Способ получения элементарных нитей из полиамида с очень высокой молекулярной массой

Способ получения элементарных нитей из полиамида с очень высокой молекулярной массой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область использования изобретения

Данное изобретение относится к способу получения элементарных нитей из полиамида, например, из найлона, с очень высокой молекулярной массой. Очень высокая молекулярная масса является признаком элементарных нитей, обладающих очень высокой относительной вязкостью (RV), (ОВ), как определено в настоящем описании. Такие элементарные нити можно использовать для изготовления полиамидного штапельного волокна, особенно пригодного для промышленного применения, например, для изготовления сукон для бумагоделательных машин.

Предпосылки к созданию изобретения

Промышленно выпускаемые полиамидные элементарные нити используют, среди прочего, в качестве шинного корда, в подушках безопасности, сетях, веревках, конвейерных лентах, транспортерных сукнах, фильтрах, в качестве рыболовной лески, в технических тканях и брезентах. При использовании в виде штапельного волокна для изготовления сукон для бумагоделательных машин волокно должно обычно обладать высокой стойкостью к химическим веществам и высокой износостойкостью (например, стойкостью к истиранию, ударопрочностью и стойкостью к усталости при изгибе). Такие сукна часто подвержены окислению водными растворами, что может приводить к серьезному сокращению срока службы сукна.

В полиамиды часто добавляют стабилизаторы с целью повышения их химической стойкости. Количество стабилизатора, которое может быть введено, однако, ограничено, из-за чрезмерного вспенивания, происходящего во время полимеризации при добавлении стабилизаторов в автоклавы или в полимеризаторы непрерывного действия (ПНД).

Другой способ повышения химической стойкости и стойкости к истиранию волокна, используемого в сукнах для бумагоделательных машин, заключается в изготовлении волокна из элементарных нитей, сформованных из расплава, обладающих относительно высокой молекулярной массой, характерной для таких элементарных нитей, обладающих высокой относительной вязкостью (ОВ). Однако в прошлом, когда полиамид для изготовления таких элементарных нитей поставляли в виде полиамидной крошки, часто было сложно, если не невозможно, получить элементарные нити с желаемой высокой ОВ, в то же время сохраняя качество полимера, например, низкий уровень сшивания и/или ветвления.

Один способ повышения ОВ полиамидных элементарных нитей заключается в увеличении количества катализатора, присутствующего во время полимеризации в автоклаве, полимеризаторе непрерывного действия (ПНД) или где-либо еще в ходе осуществления процесса. Это, однако, может приводить к возникновению проблем в ходе осуществления процесса и/или проблем, связанных с качеством продукта. Сложности, например, подобные тем, с которыми сталкиваются при использовании стабилизаторов, могут иметь место при добавлении катализаторов в количествах, пригодных для увеличения молекулярной массы полимера. Кроме того, высокие количества катализаторов в автоклаве могут вызывать сильную закупорку инжекционного канала и осложнения режима инжекции во время выполнения циклов работы автоклава. Использование высоких количеств катализаторов, инжектируемых в ПНД, связано с жесткими требованиями к техническим характеристикам оборудования из-за высоких уровней нагрузки, вызываемой водой.

В патенте США № 5236652, зарегистрированном на имя Киддера (Kidder), раскрыт способ изготовления полиамидного волокна для использования его в виде штапельного волокна для изготовления сукна для бумагоделательных машин. Этот способ включает: (i) смешивание в расплавленном состоянии полиамидной крошки с добавочным полиамидным концентратом, изготовленным из полиамидной крошки и добавки, выбранной из группы, включающей: стабилизаторы, катализаторы и их смеси; и (ii) экструдирование смешанной в расплавленном состоянии смеси через фильеру для формования волокна с более высокой ОВ. Таким образом, для осуществления способа Киддера (Kidder) требуется отдельно изготавливать добавочный полиамидный концентрат, который вводят в экструдер, используемый для смешивания в расплавленном состоянии полиамидной крошки.

