UA72289C2 - Карбонізація целюлозних волокнистих матеріалів за наявності кремнієорганічних сполук - Google Patents

Abstract

Задачею даного винаходу є створення способу одержання волокнистих матеріалів із вуглецю за допомогою безперервної або періодичної карбонізації целюлозних волокнистих матеріалів за наявності щонайменше однієї кремнієорганічної сполуки. Відмітна особливість способу полягає в тому, що кремнієорганічну сполуку вибирають із групи полігідросилоксанів, циклічних, лінійних або з розгалуженим ланцюгом, які заміщені радикалами метилу та/або фенілу і мають середню молекулярну масу від 250 до 10000, бажано від 2500 до 5000.

Description

деструкції при температурі деструкції целюлози), а також в'язкість, що задовольняє умови їхнього використання; - за рахунок наявності в їхній хімічній структурі реакційно здатних функціональних груп -5іІН можуть вступати в реакцію з продуктами деструкції целюлози за допомогою реакцій гідросилілювання, в результаті яких і формуються подвійні зв'язки.

Очевидно, що вищенаведене теоретичне обгрунтування, яке, певно, логічно пояснює високі результати використання добавок указаної групи, було розроблено пізніше, тобто заднім числом.

На даний час полігідросилоксани вказаної групи є на ринку у вільному продажу. Деякі з них пропонуються фірмою НПодіа 5іїїсопев.

У кращому прикладі здійснення ці полігідросилоксани вводять заздалегідь, перед карбонізацією; при цьому целюлозні волокнисті матеріали попередньо ними просочують. Для здійснення просочування вказані полігідросилоксани звичайно вводять у вигляді розчину в розчиннику, як-от перхлоретилен. Такий розчинник може легко видалятися перед карбонізацією.

Тут варто зробити вказівку загального характеру, що згадані полігідросилоксани, як це очевидно, вводять в оптимальній кількості, - у загальному випадку від 1ї до 1Омас. 95 відносно маси целюлозних матеріалів.

Кількість повинна бути достатньою для одержання очікуваного ефекту, але не і занадто великою, інакше може спостерігатися ефект небажаного склеювання. Фахівець у даній галузі може оптимізувати кількість уведених кремнійорганічних сполук, використання яких передбачене в рамках способу за винаходом.

Винахідники встановили також що сприятливий вплив указаних кремнійорганічних сполук може бути додатково посилений за допомогою спільного введення мінеральної добавки.

Таким чином, згідно з кращим варіантом здійснення способу за винаходом целюлозні волокнисті матеріали просочують перед карбонізацією також принаймні однією мінеральною добавкою, кислотою або основою Льюіса.

Вказана мінеральна добавка може бути вибрана з галогенідів, сульфатів і фосфатів амонію, натрію, сечовини та їхніх сумішей.

Переважно вона являє собою хлорид амонію (МНАСІ) або діамонійфосфат |(МНа)г2НРО|.

Можуть здійснюватися також два послідовних етапи просочування целюлозного волокнистого матеріалу (один етап просочування кремнійорганічною сполукою та інший етап просочування мінеральною добавкою в будь-якому порядку).

При введенні такої мінеральної добавки можна одержувати дуже цікаві результати, а саме підвищені міцності вуглецевих волокон при поліпшеному виході вуглецю (від 25 до 30905) у порівнянні з його одержанням без добавки і (від 15 до 20905).

Як уже було вказано вище, добавки за винаходом позитивно впливають як у процесах карбонізації, здійснюваних переривчасто, так і при безупинній карбонізації. Встановлено, що вони дають можливість здійснювати безупинним способом певні процеси карбонізації (тоді як їхнє здійснення відповідно до рівня техніки було можливо тільки переривчастим способом).

Таким чином, відповідно до кращого варіанту здійснення спосіб за винаходом виконують безупинно.

І нарешті, варто нагадати, що спосіб за винаходом - карбонізація целюлозних волокнистих матеріалів за наявності специфічних і кремнійорганічних сполук - становить особливий інтерес у тому відношенні, що він дозволяє здійснювати ефективну карбонізацію всіх типів целюлози в різноманітних формах у переривчастому або безупинному режимі.

Целюлозні волокнисті матеріали можуть мати вигляд ниток або текстильних полотен (тканин, трикотажу, повсті, нетканих полотен, полотнищ з волокон, що мають один напрямок волокнистих елементів, стрічок з одним напрямком волокнистих елементів та ін.).

