Получение полиэфирных высокомодульных низкоусадочных нитей типа HMLS (содержащего 90% (масс.) звеньев этилентирефталата и 10%(масс.) мезогенных звеньев

Исходя из общих соображений представляется вероятным, что плотность молекулярной упаковки должна быть тем выше, чем сильнее взаимодействие полимера и растворителя. В качестве критериев интенсивности взаимодействия разные авторы используют различные величины, чаще других -- параметр растворимости бх = (Т 1 -- молярный?

По формуле Смолла рассчитывается параметр растворимости различных лйнейных полимеров. Например, для натурального каучука повторяющимся мономерным звеном является --СНг--С (СНз) = СН--СН2--. Молекулярный вес звена М = 68, плотность полимера р 0,92. Значение суммы

На растворимость полимеров влияют также образующиеся водородные связи и кристалличность полимера. Хотя известны отдельные исключения из предложенной теории, все же правильность ее основных представлений и тот факт, что в большинстве случаев она оказывается применимой, говорят, что предпочтительнее пользоваться теорией, а не старым заслуженным правилом подобное в подобном . Севере и Смитманс применили метод расчета параметров растворимости к системе поливинилхлорид--пластификатор . Они нашли, что действительно существует тесная связь между значениями параметров растворимости различных соединений и их пластифицирующим действием. Одним из наиболее убедительных доказательств справедливости теории, основанной на расчете параметров растворимости, является подбор такой пары плохих растворителей, чтобы после их смешения параметр растворимости смеси оказался бы близким к параметру растворимости самого полимера. И действительно, смесь таких плохих растворителей хорошо растворила полимер.

V -- ее мольный объем). Лучшим растворителем данного полимера считают жидкость, ПЭК которой близка к ПЭК полимера. На этом соображении основан метод определения ПЭК полимера, предложенный Джи . Он состоит в измерении степени набухания сшитых полимеров, в частности вулканизатов каучука в жидкостях с различными значениями ПЭК и построении зависимости а = f (ПЭКжидк). Эта зависимость часто экстремальна, и ПЭК жидкости, отвечающую максимуму кривой, принимают равной ПЭК полимера. Следует указать, однако, что этот метод недостаточно точен, и, как отмечал сам автор, экспериментальные результаты, полученные при использовании некоторых жидкостей, не укладываются на единую кривую. Другими словами, при одинаковом параметре растворимости различных жидкостей степень набухания в них данного вулканизата может быть разной. Это объясняется тем, что, жидкости с различными функциональными группами могут иметь одинаковые параметры б, но различное термодинамическое сродство к полимеру.

????Выбор полимера может быть произведен различными методами. Одним из них является метод , основанный на подборе полимера со значением параметра растворимости бп, близким к параметру растворимости компонента А. По Гильденбранту [491 и Скат-чарду, параметр растворимости бр = (А /Р0 5 где Д /У -- плотность энергии когезии (ПЭК), т. Е. энергия испарения, приходящаяся на единицу объема. По методу Джи параметр растворимости для полимера б принимают равным соответствующему параметру для растворителя, в котором слегка сшитый полимер набухает в наибольшей степени. Смолом предложен метод, по которому на основании данных для простых жидкостей рассчитывают ПЭК различных молекулярных групп (аналогично значениям парахора), а затем ПЭК полимера. Однако этот метод может быть использован только при отсутствии специфического взаимодействия (например, водородных связей) между низкомолекулярным растворителем и полимером. Для выбора полимера могут быть использованы и табличные данные

Помимо вышеизложенных требований, которым должш удовлетворять растворители, применяемые для получения поли мерных осадков,. Растворители должны обладать плотносты-энергии когезии и параметром растворимости, обеспечивак щими хорошее пленкообразование на поверхности рабочег электрода. Как правило, для пленкообразовани необходимо, чтобы параметр растворимости получаемого н рабочем электроде (со)полимера был близок к параметр растворимости растворителя. Если значения параметров раствс римости (со) полимера и растворителя силе но отличаются, т для их приближения необходимо в систему добавить друго растворитель. В этом случае параметр растворимости смес растворителей является аддитивной величиной отдельных кок понентов. Параметры растворимости различны (со) полимеров и растворителей приведены, например, в работа.