Другой способ повышения ОВ полиамидных элементарных нитей заключается в полимеризации в твердой фазе (ПТФ) полимера после формования элементарных нитей из расплава. В патенте США № 5234644, зарегистрированном на имя Шутца (Schutze) и др., раскрыт способ ПТФ после формования для изготовления полиамидного волокна с высокой ОВ для использования в полотнах для бумагоделательного оборудования. В этом способе, в противоположность ранее описанным способам изготовления штапельного волокна, после формования требуется выполнение дополнительной стадии ПТФ с использованием специального обрабатывающего оборудования для повышения ОВ волокна. Использование такого специального оборудования приводит к существенному повышению стоимости изготовления, а дополнительная стадия, выполняемая после формования, занимает дополнительное время для изготовления волокна. Кроме того, обеспечение равномерных свойств волокна является более сложной задачей при осуществлении стадии ПТФ после формования волокна, выполняемой в партионном режиме.

Способ изготовления полиамидных элементарных нитей с очень высокой ОВ и оборудование для его осуществления раскрыты также в патенте США № 6235390, зарегистрированном на имя Швинна и Веста (Schwinn and West). В этом способе используют кондиционирование путем полимеризации в твердой фазе (ПТФ) материалов в виде полиамидной крошки, после чего следует полимеризация в фазе расплава (ПФР) для изготовления материала, пригодного для формования элементарных нитей. В такой процедуре ПТФ используют специальный тип двойной влагопоглотительной операции сушки для кондиционирования полиамидной крошки, содержащей катализатор. Такой кондиционированный и высушенный материал в виде крошки затем подают в установку для ПФР, в которой используют плавильный экструдер и передающие трубопроводы (которые, необязательно, проходят к/и/через вспомогательный насос и коллектор) для транспортировки расплавленного полиамидного материала к аппарату для формования волокна из расплава. Использование способа и устройства согласно патенту Швинна и Веста (Schwinn/West) обеспечивает возможность изготовления элементарных нитей, обладающих ОВ, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 140. В данном патенте США № 6235390 фактически раскрыт способ изготовления элементарных нитей, обладающих значениями ОВ, достигающими 169.

Известные ранее способы получения полиамидного волокна с высокой молекулярной массой из полимеров с высокой молекулярной массой являются сложными и обладают ограничениями. Более конкретно, использование полимеров с высокой молекулярной массой, т.е. полимеров, молекулярная масса которых близка к желаемой молекулярной массе волокна, приводит к проблемам, связанным с экструдированием и подачей насосом этих полимеров, обладающих высокой вязкостью.

Транспортировка полимеров, обладающих относительно высокой вязкостью через оборудование, предназначенное для изготовления волокна, вызывает повышение температуры полимеров из-за трения. Степень повышения температуры непосредственно связана с вязкостью (которая, в свою очередь, связана с молекулярной массой) полимера. Температура повышается на каждой стадии изготовления элементарной нити, например, в экструдере, в передающих трубопроводах, в насосах передающих трубопроводов, в коллекторах трубопроводов, в дозирующих насосах для формования и в фильерных комплектах. Это справедливо для обычных способов изготовления полиамидного волокна с относительно нормальной молекулярной массой (ОВ - от 50 до 70). Эффект усиливается в способах, включающих переработку полиамидов с высокой молекулярной массой из-за значительно более высокой вязкости используемых полимеров. Повышенные температуры полимера, с которыми сталкиваются в таких способах, могут приводить в результате к деструкции полимера, таким образом реально уменьшая молекулярную массу полимера в получаемых из него элементарных нитях.

Приводя описания всех предыдущих, известных ранее, способов подготовки и изготовления полиамидных элементарных нитей с высокой ОВ, и дополнительно описывая проблемы, связанные с изготовлением полиамидных элементарных нитей с высокой ОВ, было бы целесообразным и желательным идентифицировать усовершенствованные способы эффективного изготовления элементарных нитей из полиамида, например, найлона, обладающих значениями ОВ, даже более высокими, чем описанные ранее. Такие элементарные нити с особенно высокой молекулярной массой были бы такими, которые обладают прочностью на разрыв и истирание, и химической стойкостью, чтобы их можно было бы использовать для изготовления полиамидного штапельного волокна с особенно желательными характеристиками, пригодного для промышленного использования, например, для изготовления сукон для бумагоделательных машин.

Краткое описание изобретения

Настоящим изобретением (в его аспектах, касающихся процессов обработки) предложен способ изготовления множества элементарных нитей из расплава полиамида, имеющих денье от около 2 до около 100 (от около 2,2 дтекс до около 111 дтекс); относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), превышающей приблизительно 190, и характеристиками прочности на разрыв и сохранения прочности на разрыв, которые делают такие элементарные нити особенно пригодными для использования в сукнах для бумагоделательных машин. Такой способ включает: полимеризацию в фазе расплава полиамидного материала в виде крошки до формования из него элементарных нитей. Предпочтительно, чтобы полиамидный материал в виде крошки, подлежащий полимеризации в фазе расплава, был подготовлен посредством процедуры специальной полимеризации в твердой фазе (ПТФ).

