Способ получения ароматизированных полиэтилентерефталатных волокон

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЗИРОВАННЫХ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНЫХ ВОЛОКОН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Кузьменкова Наталья Владимировна Гольдаде Виктор Антонович Винидиктова Наталья Сергеевна Сементовская Елена Аркадьевна Климович Елена Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения ароматизированных полиэтилентерефталатных волокон, при котором осуществляют вытяжку полиэтилентерефталатных волокон со степенью вытяжки 2,53,5 в водно-спиртовой эмульсии состава, мас.масло жожоба 3-5 эмульгатор типа масло в воде 3-7 спирт этиловый 30-50 вода остальное,после чего волокна подвергают термической стабилизации в термокамере с насыщенным паром эфирного масла. Изобретение соответствует технологии обработки химических волокон низкомолекулярными ароматическими углеводородами. В номенклатуре функционально активных текстильных материалов сформировался новый класс ароматизированных синтетических волокон, которые добавляют в хлопковую, шерстяную, льняную, шелковую пряжу, прежде всего, для придания текстильным изделиям несминаемости и износостойкости. Дополнительной функцией таких волокон является ароматизация изделий. Это увеличивает потребительский спрос на текстиль, поскольку 70-80 людей судят по запаху о таких качествах товара, как свежесть, изысканность, новизна 1. Простая пропитка текстильных изделий ароматизаторами, как правило,дает эффект лишь до первой стирки, в то время как структурное модифицирование синтетических волокон обусловливает длительное сохранение запаха даже после нескольких десятков стирок. Предпочтение отдают ароматам лаванды и цитрусовых, запах которых в 17146 1 2013.06.30 магазинах непродовольственных товаров позволяет поднять продажи на 20 без перепланировок и расширения ассортимента 2. Быстро испаряющееся ароматизирующее вещество стараются загерметизировать в полимерной матрице. Так, способ изготовления двухслойной ароматизированной упаковочной пленки с воздушными пузырями состоит в том, что нижний лист пленки перед свариванием с верхним листом посыпают пудрой или опрыскивают раствором ароматизатора 3. Подобный способ не приемлем для волокон, изготавливаемых, как правило, за одну операцию. Изделия из ароматизированного пластика изготавливают следующим образом 4. Заготовки из микропористой пластмассы погружают в ароматическое масло на 24 ч и затем дробят на гранулы. Полимерная композиция для литья под давлением состоит из смеси 10 ароматизированных и 90 обычных гранул. Недостаток способа состоит в том, что в процессе экструдирования большая часть ароматизатора улетучивается и деструктирует. Чтобы удержать ароматизатор в составе пластика, его прививают к активным группам основного полимера 5. Способ получения ароматизированного пенопласта, из которого изготавливают коврики для ванных комнат, состоит из следующих операций. Полиэтилен с привитым силаном смешивают с ароматизатором и катализатором силанольной конденсации. Эту смесь перемешивают с порофором и перерабатывают в экструдере. Экструдированные вспененные изделия подвергают дополнительной сшивке. Этот способ пригоден для изготовления пористых изделий, имеющих очень большую площадь соприкосновения с воздухом. Только это условие обеспечивает отделение молекул ароматизатора, химически связанных с силановыми группами, в количестве, достаточном для достижения устойчивого запаха. Альтернативным решением является наполнение полимера ароматическими микрокапсулами. Плоские волокна с душистым запахом получают вводя в наполненное полиэфирное связующее 2-6 наноразмерных микрокапсул, содержащих ароматизатор 6. Расплав этой смеси продавливают через фильерную головку и получают волокна, выделяющие приятный запах. Недостатки способа - высокая стоимость микрокапсул и серьезные технологические ухищрения экструзионной переработки легколетучих ароматизаторов совместно с полимером. Прототипом изобретения служит способ получения одорированных волокон 7. Он предусматривает придание запаха волокнам путем их окунания в водно-полимерный раствор одоранта производные гидразинасмола (взяты в молярном соотношении от 10,5 до 11,8)пористая смесь оксида переходного металла со связующей смолой. Затем волокна подвергают термообработке, благодаря