Следует, однако, указать на неточность этого метода. Уже самим автором было замечено, что экспериментальные результаты полученные ири использовании некоторых растворителей, не >кла-дываются на единую кривую. Другими словами, при одинаковом параметре растворимости д различных жидкостей степень набухания в иих вулканизата разная. Это объясняется тем, что жидкости с раз..1ичпыми функциональцыми группами могут одинаковые параметры 6, но различное термодинамическое сродство к полимеру, Параметр является параметром энергетического взаимодействия и пе может служить мерой термод тамического сродства

Экспериментальные методы определения параметра растворимости 5 заключаются в следующем. Измеряется величина характеристической вязкости т) полимера в наборе растворителей, которые обладают различными значениями параметра растворимости. Далее строятся зависимости т) полимера от параметра 5 растворимости того растворителя, в котором они были измерены.???Соотношение связывает величину поверхностного натяжения жидкостей с параметром растворимости 5. По указанному соотношению можно величину 5, если известны экспериментальные значения пповерхностного натяжения жидкостей (оценка проводится методом подбора). Это важно связи с тем, что поверхностное натяжение жидкостей измеряется сравнительно легко, а параметр растворимости, связанный со скрытой теплотой ис-фения жидкости, более сложным образом. Особенно это трудно для полимпров, поскольку для них параметр растворимости может быть определен толь- косвенными методами - по измерению набухания в различных растворите-IX, по вязкости растворов и тд. Следует также отметить, что возможность 1енки расчетным пу тем поверхностной энергии полимеров важно и потоку, 0 их поверхностная энергия простыми соотношениями связана с энергией и энергией сублимации.

Таким образом, рассмотрение влияния химического строения концевых групп полимеров на их молекулярные характеристики и макроскопические свойства показывает, что это влияние может быть весьма различным. Наличие объелшстых концевых групп сказьшается прежде всего на Ван-дер-Вааль-совом объеме усредненного звена, энергии когезии и молярной рефракции. Присутствие небольших по объему, но обладающих специфическим межмолекулярным взаимодействием групп (типа гидроксильных), оказывает основное влияние на энергию когезии и параметр растворимости, а также на поверхностное натяжение, мало влияя на Ван-дер-Ваальсовый объем и молярную рефракцию. Рассматривая зависимость каких-либо физических свойств от длины цепи и, эти факторы совершенно необходимо учитывать.

Обращенную газовуто хроматографию (ОГХ) используют для анализа как полимеров, так и применяемых ингредиентов, в том числе наполнителей. Метод с успехом применялся для исследования совместимости олигомеров и полимеров типа HMLS термодинамических характеристик полимеров в массе и в растворе , адсорбции полимеров на поверхности наполнителей. При определении теплоты смешения полимеров с некоторыми растворенными веществами методом ОГХ возможен дальнейший расчет параметра взаимодействия Флори-Хаггинса, параметров растворимости и вкладов энтропии и энтальпии при различных температурах. Метод с успехом применяется для исследования поверхности твердых полимеров

Полимеры не испаряются, поэтому для них параметр растворимости определяется различными косвенными МЕТОДАМИ.

Смолл предложил рассчитывать параметр растворимости из условных величин энергий взаимодействия различных групп атомов, входящих в состав основного звена молекулярной цепи полимера в соответствии с уравнением

На основании параметров растворимости типа HMLS, силы водородной связи и практики микрокапсулирования подобраны растворители и осадители для различных полимеров. Каждый из полимеров может иметь несколько вариантов эффективных пар растворитель--осадитель. Выбор той или иной пары, а также полимера диктуется совместимостью капсулируемого препарата с растворителем, осадителем и полимером. Например, препарат не должен растворяться ни в одном из компонентов системы и сам не должен растворять полимер. Возможна, однако, и такая технология, при которой капсулируемый препарат первоначально растворен в растворителе или осадителе и выделяется (опережая вьщеление полимера) при смешивании растворителя и осадителя. Это создает дополнительные требования к химической природе используемых компонентов.?Если изобразить характеристики растворителей в трехмерном пространстве в виде точек с координатами X, у, г, соответствующих параметру растворимости, дипольному моменту и величине, которая определяет взаимодействие за счет водородных связей, то можно характеризовать растворимость полимеров в ряде растворителей областью, ограниченной в пространстве. Путем определения растворимости полимеров в различных- растворителях были получены объемные модели раетворимостн нитрата и ацетобу-тирата целлюлозы, ацетилцеллюлозы, сополимера винилхлорида с винилацетатом и полиметилметакри-лата.

Исследование пленок, полученных из растворов сополимера винилхлорида с винилацетатом в растворителях с различными параметрами растворимости, показало, что пленки оптимальной структуры с наименьщей пористостью образуются при близких значениях параметров растворимости растворителя и полимера. Однако наименьшая пористость и наибольшая плотность упаковки структуры достигаются при образовании пленки с разделением системы на две фазы, т. Е. при использовании плохого растворителя

Если сшитый или нерастворимый по другим причинам полимер набухает в растворителях с различными параметрами растворимости б, то максимальное равновесное набухание наблюдается в растворителе с близким или равным полимеру параметром растворимости. Метод набухания был использован для установления двухфазности нерастворимых силоксановых блок-сополимеров. Максимум вблизи б = 7,8, как полагают, относится к полидиметилсилоксановому компоненту, а максимум вблизи 9,5 к полидифенилсилок-сановому.

Первые экспериментальные данные, появивщиеся в литературе по изучению электрооптических свойств гибкоцепных полимеров в растворе , подтвердили основные выводы теории. Оказалось, что макроскопическая анизотропия раствора, вызванная электрическим полем, практически не зависит от молекулярной массы полимера и обычно мало отличается по значению и совпадает по знаку с эффектом, наблюдаемым в растворе соответствующего мономера равной массовой концентрации . Рядом авторов были предприняты попытки связать постоянную Керра/С полимеров в растворе с параметрами внутреннего вращения в полимерной цепи . Экспериментально наблюдавшаяся зависимость К от молекулярной массы объяснялась либо различной тактичностью цепей , либо эффектами исключенного объема .

Однако имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что различия в значениях К в ряду молекулярных масс весьма малы и практически лежат в пределах ошибок опыта. Сильная зависимость постоянной Керра от М, наблюдавшаяся в растворах поливинилхлорида и поливинрастворителя, по-видимому, является следствием неполной растворимости указанных полимеров в используемых растворителях . Тот факт, что значение К для растворов гибкоцепных полимеров не превосходит, а нередко и меньше значения К для раствора соответствующего мономера, означает, что анизотропия, а следовательно, и размеры электрического сегмента (кинетической единицы), независимо ориентирующегося в электрическом поле, значительно меньше анизотропии (и размеров) сегмента Куна, который у большинства гибкоцепных полимеров содержит 5 = 6-8 мономерных звеньев .

В этом наглядно проявляется механизм поляризации гибкоцепных полимеров вращение каждого мономерного звена цепи происходит практически независимо от других. Нередко получаемое значение 5<1 обычно трактуется как проявление взаимодействия между звеньями, препятствующих их вращению.

Изменение степени проницаемости в более широких пределах легко осуществить в присутствии разбавителей, плохо совместимых со структурой геля и отличающихся от последнего параметром растворимости или склонностью к образованию водородных связей. В этом случае, поскольку каждая полимерная цепочка продолжала расти, структура геля, далеко не полностью сольватированная жидкой фазой, стремилась сократиться. Вновь образованный полимер также будет стремиться экстрагировать и адсорбировать молекулы мономера из жидкой фазы. В итоге образуется более грубая открытая, а не тонко диспергированная структура геля. Шарик геля такого рода похож на гроздь винограда, где каждая ягода сама обладает сетчатой структурой.

Очень мелкие поры доступны в основном для молекул растворителя, в то время как более крупные поры между виноградинами образуют эффективный внутренний объем геля. Образование такой макроретикулярной структуры, как назвал ее Кунин с сотр, обусловлено такими же молекулярными взаимодействиями, которые более привычны в других ситуациях, например сжатие или расширение полимерных клубков в различных растворителях, обусловливающее различную вязкость растворов, распределение молекул растворенного вещества между двумя разными фазами. Гордон показал, что флуорен и фенантрен быстро элюировались толуолом, почти не разделяясь друг от друга, из колонки, заполненной весьма проницаемыми полистирольными шариками, по, если в качестве элюирующего растворителя применяли гексан, указанные ароматические соединения сорбировались гелем, элюировались гораздо позже и при этом очень хорошо разделялись одно от другого.

Описание технологической схемы получения нити (волокна)

Комплектование невытянутого жгута полиэфирных высокомодульных низкоусадочных нитей типа HMLS. Жгут комплектуется из отдельных нитей (поджгутиков), выбираемых из каждого контейнера (таза), в отделении шпулярников штапельного цеха. Шпулярник 1 включает два- четыре ряда контейнеров с нитью (обычно один--два ряда оставляют резервными для перезаправки) и верхнюю металлическую раму, где происходит формирование невытянутого жгута. В конце шпулярника установлен жгутообразователь, объединяющий отдельные нити («поджгутики») в общий жгут. Он состоит из двух-трех вальцев и направляющих устройств. В зависимости от заданного развеса вытянутого жгута (обычно равного 30--100 г/м) жгут собирают из 20--60 контейнеров.

Ориентационная вытяжка жгута. Вытягивание полиэфирного волокна типа HMLS проводится при нагревании, в результате чего невытянутая аморфная нить переводится из стеклообразного в высокоэластическое состояние с ориентацией структурных элементов и кристаллизацией ПЭТ. Однако интенсивный равномерный прогрев и последующая вытяжка жгута, состоящего из 200000--500000 элементарных нитей довольно сложная задача. На промышленных штапельных агрегатах жгут вытягивают в одну или две стадии соответственно между двумя или тремя вытяжными станами (рис. 6). Каждый вытяжной стан оборудован семью - восемью цилиндрами, вращающимися с одинаковой скоростью. Цилиндры первого стана (питающего) подогреваются до 50--80. С°циркулирующими внутри их горячей водой или теплоносителем. При двухстадийной вытяжке подогреваются также цилиндры второго стана (до 100--150 С°). Цилиндры последнего стана не подогреваются (иногда даже охлаждаются водой). Основной нагрев жгута осуществляется острым паром или горячим воздухом в специальных камерах 4 и 5, расположенных между вытяжными станами. Со жгутообразователя жгут в виде тонкой равномерной по толщине ленты шириной 200--500 мм проходит через ванну (с температурой 40--60 С°) для отмывки от прядильной препарации (или нанесения антистатической препарации) и поступают на горячие цилиндры первого стана, где подогревается.

Далее жгут попадает в обогреваемую камеру между первым и вторым станом, нагретую до 130--220 С°, а затем на цилиндры второго стана. При двухстадийной вытяжке температура во второй камере обычно на 20--50 С° выше, чем в первой. Усилие для вытяжки полиэфирного жгута развесом 30--100 г/м колеблется соответственно от 4 до15 кН. Кратность вытяжки волокна, устанавливаемая по отношению частоты вращения цилиндров первого и последнего вытяжного стана, составляет в зависимости от типа штапельного волокна 13-5). При двухстадийном процессе жгут вытягивают на 300-400% между первыми двумя станами и на 50-100% между вторым и третьим станами. Линейная скорость выхода жгута с вытяжной машины составляет 100--200 м/мин, иногда--до400 м/мин. В некоторых случаях, когда требуется получить волокно с низким удлинением (до 30--40%) и небольшим отклонением механических свойств от заданной величины, жгут после вытяжки подвергают дополнительной операции - так называемой стабилизации удлинения, которая проводится в обогреваемой до 200С° камере при растяжении на 2--4% (или усадке на 1--2%).

Гофрировка жгута. Гофрировкой жгута называется технологический процесс придания волокну извитости. Шерстеподобные свойства полиэфирного волокна и способность его к переработке как в смеси с шерстью, хлопком и другими волокнами, так и в чистом виде во многом зависят от формы отдельных элементарных нитей, в частности от степени и устойчивости их извитости. Обычно степень извитости штапельного волокна лавсан составляет 3--7 извитков на 1 см. Жгут гофрируется в специальной машине 8 (рис. 6), в которой он захватывается двумя плотно прижатыми друг к другу металлическими вальцами и направляется в набивочную камеру. Сила прижима вальцов достигает 10--12 Мпа.

Вальцы непрерывно напрессовывают в камеру отрезки жгута, которые периодически выталкиваются оттуда вновь поступающими нитями. Извитость волокна проявляется в результате механического сжатия и прессования жгута в камере. Устойчивость извитости можно дополнительно повысить предварительной обработкой жгута острым паром перед поступлением его в гофрировочную машину. Для равномерного нанесения гофра на волокно жгут должен подаваться в камеру под определенным и постоянным натяжением. Постоянство натяжения создается системой компенсирующих роликов 7 (рис. 6), один из которых свободно лежит на жгуте, и по его относительному перемещению регулируется скорость гофрировки.

Термофиксация жгута проводится для получения устойчивой формы извитка; снижения температурной усадки (особенно при тепловых обработках готовых изделий); снятия внутренних напряжений в волокне, возникающих при ориентационном вытягивании; стабилизации физической структуры ПЭТ; повышения равномерности при поверхностном крашении и улучшения эксплуатационных характеристик волокна, в частности несминаемости тканей и изделий из них. Из гофрировочной камеры жгут по специальному лотку выталкивается в жгутораскладчик, который равномерно, перпендикулярно оси движения транспортера раскладывает жгут на металлическую сетчатую ленту. Жгут на ленте находится в свободном (без натяжения) состоянии.

Лента с небольшой скоростью (0,6--1,0 м/мин) движется в горизонтальный аппарат термофиксации длиной от 10 до 20 м. Аппарат разделен на несколько (пять-семь) зон обогрева, где при циркуляции горячего воздуха поддерживается температура 110--150 С°. Продолжительность сушки (после гофрировки жгут содержит до 10--20% влаги) и термофиксации обычно составляет 15--20 мин. При этих условиях волокно усаживается на 15--17%. Остаточная усадка готового волокна в кипящей воде не превышает 1--3%. Сушку и термофиксацию полиэфирного жгута можно проводить и в аппаратах барабанного типа 9 (рис. 6). Внутри таких аппаратов имеется от пяти до десяти барабанов диаметром 600--800 мм с перфорированной металлической поверхностью. Жгут в свободном состоянии раскладывается по длине барабанов и перемещается при их вращении. Горячий воздух проходит через толщу жгута внутрь барабана, прижимая волокно к его поверхности.

Для устранения электризации полиэфирного волокна при текстильной переработке жгут после термофиксации и охлаждения обрабатывают из форсунок антистатическими препаратами (например, ОП-10, альфоноксом, карбоноксом и др.), содержание которых на готовом волокне должно быть не ниже 0,3--0,5%. Обработку антистатическими препаратами можно проводить перед гофрировкой жгута или после его тепловой обработки

Резка жгута и упаковка волокна. Выходящий из аппарата термофиксации жгут перед поступлением в резательную машину должен быть охлажден для устранения склеивания отдельных волоконец при резке и предотвращения быстрого выхода ножей из строя. Жгут, проходя по воздуху расстояние около 10--15 м, охлаждается. Длина резки волокна регулируется числом ножей на вращающихся дисках, числом прорезей на делительных колесах и частотой вращения дискового ножа. Длина волокна лавсан, предназначенного для переработки с хлопком, составляет 35--40 мм, а для переработки с шерстью и льном - 65 мм и выше. Скорость резки полиэфирного волокна зависит от конструкции машины и развеса исходного жгута и поэтому колеблется в широких пределах: от 70 до 250 м/мин. Созданы машины для резки жгутов очень больших развесов (до 500 г/мин). Если резательная машина расположена внизу, на одном уровне с упаковочным прессом, то штапельки засасываются вентилятором в трубу пневмотранспортом и подаются в пресс, где волокно упаковывается в кипы определенного размера и массы (до 150--200 кг). Производительность одного пресса с двумя упаковочными камерами - до 25--30 т/сут.

