close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY18728

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2014.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
D 04H 1/549
C 08G 69/36
(2012.01)
(2006.01)
СВЯЗУЮЩЕЕ ВОЛОКНО ДЛЯ СВЯЗЫВАНИЯ ПЛОСКИХ
МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА
(21) Номер заявки: a 20101795
(22) 2010.12.14
(31) 09015622.5 (32) 2009.12.17 (33) EP
(43) 2011.10.30
(71) Заявитель: ЭМС-Патент АГ (CH)
(72) Авторы: БЕНДЕР, Клаус; ШЭХ, Гюнтер; КИНКЕЛИН, Эберхард (CH)
BY 18728 C1 2014.12.30
BY (11) 18728
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: ЭМС-Патент АГ
(CH)
(56) US 3933762, 1976.
JP 2008-38260 A.
EP 1153957 B1, 2006.
US 3515702, 1970.
EP 0627454 A2, 1994.
SU 572206, 1977.
(57)
1. Связующее волокно для изготовления содержащего натуральные волокна плоского
материала, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один термопластичный
компонент, представляющий собой сополиамид, полученный из следующих мономеров:
40-70 мол. % капролактама;
20-50 мол. % лауролактама и/или 12-аминододекановой кислоты;
0-10 мол. % аминоундекановой кислоты и
10-30 мол. % по меньшей мере одной дикарбоновой кислоты, выбранной из группы,
включающей:
алифатические α, ω-дикарбоновые кислоты, содержащие 4-14 атомов C;
ароматические дикарбоновые кислоты, в частности терефталевую кислоту, изофталевую кислоту и 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, при этом содержание ароматических
дикарбоновых кислот составляет менее 15 мол. % по отношению к общему количеству
всех дикарбоновых кислот, и
дикарбоновые кислоты в смеси с эквимолярным количеством одного или нескольких
диаминов, в частности гексаметилендиамина, пиперазина, 2-метил-1,5-диаминопентана
или другого алифатического длинноцепочечного диамина, при этом содержание гексаметилендиамина по отношению к смеси диаминов составляет 50-100 мол. %,
Причем сумма всех лактамов, аминокислоты и дикарбоновых кислот составляет
100 мол. %, и сополиамид имеет относительную вязкость по меньшей мере 1,50, измеренную для 0,5 %-ного раствора в м-крезоле при 25 °С, объемную скорость потока расплава
не более 20 см3/10 мин, измеренную при 190 °С и нагрузке 2,16 кг, температуру плавления
в водонасыщенном состоянии менее 105 °С и более высокую температуру плавления в сухом состоянии, а отношение алкильных групп к аминогруппам в мономерах составляет
менее 7,2.
2. Связующее волокно по п. 1, отличающееся тем, что сополиамид имеет относительную вязкость по меньшей мере 1,55, предпочтительно по меньшей мере 1,60, измеренную
для 0,5 %-ного раствора в м-крезоле при 25 °С.
BY 18728 C1 2014.12.30
3. Связующее волокно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что сополиамид имеет объемную скорость потока расплава не более 15 см3/10 мин, предпочтительно не более 10 см3/10 мин,
измеренную при 190 °С и нагрузке 2,16 кг.
4. Связующее волокно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что отношение алкильных
групп к аминогруппам в мономерах составляет менее 7,0, предпочтительно менее 6,8.
5. Связующее волокно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что сополиамид имеет температуру плавления в водонасыщенном состоянии менее 100 °С.
6. Связующее волокно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что сополиамид имеет температуру плавления в сухом состоянии более 110 °С.
7. Связующее волокно по п. 1 или 2, отличающееся тем, что представляет собой двухкомпонентное волокно типа сердцевина-оболочка и содержит второй термопластичный
компонент, температура плавления которого в водонасыщенном состоянии больше
130 °С, а в сухом состоянии предпочтительно не менее 150 °С.
8. Связующее волокно по п. 7, отличающееся тем, что второй термопластичный компонент является полиолефином, полиамидом, сополиамидом, полиэфиром или сополиэфиром.
9. Связующее волокно по п. 8, отличающееся тем, что второй термопластичный компонент выбран из группы, включающей:
полипропилен и его производные с объемной скоростью потока расплава 20-50 см3/10 мин,
измеренной при 230 °С и нагрузке 2,16 кг;
полиэтилен, предпочтительно полиэтилен высокой плотности, и его производные с
объемной скоростью потока расплава 10-30 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке
2,16 кг;
полиамид 6 с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при
260 °С и нагрузке 2,16 кг;
полиамид 6/66 с температурой плавления 180-220 °С и объемной скоростью потока
расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при 260 °С и нагрузке 2,16 кг;
сополиамид с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью потока расплава 5-15 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке 2,16 кг;
полибутилентерефталат с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при 260 °С и нагрузке 2,16 кг и
сополиэфир с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью потока расплава 5-15 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке 2,16 кг.
10. Связующее волокно по любому из пп. 1-2, 8-9, отличающееся тем, что представляет собой штапельное волокно, имеющее диаметр 8-80 мкм, предпочтительно 10-30 мкм, и
длину 2-30 мм, предпочтительно 4-12 мм.
11. Связующее волокно по любому из пп. 1-2, 8-9, отличающееся тем, что на его поверхность нанесено вещество, обеспечивающее разделение волокна в процессе пневмоукладки и/или диспергируемость в процессе мокрой выкладки.
12. Применение связующего волокна по любому из пп. 1-11 для изготовления содержащего натуральные волокна плоского материала в атмосфере пара или в атмосфере, содержащей пар, при приблизительно атмосферном давлении, при этом натуральные
волокна являются, в частности, древесными волокнами или целлюлозными волокнами, а
плоские материалы являются, в частности, бумагой, картоном, неткаными материалами,
фибролитом или древесноволокнистыми плитами.
13. Применение связующего волокна по п. 12, отличающееся тем, что изготовление
плоского материала осуществляют при температуре менее 125 °С в паровоздушной смеси
с точкой росы менее 100 °С.
14. Применение связующего волокна по п. 12, отличающееся тем, что изготовление
плоского материала осуществляют путем контактной или конвекционной сушки.
2
BY 18728 C1 2014.12.30
Настоящее изобретение относится к связующему волокну для связывания плоских материалов, содержащих натуральные волокна, с применением горячего пара, при этом натуральные волокна, в частности, являются древесными волокнами или целлюлозными
волокнами, и плоские материалы, в частности, представляют собой бумагу, картон, нетканые материалы, фибролит или древесноволокнистые плиты.
Из DT 19 13246 известно применение вышеуказанных волокон в качестве связующих
волокон для связывания нетканых материалов из натуральных или синтетических нетканых волокон, при этом указанные связующие волокна имеют существенно более низкую
температуру плавления, чем другие волокна, образующие нетканые материалы. Связующие волокна размягчаются при нагреве, и в результате этого происходит их монолитное
связывание с другими волокнами. В DT 1913 246 дополнительно предлагается использование двухкомпонентных волокон в качестве связующих волокон, в частности, в структуре сердцевина-оболочка, при этом сердцевинный компонент состоит из полиамида 6, в то
время как компонент оболочки состоит из сополиамида, получаемых из 6-аминокапроновой кислоты и аминоундекановой кислоты. В данном случае связывание нетканых волокон осуществляется при 130 и (или) 135 °С.
Использование двухкомпонентных полиамидных волокон, двухкомпонентных полиэфирных волокон или иных аморфных полиэфирных адгезивных волокон для связывания
нетканых материалов, содержащих натуральные волокна, известно из патента DE 297 20
598 U1. Считается, что указанные материалы эффективно связываются с натуральными
волокнами благодаря полиолефинам, обладающим более высокой полярностью на молекулярной основе, в частности, с содержащимися в натуральных волокнах молекулами
целлюлозы. В случае двухкомпонентных полиамидных волокон сердцевина состоит из
полиамида 66, и оболочка - из полиамида 6, либо сердцевина - из полиамида 6, и оболочка
- из сополиамида. Для двухкомпонентных полиэфирных волокон указана температура связывания в интервале от 100 до 205 °С, при этом предпочтительные значения температуры
для оболочки превышают 140 °С, в частности выше 160 °С. В приведенном примере процесс связывания проводят в сушильной камере при температуре 182 °С. Утверждается,
что двухкомпонентные волокна способны достигать более высокой стабильности конечного продукта при использовании кристаллического полимера оболочки по сравнению с
аморфным полимером оболочки. Например, оболочка волокна Unitika Fiber Melty 7080,
выбранного в качестве примера, состоит из полукристаллического сополимера полиэфира.
Утверждается, что аморфные полиэфирные связующие волокна из полиэтилентерефталата
(PET) (например, Grilon KB компании EMS-Chemie AG) уже становятся клейкими выше
70 °С ввиду их аморфной структуры, тем не менее указанный тип волокна начинает кристаллизоваться при температуре выше 125 °С, в результате чего достигается температура
плавления полиэтилентерефталата на уровне 254 °С. Однако связывание такого типа адгезивного волокна необходимо осуществлять под давлением.
Из патентов DE 10 2004 062 647 A1 и DE 10 2004 062 649 A1 известны изготовленные
из древесного материала теплоизоляционные плиты, имеющие плотность до 300 кг/м3, в
производстве которых используют термопластичные связующие волокна, предпочтительно в сочетании с гранулированной синтетической смолой. Синтетические волокна и гранулированную синтетическую смолу размягчают и активируют в печи при температуре в
интервале 130-200 °С, в частности, 160-185 °С.
В патенте DE 102 00 559 A1 приведено описание звукопоглощающего покрытия, изготовленного из натуральных волокон, сырьем для которых служат древесные волокна, к
которым добавляют двухкомпонентные связующие волокна из полиэфира типа сердцевина-оболочка, при этом сердцевинное волокно состоит из полиэфира с температурой плавления выше 160 °С, в то время как оболочка волокна состоит из полиэфира с
3
BY 18728 C1 2014.12.30
температурой плавления в пределах от 110 до 130 °С. Смесь волокон, сформованных в виде мата с помощью так называемого процесса пневмоукладки, расплавляли между двумя
горячими пластинами, при этом горячая пластина с верхней стороны мата имела температуру 180 °С. Время формования выбрано таким образом, чтобы обеспечивалось расплавление связующих волокон. Кроме того, мат можно стабилизировать в печи с помощью
горячего воздуха при температуре 180 °С.
В патенте DE 34 30 467 A1 приведено описание изготовления искусственных плит из
мата, выполненного из прессованного материала, включающего древесные волокна и отверждаемое связующее вещество, такое как синтетическая связующая смола. Отверждение осуществляется в специальном прессе с помощью пара. В этом случае используется то
обстоятельство, что теплоперенос паром является более эффективным, чем воздухом, в
частности в процессе его конденсации. С другой стороны, температуры, существенно превышающей 100 °С, невозможно достичь без значительных расходов и оборудования, что
обусловлено использованием пара избыточного давления по сравнению с паром атмосферного давления. Применение пара с небольшим избыточным давлением, как описано в
DE 34 30 467 A1, обусловлено тем, что пар подают на пресс под давлением в толщу матов
прессованного материала с целью преодоления сопротивления материала потоку пара.
Для осуществления процесса при более высоких температурах используют перегретый
пар. Однако существуют синтетические связующие смолы на основе акрилатов, отверждение которых может происходить при температурах ниже 100 °С.
В соответствии со способами, раскрытыми в патенте DE 34 30 467 A1, связующее вещество, описание которого приведено в DE 102 47 413 A1, применяют в жидкой форме
путем распыления, например, на древесные волокна. В процессе изготовления матов
спрессованного материала такое нанесение вещества представляет собой отдельный этап
процесса и, более того, для его осуществления требуется относительно сложное устройство, которое также описано в патенте DE 102 47 413 A1. Указанный этап процесса мог бы
быть исключен при использовании связующих волокон, так как обеспечивается простое
смешивание связующих волокон с другими волокнами и так как в любом случае необходимо добиться качественной и однородной смеси других волокон. Более того, могут быть
получены однородные смеси из связующих волокон с добавлением других волокон, при
этом обычно не происходит повторное разделение смеси при последующей обработке.
Разделение смеси является вполне вероятным, в частности, при использовании гранулированных связующих веществ, описание которых приведено в патенте DE 10 2004 062 647
A1 или патенте DE 10 2004 062 649 A1.
По этой причине существует необходимость в связующих волокнах, которые можно
было бы использовать в соответствии со способами, раскрытыми в патенте DE 34 30 467
A1, и которые могли бы быть активированы горячим паром приблизительно при атмосферном давлении (т.е. в том числе избыточное давление, такое, какое, например, создают
и (или) какое требуется в соответствии с описанием в патенте DE 34 30 467 A1, при необходимости). Связующие волокна, используемые в предшествующем уровне техники, являются неприемлемыми для этой цели ввиду их исключительно высокой температуры
активации.
В патенте EP 1 153 957 B1 раскрываются сополиамиды с низкой температурой плавления, которые в одном примере осуществления указанного изобретения имеют точку
плавления ниже 90 °С (максимальное пиковое значение) при измерении в соответствии с
DIN 53765. Температура плавления регулируется за счет того, что кроме обычно используемых ингредиентов капролактамовой/ω-аминокапроновой кислоты и лауролактамовой/ω-аминододекановой кислоты, обеспечивается комбинирование дополнительных
ω-аминодикарбоновых кислот и дополнительных полиамидобразующих веществ в раз4
BY 18728 C1 2014.12.30
личных количественных отношениях. Сополиамиды, известные из патента EP 1 153 957
B1, в частности, предназначены и приемлемы для использования в качестве термоплавких
клеев для текстильных материалов. С другой стороны, ввиду их относительно низкой вязкости, они неприемлемы для формования, в результате чего из них невозможно получить
связующие волокна требуемого типа.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание связующего волокна, которое может быть использовано для связывания плоских, содержащих натуральные
волокна материалов, таких как бумага, картон, древесноволокнистые плиты или фибролиты, при этом связующие волокна активируются горячим паром.
Указанная проблема решается с помощью связующего волокна для изготовления содержащего натуральные волокна плоского материала, содержащего по меньшей мере один
термопластичный компонент. Термопластичный компонент представляет собой сополиамид, полученный из следующих мономеров:
40-70 мол. % капролактама;
20-50 мол. % лауролактама и/или 12-аминододекановой кислоты;
0-10 мол. % аминоундекановой кислоты и
10-30 мол. % по меньшей мере одной дикарбоновой кислоты.
Дикарбоновая кислота выбрана из группы, включающей:
алифатические α, ω-дикарбоновые кислоты, содержащие 4-14 атомов C;
ароматические дикарбоновые кислоты, в частности терефталевую кислоту, изофталевую кислоту и 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, при этом содержание ароматических
дикарбоновых кислот составляет менее 15 мол. % по отношению к общему количеству
всех дикарбоновых кислот, и
дикарбоновые кислоты в смеси с эквимолярным количеством одного или нескольких
диаминов, в частности гексаметилендиамина, пиперазина, 2-метил-1,5-диаминопентана
или другого алифатического длинноцепочечного диамина, при этом содержание гексаметилендиамина по отношению к смеси диаминов составляет 50-100 мол. %.
При этом сумма всех лактамов, аминокислоты и дикарбоновых кислот составляет
100 мол. %, и сополиамид имеет относительную вязкость по меньшей мере 1,50, измеренную для 0,5 %-ного раствора в м-крезоле при 25 °С, объемную скорость потока расплава
не более 20 см3/10 мин, измеренную при 190 °С и нагрузке 2,16 кг, температуру плавления
в водонасыщенном состоянии менее 105 °С и более высокую температуру плавления в сухом состоянии, а отношение алкильных групп к аминогруппам в мономерах составляет
менее 7,2.
В одном усовершенствовании сополиамид имеет относительную вязкость по меньшей
мере 1,55, предпочтительно по меньшей мере 1,60, измеренную для 0,5 %-ного раствора в
м-крезоле при 25 °С.
В другом усовершенствовании сополиамид имеет объемную скорость потока расплава
не более 15 см3/10 мин, предпочтительно не более 10 см3/10 мин, измеренную при 190 °С
и нагрузке 2,16 кг.
В еще одном усовершенствовании отношение алкильных групп к аминогруппам в мономерах составляет менее 7,0, предпочтительно менее 6,8.
В другом усовершенствовании сополиамид имеет температуру плавления в водонасыщенном состоянии менее 100 °С.
В еще одном усовершенствовании сополиамид имеет температуру плавления в сухом
состоянии менее 100 °С.
В другом усовершенствовании связующее волокно представляет собой двухкомпонентное волокно типа сердцевина-оболочка и содержит второй термопластичный компонент, температура плавления которого в водонасыщенном состоянии больше 130 °С, а в
сухом состоянии предпочтительно не менее 150 °С.
5
BY 18728 C1 2014.12.30
Предпочтительно второй термопластичный компонент является полиолефином, полиамидом, сополиамидом, полиэфиром или сополиэфиром.
Наиболее предпочтительно второй термопластичный компонент выбран из группы,
включающей:
полипропилен и его производные с объемной скоростью потока расплава 20-50 см3/10
мин, измеренной при 230 °С и нагрузке 2,16 кг;
полиэтилен, предпочтительно полиэтилен высокой плотности, и его производные с
объемной скоростью потока расплава 10-30 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке
2,16 кг;
полиамид 6 с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при
260 °С и нагрузке 2,16 кг, и
полиамид 6/66 с температурой плавления 180-220 °С и объемной скоростью потока
расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при 260 °С и нагрузке 2,16 кг;
сополиамид с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью потока расплава 5-15 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке 2,16 кг;
полибутилентерефталат с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин, измеренной при 260 °С и нагрузке 2,16 кг;
сополиэфир с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью потока расплава 5-15 см3/10 мин, измеренной при 190 °С и нагрузке 2,16 кг.
В еще одном усовершенствовании связующее волокно представляет собой штапельное волокно, имеющее диаметр 8-80 мкм, предпочтительно 10-30 мкм, и длину 2-30 мм,
предпочтительно 4-12 мм.
В еще одном усовершенствовании на поверхность связующего волокна нанесено вещество, обеспечивающее разделение волокна в процессе пневмоукладки и/или диспергируемость в процессе мокрой выкладки.
Другим объектом изобретения является применение связующего волокна для изготовления содержащего натуральные волокна плоского материала в атмосфере пара или в атмосфере, содержащей пар, при приблизительно атмосферном давлении, при этом
натуральные волокна являются, в частности, древесными волокнами или целлюлозными
волокнами, а плоские материалы являются, в частности, бумагой, картоном, неткаными
материалами, фибролитом или древесноволокнистыми плитами.
Предпочтительно изготовление плоского материала осуществляют при температуре
менее 125 °С в паровоздушной смеси с точкой росы менее 100 °С.
Также предпочтительно изготовление плоского материала осуществляют путем контактной или конвекционной сушки.
В связующем волокне в соответствии с настоящим изобретением первый термопластичный компонент служит в качестве адгезивного компонента. В соответствии с настоящим изобретением гидрофобность определяется как отношение алкильных групп (CH2) к
аминогруппам (NH2 и (или) NH) в мономерах. Отдельные значения гидрофобности мономерных компонентов в отношении сополимера добавляют пропорционально (в соответствии с мол. %). Для полиамида 6, полученного путем полимеризации из капролактама, с 5
CH2-группами и NH2 (и (или) NH)-группой значение гидрофобности составляет, например, 5,0. Для полиамида 12, произведенного из лауролактама, значение гидрофобности
составляет 11 с 11 CH2-группами и одной NH2 (и (или) NH)-группой. Для сополиамида,
произведенного из капролактама и лауролактама (в отношении 60 мол. % и (или) 46 % по
весу и 40 мол. % и (или) 54 % по весу), значение гидрофобности, например, составляет 7,40.
Ввиду низкой гидрофобности сополиамида, составляющей менее 7,2, в соответствии с
идеей настоящего изобретения сополиамид первого термопластичного компонента связующего волокна является относительно гидрофильным и, таким образом, способен легко
6
BY 18728 C1 2014.12.30
абсорбировать воду из влажной среды. В свою очередь, поглощение воды приводит к
снижению температуры плавления. С учетом требуемого применения связующего волокна в соответствии с настоящим изобретением, а также с использованием способов известного типа, раскрытых в патенте DE 34 30 467 A1, гидрофобность является достаточной,
например, если температура плавления при существующих условиях, т.е. в момент высокого насыщения атмосферы горячим паром при приблизительно атмосферном давлении, и
если указанная температура плавления находятся в температурном диапазоне, которого
можно достичь с использованием горячего пара. При использовании связующего волокна
в соответствии с настоящим изобретением температура плавления сополимера полиамид
первого термопластичного компонента составляет менее 105 °С в водонасыщенном состоянии.
С другой стороны, снижение температуры плавления в результате поглощения воды
означает, что температура плавления выше в сухом состоянии. При использовании связующего волокна в соответствии с настоящим изобретением температура плавления сополиамида первого термопластичного компонента превышает 105 °С в сухом состоянии. Это
является дополнительным преимуществом, так как вследствие этого плоские материалы
могут быть подвергнуты обработке при более высокой температуре в относительно сухой
среде или при нормальной влажности. Они обладают более высокой температурой деформации при нагреве.
Как указывалось выше, относительно низкое значение гидрофобности, составляющее
менее 7,2, может быть достигнуто за счет относительно большого количества аминогрупп
(NH2 и (или) NH) по отношению к количеству алкильных групп (CH2) в сополиамиде.
Кроме того, большое количество аминогрупп также способствует повышению адгезионных свойств в расплавленном и (или) размягченном состоянии сополиамида. Сополиамид
первого термопластичного компонента связующего волокна в соответствии с настоящим
изобретением образует исключительно прочное соединение за счет формирования водородных связей со многими аминогруппами (NH2 и (или) NH) по отношению к целлюлозным волокнам, обычно используемым в указанных плоских материалах. В результате
этого достигается высокая прочность таких плоских материалов при небольшом процентном отношении связующего вещества.
Таким образом, можно отметить, что в настоящем изобретении раскрывается, что в
качестве материала как минимум для одного термопластичного компонента связующего
волокна для его использования в соответствии со способами, раскрытыми в патенте DE 34
30 467 А1, могут быть использованы обладающие различными преимуществами сополиамида, у которых температура плавления в сухом состоянии превышает температуру активации, достигаемую с помощью способа с использованием горячего пара при
приблизительно атмосферном давлении, однако в среде с горячим паром они обладают
более низкой температурой плавления или, как минимум, температурой размягчения, не
превышающей достигаемую температуру.
Связующее волокно может быть активировано с помощью насыщенного или перегретого пара, либо с помощью паровоздушной смеси, либо в водной среде, которую можно
испарить путем подвода энергии.
