專利名稱：涂有超吸收劑的紗的制造方法
技術領域：
本發明涉及涂有超吸收材料的紗的制造方法。
所說的紗可以用于電纜，更具體地說光學電纜，在這種方法中紗同時起增強和阻水作用。
由歐洲專利申請482,703和351,100、美國專利5,635,569和PCT申請WO 93/18223中已知有超吸收材料的紗和這種紗的制造。根據這些文獻，將紗在水-油乳液中浸漬以超吸收材料。在浸過后，將處理過的紗干燥，則在紗的內和紗的間隙周圍形成薄膜。得到的產品用作制造具有阻水性能的通訊電纜的增強材料。
但是，上述的將超吸收材料涂于電纜或紗表面的方法具有一些缺點。一個主要的缺點是在干燥紗的加工過程中釋放出有機材料，特別是異十六烷。這些有機物對環境構成不可忍受的威脅，異十六烷必須在廢氣裝置中燃燒或處理以除去。這種步驟需要昂貴的設備和消耗大量的能源。因此，最好能不用水-油乳液，而涂施水溶性材料。
用分散于含水水系統的超吸收材料浸漬芳酰胺紗的缺點是，由于超吸收材料的高粘度增加作用，均勻提供超吸收材料不是不可能的，但極為困難。另外，由于在浸漬液中超吸收材料的濃度有限，所以每次只有少量的超吸收材料涂于紗。另一缺點是，用超吸收材料涂于紗上的比較大量的浸漬液需要通過蒸發再次除去。
本發明避免了上述缺點。而且，本發明提供了具有優秀吸水能力的芳酰胺復絲，但沒有使用有機溶劑或過量的水。
本發明包括了涂有溶脹值至少60并具有能夠吸收和保持大量水的超吸收材料的紗的制造方法，特征在于，將包括水溶性的預超吸收材料的水溶液涂于紗，此后，將紗干燥并加熱，以使水溶性的預超吸收材料交聯或聚合成超吸收材料。
因此，不再直接使用超吸收材料本身，而是使用水溶性的前體，這種前體經熱處理后聚合或交聯成超吸收材料。此法隨后將整理劑涂于紗。或者，水溶液已經包括了整理劑。
得到的紗必須具有大于60的溶脹值。溶脹值是當在紗同液體水接觸時吸收水量的量度。測定溶脹值的試驗方法將在下面詳細地討論。發現，本發明的紗的溶脹值相當于上述的現有技術的紗。本發明的紗的優選溶脹值至少為80，特別至少為100，更特別至少為150。
復絲紗在本專業常使用，即其纖維由連續絲構成。紡織品名詞和定義(Textile Term and Definitions)，(1988)，289-290頁中指出這一定義。在本發明范圍內，用于制造本發明紗的纖維是通常實際使用的任何線密度的長絲，紗可以是由任何所希望數目的連續長絲制成。一般來說，絲或由其組成的紗的線密度為0.01-20000分特，而連續絲紗將由1-20000絲組成。
有機以及無機纖維是可以提到的適宜的纖維類型。有機纖維可以是天然纖維或合成纖維。天然纖維的實例包括纖維素纖維如棉、亞麻、黃麻等，動物纖維如羊毛、絲等。合成有機纖維包括再生纖維素纖維、人造絲、聚酯、脂族和芳族聚酰胺、丙烯腈、聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯硫、彈性體和碳纖維。無機纖維的實例包括玻璃、金屬、硅石、石英等纖維，陶瓷纖維和礦石纖維。此外，可以使用由所說材料的混合物或它們的共聚物或所說纖維的混合物。上述類型纖維和其它適用于本發明方法的纖維在Kirk-Othmer的化學工藝百科全書(Encyclopedia of ChemicalTechnology)，第三版，10卷(1980)，148-197頁中有過討論。
優選是由芳酰胺、聚對苯二甲酸乙二酯、尼龍-6、尼龍-6，6、再生纖維素或玻璃組成的纖維。
另外，高度適于作底材的是由兩種或多種上述材料組成的纖維，例如兩元成分纖維。它們可以是鞘-芯或并排或某種已知類型。其它適宜的纖維類型是衛星纖維和裂散纖維。
這些纖維可以是實體的或中空的。它們的橫截面可以是圓形的或平的或任何其它所要求形狀，例如橢圓形、三角形、星形、腎形等。
最優選的是芳酰胺紗。本發明的芳酰胺紗是指完全或大部分由下面通式的重復單元聚合物組成的紗-C-A1-C-，-N-A2-N-，和/或-C-A3-N-.
OOHH OH式中，A1、A2和A3表示不同或相同的二價的含一個或多個芳環的剛性基團，該基團還可含雜環，該基團的擴鏈鍵是在彼此的對位或是同向的或反向的。這些基團的實例包括1，4-亞苯基、4，4′-亞聯苯基、1，5-亞萘基和2，6-亞萘基。它們可以含或不含取代基，例如，鹵原子或烷基。除了酰胺基和上述的芳基外，芳族聚酰胺的鏈分子可任選含至多35％摩爾的其它基團，例如間-亞苯基、非剛性的基團如烷基，或醚基、脲基或酯基。芳酰胺紗優選完全或部分，更具體為90％重量以上由聚-(對-亞苯基對苯二酰胺)制成。
本發明的預超吸收材料是指任選在壓力下加熱后聚合或交聯成具有親水性的能夠吸收和保持大量水的超吸收材料。為了只將該溶液涂于紗上，要求預超吸收材料溶解于水溶液后的粘度低于1000平方毫米/秒。粘度優選低于500平方毫米/秒，最優選為10-200平方毫米/秒。特別適用于預超吸收材料的是聚丙烯酸衍生物。這些包括由丙烯酰胺、由丙烯酰胺和丙烯酸鈉和由丙烯酰胺和甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯衍生的水溶性單體、低聚物和聚合物。這些化合物分別選自水溶性的非離子的、陰離子的和陽離子的單體、低聚物和聚合物。可以用在制造本發明紗的預超吸收材料的實例包括可交聯的并部分中和成鈉鹽的丙烯酸、丙烯酸鉀、丙烯酸鈉和丙烯酰胺的共-低聚-或共聚物、丙烯酸和丙烯酰胺共聚物的衍生物、丙烯酰胺和含羧基和磺基單體(鈉鹽)的三元低聚物或三元聚合物、聚丙烯酰胺低聚或聚合物。作為預超吸收材料優選使用的是聚丙烯酸衍生物或丙烯酰胺和丙烯酸共聚物的衍生物。
衍生物一詞是指羧基部分成鹽形式，優選為鈉鹽或鉀鹽。
本發明紗的制備方法是將紗的表面涂一層含預超吸收材料的水溶液，然后通過蒸發將全部或部分水從紗除去，此后或同時加熱，將預超吸收材料交聯或聚合。任選地在預超吸收材料的水溶液中加入交聯劑或聚合催化劑。
制造本發明紗的方法可以以經濟的方法得到高質量的具有超吸收性能的芳酰胺紗，而沒有使用昂貴的設備用于隨后燃燒有機溶劑。
選擇紗上的超吸收劑的量，使得在紗用于電纜時可得到有利的阻水性能。如果紗含0.3-10％重量，優選為0.5-5％重量，更優選為0.6-2％重量的超吸收材料，一般得到有利的結果。
涂完水溶液后，將紗干燥。在此過程中，通過蒸發使全部或大部分水從紗除去，使得在紗的表面留下均勻的超吸收材料層。
按照傳統的方法進行干燥，其中使用熱鼓、熱板、熱輥、熱氣、管式爐、蒸氣箱、紅外輻射器等。干燥溫度為50-300℃，加熱在100-300℃進行。優選，加熱和干燥在100-250℃同時進行。
本發明的得到紗的方法可以幾種方式進行。
在完全連續的方法中，與紡紗過程直接相連，含預超吸收材料的水溶液可以涂于洗過的紗，此后，經處理的紗進行干燥并加熱。按照另一實施方案，用存在于水溶液中的預超吸收劑處理紗在幾個過程進行，這幾個過程與紡紗過程不連接。
在本發明的制造紗的方法特別適于在一個和相同的過程步驟中將熱處理和預吸收材料的交聯或聚合結合起來，如用在高模量芳酰胺紗的生產。
在Kirk-Othmer的化學工藝百科全書(Encyclopedia of ChemicalTechnology)，第三版，3卷(1978)，213-242頁中，提供了芳族聚酰胺的制備和紡絲的概述。在美國專利說明書4,320,081中敘述了用于濕紡聚(對-亞苯基對苯二甲酰胺)的極適宜的方法。
本發明的芳酰胺紗可以具有任何的線密度和任何數目實際常用的連續絲。一般說來，紗的線密度為10-20000分特，紗由10-20000絲組成。
涂于本發明紗的超吸收材料對絲的主要機械性能沒有不利的影響。
本發明的芳酰胺紗的強度為1.0-3.5牛頓/特或更高，優選為1.5-2.5牛頓/特，斷裂伸長率為0.5-10％，優選為1-8％，初始模量為20-130牛頓/特或更高，優選為30-90牛頓/特。
和未用超吸收劑處理的相應的紗一樣，本發明的紗在干燥后水含量相當低，即使在曝露于空氣中很長時間后也一樣。將干燥過的芳酰胺紗調節到20℃，相對濕度65％四周后，其水含量不超過10％重量，更具體說，不超過7％重量。
測定本發明紗的溶脹值的步驟如下。
將約10克要測定的紗切成長度為約12厘米的未捻合的纖維。