В части способа, заключающейся в полимеризации в фазе расплава (ПФР), используют кондиционированный посредством ПТФ полиамидный материал в виде крошки, обладающий относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) от около 90 до 120 и содержащий менее приблизительно 0,04 масс.% влаги, предпочтительно приготовленный согласно приведенному ниже описанию. Процедура ПФР включает стадии: A) подачу этой полиамидной крошки, полимеризированной в твердой фазе (ПТФ) при температуре от около 120°C до 200°C в невентилируемом плавильном экструдере; B) плавление крошки в плавильном экструдере с одновременным введением в точке подачи крошки в экструдер жидкого фенольного стабилизатора типа антиоксиданта, который не был предварительно смешан с полиамидным материалом; C) экструдирование расплавленного полимера, получившегося в результате плавления упомянутой крошки, из выпускного конца плавильного экструдера в передающий трубопровод, где температура расплавленного полимера в передающем трубопроводе в пределах 5 футов (2,4 м) от выпускного конца плавильного экструдера составляет от около 285°C до 295°C; D) транспортировку расплавленного полимера по передающему трубопроводу и через вспомогательный насос и коллектор, по меньшей мере, к одной фильере, по меньшей мере, одной прядильной машины; и E) формование расплавленного полимера, по меньшей мере, через одну фильеру с получением множества формуемых из расплава полиамидных элементарных нитей с высокой ОВ.

При транспортировке расплавленного полимера из плавильного экструдера к фильере температура полимера в передающем трубопроводе в пределах 5 футов (2,4 м), по меньшей мере, от одной фильеры поддерживают в диапазоне от около 295°C до около 300°C. Кроме того, во время этой передачи расплавленного полимера из плавильного экструдера к фильере, отношение a) падения давления (∆P - фунт/кв. дюйм) между вспомогательным насосом и коллектором к b) производительности по расплавленному полимеру (кг/ч) поддерживают в диапазоне от около 2,5 до 3,5.

В предпочтительном варианте осуществления способа материал в виде крошки, подвергнутый ПТФ, использованный в процессе ПФР, готовили с использованием процедуры кондиционирования определенного типа. В этой процедуре кондиционирования ПТФ используют исходный полиамидный материал в виде крошки, содержащий синтетический полиамид, пригодный для формования из расплава, и катализатор полиамидизации, диспергированный в крошке. Такой исходный материал в виде крошки обладает относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) в диапазоне от около 40 до 60. Эту исходную полиамидную крошку, полимеризированную в твердой фазе, предпочтительно кондиционируют, используя стадии: i) подачу исходной полиамидной крошки в емкость для полимеризации в твердой фазе; ii) введение в контакт этой исходной крошки в этой емкости с по существу свободным от кислорода инертным газом; iii) сушку, по меньшей мере, части инертного газа с использованием последовательно соединенной регенерирующей сушильной системы с двойным влагопоглотительным слоем таким образом, чтобы газ, вводимый в полимеризационную емкость, обладал точкой росы, составляющей не выше приблизительно 10°C; iv) нагревание инертного газа до температуры от около 120°C до 200°C; v) обеспечение циркулирования отфильтрованного, высушенного, нагретого газа через зазоры между частицами крошки в полимеризационной емкости в течение 4-24 часов; и vi) удаление из емкости и подачу в часть процесса, заключающегося в полимеризации в фазе расплава (ПФР) крошки, обладающей относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) в диапазоне от около 90 до 120. Именно эту, подвергнутую ПТФ крошку, кондиционированную таким образом, предпочтительно используют в качестве питающего материала, подаваемого в плавильный экструдер для осуществления в нем процесса ПФР.

