專利名稱：生產(chǎn)聚吲哚無紡織物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚吲哚聚合物制品，更具體地說，涉及聚吲哚纖維的織物。
無紡織物是已知的材料，它們含有通過機械纏結(jié)以無規(guī)網(wǎng)狀或墊的形式或者通過熱塑性纖維熔融或者通過用粘合介質(zhì)如淀粉、動物膠、干酪素、橡膠、乳膠、纖維素衍生物或合成樹脂使纖維粘合的方法保持在一起的紡織纖維組件。聚吲哚纖維是已知的纖維，它們通過以下步驟來制備將聚吲哚紡絲原液擠壓出長絲，長絲通過空氣間隙拉伸，將長絲合并成復(fù)絲結(jié)構(gòu)，然后在足以從長絲中除去酸溶劑和水的條件下洗滌和干燥此結(jié)構(gòu)。因此需要一種有效制備聚吲哚無紡織物的方法。
在一方面，本發(fā)明涉及一種制備聚吲哚長絲的無紡織物的連續(xù)方法，該法包括同時紡絲至少兩個聚吲哚紡絲原液長絲，然后將長絲混合和沉積在基本上平面的凝聚面(collecting surface)上。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法提供了一種連續(xù)在線制備無紡聚吲哚織物的方法，該法可使聚吲哚紡絲原液以很高的速度擠壓出，因為該在線過程的速度不會有那種單絲洗滌和干燥都要在一條在線過程中完成而對線速度的限制。另外，因為織物以比單纖維慢得多的速度通過洗滌和干燥設(shè)備，可能只需要很少的洗滌和干燥室就能有效地洗滌和干燥織物。從以下的說明中，本發(fā)明的這些優(yōu)點和其它一些優(yōu)點將變得十分清楚。
參考附

圖1和2將有助于對本發(fā)明的理解，圖1和2說明本發(fā)明方法的兩個實施方案。
在本發(fā)明的方法中，將兩種或兩種以上聚吲哚紡絲原液長絲擠壓到基本上平面的凝聚面上。用于本發(fā)明方法的聚吲哚長絲可通過含有聚吲哚聚合物的紡絲原液紡絲制得。這里使用的“聚吲哚”指聚苯并噁唑(PBO)均聚物、聚苯并噻唑(PBT)均聚物，以及PBO和PBT的無規(guī)、順序或嵌段共聚物。聚苯并噁唑、聚苯并噻唑以及它們的無規(guī)、順序或嵌段共聚物例如在以下專利中公開，US4703103(1987年10月27日，Wolfe等)，“液晶聚合物組合物、方法和產(chǎn)品”；US4533692(1985年8月6日)，“液晶聚合物組合物、方法和產(chǎn)品”；US4533724(1985年8月6日)，“聚(2，6-苯并噻唑)液晶組合物、方法和產(chǎn)品”；US4533693(1985年8月6日)，“液晶聚合物組合物、方法和產(chǎn)品”；US4539567(1982年11月16日，Evers)，“熱氧化穩(wěn)定的接合的對苯并二噁唑和對苯并二噻唑聚合物”；以及US4578432(1986年3月25日，Tsai)，“制備雜環(huán)嵌段共聚物的方法”。
優(yōu)選這樣選擇PBZ聚合物中的結(jié)構(gòu)單元，以致使聚合物是親液性液晶。優(yōu)選的單體單元用下式I～VIII說明。聚合物更優(yōu)選基本上由選自以下說明的單體單元組成，最優(yōu)選基本上由順-聚苯并噁唑、反-聚苯并噁唑或反-聚苯并噻唑組成。
順-聚苯并噁唑聚〔苯并(1，2-d5，4-d’)雙噁唑-2，6-二基-1，4-亞苯基〕
反-聚苯并噁唑聚〔苯并(1，2-d4，5-d’)雙噁唑-2，6-二基-1，4-亞苯基〕
反-聚苯并噻唑
順-聚苯并噻唑
AB-PBO聚(2，5-苯并噁唑)
