RU2111300C1 - Method of production of nonwoven fibrous-porous material - Google Patents

Abstract

FIELD: production of nonwoven fibrous-porous materials in electrostatic field. SUBSTANCE: method consists in continuous supply through nozzle of electrically charged polymer solution containing cellulose diacetate and polyvinyl pyrolidone in weight ratio of (4-10):1, respectively, and mixture of solvents - ethyl acetate and lower alcohol in weight ratio of (3-5):1, respectively, with 5-15% concentration of solution, precipitation of fibers onto grounded receiving surface, vacuum drying of formed fibers at temperature of 30-50 C and vacuum of at least, 10 $$$ mm Hg (1.33 Pa) with subsequent removal of material from receiving surface. EFFECT: provision of production of materials with high porosity and high moisture absorption. 2 cl, 1 tbl

Description

Translated fromRussian

Изобретение касается получения нетканых волокнисто-пористых материалов в электростатическом поле. The invention relates to the production of nonwoven fibrous-porous materials in an electrostatic field.

Известен способ получения полимерных волокон и нетканого материала из них, при котором волокна через капилляры вытягивают из волокнообразующей жидкости внешним электрическим полем с последующей укладкой их на приемную поверхность [1] . Однако из-за неоднородности напряженности электрического поля наблюдаются повышенная обрывность и неоднородность волокон по толщине. В формуле изобретения указанного патента волокнообразующие жидкости не конкретизируются. A known method of producing polymer fibers and non-woven material from them, in which the fibers through the capillaries are pulled from the fiber-forming liquid by an external electric field with their subsequent laying on the receiving surface [1]. However, due to the heterogeneity of the electric field strength, increased breakage and heterogeneity of the fibers in thickness are observed. In the claims of the said patent, fiber-forming liquids are not specified.

Волокна улучшенного качества - более однородные, с пониженной обрывностью, и нетканые материалы из них, применяемые как покрытия, могут быть получены пропусканием электрически заряженного полимерного раствора через насадку, осаждением волокна на заземленную приемную поверхность с последующей химической или физической обработкой (если они необходимы) образовавшегося покрытия. В качестве полимеров, образующих прядильные растворы, заявлены желатин, ацетилцеллюлоза и предполимеры полиамида или полиуретана [2]. Сведения о свойствах материалов в патенте не приводятся, однако исходя из свойств названных полимеров и назначения материалов, работающих как покрытия, можно утверждать, что они должны характеризоваться достаточной прочностью (и, следовательно, плотностью), водостойкостью и т.п. Fibers of improved quality are more homogeneous, with reduced breakage, and nonwoven materials from them, used as coatings, can be obtained by passing an electrically charged polymer solution through a nozzle, by depositing the fiber on a grounded receiving surface, followed by chemical or physical processing (if necessary) of the resulting coverings. Gelatin, cellulose acetate and prepolymers of polyamide or polyurethane are claimed as polymers forming spinning solutions [2]. Information on the properties of materials is not given in the patent, however, based on the properties of the mentioned polymers and the purpose of the materials working as coatings, it can be argued that they should be characterized by sufficient strength (and, therefore, density), water resistance, etc.

Техническая задача изобретения состоит в получении волокнисто-пористого материала с повышенными пористостью и влаговпитываемостью, применяющегося самостоятельно или в комбинации с другими материалами для изготовления гигиенических или медицинских салфеток и тампонов. The technical task of the invention is to obtain a fibrous-porous material with increased porosity and moisture absorption, used alone or in combination with other materials for the manufacture of sanitary or medical napkins and tampons.

