SK2892004A3

SK2892004A3 - Koncentráty aditíva na termostabilizáciu polyamidových vlákien

Info

Publication number: SK2892004A3
Application number: SK289-2004A
Authority: SK
Inventors: Ondrej Brejka; Štefan Krivoš; Jozef Šofranko; Eduard Meriač
Original assignee: Výskumný Ústav Chemických Vlákien, A. S.
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02
Also published as: SK286263B6; CN1806676A; CN1806676B

Description

Oblasť techniky

Vynález spadá do oblasti polymémej chémie a to hlavne do výroby v hmote aditivovaných polyamidových vlákien a plastov.

Doterajší stav techniky

Syntetické polyméry sa v širokom merítku používajú na výrobu inžinierskych plastov pre domáce a priemyselné použitie, na výrobu vlákien pre odevné a technické použitie, výrobu obalových materiálov atď. V širokej palete polymérov, z dôvodu mnohých špecifických vlastností, má svoje nezastupiteľné miesto polyamidový polymér.

Polyamid 6 (PA 6) má dlhoročnú tradíciu v oblasti výroby vlákien pre textilné i technické účely V textilnej aplikácii vyniká vhodnými sorpčnými vlastnosťami v kombinácii s dostatočnou úrovňou pevnosti a ťažnosti, ktoré umožňujú hlavne jeho použitie v zmesi s prírodnými materiálmi ako bavlna, vlna a iné. Vysoká úroveň fyzikálno-mechanických vlastností spolu s rokmi overeným spôsobom prípravy vlákien a ich použitia umožňuje aplikovať polyamidové vlákna v oblasti výroby technických tkanín, sietí pre rybársky a stavebný priemysel, ba i v takej náročnej oblasti, ako je automobilový priemysel, napríklad v pneumatikách či airbagoch.

Polyamidové vlákna sa vyznačujú vynikajúcimi adhezívnymi vlastnosťami voči gume či kaučuku.

Vzhľadom na to, že v procese zapracovania technického vlákna do gumy či syntetického kaučuku, napríklad pri výrobe dopravníkových pásov, pneumatík a ďalších výrobkov, sa vyskytujú vysoké teploty počas dlhšej doby expozície, je nutné PA 6 vlákno termicky stabilizovať tak, aby sa v maximálne možnej miere zachovali jeho pevnostné vlastnosti. Polyamidové vlákno je nutné stabilizovať z dôvodu jeho aplikácie, nie z dôvodu regulácie viskozity, resp. molekulovej hmotnosti polyamidového polyméru v procese jeho premeny do formy nekonečného vlákna.

Výroba termostabilizovaného polyamidového vlákna je dnes vo svete riešená prípravou P A 6 polyméru (polymerizácia monoméru ε-kaprolaktámu v prítomnosti vody a regulátorov viskozity), ktorý je aditivovaný termostabilizačným systémom počas vlastnej polymerizácie a jeho následným zvlákňovaním, s výhodou v kontinuálnom procese.

Ako termostabilizačné aditíva sa používajú chelátové komplexy medi, resp. jej chloridy v prítomnosti solí horčíka, či iných kovov. Výhodná je kombinácia so zlúčeninami mangánu, ktorý zvýši zároveň i svetlostabilizáciu polyamidových vlákien. Zároveň táto zmes môže byť tvorená kombináciou anorganických termostabilizátorov, organických antioxidantov či ďalších funkčných aditív pre špeciálne použitie, napríklad farbiacich prostriedkov, retardérov horenia a iných.

Produkcia tohto PA 6 termostabilizovaného polyméru je viazaná na veľkoobjemové šarže, kde z dôvodu plného vyťaženia kapacity zariadenia na polymerizačných linkách sa vyrába vždy ten istý druh polyméru. Poväčšine tieto aditivované polyméry nie sú bežne dostupné na trhu, firmy z dôvodu väčšieho zisku skôr predávajú už hotové finálne P A 6 technické vlákno. Viaceré renomované firmy a spoločnosti majú vlastné, licenciou chránené postupy prípravy takto stabilizovaného PA 6 polyméru, týkajúce sa daného výrobného zariadenia.

Podstata vynálezu

Podstatou tohto vynálezu sú koncentráty zmesi anorganických termostabilizátorov a špeciálnych aditív s vhodným polyamidovým nosičom pre termostabilizáciu PA 6 technických vlákien v procese ich zapracovania do gumy. Koncentráty pozostávajú zo zmesi anorganických termostabilizátorov a to jodidu draselného (KI), jodidu meďného (Cul) a stearátu horečnatého (MgSt) v pomere 8/1/1 v množstve od 2 do 20 % hmotn., kvapalného dispergátora na báze esteru kyseliny stearovej v množstve od 0,5 do 2,0 % hmotn., polymémeho nosiča na báze PA 6 o vhodnej viskozite v množstve 78,0 až 96,5 % hmotn, prípadne farbiacich prostriedkov v množstve do 2% hmotn.

Kvapalný dispergátor sa pridáva za účelom zlepšenia rozdispergovania aditíva v polymémom nosiči.

Koncentráty termických stabilizátorov sú vhodné pre výrobu PA 6 technických vlákien, ktoré v procese ich zapracovania do gumy či kaučuku garantujú požadovanú zbytkovú úroveň pevnostných vlastnosti. Finálne gumárenské kompozity (transportné pásy, pneumatiky, plachty a iné výrobky) takto poskytujú vynikajúce aplikačné vlastnosti výrobkov v automobilovej, transportnej a iných špeciálnych oblastí.

Aplikácia uvedených koncentrátov termostabilizátorov zároveň poskytuje možnosť použiť i bežne dostupný PA 6 víáknarenský polymér o vhodnej viskozite (výhodne 3,2 až 3,3 VH2SO4) v procese prípravy PA 6 technického vlákna. Zároveň nie je nutné upravovať výrobné zariadenie, či meniť technológiu prípravy vlákna. Taktiež je možné zároveň pri výrobe

J termostabilizovaného PA 6 vlákna prídavkom farbiaceho prostriedku do koncentrátu vo vhodnom pomere získať finálne vlákno o vhodnom farebnom odtieni a s vhodnou úrovňou aplikačných vlastností.

Príklady uskutočnenia

Príklad č. 1

V rýchlomiešačke sa do 57,9 kg práškového PA 6 polyméru zamieša 0,3 kg kvapalného dispegátora na báze esteru kyseliny stearovej. Proces miešania trvá 2 minúty. Následne sa pridá zmes anorganických termostabilizátorov (KI/Cul/MgSt v pomere 8/1/1) v množstve 1,2 kg a biely anorganický pigment TiCh anatas v množstve 0,6 kg. Táto finálna zmes sa mieša znova 2 minúty pri konštantných otáčkach a následne sa podrobí hnetenú a taveniu na hnetaco 2vretenovom zariadení ZSK-53 (Wemer-Pfleiderer) pri teplotách 160 - 295 °C a granulovaniu.

Takto pripravený koncentrát má index toku 16 g/10 minút (280 °C, 2,16 kg) a filtrovateľnosť 47 MPa/kg. Tieto vlastnosti umožňujú jeho použitie vo výrobe PA 6 technických vlákien. Pri jeho dávkovaní 3,3 % hmotn. k zvlákňovanému polyméru sa vyrobí vlákno vykazujúce po termickej expozícii (190 °C, 4 hod.) zbytkovú pevnosť na úrovni 91,5 %, čo plne vyhovuje jeho aplikácii.

Príklad č 2

V prvej etape prípravy premixu sa k 56,4 kg práškového PA 6 polyméru o viskozite 3,2 (v kyseline sírovej) pridá 0,6 kg kvapalného dispergátora na báze esteru kyseliny stearovej. Miešanie trvá 2 minúty a následne sa k tejto zmesi pridá 3,0 kg zmesi anorg. termostabilizátorov (KI/Cul/MgSt v pomere 8/1/1). Znova sa táto zmes mieša 3 minúty a následne sa gravimetrický dávkuje do násypky 2-vretenového extrúdera ZSK-53 (WERNER-PFLEIDERER), kde sa homogenizuje, taví, hnetie, filtruje a podrobí granulách. Koncentrát sa môže ešte pred následným použitím dosušovať na obsah vlhkosti pod 0,1 % hmôt.

Koncentrát má index toku 12,0 g/10 minút (280 °C, 2,16 kg) a filtrovateľnosť 53 MPa/kg. Tieto vlastnosti umožňujú použitie koncentrátu vo výrobe termostabilizovaného PA 6 technického vlákna o jednotkovej jemnosti 4- 7 dtex. Pri jeho dávkovaní k základnému polyméru v množstve 2,5 % hmotn. sa vyrobí vlákno so zbytkovou pevnosťou po tepelnej expozícii (190 ⁰ C, 4 hod.) na úrovni 94,7 % .

