Метод за боядисване на арамидни влакна
Изобретението се отнася до метод за производство на боядисани топло- и огнеустойчиви арамидни влакна, използвани за производство на защитно облекло. Описан е метод за производство на боядисани арамидни влакна чрез мокро или сухо-мокро предене от разтвор на ароматен полиамид, при който разтвор от смес от ароматен полиамид и полиакрилонитрил се използва за предене на влакна със съдържание на полиакрилонитрил от 1,5-20 тегл.%, последвано от топлинна обработка на влакната във въздуха при 240-350 o C. Методът позволява да се опрости технологичният процес на боядисване на арамидни влакна. 2 сек. и 3 з.п. f-ly, 1 табл.
Изобретението се отнася до технология за производство на тъмно оцветени (кафяви и черни) арамидни влакна за текстилни цели. Арамидните влакна за текстилни цели се използват главно за производството на защитни гащеризони за спасители, пожарникари, метални заварчици, металурзи, военни униформи и др. По правило едно от основните изисквания към тъканите за шиене на такова облекло е боядисването в наситени тъмни цветове.
Най-близки по техническа същност са два метода за боядисване на арамиди, по-специално фенилонови влакна /1/.
При първия метод багрилото се въвежда в предащата дрога (боядисване в масата). При втория метод прясно изпреденото, неизсушено влакно се боядисва във водни багрилни разтвори (дисперсии) (гелово боядисване).
Недостатъкът на прототипните методи е, че и двата метода значително усложняват технологичния процес на производство на влакна и неговия хардуерен дизайн.
Целта на изобретението е да опрости технологичния процес за производство на боядисани в тъмни цветове (кафяво и черно), както и да намали цената на това влакно.
Задачата е решенапоради факта, че за образуване на влакното се използва разтвор от смес от полимери - ароматен полиамид и полиакрилонитрил, докато полиакрилонитрилът се окислява по време на топлинно укрепване или топлинна фиксация на влакното при високи температури във въздуха, придавайки на влакното необходимия цвят.
Поевтиняването на скъпите арамидни влакна е свързано с въвеждането в него до 20% сравнително евтин окислен полиакрилонитрил.
Известно е, че окисленият полиакрилонитрил се характеризира с висока термична и огнеустойчивост и поради това не уврежда арамидните влакна по тези показатели.
Полиакрилонитрилът се въвежда в разтвори за предене на ароматни полиамиди, базирани на апротонни амидни разтворители, като диметилацетамид, както и концентрирана сярна киселина. Известно е, че акрилните групи на полиакрилонитрила не са достатъчно устойчиви на хидролиза в концентрирана сярна киселина. Въпреки това, поради взаимодействието на ароматен полиамид със сярна киселина по време на разтварянето му, придружено от значителен термичен ефект, киселината значително губи своята химическа активност. Това е отбелязано например в /2/, което прави възможно използването на полиакрилонитрил като добавка в течнокристални висококонцентрирани разтвори на сярна киселина на ароматни параструктурни полиамиди.
Трябва да се отбележи, че арамидите и полиакрилонитрилът в разтвор на диметилацетамид са термодинамично несъвместими полимери, които образуват двуфазна система. Те обаче образуват, макар и мътни, но достатъчно стабилни, кинетично стабилни въртящи се разтвори, което е представено в таблицата с помощта на примера на арамиден състав 1 и полиакрилонитрил. За тази система стабилността на предачните разтвори осигурява възможността за преработката им във влакна в рамките на 2-14 дни отмомента на приготвяне на разтвора.
С увеличаване на съдържанието на полиакрилонитрил в смесените влакна до 20 тегл. % от ароматния полимер се наблюдава намаляване на якостта на нишката. Като се вземе предвид намаляването и стабилността на разтвора, трябва да се заключи, че 20% добавяне на полиакрилонитрил е границата за постигане на целта (виж таблицата).
Най-благоприятният температурен диапазон за термофиксация на смесени нишки е 240-260 o C. При 280 o C се наблюдава тенденция към известно намаляване на якостта, удължението при скъсване и устойчивостта на огъване на нишките, въпреки че тези показатели все още са на задоволително ниво. Следователно, изследваният температурен диапазон (240-280 o C) е приемлив, когато продължителността на нагряване е 20 минути (вижте данните в таблицата). Краткотрайната термофиксация е приемлива при по-високи температури до 350 o C. От данните, дадени в таблицата, също се вижда, че жълтото арамидно влакно в присъствието на окислен полиакрилонитрил става или тъмнокафяво (с минимално съдържание на полиакрилонитрил от 1,5%) или черно. Важно е, че в този случай якостните характеристики на влакното не само не намаляват, но в някои случаи значително се увеличават.
Следващите примери илюстрират изобретението.
Кислородният индекс на смесените нишки е 36-37, което е на нивото на арамидно влакно, което не съдържа окислен полиакрилонитрил.
Пример 13. Различава се от пример 1 по това, че полиакрилонитрилът в същото количество от 10% (тегл.) се въвежда не под формата на разтвор, а под формата на влакно. След набъбване за един ден, това влакно се разтваря при разбъркване в продължение на седем часа в 11% разтвор на арамид. Преденето на нишката и нейната топлинна настройка се извършват по същия начин, както е описано в пример 1. Индикаторинишките са показани в таблицата.
Пример 14 Полиакрилонитрил беше въведен по време на синтеза на арамид. За да направите това, 4,05 g 19% разтвор на полиакрилонитрил, 58,3 cm 3 диметилацетамид се добавят към 3-гърлена колба с бъркалка и вход за инертен газ и след разбъркване 1,7074 g 5 (6)-амино-2-пара-аминофенилбензимидазол (30 mol.%), 1,9212 g метафенил ендиамин (70 mol.%) и 5.1500 g терефталоил хлорид (100 mol.%). Колбата се охлажда с вода в продължение на 10 минути, терефталоил хлорид се дозира при енергично разбъркване на реакционната смес. Вискозитетът на разтвора е 72,9 Pas, специфичният вискозитет на полимерната смес е 1,33. Преденето на нишката и нейната топлинна настройка се извършват по същия начин, както е описано в пример 1. Параметрите на нишката са показани в таблицата.
Пример 15-17 (сравнителен). Те се различават от пример 1 по това, че нишките са формирани от 11% разтвор на арамид, но без добавяне на полиакрилонитрил. Индикаторите за нишки са показани в таблицата.
Пример 18 Синтезът на ароматен съполиамид от 30 mol% 5(6)-амино-2-р-аминофенилбензимидазол, 70 mol% метафенилендиамин и 100 mol% терефталоил хлорид се провежда в 160 L реактор. 100 L диметилацетамид се излива в реактора и 2,974 kg (13,26 mol) 5(6)-амино-2-р-аминофенилбензимидазол и 3,346 kg (30,94 mol) метафенилендиамин се зареждат при разбъркване. Диамините се добавят постепенно към суспензията на диамините 20 минути след зареждането, 8,975 kg (44,20 мола) терефталоилхлорид при поддържане на температурата на реакционната маса от около 20 o C. Смесването на разтвора продължава 3 часа с повишаване на температурата до 30 O C, след което към разтвора се добавят 1,8 kg прах LIOH за неутрализиране на екскретирания NSL при изчисление 85%. от пълния му размер. Получават се 111,5 kg 10,82% (тегл.) разтвор с вискозитет 40 Pas при 25 o C, специфиченсъполиамид с вискозитет 1.25, съдържащ 2.86% LiCl, 1.21% вода и 0.43% НС1. 0.36 kg прахообразен полиакрилонитрил (3% тегл. от ароматен съполиамид) се добавя към получения разтвор. Масата се разбърква в продължение на 10 часа до пълното разтваряне на алифатния полимер. Полученият 11,1% разтвор на полимерната смес се филтрира, обезвъздушава и се използва за мокро предене на преждата на предачен и довършителен стенд за производство на щапелни влакна, през предачка с 2400 отвора с диаметър 0,07 mm, в 50% водна баня с диметилацетамид при 25 o C. Подаването на разтвора към мястото на предене е 75 g/min. Скоростта на нишката на приемащата петролка е 8,0 m/min, а на следващата петролка 16,8 m/min.
Пример 21 В 300 ml от 12,0% (w/w) течнокристален разтвор на ароматен съполиамид на базата на 90 mol.% парафенилендиамин, 10 mol.% диаминобензанилид и 100 mol.% терефталоил хлорид (със специфичен вискозитет 3.5) в 100.2% сярна киселина при 40 °C се добавя прахообразна полиак. рилонитна макара (или под формата на нарязани влакна) в количество, съответстващо на 3% (тегл.) от ароматния полимер. Смес с концентрация на полимери от 12.31% се разбърква в продължение на 4 часа при 40°С до пълното разтваряне на алифатния полимер. Разтворът се филтрира и деаерира в продължение на 6 часа при 40 o C и се използва за мокро предене на конеца през финере с 1000 отвора с диаметър 0,06 mm във вана, съдържаща 20 части сярна киселина и 80 части вода при 40 o C. Преденето се извършва с подаване на разтвор от 50,4 g/min с изтегляне на центрофуга, равно на 101% при липса на пластифициране на изтегляне с приемането на ома на непрана нишка върху перфорирана бобина при скорост 20 m/min. На калерчето нишката се измива от киселина с вода, изсушава се и се обработва топлинно на въздух при 250 o C в продължение на 20 минути. Получих боядисана нишкачерно, 322,6 дение (с 4% влага) с якост 40 cN/tex и удължение при скъсване 12%.
ЛИТЕРАТУРА 1. Ж. "Химически влакна", 1978, 1, стр. 65-67.
2. Патент на САЩ 3767756, 1973 г.
1. Метод за производство на боядисани арамидни влакна с използване на мокро или сухо-мокро предене от разтвор на ароматен полиамид, характеризиращ се с това, че разтвор на смес от ароматен полиамид и полиакрилонитрил се използва за предене на влакната със съдържание на полиакрилонитрил от 1,5-20 тегл. %, последвано от топлинна обработка на влакната на въздух при 240-350 o C.
2. Метод съгласно т. 1, характеризиращ се с това, че топлинната обработка се извършва при 240-280 o C.
3. Методът по ал. 1 и 2, характеризиращи се с това, че като ароматен полиамид се използват полипарафенилен терефталамид, полиметафенилен изофталамид, съполимери на базата на диамини: метафенилендиамин, парафенилендиамин, диаминобензанилид, 5(6)-амино-2-парааминофенилбензимидазол и терефталоил хлорид.
4. Методът по ал. 1-3, характеризиращ се с това, че влакната се образуват от разтвор в амиден разтворител или от разтвори на сярна киселина.
5. Метод за производство на боядисани арамидни влакна с използване на предене от полимерен разтвор в амиден разтворител, характеризиращ се с това, че се използва разтвор на полиакрилонитрил в амиден разтворител, в който се въвеждат 5(6)-амино-2-пара-аминофенилбензимидазол, метафенилендиамин и терефталоил хлорид, за да се получи ароматен полиамид, последвано от термична обработка на изпреденото влакно във въздух при 2°С. 40-3 50 o C.