SK13822002A3

SK13822002A3 - Polypropylén vlákna a ich použitie

Info

Publication number: SK13822002A3
Application number: SK1382-2002A
Authority: SK
Inventors: Paul Birnbrich; Raymond Mathis; Christine Wild; Petra Padurschel
Original assignee: Cognis Deutschland Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2003-04-01
Also published as: KR20030011806A; WO2001075199A1; TR200300987T4; MXPA02009270A; JP2003529672A; ES2197129T3; HK1051881A1; US6699922B2; CN1170015C; DK1138810T3; ATE237705T1; DE50100167D1; BR0109646A; EP1138810B1; SK285314B6; CN1416480A; US20020019184A1; KR100752974B1; CZ20023252A3; CA2405407A1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka prísad na permanentnú hydrofilizáciu materiálov obsahujúcich polyolefíny, výhodne polypropylénových vlákien.

Doterajší stav techniky

V mnohých prípadoch musí byť povrch plastových výrobkov opatrený špeciálnymi efektami, ktoré sa počas formovania buď z technických príčin vôbec, prípadne len neúplne alebo tiež z hospodárskych príčin len nevýhodne dajú vyrobiť. Takýmto efektom je napríklad zlepšenie zmáčavosti polárnymi kvapalinami ako je voda - technické použitia sú v tomto prípade napríklad v oblasti výroby hygienických výrobkov.

Pri výrobe hygienických výrobkov, ako sú plienky alebo dámske vložky, sa používajú absorbujúce materiály, aby absorbovali vodnaté kvapaliny. Aby sa pri nosení zabránilo priamemu kontaktu s absorbujúcim materiálom, a aby sa zvýšilo pohodlie pri nosení, potiahne sa tento materiál tenkou, vodu prepúšťajúcou rúnovou netkanou textíliou. Takéto rúnové netkané textílie sa obvykle vyrábajú zo syntetických vlákien, ako sú polyolefínové alebo polyesterové vlákna, pretože tieto vlákna sa dajú cenovo výhodne vyrobiť, vykazujú dobré mechanické vlastnosti a sú termicky zaťažiteľné. Neupravené polyolefínové alebo polyesterové vlákna nie sú ale na tento účel použitia vhodné, pretože v dôsledku svojho hydrofóbneho povrchu nevykazujú dostatočnú priepustnosť pre vodnaté kvapaliny.

Principiálne je možné, dodať týmto vláknam potrebné hydrofilné vlastnosti prostredníctvom dodatočného potiahnutia zodpovedajúcimi preparátmi alebo môžu byť tieto vlákna dostatočne hydrofilné vybavené už prostredníctvom pridania vhodných prísad pri ich výrobe. Posledne uvedené sa opisuje vo WO 95/10648, pričom sa tu ako vhodné permanentné prísady uvádzajú diestery polyetylénglykolu s mastnými kyselinami, prípadne ich deriváty. V príkladoch sa ako zvlášť výhodné

-2opisujú reakčné produkty kyseliny olejovej s polyetylénglykolom v molovom množstve 400.

Prekvapivo bolo teraz zistené, že vybrané diestery polyetylénglykovov majú vzhľadom na hydrofilnú výbavu materiálov obsahujúcich polyolefíny lepšie vlastnosti ako tie zlúčeniny, ktoré boli konkrétne uvedené vo WO 95/10648.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je použitie reakčných produktov, z reakcie 1 dielu polyetylénglykolu s 2 dielmi mastných kyselín s 10 až 12 atómami uhlíka alebo ich derivátov ako prísad na permanentnú hydrofilizáciu materiálov obsahujúcich polyolefíny.

V rámci vynálezu sa prísady použijú na permanentnú hydrofilizáciu v materiáloch obsahujúcich polyolefíny, výhodne vláknach, plošných útvaroch, ako sú rúnové netkané textílie, fólie a peny. Na tento účel sú vhodné vlastne všetky dnes známe typy polymérov a kopolymérov na báze etylénu, pripadne propylénu. V podstate sú vhodné tiež zmesi čistých polyolefínov s kopolymérmi.