которой на них формируется одорирующее покрытие. Недостатки прототипа низкая адгезионная прочность покрытий, отслаивающихся от волокон при эксплуатации текстильных изделий, которые содержат одорированные волокна разрушение и смывание покрытий во время первой же стирки сложность операции приготовления аморфной пористой смеси оксида переходного металла со связующим, предусматривающей использование сухого льда. Задачи, на решение которых направлено изобретение 1) повысить стабильность ароматизирующего эффекта, сделав его нечувствительным к изгибам и истиранию волокон 2) повысить стойкость ароматизирующего эффекта к действию тепло-влажностных обработок (стирок) волокон 3) вписать операцию модифицирования волокон ароматизаторами в технологический процесс штапельной переработки волокон, выполняемой на стандартном оборудовании. Поставленные задачи решаются путем дополнения известного способа получения ароматизированных синтетических, в частности полиэтилентерефталатных, волокон новыми операциями. Известный способ состоит в модифицировании поверхностного слоя волокон путем окунания их в водный раствор полимера, содержащий ароматизатор, и последующей термообработки волокон. Новой операцией является ориентационная вытяжка 2 17146 1 2013.06.30 полиэтилентерефталатных волокон со степенью вытяжки 2,5-3,5 в водно-спиртовой эмульсии масла жожоба следующего состава (мас. ) масло жожоба 3-5 эмульгатор типа масло в воде 3-7 спирт этиловый 30-50 вода остальное. После этого волокна подвергают термической стабилизации в камере с насыщенным паром эфирного масла в течение периода времени 30 мин. Стабилизацию осуществляют в камере с насыщенным паром эфирного масла. Сущность изобретения состоит в следующем. Вытяжка полиэтилентерефталатных волокон в поверхностно-активной жидкости, которой является предложенная эмульсия,приводит к образованию в волокне крейзов - системы ветвящихся микротрещин, стенки которых соединены фибриллярными тяжами. Микрокапли масла жожоба входят в раскрывающиеся крейзы и иммобилизуются в них, адсорбируясь на свежеобразованных(ювенильных) поверхностях. По окончании вытяжки крейзы схлопываются и масло сохраняется в них в течение всего времени жизни волокон. Масло жожоба является одним из самых сильных поглотителей запахов. Насыщенный пар ароматизатора - эфирного масла - поглощается жожоба во время термической стабилизации волокон. Молекулы эфирных масел связываются слабыми Ван-дер-Ваальсовыми и водородными связями с активными центрами мононенасыщенных жирных кислот и мононенасыщенных жирных спиртов, из которых состоит масло жожоба. При эксплуатации изделий, содержащих модифицированные волокна, эти связи легко рвутся. Молекулы эфирных масел испаряются из волокон, обеспечивая пролонгированный ароматизирующий эффект. Примеры осуществления способа. Ароматизируют неориентированные полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) волокна марки А (ТН 6-13-02047792-88) номинальной линейной плотности 0,33 текс, изготовленные в ОАО Могилевхимволокно. В качестве модификаторов волокон используют масло жожоба (Ж,, ТУ 9158-004-08628011-00) эфирное масло лаванды (МЛ,гос. рег. 08-33-2.81571) эмульгатор (Э) масло в воде 049 (, Германия). Водно-спиртовую эмульсию масла жожоба получают следующим образом. Смешивают Э с водой, получая прозрачный вязкий раствор. Добавляют в него Ж, в результате чего жидкость становится мутной. Разбавляют ее спиртом, что придает жидкости прозрачность. Составы эмульсии приведены в табл. 1. Таблица 1 Компоненты эмульсии и их содержание, мас.состава Ж Э спирт вода 1 2 53 2 3 52 3 4 5 40 51 4 5 50 5 6 49 6 2 51 7 3 50 4 43 8 7 46 9 8 45 10 25 64 11 30 59 5 6 12 50 39 13 55 34 3 17146 1 2013.06.30 Модифицирование волокон осуществляют с помощью стенда, моделирующего технологический процесс вытяжки волокон на штапельном агрегате. Вытяжные и вспомогательные ролики стенда смонтированы таким образом, что участок образования шейки на волокне располагается в ванне с эмульсией масла жожоба. После выхода с тянущих роликов волокна помещают в герметичный термостат, где установлена открытая емкость с МЛ, и подвергают термической стабилизации при режимах, стандартных для подвергнутых штапельной обработке ПЭТФ волокон -130 С,30 мин. Согласно способу-прототипу исходные волокна пропускают через ванну с воднополимерным раствором следующего состава (мас. ) этилгидразин 252-5, акриламид 22 - 10, мелкодисперсный порошок (размер частиц 10 мкм) диоксида титана 2, смешанный с водным раствором поливинилового спирта потоком углекислого газа - 10, вода - остальное. После извлечения из ванны волокна подвергают сушке при 90 С. Оценку запаха осуществляет группа экспертов. Образцы волокон массой 1 г помещают в эксикаторы, герметично закрывают и выдерживают в течение 1, 3, 24, 48 ч. В такую же емкость помещают каплю (0,01 г) МЛ (эталон). Эксперты по пятибалльной шкале оценивают одорирующий эффект волокон и его соответствие запаху эталона. Затем образцы подвергают тепловлажностной обработке, имитирующей стирку в машине активаторного типа 60 С, водный раствор хозяйственного мыла концентрацией 5 г/л, продолжительность стирки - 5 мин, ополаскивание в проточной воде - 1 мин. После высушивания волокон эксперты оценивают их запах. В табл. 2 приведены результаты оценки одорирующего эффекта волокон, сформированных с применением эмульсий состава 1-13 (табл. 1) при степени вытяжки 3,0, в сравнении с волокнами, изготовленными способом-прототипом. Таблица 2 Запах (баллы) после выдержки (ч) в эксикаторе и после стиркисостава 1 3 24 48 стирка 1 2 1 0 0 0 2 4 3 3 3 1 3 4 4 3 3 2 4 4 4 3 3 2 5 4 4 3 3 2 6 1 1 0 0 0 7 4 3 3 3 2 8 4 4 3 3 2 9 4 4 3 3 2 10 0 0 0 0 0 11 4 4 3 3 2 12 4 4 3 3 2 13 4 4 3 3 2 Прототип 4 4 3 2 0 Анализ данных табл. 2 приводит к следующим заключениям 1. Вытяжка волокон в эмульсиях 2-5, 7-9, 11-13 обусловливает более сильный и стойкий одорирующий эффект, чем обработка волокон способом-прототипом. 2. Недостаточные концентрации компонентов эмульсии обусловливают слабый одорирующий эффект при Ж 2 мас. , (состав 1) - из-за малой концентрации в волокнах поглотителя запаха Э 2 (состав 6) - из-за низкой коллоидной стабильности эмульсии при содержании спирта 25 мас. , (состав 10) - из-за слабого крейзообразования в волокнах. 17146 1 2013.06.30 3. Избыточные концентрации компонентов эмульсии не приводят к усилению одорирующего эффекта при Ж 6 мас. , (состав 5), Э 8(состав 9), при содержании спирта 55 мас. , (состав 13). 4. Тепловлажностная обработка волокон, изготовленных способом-прототипом, приводит к исчезновению одорирующего эффекта. Волокна, обработанные согласно предложенному способу, сохраняют запах после пятикратной стирки. 5. Оптимальными по критерию одорирующего эффекта являются составы эмульсии 2-4,7-8,11-12. Испытания волокон, обработанных эмульсиями оптимального состава, показали, что при степени вытяжки волокон 2,02,5 одорирующий эффект значительно снижается из-за недостаточного крейзообразования. При 4,03,5 в пучке волокон, подвергнутом вытяжке, более половины волокон оказываются разорванными. Таким образом, оптимальная степень вытяжки ПЭТФ волокон, подвергаемых ароматизации, составляет 2,53,5. Производные гидразина - микробоцидные жидкости со специфическим запахом, сильно раздражающие дыхательные пути, являются одорантами, но никак не ароматизаторами. Тем не менее, даже резкий запах этилгидразина, придаваемый волокнам способомпрототипом, исчезает после первой же стирки, в то время как слабый запах лаванды, поглощенный захваченными в крейзы микрообъемами масла жожоба, более стабилен. Покрытия, сформированные способом-прототипом из водно-полимерного раствора на гладкой поверхности ПЭТФ волокон, нестойки к знакопеременным нагрузкам и истиранию, трескаются и осыпаются. Микровключения масла жожоба, находящиеся в крейзах,сохраняются в течение всего времени жизни волокон, не подвергаясь повреждению при циклическом нагружении. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Предложенный способ ароматизации полиэфирных волокон найдет применение в промышленности химических волокон, предназначенных для изготовления одежды, технического текстиля, ценных бумаг и др. Источники информации 1. Леонова Н.С. Ароматерапия для начинающих. - М. ФАИР-ПРЕСС, 2007. - 41 с. 2. Войткевич С.А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии. - М. Химия,1999. - 186 с. 3. Патент 2738227, МПК 32 27/18, 37/0065 65/42, 81/03, 81/24, 1997. 4. Патент 6334974, МПК 29 45/00, 2002. 5. Патент 6039542, МПК 08 9/14, 1994. 6. Патент 101294315, МПК 01 5/253. 5/0001 1/10, 6/92, 2008. 7. Патент 3990028, МПК 06 11/00, 2007 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5