close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4017

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 4017
(13)
C1
(51)
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(19)
7
D 01F 6/60,
D 01F 6/74,
C 08J 5/18,
D 06M 11/24,
D 06M 11/48,
C 08K 3/22//
(C 08L 77:10,
D 06M 101:36)
ВОЛОКНА И ПЛЕНКИ С ПОВЫШЕННОЙ ОГНЕСТОЙКОСТЬЮ
(21) Номер заявки: 950450
(22) 1995.05.05
(86) PCT/US 93/10602, 1993.11.09
(31) 07/974,194
(32) 1992.11.10
(33) US
(46) 2001.09.30
(71) Заявитель: Е. И. Дю Пон де Немурс энд
Компани (US)
(72) Авторы: КАСОВСКИЙ Роберт Валентин, ЛИИ
Кью-Сенг (US)
(73) Патентообладатель: Е. И. Дю Пон де Немурс
энд Компани (US)
BY 4017 C1
(57)
1. Волокна и пленки с повышенной огнестойкостью, выполненные из полимера, выбранного из группы,
включающей арамид и полибензимидазол, содержащие целевую добавку, отличающиеся тем, что в качестве целевой добавки они содержат по меньшей мере 0,1 % вольфрама в виде смешанных окислов вольфрама в
расчете на массу полимера.
2. Волокна и пленки по п. 1, отличающиеся тем, что они содержат в качестве целевой добавки 0,1-10,0
мас. % вольфрама.
3. Волокна и пленки по п. 1, отличающиеся тем, что они выполнены из арамида, представляющего собой поли(м-фениленизофталамид).
4. Волокна и пленки по п. 1, отличающиеся тем, что в качестве целевой добавки они содержат смешанные окислы вольфрама, образовавшиеся при действии воды на гексахлорид вольфрама.
Фиг. 1
BY 4017 C1
5. Способ получения арамидных или полибензимидазольных волокон и пленок с повышенной огнестойкостью пропиткой волокон или пленок из арамида или полибензимидазола раствором, содержащим целевую
добавку, отличающийся тем, что пропитку осуществляют раствором гексахлорида вольфрама в органическом растворителе, взятым в количестве, достаточном для введения по меньшей мере 0,1 мас. % вольфрама,
а затем пропитанное волокно или пленку дополнительно обрабатывают водой для экстрагирования растворителя и превращения гексахлорида вольфрама в смешанные окислы вольфрама.
6. Способ получения поли(м-фенилентерефталамидных) волокон и пленок с повышенной огнестойкостью
растворением целевой добавки в растворе полимера в органическом растворителе и формованием из него
волокна или пленки, отличающийся тем, что в качестве целевой добавки используют гексахлорид вольфрама, а сформированное волокно или пленку дополнительно обрабатывают водой для экстрагирования органического растворителя и превращения гексахлорида вольфрама в смешанные окислы вольфрама.
7. Ткань из волокон с повышенной огнестойкостью, выполненных из полимера, выбранного из группы,
включающей арамид и полибензимидазол, отличающаяся тем, что она выполнена из волокон по п. 1.
(56)
US 3890092 A, 1975.
US 4196118 A, 1980.
EP 0385024 A1, 1990.
US 3676362 A, 1972.
GB 1085408 A, 1967.
Изобретение относится к промышленности изготовления термостойких арамидных и полибензимидазольных волокон или пленок.
Известны волокно или пленка с повышенной огнестойкостью, выполненные из полимера, выбранного из
группы, включающей арамид и полибензимидазол, а также способ их получения пропиткой волокна или
пленки из арамида или полибензимидазола раствором, содержащим в качестве добавки, повышающей огнестойкость, аминоциклофосфазен [1].
Известен способ получения поли(м-фенилентерефталамидного) волокна или пленки с повышенной огнестойкостью растворением галогенсодержащего фосфата или фосфита в растворе полимера в органическом
растворителе и формированием из него волокна или пленки [2].