在800毫升的燒杯中，將纖維樣品在不攪拌下完全浸漬于20-22℃的600毫升的軟化水中。將纖維樣品在完全靜止條件下(即，不攪拌、不搖動，不震動或不遭到某種其它形式的移動)繼續浸在水中60秒(用跑表測量)。此后，將燒杯中的全部材料，即水和纖維，立即轉移到由聚酯簾網(篩尺寸1.5毫米×1毫米)制成的袋(尺寸約10厘米×15厘米)中。在此過程中，大部分水從簾網的篩跑出，而纖維留在袋中。接著，將袋及其中材料直接轉移到離心機中，然后離心120秒(用跑表測量)，從而從浸漬過的纖維樣品中除去仍沾在纖維上的水。所用的離心機是AEG的SV 4528型(來自AEG Aktiengesellschaft，D-8500 Nuremberg)，操作速度為2800轉/分鐘，離心鼓的內徑為約24厘米。在離心后，將纖維樣品立即由袋轉移到有一對鑷子的稱重箱中，稱重精確到0.0001克(纖維重量a克)。然后將稱重箱中的纖維在空氣爐中在105℃下干燥至恒重。一般干燥時間為24小時。然后，將測定稱重箱中干燥的纖維樣品的重量，精確到0.0001克(纖維重量b克)。
紗的溶脹值用下式計算溶脹值＝(a-b)·100/b每一測定進行兩次，結果取平均值。由于上面提到的性質，本發明得到的紗非常適于用作高阻水能力的增強紗。結果，極為適于用于電纜、更具體地說，光學通訊電纜。
下面參考實施例進一步說明本發明。
實施例1將聚丙烯酸鈉在水中的19％溶液(Mirox W 60336，來自StockhausenGmbH，Krefeld，Germany，用烏伯婁得粘度計測定的粘度為122平方毫米/秒)再溶解于軟水中。用劑量泵和涂膜器將溶液涂于未整理的Twaron紗(1680分特/1000纖維)上，在蒸氣箱(長度10米，200-220℃)干燥(15-60秒)后，測定溶脹值。在紗上的Mirox的含量經測定為2％重量。
結果示于表I:
*在蒸氣箱中在較短的加熱時間不發生交聯或聚合，結果，溶脹值低于60。
或者，樣品可以在管式爐(長度67厘米，200℃)中或在熱板(長度42厘米，150℃)上干燥和加熱。
實施例II將丙烯酸鈉/丙烯酰胺共聚物在水中的15％溶液(Produkt W 63194，來自Stockhausen GmbH，Krefeld，Germany，用烏伯婁得粘度計測定的粘度為191平方毫米/秒)再溶解于軟水中，并任選加入Glyoxal(乙二醛二醛水溶液，來自Sigma-Aldrich Chemie bv，Zwijndrecht，TheNetherlands)、Sarpifan MKV(改性的三聚氰胺樹脂在水中的溶液，來自Stockhausen GmbH，Krefeld，Germany)、Breox 50A50(乙氧基化的和丙氧基化的丁醇，來自INSPEC Southampton，UK)和/或Leomin AN(乙氧基化的膦酸鉀鹽，來自Clariant，Frankfurt，Germany)(見表II)。用劑量泵和涂膜器將溶液涂于未整理的Twaron紗(1680dtex/f1000)上，在蒸氣箱(長度10米)干燥后，測定溶脹值。各表說明，整理劑量對紗的影響以及滯留時間和溫度的影響。
表II組合物
表III滯留時間與溶脹值的關系
*在紗上的整理組合物的量表VI整理組合物量與溶脹值的關系
紗上的整理組合物的量表V溫度與溶脹值的關
的量表VI滯留時間與溶脹
<p>*在紗上的整理組合物的量表VII表面活性劑和滯留時間與溶脹值的關系
*在紗上的整理組合物的量
權利要求
1.涂有超吸收材料的紗的制造方法，所述超吸收材料的溶脹值至少60并具有能吸收和保持大量水的親水性，其特征在于，將包括水溶性的預超吸收材料的水溶液涂于紗上，此后，將紗干燥并加熱使水溶性的預超吸收材料交聯或聚合成超吸收材料。
2.權利要求1的方法，接著的一步是將整理劑涂于紗上。
3.權利要求1的方法，其中水溶液還包括整理劑。
4.權利要求1-3的任一方法，其中使用復絲芳酰胺或玻璃紗。
5.權利要求1-4的任一方法，其中作為水溶性預超吸收材料使用聚丙烯酸衍生物或丙烯酰胺和丙烯酸共聚物的衍生物。
全文摘要
涂有超吸收材料的紗的制造方法,所述超吸收材料的溶脹值至少60并具有能吸收和保持大量水的親水性,其特征在于,將包括水溶性的預超吸收材料的水溶液涂于紗上,此后,將紗干燥并加熱使水溶性的預超吸收材料交聯或聚合成超吸收材料。超吸收劑為紗提供了阻水能力,從而此紗適用于作為不透水光學通訊電纜的強度成分。
文檔編號C03C25/28GK1265716SQ98807793
公開日2000年9月6日 申請日期1998年8月5日 優先權日1997年8月22日
發明者S·威勒姆森 申請人:阿克佐諾貝爾公司