Настоящим изобретением (в его аспектах, касающихся состава) предложен способ изготовления множества полиамидных элементарных нитей, пригодных для использования в изготовлении волокна для сукон для бумагоделательных машин. Каждая из элементарных нитей содержит синтетический, пригодный для формования из расплава полиамид и обладает: A) относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), превышающей приблизительно 190; B) денье (линейной плотностью) от около 2 до около 100 (от около 2,2 дтекс до около 111 дтекс); и C) прочностью на разрыв от около 4,0 г/денье до около 7,0 г/денье (от около 3,5 сН/дтекс до около 6,2 сН/дтекс). Такие элементарные нити также обладают определенными характеристиками сохранения прочности на разрыв в условиях, моделирующих условия, имеющие место при использовании волокна, изготовленного из таких элементарных нитей, например, в бумагоделательных сукнах.

В предпочтительных вариантах осуществления полиамид, используемый для формования элементарных нитей согласно данному изобретению, выбирают из группы, состоящей из полигексаметиленадипамида [найлона 6,6], поли-ε-капроамида [найлона 6] и их сополимеров или смесей. Также предпочтительно, чтобы множество элементарных нитей было бы <превращено> в штапельное волокно длиной от около 1,5 дюйм. до около 5,0 дюйм. (от около 3,8 см до около 12,7 см). В других предпочтительных вариантах осуществления множество элементарных нитей <превращают> в штапельное волокно с извитостью пилообразной формы со степенью извитости от около 3,5 изв./дюйм до около 18 изв./дюйм (от около 1,4 изв./см до около 7,1 изв./см).

Краткое описание чертежей

Изобретение может быть более полно понято после ознакомления с его последующим подробным описанием в сочетании с прилагаемыми чертежами, кратко описанными следующим образом:

на фиг.1 представлена схематическая иллюстрация аппарата для полимеризации в твердой фазе полимерной крошки;

на фиг.2 - схематическая иллюстрация части технологической линии для изготовления волокна, где крошку подают в невентилируемый плавильный экструдер, расплавляют и экструдируют в передающий трубопровод, транспортируют по передающему трубопроводу, через вспомогательный насос и коллектор, по меньшей мере, к одной фильере, формуют элементарные нити, собирают в жгуты и укладывают в контейнер для хранения;

на фиг.3 - схематическая иллюстрация части технологической линии для изготовления волокна, где жгуты извлекают из множества контейнеров для хранения, собирают в холстик, вытягивают, гофрируют и режут для получения извитого штапельного волокна.

В последующем подробном описании и на всех чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание способа изготовления промышленно выпускаемых полиамидных элементарных нитей с высокой относительной вязкостью (ОВ), например, для использования в сукнах для бумагоделательных машин и штапельных волокон для других видов применения. Изобретение дополнительно направлено на создание способов, которые предпочтительно включают процесс полимеризации в твердой фазе (ПТФ) полиамидной крошки и процесс последующей полимеризации в фазе расплава (ПФР) расплавленной крошки и прядение из расплавленного полимера промышленно выпускаемых элементарных нитей с высокой ОВ. Соответственно данным изобретением предложены усовершенствования способов и элементарных нитей, раскрытых в патенте США № 6235390, включенном в его полном объеме в настоящее описание путем ссылки.

Используемый в настоящем описании термин «полимеризация в твердой фазе» или «ПТФ» означает повышение ОВ полимера, находящегося в твердом состоянии. Термин «повышение относительной вязкости (ОВ) полимера», также используемый в настоящем описании, рассматривается здесь как синоним выражения «повышение молекулярной массы полимера». Кроме того, термин «полимеризация в фазе расплава» или «ПФР», используемый в настоящем описании, означает повышение ОВ (или молекулярной массы) полимера, находящегося в жидком состоянии.

Промышленно выпускаемые элементарные нити с высокой ОВ

Настоящее изобретение относится к изготовлению промышленно выпускаемых элементарных нитей с высокой ОВ. Термин «промышленно выпускаемые элементарные нити», используемый в настоящем описании, означает любые элементарные нити, обладающие относительной вязкостью (ОВ) (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей, по меньшей мере, около 70; денье (линейной плотностью), составляющей, по меньшей мере, около 2 (около 2,2 дтекс); и прочностью на разрыв, составляющей от около 4,0 г/денье до около 11,0 г/денье (от около 3,5 сН/дтекс до около 9,7 сН/дтекс).