V zmysle vynálezu zvlášť výhodné typy polymérov sú vymenované v nasledujúcom zložení: poly(etylén) ako HDPE (high density polyethylene polyetylén s vysokou hustotou), LDPE (low density polyethylene - polyetylén s nízkou hustotou), VLDPE (very low density polyethylene - polyetylén s veľmi nízkou hustotou), LLDPE (linear low density polyethylene - polyetylén s lineárnou nízkou hustotou), MDPE (médium density polyethylene - polyetylén so strednou hustotou), UHMPE (ultra high molecular polyethylene - ultra vysoko molekulový polyetylén), VPE (vernetztes polyethylen - zosieťovaný polyetylén), HPPE (high pressure polyethylene - vysokotlakový polyetylén); poly(propylén) ako izotaktický polypropylén; syndiotaktický polypropylén; polypropylén vyrobený za použitia metalocénu ako katalyzátora, rázovou húževnatosťou modifikovaný polypropylén, Random-kopolyméry na báze etylénu a propylénu; blokové kopolyméry na báze etylénu a propylénu; EPM (poly[etylén-ko-propylénj); EPDM (poly[etylén-kopropylén-ko-konjugovaný dién]).

-3Ďalšie výhodné typy polymérov sú: poly(styrén); poly(metylstyrén); poly(oxymetylén); metalocénom katalyzované alfa-olefínové alebo cykloolefínové kopolyméry ako norbomén-etylén-kopolyméry; kopolyméry, ktoré obsahujú najmenej 60 % etylénu a/alebo styrénu a menej ako 40 % monomérov ako vinylacetát, ester kyseliny akrylovej, ester kyseliny metakrylovej, kyselina akrylová, akrylnitril, vinylchlorid. Príkladmi takýchto polymérov sú: poly(etylén-ko-etylakrylát), poly(etylén-ko-vinylacetát), poly(etylén-ko-vinylchlorid), poly(styrén-ko-akrylnitril). Ďalej sú vhodné očkované kopolyméry, ako aj polymérové zmesi, to znamená, zmesi polymérov, ktoré obsahujú okrem iného vyššie uvedené polyméry, napríklad polymérové zmesi na báze polyetylénu a polypropylénu.

V rámci predkladaného vynálezu sú zvlášť výhodné homo- a kopolyméry na báze etylénu a propylénu. V jednom uskutočnení vynálezu sa podľa toho použije ako polyolefín výlučne polyetylén, v inom uskutočnení výlučne polypropylén, v ďalšom uskutočnení kopolyméry na báze etylénu a propylénu.

V jednom zvlášť výhodnom uskutočnení vynálezu sa použijú prísady v polypropylénových vláknach. Výhodne sa ako dioly, polyetylénglykoly s molovou hmotnosťou 300 až 600, výhodne s molovou hmotnosťou 400, nechajú zreagovať s mastnými kyselinami alebo ich derivátmi známymi spôsobmi, výhodne v prítomnosti katalyzátorov. Zvlášť výhodné sú nasýtené mastné kyseliny s 10 až 12 atómami uhlíka a ako vhodné deriváty mastných kyselín sú výhodné metylestery mastných kyselín s 10 až 12 atómami uhlíka. Alkoholová a kyselinová zložka reagujú v molovom pomere približne 1 ku 2. Zvlášť výhodné je použitie reakčných produktov z reakcie polyetylénglykolu s molovou hmotnosťou 400 s kyselinou dekánovou alebo laurínovou. S polyetylénglykolom môžu reagovať aj zmesi týchto kyselín.

Vlákna obsahujú prísady výhodne v množstvách od 0,5 do 10 % hmotnostných, výhodne 0,5 až 5 % hmotnostných a 1,0 až 2,5 % hmotnostných vztiahnuté na hmotnosť vlákien. Ďalej je nárokovaný spôsob výroby hydrofilizovaných polypropylénových vlákien, pričom sa polyolefíny zmiešajú s prísadami, následne sa táto zmes zahreje až k topeniu a bežným spôsobom sa zvlákňuje do vlákien. Spôsoby zvlákňovania sú odborníkovi známe a opisujú sa napríklad vo WO 95/10648 alebo v US 3,855,046.

-4Ďalšou podstatou vynálezu je použitie podľa vyššie opísaného spôsobu vyrobených hydrofilizovaných a vodnými médiami zmáčateľných vlákien na báze polyolefínov na výrobu textilných plošných útvarov. Výhodne sú pritom textilnými plošnými útvarmi rúnové netkané textílie. V jednom zvlášť výhodnom uskutočnení sú tieto textilné plošné útvary určené na použitie v plienkach.

Pre tento posledne menovaný prípad, to znamená použitie textilných plošných útvarov v plienkach, predstavuje individuálny zmáčací test vhodnú simuláciu. Plienky sa totiž obvykle nosia počas 3 až 5 hodín, pričom ich vnútorná strana je zmáčaná močom priemerne až 3-krát. Musí byť potom zaručené, že hydrofilne vybavená rúnová netkaná textília na báze ináč hydrofóbneho plastu je dostatočne zmáčateľná na to, aby mohol moč presiaknuť rúnovou netkanou textíliou a byť viazaný absorbčným materiálom plienky.

Rúnové netkané textílie môžu byť vyrobené všetkými v doterajšom stave techniky známymi spôsobmi výroby rúnových netkaných textílií, ako sú napríklad opísané v publikácii Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vydanie A 17, VCH Weinheim 1994, strany 572-581. Výhodné sú pritom rúna, ktoré sú vyrobené buď takzvaným dry laid spôsobom alebo rúno vyrobené pod dýzou alebo spunbond - spôsobom. Dry laid spôsob vychádza zo strižových vlákien, ktoré sa obvykle mykaním rozdelia do jednotlivých vlákien na následne sa použitím aerodynamického alebo hydrodynamického spôsobu zložia do nespevnenej rúnovej netkanej textílie. Táto sa potom napríklad termickým ošetrením spojí do hotového rúna (tzv. thermobonding). Pritom sa syntetické vlákna buď ohrejú tak, že ich povrch sa roztaví a jednotlivé vlákna sa navzájom spoja na kontaktných miestach, alebo sa vlákna potiahnú prísadou, ktorá sa pri tepelnom spracovaní taví a takto navzájom spája jednotlivé vlákna. Ochladením sa spojenie fixuje. Popri tomto spôsobe sú samozrejme vhodné aj všetky ostatné spôsoby, ktoré sa v doterajšom stave techniky používajú na spojenie rúnových netkaných textílií. Naproti tomu spôsob výroby rúna pod dýzou vychádza z jednotlivých nekonečných vlákien, ktoré sa vytvárajú podľa spôsobu výroby rúna pod dýzou z extrudovaných polymérov, ktoré sa pod vysokým tlakom pretláčajú zvlákňovacími dýzami. Zo zvlákňovacích dýz vychádzajúce nekonečné vlákna sa zviažu, natiahnú a zložia do rúna, ktoré sa obvykle spevní thermobondingom.

-5Príklady uskutočnenia vynálezu

V nasledujúcom bude opísaná výroba prísad podľa konkrétneho opisu vo WO 95/10648 (príklady 1 a 2) a následne výroba prísad podľa vynálezu (príklady 3 a 4).

Príklad 1

Výroba polyetylénglykol 400-dilaurátu

139 g (0,35 mol) polyetylénglykolu 400 reaguje v prítomnosti 1,45 g Svedcat-u 5 (Sn-organický katalyzátor firmy Svedstab) so 149,75 g (0,7 mol) metyllaurátu. Reakčná zmes sa pod dusíkatým ochranným plynom zahreje na 100 °C. Vzniknutý metanol sa postupne oddestiluje, pritom sa teplota kúpeľa zvýši až na 180 °C. Ak sa už nevylučuje žiaden metanol, tlak sa zredukuje na 0,5 kPa (5 mbarov) a zvyšný metanol sa oddestiluje pri 180 °C počas 45 minút. Reakcia je ukončená, keď sa už nevylučuje žiaden metanol. OHZ: 20 mg KOH/g

Príklad 2

Výroba polyetylénglykol 400-didekanoátu

180 g polyetylénglykolu 400 reaguje v prítomnosti 1,68 g Svedcat-u 3 (Snorganický katalyzátor firmy Svedstab) so 155,6 g kyseliny dekánovej. Reakčná zmes sa pod dusíkatým ochranným plynom zahreje na 100 °C. Vzniknutá voda sa postupne oddestiluje, pritom sa teplota kúpeľa zvýši až na 180 °C. Ak sa už nevylučuje žiadna voda, tlak sa zredukuje na 0,5 kPa (5 mbarov) a zvyšná voda sa oddestiluje pri 180 °C počas 45 minút. Reakcia je ukončená, keď sa už nevylučuje žiadna voda. OHZ: 12 mg KOH/g, SZ: 8,7 g KOH/g

Príklad 3

Výroba polyetylénglykol 400-dipalmitátu

140,7 g polyetylénglykolu 400 reaguje v prítomnosti 1,65 g Svedcat-u 5 (Snorganický katalyzátor firmy Svedstab) so 189,8 g metylpalmitátu. Reakčná zmes sa