Для достижения указанного технического результата в способе получения нетканого волокнисто-пористого материала непрерывным пропусканием электрически заряженного полимерного раствора через насадку, осаждением волокна на заземленную приемную поверхность с последующей физической обработкой и удалением с приемной поверхности образовавшегося материала в качестве полимерного раствора применяют раствор, содержащий диацетат целлюлозы и поливинилпирролидон в массовом соотношении (4-10):1 соответственно, этилацетат и низший одноатомный спирт при их массовом соотношении (3-5):1 соответственно при концентрации раствора 5-15%, причем после осаждения волокна проводят вакуумную сушку при температуре 30 - 50^oC и вакууме не менее 10^-2 мм рт.ст. (1,33 Па).To achieve the technical result, in the method for producing a nonwoven fibrous-porous material by continuously passing an electrically charged polymer solution through a nozzle, depositing the fiber on a grounded receiving surface, followed by physical processing and removing the resulting material from the receiving surface, a solution containing cellulose diacetate is used as a polymer solution and polyvinylpyrrolidone in a mass ratio (4-10): 1, respectively, ethyl acetate and lower monoatomic sp Irt at their mass ratio (3-5): 1, respectively, at a solution concentration of 5-15%, and after the deposition of the fibers, vacuum drying is carried out at a temperature of 30 - 50^o C and a vacuum of at least 10^-2 mm RT.article (1.33 Pa).

В качестве низшего одноатомного спирта используют метиловый или этиловый спирты (последний предпочтителен). As the lower monohydric alcohol, methyl or ethyl alcohols are used (the latter being preferred).

Процесс ведут при напряжении на прядильной гребенке 30 - 100 кВ. The process is carried out at a voltage on the spinning comb 30 - 100 kV.

Осажденное на заземленную поверхность микроволокно (диаметр волокна 0,5 - 3 мкм) образует равномерный по толщине и однородный по структуре высокопористый слой (пористость 90-97%) волокнистого нетканого материала. Толщина слоя зависит от скорости дозирования прядильного раствора и времени работы. Microfibre deposited on a grounded surface (fiber diameter 0.5 - 3 μm) forms a uniformly thick and uniformly highly porous layer (porosity 90-97%) of a fibrous nonwoven material. The layer thickness depends on the dosing rate of the dope solution and the operating time.

Приемная осадительная поверхность может быть выполнена в виде непрерывной движущейся транспортерной ленты или в виде вращающихся поступательно движущихся барабанов, а насадка - в виде форсунки или вращающейся чашки. The receiving precipitation surface can be made in the form of a continuous moving conveyor belt or in the form of rotating progressively moving drums, and the nozzle in the form of a nozzle or a rotating cup.

Изобретение иллюстрируется представленными ниже примерами, в которых использованы следующие исходные реагенты:
диацетилцеллюлоза для ацетатного шелка на основе древесной целлюлозы (ГОСТ 7730 - 89);
поливинилпирролидон с молекулярной массой 12600±2700 и 35000±5000 (фармокопейные статьи ФС-42-2238-84; ФС 42-1194-78 с изменением N 1, 2);
этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат) марки "ХЧ" (ГОСТ 22300-86);
этиловый спирт (этанол) ректификованный марки "Экстра" (ГОСТ 18300-87);
метиловый спирт (метанол) (ГОСТ 222-78).The invention is illustrated by the examples below, in which the following starting reagents were used:
diacetyl cellulose for acetate silk based on wood pulp (GOST 7730 - 89);
polyvinylpyrrolidone with a molecular weight of 12600 ± 2700 and 35000 ± 5000 (pharmacopoeial articles FS-42-2238-84; FS 42-1194-78 with a change ofN 1, 2);
ethyl acetate (ethyl acetate) of the brand "ChP" (GOST 22300-86);
rectified ethyl alcohol (ethanol) of the Extra brand (GOST 18300-87);
methyl alcohol (methanol) (GOST 222-78).