Príklad č. 3

V rýchiomiešačke sa 2 minúty mieša zmes PA 6 práškového polyméru (51,81 kg) a kvapalného dispergátora na báze esteru kyseliny stearovej (0,99 kg). Následne sa pridá 1,2 kg bieleho anorganického pigmentu TÍO2 anatas a 6 kg zmesi anorganických termostabilizátorov (KI/Cul/MgSt v pomere 8/1/1). Zmes sa znova fluidným spôsobom mieša 3 minúty konštantnou rýchlosťou miešadla a následne taví, hnetie,, filtruje a do formy strún vytláča na 2-vretenovom extrúderi typu ZSK-53 (Wemer-Pfleiderer, Nemecko). Struny sa porežú na požadovanú veľkosť granúl, s výhodou na veľkosť podobnú ako bežne zvlákňovaný PA 6 polymér.

Koncentrát má index toku na úrovni 10,5 g/10 minút (280 °C, 2,16 kg) a filtrovateľnosť má hodnotu cca 59 MPa/kg. Pri jeho dávkovaní 1,5 % k základnému polyméru sa pripraví PA 6 termostabilizované vlákno vhodné pre jeho finálnu aplikáciu v styku s gumou, resp. kaučukom. Zbytková pevnosť po tepelnej expozícii (190 ⁰ C, 4 hod.) je v rozsahu 93-95 %. Zároveň vlákno vykazuje zvýšenú úroveň indexu belosti a pokles indexu žltosti voči vláknu pripraveného podľa príkladu č. 2.

Príklad č. 4

Vo fluidnej rýchiomiešačke sa pripraví zmes práškového PA 6 polyméru (46,8 kg), kvapalného dispergátora na báze esteru kyseliny stearovej (1,2 kg) a zmesi anorganických termostabilizátorov (KI/Cul/MgSt v pomere 8/1/1) o hmotnosti 12 kg spôsobom uvedeným v príklade č. 2.

Táto zmes sa následne spracováva na 2-vretenovom extrúderi typu ZSK-53 (WERNERPFLEIDERER) pri teplotách 190 - 285 ⁰ C. Finálny koncentrát má index toku 5,5 g/10 minút (280 °C, 2,16 kg) a filtrovateľnosť 69 MPa/kg. Pri dávkovaní tohto koncentrátu 1,0 % hmotn. k hlavnému PA 6 polyméru sa pripraví pri prevádzkových teplotách 285 °C PA 6 technické vlákno o jednotkovej jemnosti 7,4 dtex, ktoré po termickej expozícii (190 °C, 4 hod.) vykazuje zbytkovú pevnosť na úrovni 92,9 %.

Príklad č. 5

Ako porovnávací príklad je uvedená výroba PA 6 technického vlákna, na ktorú sa použije PA 6 granulát o viskozite 3,2 (v 96 % H2SO4) bez obsahu akýchkoľvek aditív, pigmentov a termo či svetlostabilizátorov.

Toto vlákno sa vystaví rovnakým podmienkam tepelnej expozície ako vlákna pripravené podľa príkladov č. 1, 2, 3 a 4. Zbytková pevnosť vlákna po tepelnej expozícii (190 °C, 4 hod.) je na úrovni 24,8 %.

Priemyselná využiteľnosť

Koncentráty podľa tohto vynálezu sú vhodné na prípravu PA 6 technických termostabilizovaných vlákien s aplikáciou v automobilovej a transportnej oblasti.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Koncentráty aditíva pre termostabilizáciu polyamidových vlákien, vyznačujúce sa tým, že pozostávajú zo zmesi anorganických termostabilizátorov, dispergátora, polymémeho nosiča, prípadne farbiacich prostriedkov.
2. Koncentráty aditíva pre termostabilizáciu polyamidových vlákien podľa nároku 1 vyznačujúce sa tým, že obsahujú zmes anorganických termostabilizátorov, zloženú z jodidu draselného (KI), jodidu meďného (Cul) a stearátu horečnatého (MgSt) v pomere 8/1/1, v množstve 2 až 20 % hmotn.
3. Koncentráty aditíva pre termostabilizáciu polyamidových vlákien podľa nárokov 1 a 2 vyznačujúce sa tým, že obsahujú dispergátor na báze esteru kyseliny stearovej v množstve 0,5 až 2,0 % hmotn.
4. Koncentráty aditíva pre termostabilizáciu polyamidových vlákien podľa nárokov 1 až 3 vyznačujúce sa tým, že obsahujú polymérny nosič na báze polyamidu 6 (PA 6) polyméru o vhodnej viskozite a obsahu 78 až 96,5 % hmotn.
5. Koncentráty aditíva pre termostabilizáciu polyamidových vlákien podľa nárokov 1 až 4 vyznačujúce sa tým, že môžu obsahovať farbiace prostriedky v množstve do 2,0 % hmotn.