ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения

Классы МПК:D01F8/04 из синтетических полимеров
D01F11/04 из синтетических полимеров
D01F6/06 из полипропилена
D01F6/60 из полиамидов
D01F6/62 из сложных полиэфиров
D06M15/256 содержащих фтор
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской Академии наук (ИХР РАН) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-12-14
публикация патента:

Изобретение относится к технологии получения синтетических нитей с высокими хемостойкостью и гидрофобностью и низким коэффициентом трения и может быть использовано в химической промышленности. Нить представляет собой полимерную матрицу, на поверхности которой расположен слой политетрафторэтилена толщиной 0,5-6 мкм. Полимерная матрица выполнена из различных термопластичных полимеров. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности, гидрофобности и устойчивости к деформационным воздействиям нитей и низкой их себестоимости. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

Введение

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к получению синтетических нитей с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения для производства текстильных материалов технического назначения, работающих в жестких технологических условиях, таких, например, как фильтрация горячих газов, сильно агрессивных жидкостей, а также предназначенных для кислотоупорной набивки для сальников центробежных насосов.

Уровень техники

Известны композиция и способ получения комплексных полипропиленовых нитей на основе формования их из расплава смеси полипропилена с порошком политетрафторэтилена (Патенты RU № № 2394945, опубл. 2010 г. и 24113120, опубл. 2011 г.), обеспечивающие повышение прочности и гидрофобности полипропиленовых нитей. Однако этот способ не приводит к существенному повышению хемостойкости полипропиленовых нитей и не обеспечивает снижения их коэффициента трения до очень низкого уровня, присущего фторопласту, и необходимого для набивки сальников центробежных насосов.

Известны сальниковые волокнистые набивки из хлопчатобумажных, лубяных (лен, конопля, джут), асбестовых, капроновых, полипропиленовых, углеродных волокон, пропитанных суспензией фторопласта - 4 (политетрафторэтилена) (Основы герметологии: тексты лекций / А.А.Скаскевич, В.А.Струк. - Гродно: ГрГУ, 2010. - 140 с.). Пропитка суспезией фторопласта осуществляется многократно под вакуумом с промежуточными операциями термообработки: сушкой и спеканием (ГОСТ 24368-80). Изготовление пропитанных фторопластом сальниковых набивок осуществляется по очень сложной технологии, требует большого расхода энергии.

Известен способ получения фильтровального материала методом пропитки ткани смесью дисперсии фторопласта, кремнийорганической эмульсии и анионактивного ПАВ, который обеспечивает получение ткани с высокой фильтрующей способностью (Патент RU № 2079341, опубл. 1997 г.). В результате такой обработки на нити остается покрытие, состоящее из смеси фтор- и кремнийсодержащих полимеров. Однако такая ткань не обладает достаточно высокими показателями хемостойкости и низкими коэффициентами трения.

Известен способ получения волокна из ацетонорастворимого фторопласта - фторлона (Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон, т.2, М.: Химия, 1974, 344 с.; Варшавский В.Я. Волокна из фторсодержащих полимеров / в кн.: Карбоцепные синтетические волокна // под ред К.Е.Перепелкина, М.-Л.: Химия, 1972, 589 с., гл. 4; Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.790). Фторлон формуют по мокрому способу из 14-16%-ного раствора сополимера в ацетоне в водную ванну, содержащую 4-6% ацетона. Свежесформованное волокно, содержащее растворитель, вытягивают между дисками прядильной машины в 1,5-2 раза при нормальной температуре. Высушенную нить дополнительно вытягивают (в сумме в 16-20 раз) в среде глицерина при ~140°С, после чего вновь сушат с одновременной терморелаксацией при 140-150°С в течение 1 часа в условиях свободной усадки. Нити отличаются высокой устойчивостью к воздействию агрессивных сред, высокой гидрофобностью, низким коэффициентом трения. Однако их существенными недостатками является значительная экологическая опасность технологического процесса получения из-за использования ацетона, высокая себестоимость и весьма малый модуль упругости.

Наиболее близкими к изобретению по техническому существу являются нити из фторопласта (полифен) (Сигал М.Г., Козиорова Т.Н. Синтетические волокна из дисперсий полимеров, М.: Химия, 144 с.; Лазар М., Радо Р., Климан Н. Фторопласты // пер. со словацкого под ред. С.А.Яманова, М.-Л.: Энергия, 1965. - 262 с.; Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.787-790). Полифен получают по специально разработанной технологии, сущность которой заключается в формовании нити по мокрому способу из вспомогательного полимера (загустителя), наполненного частицами фторопласта. В качестве загустителей применяют или вискозу и формуют с использованием кислотно-солевой осадительной ванны, или поливиниловый спирт и формуют с использованием в качестве осадительной ванны концентрированных водных растворов сульфатов аммония, алюминия и натрия. Сформованные нити подвергают следующей отделке: в случае использования в качестве загустителя вискозы проводят промывку холодной и горячей водой и щелочную обработку, а нити, сформованные с использованием поливинилового спирта, обрабатывают в ацетилирующей ванне и промывают последовательно холодной и горячей водой. После отделки нити подвергают термической обработке (спеканию), которую проводят при температуре 360-400°C при перемещении нити по поверхности обогреваемого металлического ролика или пластины. Устройство для спекания имеет очень сложную конструкцию и представляет собой многоместную машину, оборудованную системой местного отсоса газообразных продуктов пиролиза, среди которых имеется фтористый водород и другие ядовитые вещества. В результате термообработки вспомогательный полимер разрушается и удаляется в виде газообразных продуктов, а частицы фторопласта спекаются, превращаясь в нить. После спекания нить подвергают ориентационному упрочнению - вытягиванию при температуре 330-400°C с кратностью 3-10 раз.

Полифеновые нити обладают высокой устойчивостью к действию агрессивных сред и низким коэффициентом трения. Существенными недостатками этих нитей являются крайне высокая сложность процесса их изготовления, энергоемкость, экологическая опасность их получения, очень большая себестоимость, малая прочность и невысокий модуль упругости, а также низкие устойчивость к эксплуатационным деформационным воздействиям и гидрофобность.

Сущность изобретения

Техническая задача заключается в разработке синтетических нитей с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения, обладающих также высокими прочностью, гидрофобностью и устойчивостью к эксплуатационным деформационным воздействиям, имеющих более низкую себестоимость и получаемых с помощью технологически простого, энергосберегающего и экологически безопасного процесса.

Поставленная задача решена разработкой синтетических нитей с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения, содержащих полимерную матрицу, на поверхности которой расположен слой фторопласта толщиной 0,5-6,0 мкм.

Техническим результатом является значительное упрощение способа изготовления нитей - процесс их производства по простоте технологии приближается к классическому способу формования синтетических термопластичных нитей из расплава. Отпадает необходимость в использовании большого количества вспомогательных полимеров и химических реагентов, специально сконструированного сложного оборудования. Значительно сокращается расход энергии на технологические цели. В частности, температура термической обработки нитей снижается с 360-400°C до 100-110°C. За счет ликвидации операции спекания, при которой выделяются чрезвычайно ядовитые продукты пиролиза фторопласта, среди которых имеется фтористый водород и т.п., существенно снижается экологическая опасность процесса получения нити. За счет отмеченных факторов в десятки раз уменьшается себестоимость нити. Относительная разрывная нагрузка нити возрастает в 3,7-5,8 раз при значительном увеличении модуля упругости. Значительно увеличивается устойчивость нитей к эксплуатационным деформационным воздействиям. Существенно возрастает гидрофобность нити.

Заявленные синтетические нити с комплексом улучшенных характеристик могут быть получены из различных термопластичных полимеров, например из полипропилена, полиэтилентерефталата, поликапроамида.

Фторопласт используют в виде суспензий Ф4Д (СТО 05807960-007-2010), Ф-4ДВ (ТУ 6-05-1246), Ф-4МД-А, Ф-4МД-Б (ТУ 6-05-2012) или их аналогов Teflon 30, Fluon AD, Hostaflon TF5000, Polyflon D. Толщину покрытия регулируют путем изменения концентрации ПТФЭ в суспензии.

Для обеспечения возможности дальнейшей переработки нитей можно использовать традиционно применяемые авиважные препараты, обладающие поверхностной активностью, например, алкамон ОС-2 на основе (алкилдиоксиэтилен)диметилдиэтиламмоний бензилсульфоната (ГОСТ 10106-75), алкамон ДС на основе алкоксидиметилдиэтилдиэтиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83), триамон на основе трис(2-гидроксиэтил)метиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83).

Свойства заявленных синтетических нитей и нити-прототипа контролировались одинаково:

- Хемостойкость (устойчивость нитей к действию агрессивных сред) оценивали по уменьшению разрывной нагрузки нитей (%) после 24-часового воздействия щелочи (40%-ного раствора NaOH), минеральной кислоты (98%-ной H2SO4) и минеральной кислоты-окислителя (40%-ной HNO3). По уменьшению разрывной нагрузки нитей величину их хемостойкости подразделяли на следующие категории: 0% - высокая стойкость; 20% - удовлетворительная стойкость; 40% - устойчивы не во всех случаях; 60% - недостаточно стойки; 80% - нестойки. При высокой химической нестойкости возможно полное растворение нити.

- Коэффициент трения нитей определяли с помощью прибора В.В.Талепаровской.

- О прочности нитей судили по разрывной нагрузке (сН/текс), которую, так же как и модуль упругости (Н/мм2), определяли на разрывной машине РМ-3-1.

- Устойчивость нитей к эксплуатационным деформационным воздействиям оценивали по уменьшению разрывной нагрузки после 10 циклов истирающего воздействия на приборе ПТ-4.

- Толщину покрытия определяли методом оптической микроскопии по разнице диаметров поперечных срезов нитей с покрытием из фторопласта и без покрытия.

Пример получения нитей из полипропилена.

Гранулят полипропилена из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам и продавливают через них.

На горячую поверхность свежесформованных полипропиленовых текстильных нитей окунанием наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (100-140°C) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (100-110°CС), получая готовые полипропиленовые нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Пример получения нитей из полиэтилентерефталата.

Гранулят полиэтилентерефталата из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется и продавливается через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиэфирных текстильных нитей окунанием наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/ли алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (120-160°C) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (110-140°C), получая готовые полиэтилентерефталатные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Пример получения нитей из поликапроамида.

Гранулят поликапроамида из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам. Формование осуществляют в атмосфере инертного газа.

Расплав продавливают через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиамидных нитей окунанием наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.

Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (140-180°C) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (120-150°C), получая готовые поликапроамидные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.

Свойства полипропиленовых, полиэфирных и полиамидных нитей с покрытием из фторопласта, а также полифеновых нитей, полученных по способу-прототипу, приведены в таблицах, соответственно, 1, 2, 3.

Таблица 1
Свойства полипропиленовых нитей с политетрафторэтиленовым покрытием
№ п/пКонцентрация суспензии фторопласта, г/лКратность ориентационного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкмУменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, % Коэффициент тренияКраевой угол смачивания, град.Разрывная на грузка, сН/тексМодуль упругости, Н/мм2 Уменьшение разрывной нагрузки после 10 циклов истирания, %
40%-ного NaOH 98%-ной H2SO440%-ной HNO3
1 380,5 000 0,0412953,2 7385,0
230 83,00 000,04 13261,8771 4,0
3 608 6,000 00,04127 53,7758 6,0
4 3034,0 000 0,0412854,9 7485,0
530 152,50 000,04 12958,6742 6,0
6* (сравнительный пример)синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 4синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 6025 400,30 8847,5665 6,0
7** (сравнительный пример)304 от 0 до 25 (покрытие не сплошное 602540 0,418834,3 45119,0
8 (прототип)синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 4синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 00 00,04 11016,8346 26,0
*) полипропиленовая нить без покрытия
**) нанесение суспензии политетрафторэтилена не на свежесформованную горячую, а на готовую нить с последующей термообработкой

Таблица 2
Свойства полиэфирных нитей с политетрафторэтиленовым покрытием
№ п/пКонцентрация суспензии фторопласта, г/лКратность ориентациионного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкмУменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, % Коэффициент тренияКраевой угол смачивания, град.Разрывная нагрузка, сН/тексМодуль упругости, Н/мм2Уменьшение разрывной нагрузки после 10 циклов истирания, %
40%-ного NaOH98%-ной H2SO440%-ной HNO 3
1 380,5 000 0,0411668,3 6174,0
230 83,00 000,04 12880,5633 3,0
3 608 6,000 00,04117 72,6628 5,0
4 3034,0 000 0,0411869,0 6194,0
530 152,50 000,04 12980,2635 5,0
6* (сравнительный пример)синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 4синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 18Полное растворение80 0,257261,0 5565,0
7** (сравнительный пример) 304от 0 до 25 (покрытие не сплошное21 Полное растворение80 0,377249,3 48612,0
8 (прототип)синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 4синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 00 00,04 11016,8346 26,0
*) полиэфирная нить без покрытия
**) нанесение суспензии политетрафторэтилена не на свежесформованную горячую, а на готовую нить с последующей термообработкой

Таблица 3
Свойства полиамидных нитей с политетрафторэтиленовым покрытием
№ п/пКонцентрация суспензии фторопласта, г/лКратность ориентациионного вытягивания, разы Толщина покрытия, мкмУменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, % Коэффициент тренияКраевой угол смачивания, град.Разрывная нагрузка, сН/тексМодуль упругости, Н/мм2Уменьшение разрывной нагрузки после 10 циклов истирания, %
40%-ного NaOH98%-ной

H2SO4
40%-ной HNO3
1 380,5 000 0,0411481,4 11134,0
230 83,00 000,04 13097,21162 3,0
3 608 6,000 00,04119 88,61142 5,0
4 3034,0 000 0,0411880,6 10964,0
530 152,50 000,04 132101,31171 5,0
6* (сравнительный пример)синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 4синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом   трения, патент № 2522337 12Полное растворениеПолное растворение 0,187261,0 5565,0
7** (сравнительный пример) 304от 0 до 25 (покрытие не сплошное12 Полное растворениеПолное растворение 0,2667 49,86137,0
8 (прототип) -4- 000 0,0411016,8 34626,0
*) полиамидная нить без покрытия
**) нанесение суспензии политетрафторэтилена не на свежесформованную горячую, а на готовую нить с последующей термообработкой

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Синтетические нити с высокой хемостойкостью и низким коэффициентом трения, содержащие полимерную матрицу, на поверхности которой расположен слой политетрафторэтилена толщиной 0,5-6 мкм.

2. Синтетические нити по п.1, в которых матрица представляет собой или полипропилен, или полиэтилентерефталат, или поликапроамид.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2522337

patent-2522337.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс D01F8/04 из синтетических полимеров

Патенты РФ в классе D01F8/04:
полимерная композиция и полученные из нее формованные изделия -  патент 2462491 (27.09.2012)
полипропиленовая смесь -  патент 2456312 (20.07.2012)
многослойные предварительно вытянутые эластичные изделия -  патент 2426650 (20.08.2011)
двухкомпонентные синтетические волокна для применения в строительных материалах на цементной основе -  патент 2423560 (10.07.2011)
двухкомпонентное сверхабсорбирующее волокно -  патент 2419457 (27.05.2011)
способ получения хитозансодержащих нитей -  патент 2408746 (10.01.2011)
синтетическое волокно для объемного армирования цементного продукта и способ его изготовления (варианты), цементный продукт, содержащий дисперсию синтетического волокна, и способ его изготовления -  патент 2396379 (10.08.2010)
синтетическое волокно, способ его изготовления, цементный продукт, содержащий указанное волокно, и способ изготовления указанного цементного продукта -  патент 2339748 (27.11.2008)
протеиновое синтетическое волокно и способ его получения -  патент 2271411 (10.03.2006)
моноволокно, способ изготовления щетинок и межзубных чистящих элементов и щетинки и межзубные чистящие элементы, изготовленные из таких моноволокон -  патент 2197572 (27.01.2003)

Класс D01F11/04 из синтетических полимеров

Патенты РФ в классе D01F11/04:
способ получения синтетических нитей -  патент 2522338 (10.07.2014)
проводящее моноволокно и ткань -  патент 2478144 (27.03.2013)
способ получения анионообменного волокнистого материала, обладающего способностью извлекать ионы хрома ( vi ) из водных растворов -  патент 2368711 (27.09.2009)
композиция для нитей, нити с улучшенными свойствами и применение этих нитей -  патент 2326999 (20.06.2008)
составы тонкого волокна, способы их получения, способ изготовления тонковолокнистого материала -  патент 2300543 (10.06.2007)
нить, выполненная из поливинилиденфторида, вязаная сетка и способ ее получения -  патент 2288304 (27.11.2006)
способ получения поливинилиденфторидной нити с карбиновым покрытием -  патент 2287623 (20.11.2006)
способ получения нити из гетероциклического ароматического полиамида -  патент 2277139 (27.05.2006)
способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна (варианты) -  патент 2262557 (20.10.2005)
способ получения сорбента волокнистой структуры -  патент 2260019 (10.09.2005)

Класс D01F6/06 из полипропилена

Класс D01F6/60 из полиамидов

Патенты РФ в классе D01F6/60:
способ получения филаментной нити из ароматического полиамида -  патент 2529240 (27.09.2014)
способ получения синтетических нитей -  патент 2522338 (10.07.2014)
способ изготовления множества высокопрочных, высокомодульных нитей из ароматического полиамида -  патент 2516154 (20.05.2014)
нейлоновое штапельное волокно, подходящее для применения в устойчивых к абразивному истиранию, высокопрочных найлоновых смешанных пряжах и материалах -  патент 2514760 (10.05.2014)
найлоновое штапельное волокно с высокой несущей способностью и изготовленные из него смешанные найлоновые пряжи и материалы -  патент 2514757 (10.05.2014)
легко окрашиваемое полностью ароматическое волокно мета-типа -  патент 2508421 (27.02.2014)
нить из ароматического полиамида и способ ее получения -  патент 2505629 (27.01.2014)
нить из ароматического полиамида и способ ее изготовления -  патент 2505628 (27.01.2014)
нить из ароматического полиамида и способ ее изготовления -  патент 2505627 (27.01.2014)
способ получения элементарных нитей из полиамида с очень высокой молекулярной массой -  патент 2493299 (20.09.2013)

Класс D01F6/62 из сложных полиэфиров

Патенты РФ в классе D01F6/62:
способ получения синтетических нитей -  патент 2522338 (10.07.2014)
способ формования волокон -  патент 2459892 (27.08.2012)
частица, содержащая матрицу и радикальный инициатор -  патент 2458081 (10.08.2012)
негорючая антимикробная нить или пряжа и текстильный материал на ее основе -  патент 2422565 (27.06.2011)
способ получения упаковочного шпагата из полиэтилентерефталата -  патент 2324775 (20.05.2008)
изделия, обладающие антибактериальной и противогрибковой активностью -  патент 2321690 (10.04.2008)
смешанная пряжа с элементарными нитями с различными степенями усадки из сложных полиэфиров -  патент 2303091 (20.07.2007)
волокна из сложного полиэфира с модифицированным поперечным сечением -  патент 2303090 (20.07.2007)
волокнистая структура из сложного полиэфира -  патент 2301855 (27.06.2007)
вязаный либо тканый материал из волокна из сложного полиэфира -  патент 2301854 (27.06.2007)

Класс D06M15/256 содержащих фтор



Наверх