Полимер, пригодный для использования согласно способу, и элементарные нити согласно данному изобретению состоят из синтетического полимера, пригодного для формования из расплава. Такие полимеры могут содержать полиамидные гомополимеры, сополимеры и их смеси, являющиеся преимущественно алифатическими, т.е. такими, в которых менее 85% амидных связей полимера являются связями с двумя ароматическими кольцами. Широко используемые полиамидные полимеры, например: полигексаметиленадипамид, представляющий собой найлон 6,6, и поли-ε-капроамид, представляющий собой найлон 6, и их сополимеры и смеси, можно использовать согласно изобретению. Другими полиамидными полимерами, которые можно преимущественно использовать, являются найлон 12, найлон 4,6, найлон 6,10, найлон 6,12, найлон 12,12 и их сополимеры и смеси. Показательными полиамидами и сополиамидами, которые можно использовать в способе согласно данному изобретению, являются полимеры, описанные в патентах США № 5077124, № 5106946 и № 5139729 (каждый из которых зарегистрирован на имя Коуфера (Cofer) и др.), и смеси полиамидных полимеров, раскрытые Гутманом (Gutmann) в журнале Chemical Fibers International («Международный журнал по химическим волокнам»), стр. 418-420, том 46, декабрь 1996 г. Все эти публикации включены в настоящее описание путем ссылки.

Элементарные нити, описанные в настоящей заявке, могут содержать один или большее число катализаторов полиамидизации. Катализаторы полиамидизации, пригодные для использования в процессе полимеризации в твердой фазе (ПТФ) и/или в процессе полимеризации в фазе расплава (переплава) (ПФР), которые можно осуществлять при изготовлении элементарных нитей в этом случае, являются кислородосодержащими фосфорными соединениями, включающими вещества, описанные в патенте США № 4568736, зарегистрированном на имя Куратоло (Curatolo) и др., например: фосфористую кислоту; фосфонововую кислоту; алкил- и арилзамещенные фосфоновые кислоты; гипофосфористую кислоту; алкил-, арил и алкил-/арилзамещенные фосфинные кислоты; фосфорную кислоту; а также алкиловые, ариловые и алкиловые/ариловые эфиры, соли металлов, соли аммония и соли алкиламмония этих различных фосфоросодержащих кислот. Примеры пригодных катализаторов включают: X(CH₂)_n PO₃R₂, где X выбирают из 2-пиридил, -NH₂, NHR' и N(R')₂, n= от 2 до 5, R и R' независимо являются H или алкил; 2-аминоэтилфосфоновая кислота, толуилфосфинат калия или фенилфосфинная кислота. Предпочтительные катализаторы содержат: 2-(2'-пиридил) этилфосфоновую кислоту и гипофосфитые соли металлов, включающие гипофосфит натрия и марганца. Полезным может быть добавление основания, например, бикарбоната щелочного металла с катализатором для минимизации термической деструкции, как это описано в патенте США № 5116919, зарегистрированном на имя Бузинкая (Buzinkai) и др.

Эффективное количество катализатора (катализаторов) обычно диспергируют в полиамидном материале. Обычно катализатор добавляют и, таким образом, он присутствует в количестве от около 0,2 мол. до около 5,0 мол. на миллион грамм (мол./млн. г) полиамида (обычно от около 5 промиль до 155 промиль в расчете на полиамид). Предпочтительно катализатор добавляют в количестве от около 0,4 мол. до около 0,8 мол. на миллион грамм (мол./млн. г) полиамида (от около 10 промиль до 20 промиль в расчете на полиамид). Этим диапазоном обеспечивают промышленно пригодные скорости полимеризации в твердой фазе и/или полимеризации в фазе переплава в условиях согласно настоящему изобретению, в то же время минимизируя вредные воздействия, которые могут иметь место при использовании катализатора на более высоких уровнях, например, повышение давления в фильерном комплекте во время последующего формования.

Для обеспечения эффективной полимеризации в твердой фазе необходимо, чтобы катализатор амидирования был диспергирован в исходной полиамидной крошке. Особенно обычный способ добавления катализатора полиамидизации заключается во введении катализатора в раствор ингредиентов полимера, в котором начинается полимеризация, например, путем добавления в раствор соли, например, в раствор адипита гексаметилендиаммония, используемого при изготовлении найлона 6,6.

Полиамидный материал, используемый для изготовления элементарных нитей с высокой ОВ, может также содержать фенольный, например, заторможенный фенольный стабилизатор типа антиоксиданта, который добавляют особенным образом и в особенных местах во время полимеризации в фазе расплава, как это описано ниже. Класс пригодных фенольных стабилизаторов типа антиоксиданта, используемых в данном изобретении, включает алкилзамещенные и/или арилзамещенные фенолы и их смеси.