-6pod dusíkatým ochranným plynom zahreje na 100 °C. Vzniknutý metanol sa postupne oddestiluje, pritom sa teplota kúpeľa zvýši až na 180 °C. Ak sa už nevylučuje žiaden metanol, tlak sa zredukuje na 0,5 kPa (5 mbarov) a zvyšný metanol sa oddestiluje pri 180 °C počas 45 minút. Reakcia je ukončená, keď sa už nevylučuje žiaden metanol. OHZ: 20 mg KOH/g

Príklad 4

Výroba polyetylénglykol 400-dioleátu

122,3 g polyetylénglykolu 400 reaguje v prítomnosti 1,88 g Svedcat-u 5 (Snorganický katalyzátor firmy Svedstab) so 177,9 g metyloleátu. Reakčná zmes sa pod dusíkatým ochranným plynom zahreje na 100 °C. Vzniknutý metanol sa postupne oddestiluje, pritom sa teplota kúpeľa zvýši až na 180 °C. Ak sa už nevylučuje žiaden metanol, tlak sa zredukuje na 0,5 kPa (5 mbarov) a zvyšný metanol sa oddestiluje pri 180 °C počas 45 minút. Reakcia je ukončená, keď sa už nevylučuje žiaden metanol. OHZ: 9,3 mg KOH/g

Polypropylénové skúšobné telesá opatrené rôznymi skúšobnými látkami (A a B = príklady podľa vynálezu; V1 až V2 = porovnávacie pokusy) boli podrobené zmáčaciemu testu, ktorý bol vykonaný nasledovne:

1. Zmieša sa 600 g vysokomolekulového prolypropylénového granulátu (obchodný výrobok Eltex PHY 671 firmy Solvay) s 9,0 g (= 1.5 % hmotn.) látky skúšanej vzhľadom na hydrofilnú výbavu. Táto zmes sa lievikom naleje do extrúdera (dvojzávitovkový extrúder DSK 42/7 firmy Brabender OHG / Duisburg). Extrúder je ako je odborníkovi dávno známe - stroj na spracovanie plastov, ktorý je vhodný na kontinuálne miešanie a plastifikovanie tak práškových, ako aj granulovaných termoplastov. Pod napínacím lievikom sa nachádza vedľa vodného chladenia, ktoré má zabrániť predčasnému stopeniu granulátu prípadne prášku, aj protismerne prebiehajúca dvojitá závitovka, ktorá je po dĺžke rozdelená do troch vykurovacích zón. Teplota vykurovacích zón a počet otáčok dvojitej závitovky je možné ovládať prostredníctvom Plast-Cordera PL 2000 na spracovanie dát, ktorý je

-7prostredníctvom počítačového úsekového miesta spojený s extrúderom. Pritom sa vykurovacie zóny I, II a III nastavia zakaždým na 200 °C, pričom sú tieto tri vykurovacie zóny chladené vzduchom, aby sa udržala konštantná teplota. Zmes polypropylénového granulátu a skúšanej látky sa automaticky cez protichodne prebiehajúcu dvojitú závitovku vtiahne do extrúdera a posúva sa pozdĺž závitovky. Počet otáčok sa nastaví na 25 otáčok za minútu, aby bola zaručené dobré premiešanie a homogenizácia. Táto homogénna zmes sa dostane nakoniec do dýzy, ktorá predstavuje štvrtú vykurovaciu zónu. Teplota tejto dýzy sa nastaví na 200 °C - pri tejto teplote teda opúšťa zmes extrúder. Dýza sa zvolí tak, že stredný priemer vlákna po výstupe z tejto dýzy leží v rozmedzí približne 2 až 3 mm. Toto vlákno sa granuluje, to znamená rozreže sa na malé kúsky, pričom sa nastavia dĺžky približne 2 až 4 mm. Získaný granulát sa ochladí na 20 °C. Tento granulát sa v topnom zvlákňovacom zariadení pri teplote spracovania 280 °C (to znamená, že sa nastaví stredná teplota topenia ako aj teplota zvlákňovacej dýzy na 280 °C) gravimetrický (tzn. pôsobením gravitácie) prevedie do vlákien. Získané vlákna vykazujú titer vlákien v rozmedzí približne 10 až 30 dtex (1 dtex zodpovedá 1 g vlákna na 10000 m dĺžky vlákna). Následne sa 500 m tohto vlákna navinie na kotúč s priemerom 6,4 cm. Toto na kotúč navinuté vlákno sa z kotúča stiahne a stiahnutý kruhovitý útvar sa stabilizuje stredovým zauzlením, pričom sa získa útvar, ktorý má formu 8; tento útvar sa v ďalšom označuje ako pradienko.

2. Odmerný valec s objemom 1 litra (sklený valec s vnútorným priemerom 6,0 cm) sa naplní destilovanou vodou s teplotou 20 °C až po 1000 ml označenie. Teraz sa drží skúšané pradienko takým spôsobom, že jeho pozdĺžny smer súhlasí s vertikálou odmerného valca, tzn. že pradienko predstavuje vertikálnu 8. Na najspodnejšiu časť tejto 8 sa teraz zavesí závažie, ktoré pozostáva z Cu-drôtu, pričom hmotnosť Cu-drôtu predstavuje 0,2064 g Cu na gram pradienka. Tento Cudrôt sa pripevní na pradienko vo forme závitu, pričom priemer závitov Cu-drôtu predstavuje približne 1 až 2 cm; následne sa tieto závity Cu-drôtu stlačia ľahkým stlačením medzi palcom a ukazovákom. Teraz sa drží pradienko s Cu-závažím nad hladinou vody odmerného valca a síce tak, že spodná časť Cu-závažia sa ponorí do vody a najspodnejšia časť pradienka sa nachádza približne 2 mm nad hladinou

-8vody. Potom sa pradienko pustí a meria sa stopkami čas v sekundách, ktorý pradienko potrebuje na to, aby sa úplne vrátane svojej hornej hrany ponorilo do vody (úplný ponorný čas). Začiatok a koniec meraného času sú určené tým, keď zakaždým najspodnejšia časť pradienka prechádza 1000 ml - značku a keď taktiež horný koniec pradienka prekročí 1000 ml - značku. Táto prvá nameraná hodnota sa označí ako C1-hodnota (hodnota prvého zmáčacieho cyklu).

3. Pradienko sa hneď po určení C1-hodnoty vyberie z odmerného valca, jemným pritláčaním celulózy sa osuší a 1 hodinu sa suší v sušičke s cirkulujúcim vzduchom (typ UT 5042 EK firmy Heraeus) pri 40 °C. Následne sa krok 2 zopakuje. Teraz získaná hodnota v sekundách úplného ponorného času sa označí ako C2hodnota (hodnota druhého zmáčacieho cyklu). Sušenie a určenie úplného ponorného času sa teraz znovu zopakuje, pričom sa získa C3-hodnota (hodnota tretieho zmáčacieho cyklu). Akonáhle je hodnota úplného ponorného času (C1- až C3-hodnoty) vyššia ako 180 sekúnd, príslušný cyklus sa ukončí.

Zmáčací test sa považuje za úspešne absolvovaný vtedy, keď hodnoty C1 až C3 sú pod 5 sekundami.

Výsledky pokusov sú zhrnuté v tabuľke 1; udané sú pritom úplné ponorné časy (v sekundách).

	Prísada (vždy 1,5 % hmotn.) v PP-vlákne (Eltex PHY 677)	C1[sek.] (PO zvlákňovaní)	C2 [sek.] (24 hod. po C1, sušenie pri teplote miestnosti)	C2[sek.] (24 hod. po C2, sušenie pri teplote miestnosti)
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

-9Z výsledkov je zjavné, že prísady navrhnuté podľa vynálezu umožňujú výrazne lepšiu hydrofilizáciu PP-vlákien, ako zlúčeniny opísané vo WO 95/10648.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Polypropylénové vlákna získané zmiešaním polypropylénu a prísady, následne zahriatím tejto zmesi až, k topeniu a zvlákňovaním do vlákien bežným spôsobom, vyznačujúce sa tým, že ako prísady sa použijú reakčné produkty polyetylénglykolu 400 s kyselinou laurínovou alebo s kyselinou dekánovou.
2. Polypropropylénové vlákna podľa nároku 1,vyznačujúce sa tým, že obsahujú prísadu v množstve od 0,5 do 10 % hmotnostných, výhodne od 0,5 do 5 % hmotnostných a najvýhodnejšie od 1,0 do 2,5 % hmotnostných.
3. Použitie propylénových vlákien podľa nárokov 1 a 2 na výrobu textilných plošných útvarov.