В связи с вышеизложенным, в целях достижения формуемости в процессе формования
из расплава предпочтительно, чтобы сополиамид, используемый в качестве первого термопластичного компонента, имел относительную вязкость как минимум 1,55, в частности
предпочтительно как минимум 1,60 (определенную как 0,5 % в м-крезоле при 25 °С), и
имел объемную скорость потока расплава как максимум 15 см3/10 мин, в частности предпочтительно как максимум 10 см3/10 мин (измеренную при 190 °С и при нагрузке 2,16 кг в
соответствии с ISO 1133).
7
BY 18728 C1 2014.12.30
С целью значительного снижения температуры плавления во влажной среде сополиамид, используемый в качестве первого термопластичного компонента, должен обладать
гидрофобностью менее 7,0, в частности предпочтительно менее 6,8.
С целью обеспечения активации волокна в соответствии с настоящим изобретением с
помощью горячего пара при приблизительно атмосферном давлении сополиамид, используемый в качестве первого термопластичного компонента, должен обладать температурой
плавления, предпочтительно не превышающей 100 °С водонасыщенном состоянии. В противоположном случае предпочтительно, чтобы сополиамида обладал температурой плавления, превышающей 110 °С в сухом состоянии.
Сополиамид, используемый в качестве первого термопластичного компонента, имеет
следующий состав:
капролактам - 40-70 мол. %;
лауролактам и (или) 12-аминододекановая кислота - 20-50 мол. %;
аминоундекановая кислота - 0-10 мол. %;
как минимум одна дикарбоновая кислота - 10-30 мол. % следующих соединений:
алифатические α, ω-дикарбоновые кислоты с 4-14 атомами С;
ароматические дикарбоновые кислоты, такие как терефталевая кислота, изофталевая
кислота и 2,6-нафталиндикарбоновая кислота, в которых процент ароматических дикарбоновых кислот составляет менее 15 мол. % по отношению к общему количеству всех дикарбоновых кислот;
дикарбоновые кислоты с эквимолярным количеством одного или нескольких диаминов, таких как гексаметилендиамин, пиперазин, 2-метил-1,5-диаминопентан или иные
алифатические длинноцепочечные диамины, в которых молярный процент гексаметилендиамина по отношению к смеси диаминов находится в пределах от 50 до 100 мол. %.
При вышеуказанной спецификации сумма всех лактамов, всех аминокислот и всех дикарбоновых кислот составляет 100 мол. %. Это соответствует определению, в котором
молекулярная цепь сополиамида, состоящая из повторяющихся единиц, составляет
100 мол. %. При таких повторяющихся единицах, которые соответственно состоят из одной дикарбоновой кислоты и одного диамина в качестве дополнительной мономерной пары, в принципе, одна дикарбоновая кислота и один диамин рассматриваются в каждом
случае как полуповторяющаяся единица. Тем не менее можно либо считать дикарбоновые
кислоты (как в вышеуказанном случае), либо диамины (служащие заменителем целой повторяющейся единицы, как указывалось выше), что с математической точки зрения является идентичным, и в этом случае дополнительные мономеры (в вышеуказанном случае
диамины) присутствуют к эквимолярном количестве (в вышеуказанном случае по отношению к дикарбоновым кислотам).
Связующее волокно, предназначенное для применения, о котором идет речь, предпочтительно является двухкомпонентным волокном со вторым термопластичным компонентом, в частности, представляющим собой волокно типа сердцевина-оболочка. Второй
термопластичный компонент должен представлять собой компонент, имеющий температуру плавления выше 130 °С в водонасыщенном состоянии и предпочтительно как минимум 150 °С в сухом состоянии. Второй термопластичный компонент не подвергается
расплавлению при использовании способов, о которых идет речь, и содействует повышению прочности конечного продукта.
Вторым термопластичным компонентом может быть полиолефин, полиамид, сополиамид, полиэфир или сополимер полиэфира.
В частности, второй термопластичный компонент выбран из группы, включающей:
полипропилен и его производные с объемной скоростью потока расплава 20-50 см3/10 мин
(230 °С, 2,16 кг);
8
BY 18728 C1 2014.12.30
полиэтилен (предпочтительно полиэтилен высокой плотности) и его производные с
объемной скоростью потока расплава 10-30 см3/10 мин (190 °С, 2,16 кг);
полиамид 6 с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин (260 °С, 2,16 кг);
полиамид 6/66 с температурой плавления 180-220 °С и с объемной скоростью потока
расплава 40-80 см3/10 мин (260 °С, 2,16 кг);
сополиамид с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью потока расплава 5-15 см3/10 мин (190 °С, 2,16 кг);
полибутилентерефталат с объемной скоростью потока расплава 40-80 см3/10 мин
(260 °С, 2,16 кг);
сополимер полиэфира с температурой плавления 150-180 °С и объемной скоростью
потока расплава 5-15 см3/10 мин (190 °С, 2,16 кг).
Указанные интервалы температуры плавления относятся к условиям пониженной
влажности. Вязкость (косвенно выраженная объемной скоростью потока расплава) второго термопластичного компонента должна быть достаточно высокой с целью обеспечения
формования из расплава, тем не менее вязкость должна быть достаточно низкой, чтобы
температура экструзии не превышала температуру экструзии сополиамида первого термопластичного компонента на 60 °С. При таком температурном режиме двухкомпонентное
волокно может быть изготовлено при оптимальной температуре формования, что позволяет достичь равномерного распределения сердцевина-оболочка и получить нелипкий волокнистый продукт.
Кроме того, связующее волокно предпочтительно представляет собой штапельное волокно, имеющее диаметр 8-80 мкм, предпочтительно 10-30 мкм, и длину 2-30 мм, предпочтительно 4-12 мм.
В конечном счете на поверхность связующего волокна может быть нанесено вещество, предназначенное для целей применения и обеспечивающее разделение волокна в процессе пневмоукладки и (или) диспергируемости в процессе мокрой выкладки.
Связующее волокно в соответствии с настоящим изобретением используют для связывания плоских материалов, содержащих натуральные волокна (которые перемешивают со
связующими волокнами), при этом натуральные волокна, в частности, представляют собой древесные волокна или целлюлозные волокна и плоские материалы, в частности,
представляют собой бумагу, картон, нетканые материалы, фибролиты и фибровый картон
(в частности, древесноволокнистые плиты). Ввиду того, что связующее волокно может
быть активировано с помощью горячего пара, процесс связывания осуществляется приблизительно при атмосферном давлении (приблизительно при стандартном давлении) в
атмосфере пара или в атмосфере, содержащей пар. В данном случае исключительно предпочтительно, чтобы связывание проводили при температуре < 125 °С в воздушно-паровой
смеси с точкой росы < 100 °С. В другом предпочтительном примере осуществления связывание осуществляется путем контактной сушки или конвекционной сушки влажного
плоского материала.
Примеры.
С целью исследования и сравнения характеристик расплавления и адгезии каждое из
двух двухкомпонентных волокон типа сердцевина-оболочка были изготовлены с одной
оболочкой из сополиамида в качестве образца A и образца B.
В табл.1 указан состав сополиамида двух образцов, в том числе пропорция отдельных
мономеров в мол. %, их гидрофобность, относительная вязкость, объемная скорость потока расплава и температура плавления, определенная в сухом состоянии. В каждом случае
в качестве сердцевины обоих образцов волокон использовали полипропилен, при этом
температура плавления, составляющая 168 °С, также была определена в сухом состоянии.
9
BY 18728 C1 2014.12.30
Таблица 1
Мономеры (мол. %)*
Состав
Капролактам
Лауролактам
Образец A
Образец В
Полукристаллический сопоПолукристаллический сополиамид, состоящий из капро- лиамид, состоящий из капролактама, лауролактама и
лактама, лауролактама и других
других ароматических и алиароматических и алифатичефатических дикарбоновых ки- ских дикарбоновых кислот и
слот и диаминов
диаминов
54
27
29
43
Адипиновая кислота
Себациновая кислота
17
15
15
Гексаметилендиамин
17
30
Гидрофобность
6,5
7,5
Относительная вязкость
1,65
1,55
(0,5 % в м-крезоле при
25 °С)
объемная скорость пото8
42
3
ка расплава, см /10 мин
(190 °С, 2,16 кг)
Температура плавления
113
87
(условие пониженной
влажности), °С
* Сумма всех лактамов, аминокислот (если такие присутствуют) и всех дикарбоновых
кислот (либо эквимолярное количество диамина) в каждом случае составляет 100 мол. %.
Как уже указывалось выше, значения гидрофобности представляют собой отношение
числа алкильных групп (CH2) к числу аминогрупп (NH2 и (или) NH) в мономерах. Значения гидрофобности отдельных мономеров далее суммировали для сополиамида в соответствии с мол. %. Значения относительной вязкости определяли при 0,5 % в м-крезоле при
25 °С (т.е. 0,5 г сополиамида в 100 мл раствора). Значения объемной скорости потока расплава определяли в соответствии с ISO 1133 при 190 °С и при нагрузке 2,16 кг. Значения
температуры плавления определяли в соответствии с DIN 53765 в сухом состоянии и (или)
в сухой среде, в которой сополиамид высушивали перед расплавлением.
Образец A, представляющий собой связующее волокно, в соответствии с настоящим
изобретением имеет температуру плавления 113 °С в сухом состоянии, в то время как
температура плавления образца В составляла 87 °С в сухом состоянии. Таким образом,
образец B не является связующим волокном в соответствии с настоящим изобретением.