Ці целюлозні волокнисті матеріали можуть являти собою будь-які типи віскозного волокна і штапелю. В цьому відношенні спосіб за винаходом становить особливий інтерес: він дозволяє використовувати наявні на ринку матеріали широкого асортименту й одержувати вуглецеві волокнисті матеріали високої якості. За допомогою відомих з рівня техніки способів такі високоякісні матеріали могли бути отримані тільки з целюлозних волокнистих матеріалів особливих типів.

Таким чином, спосіб за винаходом - з описаним вище введенням кремнійорганічних сполук - має особливі переваги при використанні для карбонізації наявних на ринку в широкому асортименті целюлозних основ, як- от віскозні волокна, застосовувані для армування покришок коліс.

Очевидно, що галузь застосування способу не обмежується карбонізацією таких основ.

Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу

Далі винахід буде проілюстровано такими прикладами.

Приклад 1.

Целюлозну нитку високої міцності на розрив, 3680 датекс (тип зирег 3), міцністю 50 сН/текс (діаметр філаментарних волокон 12,7мкм) знежирювали перхлоретиленом і потім просочували в 2,5905-ній кількості по масі полігідрофенілметилсилоксаном в'язкістю 10Па.с, що містить 9095 функціональних груп -54(СНз)2-, 590 функціональних груп -54(СНз)(СеНв)- і 595 функціональних груп -51(СНз)Н- на додаток до -5(СНз)2Н на кінцях ланцюга, середньою молекулярною масою 3850, шляхом пропускання через З90-ний розчин цього полігідросилоксану в перхлоретилені. Після усунення перхлоретилену целюлозну нитку піддавали піролізу в статиці до 1200"С із вільною усадкою з дотриманням такого температурного профілю: - при 170"7С протягом 9О0хвил, у повітрі; - послідовно: 230"С, 285"С, 315"С, 330", 400С, 48570, 55570 і 6557"С, протягом 5хвил при кожній температурі, в азоті; - при 1200"С протягом 2,5хвил, в азоті.

Цей піроліз у даному прикладі здійснення виконували переривчасто, проте він може виконуватися також і безупинно.

Відділені з карбонізованої нитки філаментарні волокна мали міцність на розрив 1125МПа і модуль 40ГПа для діаметра 5,Змкм. Усадка в процесі карбонізації склала 4095 по осі волокон.

Вихід карбонізації склав 15,6905.

Приклад 2.

Целюлозну нитку, ідентичну нитці за Прикладом 1, знежирювали перхлоретиленом, потім просочували в 2,Був-ній кількості по масі полігідрометилсилоксановим полімером, що поставляється до продажу фірмою

Апоадіа 5іїїсопез5 (під маркою АНОБОНВБІЇ. ВТМ 141 В), за допомогою замочування в 395-ному по масі розчині цього продукту в перхлоретилені. Піроліз здійснювали з вільною усадкою по термічному профілю Приклада 1.

Відділені з нитки вуглецеві філаментарні волокна мали міцність на розрив 1100МпПа і модуль 40ГПа для діаметра 5,7мкм. Усадка в процесі карбонізації склала 4095 по осі волокон.

Вихід карбонізації склав 15,2905.

Приклад 3.

Целюлозну нитку, ідентичну нитці за Прикладом 1, знежирювали і потім просочували кремнійорганічною добавкою, як у прикладі 1. Потім її також просочували у 895-ній кількості МНаАСІ шляхом пропускання у водяному розчині, що вміщує по масі 1395 МНАаСІ.

Нитку сушили при 100"С протягом ЗОхвил, а надлишок МНАСІ видаляли шляхом промивання в дистильованій воді протягом декількох секунд.

Далі нитку сушили при 1007"С протягом 1 години, а потім піддавали піролізу до 1200"С аналогічно

Прикладу 1.

Відділені з нитки вуглецеві філаментарні волокна мали міцність на розрив 1200МПа і модуль 45ГПа для діаметра 8,Змкм. Усадка в процесі карбонізації склала 32,3905.

Вихід карбонізації склав 30905.

Приклад 4 (порівняльний).

Целюлозну нитку, ідентичну нитці за Прикладом 1, знежирювали перхлоретиленом і потім без просочування полігідросилоксановою добавкою піддавали піролізу по термічному профілю відповідно до приклада 1.

Відділені з отриманої нитки філаментарні волокна мали міцність на розрив усього 660МпПа і модуль З38ГПа для діаметра філаментарних волокон 5,8мкм.