Предпочтительными фенольными стабилизаторами типа антиоксиданта являются алкилзамещенные заторможенные фенолы. Наиболее предпочтительными добавками являются: 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол (IRGANOX^TM 1330); тетракис[метилен(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат)]метан (IRGANOX^TM 1010); (N,N'гексан-1,6-диилбис(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилпропионамид) (IRGANOX^TM 1098) или 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидрокси-,2,2-бис{[3-(3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропокси}-1,3-пропандиил эфир (ANOX^® 20).

Стабилизатор типа антиоксиданта обычно добавляют в жидком виде в полиамидный материал в экструдер для получения расплавленного полимера, содержащего от около 0,05 масс.% до около 2 масс.% стабилизатора. Более предпочтительно расплавленный полимер может содержать от около 0,1 масс.% до около 0,7 масс.% стабилизатора типа антиоксиданта. Элементарные нити, изготовленные таким образом, могут также (необязательно) содержать малые количества других обычных добавок, например: пластификаторов, матирующих веществ, пигментов, красителей, веществ, обеспечивающих светостойкость, теплостойкость, антистатиков для снижения заряда статического электричества, добавок для модификации способности к крашению, веществ для модификации поверхностного натяжения и т.д.

Полиамидные элементарные нити при этом могут обладать ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей более приблизительно 190. Более предпочтительно элементарные нити при этом могут обладать ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей более приблизительно 200. Наиболее предпочтительно элементарные нити при этом могут обладать ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей от около 202 до около 230.

Под ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) полиамидов в настоящем описании понимают отношение вязкостей раствора и растворителя, измеренных в капиллярном вискозиметре при 25°C. Растворителем является муравьиная кислота, содержащая 10 масс.% воды. Раствором является раствор, содержащий 8,4 масс.% полиамидного полимера, растворенного в растворителе. Эти испытания основаны на стандартной методике испытаний согласно ASTM D 789 (ASTM - Американское общество по испытанию материалов). Предпочтительно значение ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) определяют, испытывая сформованные элементарные нити до их вытяжки, и это значение может быть названо ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) сформованного волокна. ОВ полиамидных элементарных нитей может снижаться на величину от около 3 до около 7% в результате вытяжки при вытяжках, описанных здесь, но ОВ вытянутых элементарных нитей остается по существу такой же, как и ОВ сформованного волокна. Определение ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) сформованной элементарной нити является более точным, чем определение ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) вытянутой элементарной нити. По этой причине, для целей согласно настоящему изобретению, здесь приведены значения ОВ сформованного волокна, и их рассматривают как рациональную оценку ОВ вытянутого волокна. ОВ элементарных нитей, которую можно достичь, используя данное изобретение, превышает значения ОВ элементарных нитей, получаемых при использовании известных способов.

Элементарные нити при вытяжке обычно имеют денье (линейную плотность) элементарной нити (ЛПЭН), составляющую от около 2 до около 100 (от около 2,2 дтекс до около 111 дтекс). Более предпочтительно элементарные нити при вытяжке здесь имеют денье (линейную плотность) элементарной нити (ЛПЭН) от около 10 до около 40 (от около 11,1 дтекс до около 44,4 дтекс). Эти значения линейной плотности предпочтительно измеряют согласно методике определения линейной плотности по стандарту ASTM D 1577.

Элементарные нити при вытяжке обычно обладают прочностью на разрыв от около 4,0 г/денье до около 7,0 г/денье (от около 3,5 сН/дтекс до около 6,2 сН/дтекс). Предпочтительно элементарные нити обладают прочностью на разрыв от около 4,5 г/денье до около 6,5 г/денье (от около 4,0 сН/дтекс до около 5,7 сН/дтекс). Кроме того, предпочтительно доля (в процентах) сохраненной прочности на разрыв элементарных нитей составляет (i) больше или она равна около 50% после выдерживания в течение 72 часов при температуре 80°C в погруженном состоянии в водном растворе, содержащем 1000 промиль NaOCl; или (ii) больше или она равна около 75% после выдерживания в течение 72 часов при температуре 130°C. Более предпочтительно, если элементарные нити обладают долей (в процентах) сохраненной прочности на разрыв, составляющей более приблизительно 60% после выдерживания в течение 72 часов при температуре 80°C в погруженном состоянии в водном растворе, содержащем 1000 промиль NaOCl.

В настоящем описании под термином «элементарная нить» понимают относительно гибкое, макроскопически гомогенное тело, обладающее высоким значением отношения длины к ширине его площади поперечного сечения, перпендикулярного его длине. Поперечное сечение элементарной нити может иметь любую форму, но обычно оно является круглым. В настоящем описании термины «волокно» и «элементарная нить» используют как взаимозаменяемые термины.

Элементарные нити согласно настоящему описанию могут иметь любую длину. Элементарные нити могут быть нарезаны на штапельные волокна длиной от около 1,5 дюйм. до около 5,0 дюйм. (от около 3,8 см до около 12,7 см). Кроме того, штапельное волокно может быть прямым (т.е. неизвитым) или извитым, имеющим пилообразную форму вдоль его длины со степенью извитости (т.е. количеством повторяющихся извивов на единицу длины) от около 3,5 изв./дюйм. до около 18 изв./дюйм. (от около 1,4 изв./см до около 7,1 изв./см).

Процесс полимеризации в твердой фазе (ПТФ) исходной полимерной крошки и аппарат для его осуществления

На первоначальных стадиях предпочтительного способа изготовления элементарных нитей согласно настоящему изобретению исходную полиамидную крошку подвергают процессу полимеризации в твердой фазе (ПТФ) такого исходного материала в виде крошки. Этот исходный материал в виде крошки изготовлен из полиамидного полимера, который в основе пригоден для использования в изготовлении элементарных нитей согласно настоящему изобретению.

Исходную полимерную крошку можно готовить, используя партионный или непрерывный режимы процессов полимеризации, известных в данной области техники, гранулировать, а затем подавать в аппарат для ПТФ. Как показано на фиг.1, обычным примером является хранение смеси полиамидной соли/раствора в емкости 2 для хранения соли. Смесь соли/раствор подают из емкости 2 для хранения в полимеризатор 4, например, полимеризатор непрерывного действия или партионный автоклав. Упомянутые ранее катализаторы полиамидизации можно добавлять одновременно с подачей смеси соли/раствора или раздельно. В полимеризаторе 4 смесь полиамидной соли/раствор нагревают под давлением по существу в свободной от кислорода инертной атмосфере, как это известно в данной области техники. Смесь полиамидной соли/раствор полимеризируют, преобразуя в расплавленный полимер, который экструдируют из полимеризатора 4, например, в виде жилы. Экструдируемую полимерную жилу охлаждают до твердой полимерной жилы и подают в гранулятор 6, где ее режут, формуют или гранулируют в виде полимерной крошки.

Другие термины, которые могут быть использованы для определения этого материала («крошки»), включают слова «гранулы» и «гранулят». Крошка с наиболее обычными формами и размерами пригодна для использования в настоящем изобретении. Одна обычная форма и обычный размер представляют собой форму подушечки, имеющей размеры около 3/8Ч3/8Ч0,1 дюйм. (9,5Ч9,5Ч0,25 мм). Альтернативно крошка в форме прямого цилиндра с размерами около 90Ч90 мил. (2,3Ч2,3 мм) является обычной. Таким образом, следует понимать, что исходный полиамидный материал может быть сформирован и подан в аппарат 10 для ПТФ в виде частиц других форм, отличных от «крошки», и все такие виды частиц подлежат обработке на стадии первоначальной ПТФ способа изготовления элементарных нитей согласно настоящему изобретению.

Исходная полимерная крошка содержит один или большее число катализаторов полиамидизации, описанных выше, диспергированных в крошке. Исходная крошка обладает ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей от около 40 до около 60. Более предпочтительно исходная крошка может обладать ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты), составляющей от около 45 до 55. Наиболее предпочтительно исходная крошка может обладать ОВ (по отношению к вязкости муравьиной кислоты) от около 45 до 50. Кроме того, исходная крошка может содержать различное количество абсорбированной воды.

Пригодный аппарат 10 для ПТФ содержит контур 12 для ПТФ и последовательно соединенную с ним регенерирующую сушильную систему 14 с двойным влагопоглотительным слоем. Контур 12 для ПТФ содержит емкость 16 для ПТФ и газовую систему 18.

Емкость 16 для ПТФ, иначе известная в данной области техники как кондиционер для крошки, содержит: впуск 20 для крошки для приема исходной крошки; выпуск 22 для крошки для удаления крошки после полимеризации в твердой фазе из емкости 16 для ПТФ; впуск 24 для газа для приема циркулирующего газа; и выпуск 26 для газа для выпуска газа. Впуск 20 для крошки расположен сверху емкости 16 для ПТФ. Выпуск 22 для крошки расположен снизу емкости 16 для ПТФ. Впуск 24 для газа расположен внизу емкости 16 для ПТФ, тогда как выпуск 26 для газа расположен вверху емкости 16 для ПТФ. Крошку можно подавать в виде одной порции за один раз или непрерывно во впуск 20 для крошки аппарата 10 для ПТФ. Крошку можно подавать в аппарат 10 для ПТФ при комнатной температуре или в предварительно нагретом состоянии. В предпочтительном варианте осуществления емкость 16 для ПТФ может содержать до около 15000 фунтов (6800 кг) крошки.

Газовая система 18 предназначена для обеспечения циркуляции по существу свободного от кислорода инертного газа, например, азота, аргона или гелия, с подачей его во впуск 24 для газа, пропуском через зазоры между частицами крошки, таким образом, чтобы обеспечивать контакт газа с крошкой в емкости 16 для ПТФ, и последующим выпуском из выпуска 26 для газа. Таким образом, обеспечивают циркуляцию газа в направлении вверх через емкость 16 для ПТФ против направления движения потока крошки при непрерывном способе подачи крошки во впуск 20 для крошки и удалении крошки через выпуск 22 для крошки из емкости 16 для ПТФ. Предпочтительным газом является азот. Можно также использовать газовые среды, содержащие другие газы, например азот с низким уровнем содержания углекислого газа. В настоящем описании изобретения под термином «газ, по существу свободный от кислорода» понимают газ, содержащий самое большее около 5000 промиль кислорода, если он предназначен для использования при температурах порядка 120°C, и содержащий самое большее около 500 промиль кислорода, если он предназначен для использования при температурах, приближающихся к 200°C, и содержащий не более нескольких сотен промиль кислорода при некоторых видах применения, очень сильно восприимчивых к окислению.

Газовая система 18 содержит: фильтр 28 для отделения и удаления пыли и/или мелких полимерных частиц из газа; газодувку для обеспечения циркуляции газа; нагреватель 32 для нагрева газа; и первый трубопровод 34, которым соединены последовательно и в следующем порядке: выпуск 26 для газа, фильтр 28, нагнетательный вентилятор 30, нагреватель 32 и впуск 24 для газа.

Фильтр 28 предназначен для удаления мелкой пыли, обычно, содержащей летучие олигомеры, удаленные из крошки и затем осаждающиеся при охлаждении газа. Пригодным фильтром 28 является циклон для отделения частиц, в котором циркулирующий газ направляют на плиту, вызывая выпадение твердых частиц, например, описанный на стр. 20-81 - 20-87 «Руководства для инженеров- химиков» (Chemical Engineers' Handbook), пятое издание, авторов Robert H. Perry и Cecil H. Chilton; издательство McGraw-Hill Book Company, (США, штат Нью-Йорк, г. Нью-Йорк); опубликованого в 1973 г. Альтернативно фильтры, улавливающие частицы номинального размера 40 мкм или менее, достаточны для удаления мелкого порошка, который может образовываться в ходе осуществления процесса. Предпочтительно удалять летучие олигомеры до того, как газ пропускают через влагопоглотительные слои сушильной системы 14, так как они могут быть пожароопасными во время регенерирования влагопоглотителя.

Предпочтительно нагнетательный вентилятор 30 приспособлен к пропуску по существу постоянного количества газа в единицу времени через емкость 16 для ПТФ, при одновременном поддержании давления газа в сушильной системе 14 на уровне от около 2 фунт./кв. дюйм до около 10 фунт./кв. дюйм (от около 14 кПа до около 70 кПа) и поддержании потока газа и избыточного давления в емкости 16 для ПТФ. В нагнетательном вентиляторе циркулирующий газ может нагреваться на несколько градусов Цельсия или более в зависимости от качества изготовления и модели используемого нагнетательного вентилятора 30. В предпочтительном варианте осуществления нагнетательный вентилятор 30 приспособлен к обеспечению циркуляции газа через емкость 16