Два образца A и B использовали для связывания древесных волокон, при этом активацию проводили в атмосфере пара при точке росы, составляющей 95 °С. В целях сравнения
активацию проводили при той же самой температуре непосредственно в воде. В каждом
случае проводили оценку скорости расплавления образцов, а также их способности к связыванию с древесными волокнами (адгезивная матрица). В табл. 2 ниже представлены результаты сравнительного анализа.
10
BY 18728 C1 2014.12.30
Таблица 2
Среда
Пар 95 °С
Водяная баня 95 °С
Свойства
Образец A
Скорость расплавления
видимая
Адгезивная матрица
хорошая
Скорость расплавления различимая
Адгезивная матрица очень хорошая
Образец B
видимая
удовлетворительная
различимая
хорошая
Из табл. 2 видно, что, хотя результаты в отношении двух образцов (не могут быть использованы на практике) в водной бане выше, чем в атмосфере пара, необходимо отметить, что в атмосфере пара также достигаются достаточно хорошие результаты по
скорости расплавления и способности к связыванию. Таким образом, несмотря на его более высокую температуру плавления, существенно превышающую 100 °С (в сухом состоянии), характеристики образца А в соответствии с настоящим изобретением выше, чем
характеристики эталонного образца В, при этом фактически ожидалось достижение более
высоких адгезивных свойств ввиду его более низкой температуры плавления, составляющей 87 °С (в сухом состоянии).
Указанный результат также обеспечивает преимущества в том плане, что при использовании материала образца A, который, более того, был изготовлен с применением мономеров по более конкурентоспособным ценам, изготовленные плоские материалы могут
быть подвергнуты обработке при более высокой температуре в сухом состоянии, а также
обладают более высоким пределом прочности при разрыве приблизительно на 50-100 %
(табл. 3).
Таблица 3
Предел прочности при разрыве матов из древесных волокон
(склеенных с использованием паровоздушной смеси)
Термосплавление
Паровоздушная
смесь
Точка росы 95 °С
Паровоздушная
смесь
Точка росы 95 °С
Двухкомпонентное
волокно, %
Древесное волокно, %
Образец A
Образец B
4
96
15 кПа
8 кПа
10
90
30 кПа
20 кПа
С целью сравнения свойств образца A с другими материалами из сополимера полиэфира были изготовлены два дополнительных адгезивных волокна, т.е. образец C и (или)
образец D. В табл. 4 приведены характеристики указанных двух сополимеров полиэфира.
Сополимер полиэфира образца C является полукристаллическим, в то время как сополимер полиэфира образца D является аморфным. По этой причине для образца C указана
только температура плавления, составляющая 120 °С, при этом и в данном случае температура плавления относится к сухому состоянию. В силу логических причин гидрофобность для сополимеров полиэфира не может быть указана, так как они не содержат какиелибо аминогруппы.
11
BY 18728 C1 2014.12.30
Таблица 4
Образец C
Образец D
Полукристаллический сополимер Аморфный сополимер полиполиэфира, состоящий из арома- эфира, состоящий из ароматитических и алифатических дических и алифатических
карбоновых кислот и диолена дикарбоновых кислот и диолена
Состав
Относительная вязкость (1 % в м-крезоле)
Объемная скорость потока расплава,
см3/10 мин (190 °С,
2,16 кг)
Температура плавления, °С
Температура перехода
в стеклообразное состояние, °С
Влагопоглощение
(23 °С/100 % относительная влажность)
2,04
1,66
19
5,6
120
-
7
69
<0,5 %
<0,5 %
В табл. 5 приведены результаты эксперимента с образцами A, C и D в отношении их
скорости плавления и способности к связыванию (адгезивная матрица) при различных
температурных режимах в паре и в водяной бане (частично при избыточном давлении).
Таблица 5
Среда
°С
95
Водяная
баня
105
115
125
Водяной
пар
95
105
Свойства
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Скорость расплавления
Адгезивная матрица
Образец A
различимая
очень хорошая
различимая
очень хорошая
различимая
очень хорошая
различимая
очень хорошая
видимая
хорошая
различимая
очень хорошая
Образец C
видимая
отсутствует
видимая
отсутствует
различимая
хорошая
различимая
хорошая
невидимая
отсутствует
невидимая
отсутствует
Образец D
невидимая
отсутствует
невидимая
отсутствует
видимая
отсутствует
видимая
отсутствует
невидимая
отсутствует
невидимая
отсутствует
Результаты указывают на то, что оба сополимера полиэфира образцов C и D не проявляют сравнимого снижения температуры плавления по отношению к сополиамиду в соответствии с настоящим изобретением и не могут быть активированы горячим паром.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
161 Кб
Теги
by18728, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа