig och blandas likformigt med polymermaterialet vid den första temperaturen, att man strängsprutar smältbland~ ningen till bildning av nämnda kropp, att man kyler krop- pen till en andra temperatur, som ligger tillräckligt långt under den första temperaturen för att bärarmateri- alet skall separera från polymermaterialet till en fin, distinkt fas, och att man extraherar bärarmaterialet från kroppen för att skapa en polymermatris med öppna celler, varvid sorptionsmedelpartiklarna är dispergerade genom hela matrisen i ett tillstànd av hög sorptionsak- tivitet.
7. 7. Sätt enligt patentkravet 6, därav, att sprutningen sker genom ett munstycke k ä n n e t e c k - n a t så att ett textilfilament bildas, vilket sträckes från smältblandningen.
8. 8. Sätt enligt patentkravet 7, därav, att filamentet sträcks i fast form före k ä n n e t e c k - n a t _ nämnda extrahering.
9. 9. Sätt enligt patentkravet 6, n a t därav, att sprutningen sker genom en spalt så att en film bildas.
10. 10. Sätt enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k - k ä n - n e t e c k n a t därav, att blandningen utföres i ett enda steg.