RU2534251C1 - Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна - Google Patents
Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534251C1 RU2534251C1 RU2013117997/05A RU2013117997A RU2534251C1 RU 2534251 C1 RU2534251 C1 RU 2534251C1 RU 2013117997/05 A RU2013117997/05 A RU 2013117997/05A RU 2013117997 A RU2013117997 A RU 2013117997A RU 2534251 C1 RU2534251 C1 RU 2534251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- carbon nanotubes
- fibre
- nanocomposite
- granules
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химии и технологии полимеров и касается способов получения термостойкого нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна, которое может найти применение в текстильной промышленности, в строительстве, а также в других отраслях промышленности. Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна, за счет модифицирования исходного полимера углеродными нанотрубкам, включающий нагрев в термостатируемом смесителе до получения расплава при постоянном перемешивании и подачи на расплав углеродных нанотрубок затвердевание полимера, получение из него, в частности, дроблением, гранул, помещение их в экструдер и формование волокна, отличающийся тем, что расплаву подвергают десятую часть полимера, отделенную от общего объема с подачей в него водного раствора углеродных нанотрубок, обработанного ультразвуком, с последующим перемешиванием полученных затвердевших гранул полимера с оставшейся частью исходного полимера. Техническим результатом изобретения является получение нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна с повышенными показателями по термостабильности при минимальных затратах на его производство. 1 табл.
Description
Изобретение относится к химии и технологии полимеров и касается способов получения термостабильного нанокомпозитного волокна, которое может найти применение в текстильной промышленности, в строительстве, а также в других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен способ получения модифицированных полимерных изделий на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ) (например, US 2009/088512), в котором смешивают ПЭТФ с добавкой-модификатором и формуют готовое изделие при температуре, близкой к температуре плавления ПЭТФ. Основным препятствием на пути реализации этого способа является то, что не все перспективные модификаторы выдерживают без разложения нагревание до температуры плавления ПЭТФ. Кроме того, не все добавки химически совместимы с ПЭТФ, что влечет за собой сложность получения однородного расплава и, как следствие, сложность получения материала со стабильными характеристиками, однородного по механическим, оптическими и иным свойствам.
Из US 2006/0235136 известен способ получения термостабильного полимерного волокна нанокомпозитной структуры. При этом рассматриваемый полимер нагревается до температуры 200°C, так чтобы динамическая вязкость составляла порядка 100000 Пуаз (10000 Па·с в системе СИ). Получаемый расплав полимера смешивается с углеродными нанотрубками при температуре не менее 200°C, до образования вязкой смеси. Вязкий раствор полимера с углеродными нанотрубками продувается инертным газом для удаления кислорода. Очищенный от кислорода полимер с углеродными нанотрубками охлаждается до затвердевания, дробится, так чтобы размер получаемых гранул на превышал 3 мм в диаметре. Гранулы твердого полимера загружаются в бункер-накопитель и повторно продуваются инертным газом для удаления кислорода, содержащегося между ними. Полученные очищенные от кислорода полимерные гранулы, содержащие углеродные нанотрубки загружаются в экструдер и формуется волокно нанокомпозитной структуры. По совокупности существенных признаков изобретение по US 2006/0235136 является прототипом заявляемого изобретения.
Недостатком указанного способа является сложность введения и равномерного распределения углеродных нанотрубок в объеме материала, что является определяющим с точки зрения повышения термостабильности. В данном случае порошок углеродных нанотрубок продолжительное время перемешивается с расплавом полимера, для их равномерной диспергации в объеме вещества. Этот процесс связан со значительными энергетическими и временными затратами.
Таким образом, задачей, на решение которой направленно данное изобретение является получение нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна повышенной термостабильности с минимальными затратами на его производство.
Указанная задача решается, за счет усовершенствования способа введения и равномерного распределения углеродных нанотрубок в объем полиэтилентерефталата. Для этого от общего объема полимера отделяют десятую часть, нагревают в термостатируемом смесителе до получения расплава при постоянном перемешивании и подают на расплав водный раствор углеродных нанотрубок, обработанный ультразвуком, затвердевший полимер дробят на гранулы, полученные гранулы, содержащие углеродные нанотрубки перемешивают с оставшейся частью исходного полимера, помещают в экструдер и формуют волокно.
В процессе изучения и лабораторных испытаний возможных вариантов модификации и равномерного распределения углеродных нанотрубок в объеме полиэтилентерефталата было найдено, что для промышленного получения термостабильного нанокомпозитного волокна вместо энергоемкой операции перемешивания расплава полимера с порошком углеродных нанотрубок для их равномерной диспергации, может быть использован способ, основанный на введении углеродных нанотрубок в расплав полиэтилентерефталата в виде водной суспензии. Было показано, что данный метод введения углеродных нанотрубок в полимер в отличии от прототипа является наиболее энергоэффективным. Использование данной технологии позволяет получать полиэтилентерефталатное волокно с равномерно распределенными в нем углеродными нанотрубками.
Изобретение иллюстрируется примерами получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна. В качестве примеров приведены способы получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна за счет модификации матрицы материала углеродными нанотрубками. Во всех приведенных примерах углеродные нанотрубки смешивали с водой и обрабытывали ультразвуком. От основного объема полиэтилентерефталата отделяли десятую часть, помещали в термостатируемый смеситель, нагревали до получения расплава и подавали на него суспензию с углеродными нанотрубками, при этом расплавленный полимер отвердевал и дробился на гранулы. Полученный гранулы полиэтилентерефталата с углеродными нанотрубками смешивали с основной частью полимера, перемешивали, помешали в экструдер и формовали волокно. Во всех приведенных примерах в качестве модифицирующей добавки использовали более дешевые многослойные углеродные нанотрубки по сравнению с однослойными углеродными нанотрубками, применяемыми в прототипе. Использование менее дорогих углеродных нанотрубок в совокупности с новым способом их введения в объем полимера позволило достичь заявленного технического результата, заключающегося в получении нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна повышенной термостабильности с снижением затрат на его производство.
Пример
Для получения образца 2: 4 кг полиэтилентерефталата помещали в термостатируемый смеситель нагревали при перемешивании до температуры 280-300°C до получения расплава. Отвешивали 0,4 кг многослойных углеродных нанотрубок, смешивали с 12 л воды и обрабатывали ультразвуком в течении 15 минут с частотой ультразвуковых колебаний 24000 Гц. Полученную суспензии с многослойными углеродными нанотрубками подавали на расплав полиэтилентерефталата в термостатируемый смеситель, скорость вращения лопастей смесителя составляла 2000 об/мин., при этом происходило резкое остывание полимера, затвердевание и измельчение на гранулы. Твердые гранулы полиэтилентерефталата модифицированные углеродными нанотрубками, смешивали с 36 кг исходного, не модифицированного полиэтилентерефталалта, перемешивали, загружали в экструдер и формовали волокно.
В остальных примерах способ получения нанокомпозитного волокна оставался неизменным, изменялась лишь концентрация углеродных нанотрубок в водной суспензии и соответственно в общем объеме полиэтилентерефталата.
Оценку термостабильности полученного волокна проводили по ГОСТ 21793-76 «Пластмассы. Метод определения кислородного индекса». Данный ГОСТ не устанавливает классификации материалов в зависимости от величины кислородного индекса - минимальной концентрации кислорода в кислородно-азотной смеси, выраженной в объемных процентах, при которой будет поддерживаться горение испытуемого материала, чем больше кислородный индекс, тем труднее зажечь материал. Значение кислородного индекса в зависимости от концентрации углеродных нанотрубок в объеме полимера представлены в таблице. Кислородный индекс для немодифицированного полиэтилентерефталатного волокна равен 21. При введение в объем полиэтилентерефталата углеродных нанотрубок кислородный индекс повышается, так при концентрации 5% от массы всего полимера кислородный индекс составляет 27. При увеличении концентрации углеродных нанотрубок в объеме полимера сверх 5% кислородный индекс не изменяется. Кислородный индекс для полиэилентерефталатного волокна полученного по способу описанному в прототипе в зависимости от концентрации углеродных нанотрубок в объеме полимера именяется от 24 до 27.
Во всех случаях кислородный индекс модифицированного волокна превышал кислородный индекс чистого волокна, что свидетельствует о том, что нанокомпозитное полиэтилентерефталатное волокно приобрело свойство повышенной термостабильности. Во всех случаях был достигнут результат, заключающийся в получении нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна с повышенными показателями термостабильности при снижении затрат на его производство по сравнению прототипом.