Известна ткань из волокон с повышенной огнестойкостью, выполненных из полимера, выбранного из
группы, включающей арамид и полибензимидазол [3].
Термостабильность арамидных и полибензимидазольных волокон и пленок обусловлена их жесткоцепной многоядерной структурой и сильными водородными связями между цепями.
Недостатком описанных способов является невозможность дальнейшего повышения огнестойкости арамидных и полибензимидазольных волокон и пленок из-за органической природы последних.
Задачей настоящего изобретения является повышение огнестойкости волокон и пленок, выполненных из
полимера, выбранного из группы, включающей арамид и полибензимидазол.
Поставленная задача решается тем, что волокна и пленки с повышенной огнестойкостью, выполненные
из полимера, выбранного из группы, включающей арамид и полибензимидазол, и содержащие целевую
добавку, в качестве целевой добавки содержат по меньшей мере 0,1 мас. % вольфрама в виде смешанных окислов вольфрама в расчете на массу полимера.
Волокна и пленки, в соответствии с изобретением, в качестве целевой добавки могут содержать 0,1-10,0
мас. % вольфрама.
Волокна и пленки, в соответствии с изобретением, могут быть выполнены из поли(м-фениленизофталамида).
Волокна и пленки, в соответствии с изобретением, в качестве целевой добавки могут содержать смешанные
окислы вольфрама, образовавшиеся при действии воды на гексахлорид вольфрама.
Волокна и пленки, в соответствии с изобретением, могут быть получены любым из двух общих способов.
Согласно предпочтительному способу получения арамидных или полимидазольных волокон и пленок с
повышенной огнестойкостью пропиткой волокон или пленок из арамида или полибензимидазола раствором,
содержащим целевую добавку, пропитку осуществляют раствором гексахлорида вольфрама в органическом
растворителе, взятым в количестве, достаточном для введения по меньшей мере 0,1 мас. % вольфрама, а затем пропитанное волокно или пленку дополнительно обрабатывают водой для экстрагирования растворителя
и превращения гексахлорида вольфрама в смешанные окислы вольфрама.
Согласно другому способу получения поли(м-фенилентерефталамидных) волокон и пленок с повышенной огнестойкостью растворением целевой добавки в растворе полимера в органическом растворителе и
формированием из него волокна или пленки, в качестве целевой добавки используют гексахлорид вольфрама, а сформированное волокно или пленку дополнительно обрабатывают водой для экстрагирования органического растворителя и превращения гексахлорида вольфрама в смешанные окислы вольфрама.
2
BY 4017 C1
Из волокон с повышенной огнестойкостью, выполненных из полимера в соответствии с изобретением,
изготовлена ткань.
Использование, в соответствии с изобретением, в качестве целевой добавки даже небольших количеств
вольфрама значительно повышает огнестойкость арамидных и полибензимидазольных волокон или пленок.
Осуществление изобретения может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Пример 1.
В данном примере целевую добавку - гексахлорид вольфрама (WCI6) - добавляют непосредственно в
прядильный раствор, так как он растворяется в растворителе для полимера.
Отфильтрованный прядильный раствор, содержащий 20 ч. МРD-I-поли(м-фениленизофталамида), 9 ч.
CaCl2 и 71 ч. диметилацетамида-DMAc добавляют в реакционный сосуд, снабженный мешалкой, приспособлениями для ввода и вывода азота, термометром и отверстием для ввода реагентов.
Полимер обладает характеристической вязкостью 1,60, измеренной для 0,5 % раствора в диметилацетамида/4 % LiCl при 25 °С.
Раствор нагревают до 70 °С в атмосфере азота при перемешивании. К раствору медленно добавляют 1,5
ч. высушенного порошка хлорида вольфрама (VI,WCI6) на 100 ч. прядильного раствора и перемешивают до
тех пор, пока не растворятся полностью все частицы хлорида вольфрама. Цвет раствора становится светлоголубым.
Для получения волокна прядильный раствор нагревают до 120°-125 °С и экструдируют со скоростью 0,57
г/мин/отверстие через многопрофильную фильеру (каждое отверстие имеет диаметр 0,06 дюймов (150 мкм)
и длину 0,012 дюймов (300 мкм)) в нагретые прядильные шахты.