После резки волокно свободно ссыпается в пресс для упаковки. Значительная часть полиэфирного волокна линейной плотностью 0,333 и 0,420 текс, предназначенного для переработки в камвольной промышленности на пассифик-конверторах, выпускается в виде суровых и окрашенных жгутов развесом 30--70 г/м. Жгуты упаковывают в картонные коробки, рассчитанные на 80--100 кг волокна.

Свойства и области применения готовой продукции

Применение полиэфирных нитей типа HMLS

Ткани различного назначения -- подкладочные, плательные, костюмные, сорочечные, мебельные, декоративные, со сжатым эффектом, технические, тентовые, для спецодежды;

Чулочно-носочные изделия;

Верхний и бельевой трикотаж;

Текстильно-галантерейные изделия (гардинно-тюлевые изделия и кружева, перчатки, веревки, шнуры, ленты;

Нетканые материалы;

Ковровые изделия;

Грунт искусственного меха;

Кровельные материалы;

Трикотажные полотна для спортивных изделий и домашнего текстиля;

Различные обивочные материалы автомобильной промышленности.

Полиэфирные нити в готовых изделиях могут использоваться как в чистом виде, так и в сочетании с другими видами пряж (хлопчатобумажная, шерсть, полушерсть, акрил). Гамма цветов окрашенной поверхностным способом нити составляет около 300 цветов. Окрашенные в массе нити производятся черного, темно-синего, серого, голубого, красного, бирюзового, василькового, темно-серого, бежевого цветов. Имеется возможность осуществлять подбор цвета по образцу нити или ткани. Высокие физико-механические свойства, биостойкость и хемостойкость обеспечивают использование полиэфирных текстильных нитей в изделиях, имеющих техническое назначение.

Заключение

1) В настоящей работе рассмотрены процессы получение полиэфирных высокомодульных низкоусадочных нитей типа HMLS.

2) Описаны физико-химические свойства веществ, используемых для получения полиэфирных волокон, а также веществ, выделяющихся в результате химических

3)Рассмотрена технологическая линия получения штапельного полиэфирного волокна и его последующая обработка.

Список использованных источников

полиэфирный нить высокомодульный

1. Лаврентьева. Е.П. Полиэфирные волокна и нити в сырьевом балансе текстильной промышленности // ЛегПромБизнес. - 2007. - № 1, 2,3

2. Перепёлкин К.Е. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности // Российский химический журнал - 2002. - №1, с. 31-48

3. Айзенштейн Э.М. Полиэфирное волокно с пониженной горючестью [Электронный ресурс] / Э.М. Айзенштейн, - Режим доступа: http://www.textileclub.ru. Дата обращения: 06. 04. 2011.

4. Петухов Б.В. Полиэфирные волокна / Б.В. Петухов. - М.: «Химия», 1976. -272 с.

5. Ряузов А.Н. Технология производства химических волокон / А.Н. Ряузов. - М.: Химия, 1980. - 448с.

6. Strobaugh R.B., Ray G.G., Spinek R.A.// HydrocarbonProcess -

1970, № 10, р. 105.

7. Ашкинази Я.Б. Исходные материалы и некоторые полупродукты в производстве искусственных смол / Я.Б.Ашкинази. - М.: ГОНТИ, Ред. хим. лит., 1938. - 540 с.

8. Пат. США 2152852, 2153064, 2258444, 2285448, 2305104, 2451333; англ. пат. 575380.

9. Бельг. пат. 793086.

10. Зазулина З.А. Основы технологии химических волокон: Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп. / З.А. Зазулина, Т.В. Дружинина, А.А. Конкин. - М.: Химия, 1985.- 304 с.

11. Энциклопедия полимеров: в 3 т. / ред. В.А. Каргин (глав. ред.) и др. Т.3; П-Я. М.: «Советская Энциклопедия», 1977. - 1152 стб.

12. Доломатова Л.А. Основы технологии химических волокон: учебное пособие / Л.А. Доломатова. - Уфа: Уфимск. Гос. Академия экономики и сервиса, 2007. - 80 с.

13. Доломатова Л.А. Химия и технология химических волокон. Методические указания по выполнению курсовых работ / Сост.: Л.А. Доломатова. - Уфа: Уфимск. Гос. Академия экономики и сервиса, 2007. -25 с.

Размещено на Allbest.ru