| Таблица. | ||||
| № п/п | Концентрация углеродных нанотрубок в водном растворе | Концентрация углеродных нанотрубок в общем объеме полиэтилентерефта лата, % масс | Кислородный индекс | |
| 1 | Образец 1 | 0 | 0 | 21 |
| 2 | Образец 2 | 3,3 | 1 | 23 |
| 3 | Образец 3 | 6,6 | 2 | 24 |
| 4 | Образец 4 | 9,9 | 3 | 26 |
| 5 | Образец 5 | 13,2 | 4 | 27 |
| 6 | Образец 6 | 16,5 | 5 | 27 |
| 7 | Образец 7 | 19,8 | 6 | 27 |
| 8 | Образец 8 | 23,1 | 7 | 27 |
| 9 | Прототип | - | 0-5% | 24-27 |
Claims (1)
- Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна, за счет модифицирования исходного полимера углеродными нанотрубками, включающего нагрев в термостатируемом смесителе до получения расплава при постоянном перемешивании и подачи на расплав углеродных нанотрубок, затвердевание полимера, получением из него в частности, дроблением, гранул, их помещением в экструдер и формованием волокна, отличающийся тем, что расплаву подвергают десятую часть полимера, отделенную от общего объема с подачей в него водного раствора углеродных нанотрубок, обработанный ультразвуком, с последующим перемешиванием полученных затвердевших гранул полимера с оставшейся частью исходного полимера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013117997/05A RU2534251C1 (ru) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013117997/05A RU2534251C1 (ru) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013117997A RU2013117997A (ru) | 2014-11-10 |
| RU2534251C1 true RU2534251C1 (ru) | 2014-11-27 |
Family
ID=53380711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013117997/05A RU2534251C1 (ru) | 2013-04-18 | 2013-04-18 | Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2534251C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389739C2 (ru) * | 2005-08-08 | 2010-05-20 | Кабот Корпорейшн | Полимерные композиции, содержащие нанотрубки |
| US7906208B2 (en) * | 2004-10-29 | 2011-03-15 | Centre National de la Recherche Scientifique—CNRS | Composite fibers including at least carbon nanotubes, methods for obtaining same and use thereof |
| RU2464176C2 (ru) * | 2007-02-21 | 2012-10-20 | Джонс Мэнвилл Юроп Гмбх | Композитные материалы, пригодные для непосредственного декорирования, способ их изготовления и их применение |
-
2013
- 2013-04-18 RU RU2013117997/05A patent/RU2534251C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7906208B2 (en) * | 2004-10-29 | 2011-03-15 | Centre National de la Recherche Scientifique—CNRS | Composite fibers including at least carbon nanotubes, methods for obtaining same and use thereof |
| RU2389739C2 (ru) * | 2005-08-08 | 2010-05-20 | Кабот Корпорейшн | Полимерные композиции, содержащие нанотрубки |
| RU2464176C2 (ru) * | 2007-02-21 | 2012-10-20 | Джонс Мэнвилл Юроп Гмбх | Композитные материалы, пригодные для непосредственного декорирования, способ их изготовления и их применение |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013117997A (ru) | 2014-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Akhtar et al. | Influence of alkaline treatment and fiber loading on the physical and mechanical properties of kenaf/polypropylene composites for variety of applications | |
| Wang et al. | Effect of surface modification on the dispersion, rheological behavior, crystallization kinetics, and foaming ability of polypropylene/cellulose nanofiber nanocomposites | |
| Matuana et al. | Study of cell nucleation in microcellular poly (lactic acid) foamed with supercritical CO2 through a continuous-extrusion process | |
| Lendvai et al. | Production and characterization of microfibrillated cellulose‐reinforced thermoplastic starch composites | |
| Zhang et al. | Thermal and mechanical properties of natural rubber composites reinforced with cellulose nanocrystals from southern pine | |
| Motloung et al. | Cellulose nanostructure-based biodegradable nanocomposite foams: A brief overview on the recent advancements and perspectives | |
| Al-Malaika et al. | Influence of processing and clay type on nanostructure and stability of polypropylene–clay nanocomposites | |
| Xiao et al. | Dispersion and mechanical properties of polypropylene/multiwall carbon nanotubes composites obtained via dynamic packing injection molding | |
| WO2007049721A1 (ja) | ポリグリコール酸樹脂粒状体組成物およびその製造方法 | |
| US9186835B2 (en) | Process for producing exfoliated and/or dispersed polymer composites and/or nanocomposites via solid-state/melt extrusion (SSME) | |
| CN104479205A (zh) | 一种石墨烯改性聚乙烯高强度复合薄型制品的注塑成型方法 | |
| Liu et al. | Effects of silica on the morphology, structure, and properties of thermoplastic cassava starch/poly (vinyl alcohol) blends | |
| CN104151768A (zh) | 导热性能优良的碳纤维增强abs树脂复合材料及制备方法 | |
| Silva et al. | Rheological and mechanical characterization of poly (methyl methacrylate)/silica (PMMA/SiO2) composites | |
| Sitticharoen et al. | Rheological and mechanical properties of silica-based bagasse-fiber-ash-reinforced recycled HDPE composites | |
| Huang et al. | The effect of talc on the mechanical, crystallization and foaming properties of poly (lactic acid) | |
| Venkatraman et al. | Premixed cellulose nanocrystal reinforcement of polyamide 6 for melt processing | |
| RU2534251C1 (ru) | Способ получения термостабильного нанокомпозитного полиэтилентерефталатного волокна | |
| Yu et al. | Preparation of poly (propylene carbonate)/nano calcium carbonate composites and their supercritical carbon dioxide foaming behavior | |
| Othman | Bamboo fiber as fillers for polypropylene-nanoclay via injection molding | |
| Cherizol et al. | Evaluation of the influence of fibre aspect ratio and fibre content on the rheological characteristic of high yield pulp fibre reinforced polyamide 11 “HYP/PA11” green composite | |
| Kandemir et al. | Experimental Investigation of Effects of the Nucleating Agent on Mechanical and Crystallization Behavior of Injection-Molded Isotactic Polypropylene | |
| Shishavan et al. | Comprehensive investigation of morphological properties of ABS/nanoclay/PMMA polymeric nanocomposite foam | |
| Kao et al. | Melt strength of calcium carbonate filled polypropylene melts | |
| Wang et al. | Rheological investigations in understanding shear‐enhanced crystallization of isotactic poly (propylene)/multi‐walled carbon nanotube composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170419 |