Пример 1. Раствор, содержащий 8 мас.% диацетилцеллюлозы, 2 мас.% поливинилпирролидона, 75 мас.% этилацетата и 15 мас.% этилового спирта, непрерывно пропускают через капиллярные гребенки из 10 дозирующих капилляров с объемной скоростью истечения 0,55 см³/мин через каждый капилляр, установленных на расстоянии 40 см от поверхности осадительного заземленного электрода в виде вращающегося вокруг своей горизонтальной оси цилиндрического барабана. На прядильную гребенку, соединенную электрически с полимерным раствором, подают напряжение 50 кВ. Каждый капилляр обдувают потоком воздуха, насыщенного парами растворителя, с объемной скоростью 0,05 м³/мин. При этом из капилляров вытягиваются заряженные струйки раствора, которые в виде сухого волокна диаметром 1,5 мкм осаждаются на поверхность барабана. За время работы установки в течение 40 мин на поверхности барабана сформировался равномерный слой нетканого волокнисто-пористого материала в виде холста, который подвергают вакуумированию при остаточном давлении 10^-4 мм рт.ст. и температуре 40^oC.Example 1. A solution containing 8 wt.% Diacetyl cellulose, 2 wt.% Polyvinylpyrrolidone, 75 wt.% Ethyl acetate and 15 wt.% Ethyl alcohol, is continuously passed through capillary combs of 10 metering capillaries with a volumetric flow rate of 0.55 cm³ / min through each capillary installed at a distance of 40 cm from the surface of the precipitating grounded electrode in the form of a cylindrical drum rotating around its horizontal axis. A voltage of 50 kV is applied to the spinning comb electrically connected to the polymer solution. Each capillary is blown with a stream of air saturated with solvent vapor at a space velocity of 0.05 m³ / min. At the same time, charged trickles of the solution are drawn from the capillaries, which are deposited on the drum surface in the form of a dry fiber with a diameter of 1.5 μm. During the operation of the installation for 40 min, a uniform layer of non-woven fibrous-porous material in the form of a canvas was formed on the drum surface, which was subjected to evacuation at a residual pressure of 10^-4 mm Hg. and a temperature of 40^o C.

Образовавшийся слой материала имеет поверхностную плотность 50 г/м² при диаметре волокна 1,5 мкм. Пористость материала 94%, влагопоглощение 1/15 г/г.The resulting material layer has a surface density of 50 g / m² with a fiber diameter of 1.5 μm. The porosity of the material is 94%,moisture absorption 1/15 g / g.

Сведения по примерам 2 - 6 представлены в таблице. Information on examples 2 to 6 are presented in the table.

Ввиду отсутствия в техническом решении по прототипу сведений по интересующим нас показателям нами в качестве контрольных примеров осуществлен способ получения волокнисто-пористых материалов в условиях, аналогичных примеру 2 предлагаемого способа, но из растворов индивидуальных полимеров - 9%-ного раствора диацетилцеллюлозы в смеси этилацетата и этилового спирта в соотношении 3:1 (пример 7) и 30%-ного раствора поливинилпирролидона в такой же смеси растворителей (пример 8). Due to the lack of information in the technical solution for the prototype of the information on the indicators we are interested in, we used as control examples a method for producing fibrous-porous materials under conditions similar to example 2 of the proposed method, but from solutions of individual polymers — a 9% solution of cellulose diacetyl in a mixture of ethyl acetate and ethyl alcohol in a ratio of 3: 1 (example 7) and a 30% solution of polyvinylpyrrolidone in the same mixture of solvents (example 8).

Как следует из представленной таблицы, в результате реализации предложенного способа получен высокопористый, быстро впитывающий влагу материал, в 2-3 раза превосходящий по влагопоглощению контрольный материал на основе диацетилцеллюлозы по примеру 7; материал по контрольному примеру 8 вообще нестоек в спирте и воде. As follows from the table, as a result of the implementation of the proposed method, a highly porous, rapidly absorbing material material is obtained that is 2-3 times higher in moisture absorption than the control material based on diacetyl cellulose in Example 7; the material of control example 8 is generally unstable in alcohol and water.