Каждая шахта имеет 5 нагретых зон с температурой 320°, 300°, 250°, 200° и 150 °С с потоком инертного
газа с температурой 395 °С, подаваемого со скоростью 3,67 Ф/час (1,67 кг/час).
Волокна подаются на направляющее приспособление в нижней части каждой шахты, где они орошаются
водой. При попадании воды на волокно его цвет из светло-голубого превращается в черный. Вода превращает гексахлорид вольфрама WCI6, содержащийся в свежесформованном волокне, в смешанные окислы
вольфрама WOx, где х - среднее число атомов кислорода на атом вольфрама.
Волокна наматывают на бобину со скоростью 125 ярд/мин (11,4 м/мин). Влажную бобину помещают в
пластиковый мешок для предотвращения высыхания.
Через несколько часов волокно становится белым.
Влажную бобину подают на вытяжку со скоростью 30 ярд/мин (2,74 м/мин) в водные ванны, содержащиеся в десяти емкостях.
Общая степень вытяжки равна 4,2Х, конкретный состав ванн, температуры и степени вытяжки приведены
в табл. 1.
Таблица 1
Температура,
Номер емкости
Степень вытяжки
% диметилацетамида
CaCl2
С°
№
X
DMAc
1
1,93
29
3
80
2
1,92
29
3
80
3
1,05
29
3
90
4
1,06
5
1
90
5
1,02
1
90
6
1,01
90
7
1,01
90
8
1,00
90
9
1,00
90
10
1,00
90
После экстракции/вытяжки волокно сушат на сушильных валках при 150 °С, осуществляют отделку и наматывают на бобину.
Из нижеприведенной табл. 2 видно, что физические свойства волокна незначительно изменяются в результате добавления гексахлорида вольфрама WCI6 по сравнению с контрольным образцом, изготовленным
так же, но без добавления гексахлорида вольфрама к прядильному раствору.
Таблица 2
Образцы волокон
Контрольное волокно
Поли(м-фениленизофталамидное)
волокно с окислами вольфрама
Содержание
вольфрама, %
WCI6
0,0
Прочность
(г/фунт)
5,34
Свойства
Удлинение
(%)
22,65
Модуль
(г/фунт)
128
3,24
5,08
23,24
119
3
BY 4017 C1
Из волокон прядением получают ткань. Мерой огнестойкости является предельный кислородный индекс
(ПКИ), который определяют по ASTMD 2863-77.
Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3
Образцы волокон
Содержание вольфрама, %
Предельный кислородный индекс
(ПКИ)
30
Контрольное волокно
0,00
Поли(м-фениленизофталамидное)
3,24
43
волокно с WOx
Пример 2.
Исходные вещества и весь процесс получения арамидных волокон или пленок такой же, как и в вышеприведенном примере 1, кроме изменения количества целевой добавки - гексахлорида вольфрама WCI6. Результаты приведены в табл. 4.
Таблица 4
Образцы волокон
Содержание вольфрама, %
Контрольное волокно
Поли(м-фениленизофталамидное)
волокно с окислами вольфрама
0,00
0,92
3,24
6,94
Предельный кислородный индекс
(ПКИ)
30
37
43
44
Пример 3.
Этот пример иллюстрирует скорость термического разложения МРD-I-поли(м-фениленизофталамидных)
волокон, содержащих вольфрам, с использованием термогравиметрического анализа по ASTM D 3850-84.
Результаты приведены в табл. 5 и на фиг. 1 и 2 прилагаемых чертежей.
Таблица 5
Образцы волокон
Контрольное волокно
Поли(м-фениленизофталамидное) волокно с
oкиcлaми вольфрама
Содержание
вольфрама, %
0,00
Максимальная тем- Потери при разло- Потеря веса при
пература, С°
жении, % вес.