聚(2，5-苯并噻唑)
AB-PBO聚(2，6-苯并噁唑)和
聚(2，6-苯并噻唑)可用已知的方法合成適合的聚吲哚聚合物或共聚物和紡絲原液，例如以下專利公開的US4533693(1985年8月6日，Wolfe等)；US4772678(1988年9月20日，Sybert等)；US4847350(1989年7月11日，Harris)和US5089591(1992年2月18日，Gregory等)?？傊?，適合的單體在非氧化的和脫水的酸(酸溶劑)的溶液中，在非氧化氣氛中，在劇烈混合和高剪切下以及在這樣的反應(yīng)下反應(yīng)，所述的溫度從不大于約120℃階式或直線式上升到至少190℃。對于制備PBZ聚合物紡絲原液適合的溶劑包括甲酚和非氧化酸。適合的酸溶劑的例子包括多磷酸、甲磺酸和高濃度硫酸或其混合物。優(yōu)選的是，溶劑酸是多磷酸或甲磺酸，而最優(yōu)選的是多磷酸。
聚合物在溶劑中的濃度優(yōu)選至少7％(重量)，更優(yōu)選至少10％(重量)，最優(yōu)選至少13％(重量)。最高濃度受一些實際的操作因素限制，如聚合物的溶解性和紡絲原液的粘度等。聚合物的濃度通常不超過30％(重量)，優(yōu)選不大于約20％(重量)。氧化抑制劑、去光澤劑、著色劑和防靜電劑也可加到紡絲原液中。
在紡絲前，聚吲哚聚合物的溶液可儲存一段時間。但是，特別希望采用連續(xù)聚合、直接紡絲的方法，其中聚合連續(xù)進行，而紡絲原液在沒有預(yù)先儲存的條件下直接送到紡絲設(shè)備。本發(fā)明的方法優(yōu)選以連續(xù)的方式進行，其紡絲速度至少約50米/分鐘。紡絲速度更優(yōu)選至少約200米/分鐘，更優(yōu)選至少約400米/分鐘，最優(yōu)選至少約600米/分鐘。
由于大多數(shù)聚吲哚紡絲原液有高的拉伸粘度，為了有效地擠壓出紡絲原液，優(yōu)選將牽引張力加到長絲上。牽引張力優(yōu)選至少約1克/旦，更優(yōu)選至少約3克/旦，但優(yōu)選不大于約10克/旦，更優(yōu)選不大于約5克/旦。因為使用空氣或氣體吸絲器難以達到這一水平，長絲優(yōu)選用液體流的吸絲器來牽引，以降低在吸絲器中的空氣壓力(下文稱“液體吸絲器”)，然后將長絲沉積在集束設(shè)備上。另一方面，可使用一組裝在紡絲模頭和吸絲器之間的牽引輥來牽引長絲，然后再用氣體吸絲器或液體吸絲器使長絲沉積在集束設(shè)備上。優(yōu)選的是，吸絲器相對于集束設(shè)備成擺動形式運動，以便更有效和均勻地將纖維分散在設(shè)備表面上。
長絲擠壓出以后，它們混合和沉積在基本上平面的凝聚面上。長絲可用任何適合的方法混合，例如使長絲通過使用吸絲器產(chǎn)生紊流的設(shè)備及牽引或輸送長絲通過這一設(shè)備到凝聚面。
如果使用吸絲器設(shè)備，如果需要的話，吸絲器氣體或液體的溫度可升到室溫以上，使紡絲原液軟化，這可使長絲彼此接觸時粘合在一起。在這樣的情況下，當長絲隨后洗滌和干燥時，長絲會繼續(xù)粘合在一起，得到比不用這一方法得到的織物有更大剛性的織物。如果在吸絲器中使用加熱的液體，優(yōu)選的液體不是紡絲原液中所含酸的溶劑，以致在長絲沉積在凝聚面上以前酸不會被除去。如果吸線器液體是酸的溶劑，如水，那么當長絲通過吸絲器時一部分溶劑可除去，紡絲原液長絲在它沉積在集束設(shè)備上以后不會那么有效的粘合?？墒褂玫募炔皇撬嵋膊皇荘BZ聚合物的溶劑的流體例子是亞烷基二醇。流體通過吸絲器的流速優(yōu)選至少為約20米/秒。
紡出的長絲沉積在基本上平面的凝聚面上。長絲首先通過可用來使長絲導(dǎo)向基本上平面的凝聚面上的吸絲器或其他設(shè)備。雖然凝聚面應(yīng)基本上是平的和水平的，足以保留擠壓出的紡絲原液，但它可由柔軟的材料如網(wǎng)狀輸送帶制成，而且不是象在纖維紡絲法中通常使用的導(dǎo)絲輥。任何一種固體材料都可用來制作凝聚面，但優(yōu)選在化學上耐聚吲哚紡絲原液中的酸以及在生產(chǎn)過程可能暴露的任何氣體或液體的作用的材料。
聚吲哚長絲優(yōu)選沉積在凝聚設(shè)備上，其量和所用條件下足以形成平均寬度至少約1厘米的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)物。但是，從加工的觀點看，制備寬得多(如至少約0.2米)的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)物更為有效，以致相應(yīng)可得到更寬的無紡織物。
長絲沉積在集束設(shè)備上后，它可用通常用于制造聚吲哚纖維的方法進行洗滌和干燥。長絲優(yōu)選洗滌除去存在于紡絲原液中的約80％溶劑酸，更優(yōu)選至少約90％，最優(yōu)選至少約95％。適合的洗液的例子包括水、甲醇以及溶劑酸的水溶液。如果溶劑酸是多磷酸，長絲優(yōu)選洗滌至殘留多磷酸含量小于約8000ppm，更優(yōu)選小于約5000ppm。長絲優(yōu)選干燥至水含量小于3.0％(重量)，較優(yōu)選小于2.0％(重量)，更優(yōu)選小于1.0％(重量)，最優(yōu)選小于0.5％(重量)，任何一種適合的干燥設(shè)備都可使用。如果需要，長絲也可如在US5288442中公開的那樣進行熱處理，以提高其抗拉模量。
現(xiàn)參見圖1，表示了這樣一套設(shè)備，它有紡絲頭(1)，它正通過急冷室(2)、在一對聚四氟乙烯涂布的導(dǎo)絲輥(3)上、通過壓縮空氣吸絲器(4)紡絲，長絲并凝集在網(wǎng)狀輸送帶(5)上。長絲然后通過一系列洗滌槽(6)、(7)和(9)，以及中和槽(8)。經(jīng)洗滌的長絲然后通過干燥器(10)，并將生成的無紡織物卷在卷輥(11)上。參見圖2，表示了這樣一套設(shè)備，它有紡絲頭(12)，它正通過急冷室(13)、水流吸絲器(14)紡絲，長絲并收集在網(wǎng)狀輸送帶(15)上。長絲然后通過一系列洗滌槽(16)、(17)和(19)以及中和槽(18)。經(jīng)洗滌的長絲然后通過干燥器(20)，并將生成的無紡織物卷在卷輥(21)上。
通過洗滌和干燥本發(fā)明加工的長絲制得的無紡織物是聚吲哚長絲的無規(guī)網(wǎng)狀物或墊。當長絲以高速沉降在集束設(shè)備上時，它們相互混合在一起。它們也可在通過吸絲器時相互混合在一起。相互混合使長絲相互機械纏結(jié)，當它們被洗滌和干燥時，仍然相互混合。拉伸和相互混合過程可使長絲在沉積前或沉積時周期性斷裂，雖然這樣的斷裂不會嚴重影響這一過程?？椢锵礈旌透稍锖?，如果需要可用針穿孔器、水穿孔器或適合這一目的的其他軋光設(shè)備進一步提高長絲的機械相互纏結(jié)。如果紡絲原液長絲在紡絲原液變軟的溫度如約80℃以上沉積，那么長絲就會相互粘合，甚至在長絲經(jīng)洗滌和干燥以后，它也起到使織物保持在一起的作用。另外，如果需要的話，在織物洗滌和干燥以后，也可將粘合劑涂到織物上。
根據(jù)本發(fā)明的方法，長絲洗滌和干燥制得的聚吲哚無紡織物有良好的耐熱性、撕裂功率、撕裂強度、絕緣性、耐磨性和阻燃性。長絲的抗拉強度優(yōu)選至少約25克/旦，抗拉模量優(yōu)選至少約700克/旦。如果織物在至少約350℃下熱處理，長絲的抗拉模量可增加到大于1500克/旦。
以下實施例用來說明本發(fā)明，而不應(yīng)看成以任何方法對本發(fā)明的限制。除非另外說明，所有的份數(shù)和百分數(shù)都以重量表示。
實施例1由二鹽酸4，6-二氨基-1，3-苯二醇和對苯二甲酸制備聚苯并惡唑在多磷酸中的溶液。紡絲原液的P2O5含量為83.17％，如在甲磺酸中在30℃下所測量，特性粘度為24.4dl/g，它用US4533693中公開的方法制備。紡絲原液通過金屬篩過濾器，并在雙螺桿擠塑機中脫氣。升高壓力，用計量泵將紡絲原液送到紡絲頭并加熱到170℃。在170℃下紡絲原液通過有334個噴絲孔的噴絲板紡絲，然后在急冷室中冷卻到60℃。長絲在一對用聚四氟乙烯處理過表面的傳動導(dǎo)絲輥拉伸，速度為200米/分鐘。然后長絲通過吸絲器拉伸，壓縮空氣送入吸絲器，然后長絲沉積在以20厘米/分鐘運動的網(wǎng)狀輸送帶上。然后在溫度保持在22±2℃的10％多磷酸水溶液中洗滌。長絲然后在水槽中洗滌，再浸入0.1N的氫氧化鈉溶液中進行中和。然后長絲在水槽中洗滌，并在190℃下干燥5分鐘。生成的無紡織物的重量為55克/米2，水含量為0.8％。從織物中取出20根單絲以測定其平均物理性質(zhì)，性質(zhì)如下1.5旦長絲、35克/旦抗拉強度、800克/旦抗拉模量、4.5％伸長率。
實施例2用實施例1描述的步驟制備聚苯并惡唑長絲，不同的是急冷室溫度為80℃。擠壓出的長絲用水吸絲器拉伸，然后沉積在網(wǎng)狀輸送帶上。然后用實施例1描述的步驟洗滌、干燥和中和長絲。從織物上取20根單絲以測定其平均物理性質(zhì)，性質(zhì)如下2.5旦長絲、33克/旦抗拉強度、800克/旦抗拉模量、4.4％伸長率。
權(quán)利要求
1.一種制備聚吲哚長線無紡織物的連續(xù)方法，該法包括同時紡絲至少兩種聚吲哚紡絲原液長絲和將長絲沉積在基本上平面的凝聚面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中聚吲哚是聚苯并噁唑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中聚吲哚是聚苯并噻唑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該法還包括洗滌和干燥沉積的長絲的附加步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中紡出的長絲在沉積在凝聚面上以前用液體吸絲器拉伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中紡出的長絲在沉積在凝聚面上以前用一對傳動的導(dǎo)絲輥拉伸。
全文摘要
一種生產(chǎn)聚吲哚長線無紡織物的方法，該法包括從噴絲頭(1)通過急冷室(2)、導(dǎo)線輥(3)、吸絲器(4)同時紡出至少兩種聚吲哚紡絲原液長絲，和將長絲混合和沉積在基本上平面的凝聚面(5)上。
文檔編號D01F6/74GK1154725SQ95194477
公開日1997年7月16日 申請日期1995年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月2日
發(fā)明者矢吹和之 申請人:陶氏化學公司