При выходе за заявленные пределы соотношений компонентов раствора и режимов вакуум-сушки поставленная техническая задача не решается:
при концентрации раствора более 15% раствор не продавливается через фильеры, а при концентрации менее 5% нарушается процесс получения волокон (имеет место обрыв нитей);
при соотношении ДАЦ:ПВП, превышающем 10:1, уменьшается влагопоглощение, а при уменьшении этого соотношения ниже 4:1 нарушается процесс получения волокна;
при соотношении ЭА:ЭС более 5:1 и менее 3:1 растворяется смесь полимеров;
вакуумирование при остаточном давлении менее 10^-2 мм рт.ст. в пределах заявленных температур значительно увеличивает время отгонки растворителя (на порядок);
вакуум-сушка при температуре более 50^oC ведет к нарушению структуры материала, а при температуре ниже 30^oC в несколько раз возрастает время отгонки растворителя.When going beyond the stated limits of the ratios of the components of the solution and the regimes of vacuum drying, the technical task is not solved:
when the concentration of the solution is more than 15%, the solution is not pressed through the spinnerets, and when the concentration is less than 5%, the process of obtaining fibers is disrupted (there is a break in the threads);
with a DAC: PVP ratio exceeding 10: 1, moisture absorption decreases, and when this ratio decreases below 4: 1, the fiber production process is disrupted;
when the ratio of EA: ES is more than 5: 1 and less than 3: 1, a mixture of polymers dissolves;
evacuation at a residual pressure of less than 10^-2 mm RT.article within the stated temperatures, significantly increases the time of distillation of the solvent (by an order of magnitude);
vacuum drying at a temperature of more than 50^o C leads to a violation of the structure of the material, and at a temperature below 30^o C several times increase the time of distillation of the solvent.

Таким образом, только сочетание заявленного качественного и количественного состава раствора и заявленных параметров процесса позволяет получить высокопористый материал, характеризующийся высоким и быстрым влагопоглощением, что подтверждает соответствие предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень". Thus, only a combination of the claimed qualitative and quantitative composition of the solution and the claimed process parameters allows one to obtain highly porous material characterized by high and rapid moisture absorption, which confirms the compliance of the proposed technical solution with the criterion of "inventive step".

Claims (2)

Translated fromRussian

1. Способ получения нетканого волокнисто-пористого материала непрерывным пропусканием электрически заряженного полимерного раствора, включающего эфир целлюлозы, через насадку, осаждением волокна на заземленную приемную поверхность с последующим удалением с нее образовавшегося материала, отличающийся тем, что полимерный раствор в качестве эфира целлюлозы содержит диацетат целлюлозы и дополнительно содержит поливинилпирролидон при массовом соотношении диацетата целлюлозы и поливинилпирролидона (4 - 10) : 1 соответственно, а в качестве растворителя - смесь этилацетата и низшего спирта в массовом соотношении соответственно (3 - 5) : 1 при концентрации раствора 5 - 15%, при этом после осаждения волокна проводят вакуумную сушку при температуре 30 - 50^oС и вакууме не менее 10^- 2 мм рт.ст. (1,33 Па).1. A method of obtaining a non-woven fibrous-porous material by continuously passing an electrically charged polymer solution including cellulose ether through a nozzle, by depositing the fiber on a grounded receiving surface, followed by removal of the formed material from it, characterized in that the polymer solution contains cellulose diacetate as cellulose ether and additionally contains polyvinylpyrrolidone at a mass ratio of cellulose diacetate and polyvinylpyrrolidone (4-10): 1, respectively, and as astvoritelya - a mixture of ethylacetate and a lower alcohol in a weight ratio respectively (3 - 5): 1 if the solution concentration is 5 - 15%, wherein after deposition of fibers is carried out by vacuum drying at a temperature of 30 - 50^o C and a vacuum of at least 10^-2 mmHg .art. (1.33 Pa). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве низшего спирта полимерный раствор содержит этиловый спирт или метиловый спирт. 2. The method according to claim 1, characterized in that as the lower alcohol, the polymer solution contains ethyl alcohol or methyl alcohol.

Images