800 °С
438-524
38,5
55
3,24
452-589
22,1
40
На фиг. 1 и 2 приведены кривые термографиметрического анализа, показывающего потерю веса контрольного образца (фиг. 1) и продукта по изобретению (фиг. 2).
Как видно из табл. 5 и фиг. 1 и 2, контрольный образец волокна теряет 38,5 % веса при температурах
438-524 °С, а МРD-I-поли(м-фениленизофталамидное) волокно, содержащее 3,24 % вольфрама, теряет
только 22,1 % веса при значительно более высокой температуре (452-580 °С).
При 800 °С контрольное волокно сохраняет только 45 % веса, а МРD-I-поли(м-фениленизофталамидное)
волокно, содержащее 3,24 % вольфрама, сохраняет 60 % веса.
Это показывает, что благодаря наличию вольфрама не только задерживается горение полимерных волокон в присутствии кислорода, но и обеспечивается их защита от разложения в инертной атмосфере, такой,
как азот.
Пример 4.
Этот пример иллюстрирует другой способ получение пленок с повышенной огнестойкостью из арамида,
которые не растворяются в растворителе для гексахлорида вольфрама WCI6.
Раствор жидкокристаллического РРD-I-поли(м-фенилентерефталамида) получают растворением 20 вес.ч.
поли(м-фенилентерефталамида) с характеристической вязкостью = 6 в 80 вес. ч. 100 %-й серной кислоты в
атмосфере азота при 80 °С. Раствор выливают на горячую (90 °С) стеклянную пластину и равномерно распределяют скальпелем до толщины 0,12 мм. Полученную пленку оставляют охлаждаться в сухой емкости
для получения твердой пленки.
Сформованную пленку помещают в раствор диметилацетамида, содержащий 20 % вес. гексахлорида вольфрама WCI6 и нагревают в течение 1 часа при температуре 100 °С. Органический растворитель экстрагирует
серную кислоту из пленки и внедряет в нее гексахлорид вольфрама.
Затем пленку удаляют из раствора и оставляют в воде при комнатной температуре на ночь для удаления
серной кислоты.
Желательные смешанные окислы вольфрама образуются в пленке или волокне, пропитанных раствором
гексахлорида вольфрама в органическом растворителе и обработанных водой.
4
BY 4017 C1
Если есть необходимость, сформованная пленка может быть сначала промыта водой для удаления серной
кислоты, а затем обработана раствором WCI6 в органическом растворителе.
Пленка становится голубой, а после 2-х часовой выдержки в воде - снова желтой. Воду меняют, пока рН
воды не станет равным 7,0.
Контрольный образец приготавливают так же, но без добавления гексахлорида вольфрама.
В табл. 6 приведены предельные кислородные индексы для этих пленок.
Таблица 6
Образцы пленок
Контрольная пленка
Поли(п-фенилентерефталамидная) пленка с окислами вольфрама
Предельный кислородный индекс (ПКИ)
28,5
35,0
Было установлено, что наличие даже небольших количеств вольфрама значительно повышает огнестойкость арамидных и полибензимидазольных волокон и пленок.
Полимерные волокна и пленки содержат вольфрам в виде смешанных окислов, получающихся в результате взаимодействия гексахлорида вольфрама WCI6 с водой.
Любое количество вольфрама в волокне или пленке дает результат, но предпочтительно - 0,1 мас. %. Количества, превышающие 10 мас. %, не приводят к дальнейшему улучшению и невыгодны с экономической
точки зрения.
Содержание вольфрама определяют методом индукционной атомно плазменной эмиссионной спектроскопии, описанной в ASTM-C 1111-88.
Мерой огнестойкости является предельный кислородный индекс (ПКИ).
Из полученных волокон с повышенной огнестойкостью, выполненных из полимера, выбранного из группы, включающей арамид и полибензимидазол, известными способами, например плетением, изготавливают
ткань.
Полученная ткань используется на изготовление формы для пожарных, одежды для рабочих, работающих
в условиях высоких температур и применения пламени, и во многих других областях.
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
155 Кб
Теги
by4017, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа