Термопластичная полимерная композиция, способ ее получения и ее применение - RU2406736C2

Описание

Изобретение относится к термопластичным полимерным композициям, которые включают затравку (зародышеобразователи), при этом композиции имеют улучшенные свойства в области применения для подложек для ковров. Неограничивающие примеры зародышеобразователей включают затравку, содержащую двуокись кремния, такую как песок, стекло и особенно измельченное, порошкообразное или истолченное стекло. Полимерные композиции обладают улучшенными свойствами, относящимися к переработке, термической стабильности и стабильности размеров, улучшенной кристаллической структуре и замедлению горения. Полимерные композиции пригодны, например, для изготовления подложек для ковров.

Уровень техники

Уже с давних пор было признано, что введение в полимеры в качестве наполнителей неорганических материалов может привести к модификации свойств полимеров. Существует большое количество таких наполненных полимеров, которые применяются в промышленности. Во многих случаях наполнители применяются в той же степени с экономической точки зрения, в какой они используются для изменения свойств. В некоторых случаях, однако, наполнители могут привести к улучшенным свойствам композиции, к которой их добавляют.

Смолы, усиленные стекловолокном, используются в промышленности уже в течение некоторого времени. Они обычно представляют собой термореактивные смолы с полиэфирными основными цепями, растворенные или диспергированные в реакционноспособном разбавителе, таком как стирол, и могут быть сшиты с получением жестких или полужестких сеток. Эти смолы также могут быть отверждены при помощи перекисных ускорителей. Другие смолы, используемые в этих же областях, включают акриловые или эпоксидные полимеры или комбинацию этих обоих полимеров. Смолы, усиленные стекловолокном, обычно применяют при изготовлении ванн, стоек для душа, лодок, корпусов лодок и частей автомобиля.

Другие водорастворимые или эмульсионные полимеры наполняли различными ингредиентами с целью получения более экономичного продукта. В некоторых случаях для образования твердой поверхности после того, как полимер был высушен на поверхности, добавляли стекло. Стекло добавляли также для создания декоративной отделки на стенах и на поверхности полов.

Для полимера или смолы важно иметь свойства, которые позволяют им "смачивать" пли связываться с наполнителем. Если это свойство "смачивать" отсутствует, тогда может произойти отслаивание или разрушение связи полимер/наполнитель. Во многих случаях в полимер может быть введено ограниченное количество наполнителя, прежде чем способность смачивать исчезнет. Тогда становится важным добавлять смачивающие агенты или агенты сочетания для того, чтобы увеличить количество наполнителя, которое можно ввести в полимерную композицию.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание полимерных композиций, обладающих улучшенными физическими свойствами и улучшенной перерабатываемостью. Дополнительная цель данного изобретения состоит в создании полимерной композиции и способа получения полимерной композиции, которая имеет улучшенные свойства, пригодные для изготовления подложек для ковров.

Еще одна цель изобретения заключается в создании композиций подложек для ковров и коврово-мозаичных плиток, полученных с применением этих композиций, а также способов изготовления этих коврово-мозаичных плиток.

В соответствии с этими и другими целями изобретения предусмотрена термопластичная полимерная композиция, содержащая термопластичный полимер и по меньшей мере один зародышеобразователь, при этом полимерная композиция может иметь одно или несколько свойств, выбранных из:

- величины МТ4 менее примерно 0,125 и величины СТ4 менее примерно 0,1, когда они измерены согласно тесту AACHEN;

- времени исчезновения поверхностной липкости менее примерно 1 ч;

- времени достижения достаточной жесткости менее примерно 75 ч;

- времени воспламенения более примерно 13 с и

- времени самозатухания менее примерно 60 с.

В соответствии с методикой теста AACHEN берутся образцы текстиля машинного производства для испытаний, каждый из которых имеет размер продольного направления МО и размер поперечного направления СО. Образцы для испытаний затем последовательно помещают в четыре режима: (1) нагревание в течение 2 часов при температуре 60°С; (2) погружение в воду на 2 часа при температуре 20°С, (3) нагревание в течение 24 часов при температуре 60°С и (4) нормальные атмосферные условия на 48 часов. После завершения каждого теста повторно измеряется размер продольного направления и размер поперечного направления образцов для испытаний и записывается выраженное в % изменение относительно оригинальных размеров (МО и СО). Изменения размеров продольного направления после каждой стадии совместно именуются МТ1, МТ2, МТ3 и МТ4, соответственно, а изменения размеров поперечного направления после каждой стадии совместно именуются СТ1, СТ2, СТ3 и СТ4, соответственно. Таким образом, МТ4 и СТ4 представляют собой величины изменения размеров после завершения всех четырех стадий теста.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения предусмотрена термопластичная полимерная композиция, содержащая термопластичный полимер и по меньшей мере мелко измельченный порошок стекла. Подходящие термопластичные полимеры включают такие полимеры, которые способны смачивать большие количества измельченного стеклянного наполнителя. По некоторым вариантам могут быть добавлены диспергирующие агенты, чтобы к композиции можно было добавить большие количества измельченных стеклянных наполнителей.

Другой аспект изобретения включает способ получения термопластичной полимерной композиции, имеющей одно или несколько свойств, описанных выше, причем термопластичный полимер смешивают с наполнителем, образующим зародыши и агент, образующий зародыши, содержится в количестве от примерно 10 до примерно 70% по весу в расчете на общий вес композиции термопластичного полимера.

Другой аспект изобретения включает композицию подложки для ковров, содержащую композицию термопластичного полимера, описанную выше. Дополнительный аспект включает способ изготовления подложки для ковров, включающий нагревание композиции подложки для ковров и нанесение этой композиции подложки для ковров на множество компонентов пряжи для ковров, ковровые ткани или нетканые ткани с получением подложки для ковров. Подходящие способы изготовления подложек для коврово-мозаичной плитки описаны в патенте США №5834087. Композиции на основе термопластичных полимеров по изобретению могут применяться в любом способе изготовления подложки для ковров в случае обычных ковровых материалов или коврово-мозаичной плитки.

Дополнительный аспект изобретения включает коврово-мозаичную плитку, содержащую термопластичную полимерную композицию, описанную выше. Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны для специалистов после ознакомления с подробным описанием, которое следует ниже.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Используемая ниже терминология предназначена только для описания конкретных вариантов и не ограничивает объем данного изобретения.

Используемое в описании единственное число включает отсылку и на множественные формы, если в контексте четко не указано иное. Таким образом, ссылка на "полимерную композицию" является ссылкой на одну или более композиций и их эквиваленты, известные специалистом и т.д.

Если не оговорено иное, все технические и научные термины, применяемые в данной заявке, имеют те же самые значения, которые понимает специалист в данной области. Хотя могут быть использованы любые способы и материалы, похожие или эквивалентные описанным в данной заявке, здесь ниже описаны способы, устройства и вещества.

Полимерные композиции, описанные в данной заявке, характеризуются неожиданным, но в высшей степени благоприятным повышением стабильности размеров, что может быть достигнуто за счет применения довольно больших количеств зародышеобразователей. По одному из вариантов это благоприятное повышение может быть достигнуто при применении мелко измельченного стекловолокна в термопластичном адгезиве и/или дублированных композиций. Эта стабильность размеров считается важной в таких областях, как подложка коврово-мозаичной плитки, где известные в настоящее время решения основываются на применении мата из стекловолокна для достижения стабильности размеров.

Не намереваясь основываться на какой-либо теории, изобретатель полагает, что мелко измельченные стекловолокнистые наполнители действуют как неожиданный источник сайтов зародышеобразования в термопластичных полимерах, которые по своей природе являются кристаллическими или полукристаллическими. Далее, изобретатель считает, что меньшие размеры частиц измельченного стеклянного наполнителя или других зародышеобразователей способствуют созданию большего числа сайтов зародышеобразования. Применение зародышеобразователей хорошо известно в промышленности и обычно описывается как средство для контроля кристалличности во время нанесения некоторых полимеров.

Считается, что контролирование скорости и степени кристалличности является важным для получения некоторых свойств в некоторых областях, таких как, например, когда термопластичная композиция применяется как клей.

Зародышеобразователи, описанные в данной заявке, могут обеспечить дополнительное преимущество полимерной композиции в отношении замедления горения. Замедление горения является желательным свойством во многих областях применения полимеров. Многие из антипиренов, применяемых вместе с термопластами, имеют свойство делать поверхность керамической и тем самим препятствовать попаданию кислорода к источнику горения.

Мелко измельченный порошок стекла обладает этим свойством или сам по себе в высоких концентрациях, или усиливает свойство других систем антипиренов.

Термопластичная полимерная композиция включает зародышеобразователь и может иметь одно или несколько свойств, выбранных из:

- величины МТ4 менее примерно 0,125 и величины СТ4 менее примерно 0,1, когда они измерены согласно тесту AACHEN;

- времени исчезновения поверхностной липкости менее примерно 1 ч;

- времени достижения достаточной жесткости менее примерно 75 ч;

- времени воспламенения более примерно 13 с и

- времени самозатухания менее примерно 60 с.

Термопластичная композиция может обладать двумя или более свойствами, указанными выше, и может иметь три или более этих свойств и даже может обладать всеми указанными выше свойствами.

Области применения термопластов слишком многочисленны, чтобы конкретно перечислить их в этом описании. Вообще термопласты могут быть применены для нанесения покрытий на другие субстраты, в качестве пленкообразователей сами по себе или наноситься на субстраты в качестве клеев или слоев клеев и могут применяться для формования изделий различными способами. Термопластичные композиции по изобретению пригодны для использования в любой или во всех этих областях.

Наполнители обычно добавляют к композициям для снижения их стоимости (например, используется меньше полимера за счет добавления наполнителей, которые обычно инертны). Некоторые наполнители придают благоприятные свойства, такие как придание прочности на удар, изменение текстуры или ощущения готового изделия и т.д. В общем наполнители добавляют к расплавленному полимеру разными методами, но наиболее часто их добавляют в экструдер в виде смеси вместе с гранулами термопласта или ниже по потоку в боковой шприц. Может быть предпочтительно добавлять эти наполнители в тщательно контролируемой среде и в большем количестве, чем это требует конечный продукт, гранулировать и затем смешивать гранулы с ненаполненным термопластом снова в экструдере, чтобы получить конечную композицию. В этом случае наполненный полимер называют "маточной смесью".

Дополнительные методы введения наполнителей в термопластичные полимеры включают периодический способ, осуществляемый выше по потоку в сосуде, в котором получают сам полимер. В этих случаях наполнитель может быть добавлен в сосуд или в реактор непосредственно в расплавленный полимер. Композицию можно перемешивать до полного смешения и затем или применять саму смесь или экструдировать ее с получением гранул, подушечек, брикетов и т.д. для дальнейшей переработки.

Подходящие для применения по изобретению термопласты включают любой известный термопластичный полимерный материал. Подходящие термопласты включают полиэтилентерефталат (PET), возможно вместе с модифицирующим полимером, полиэтиленнафталат (PEN), возможно с модифицирующим полимером, другие сложные полиэфиры, полиэфиры (все сополимеры), полиамиды (все сополимеры), сополимеры этилена с винилацетатом, сополимеры этилена, полиолефины, полистиролы, сополимеры стирола с бутадиеном, сополимеры стирола с акрилонитрилом, поливинилхлорид, акриловые полимеры, сополимеры стирола с малеиновым ангидридом, полиацетали, фторполимеры и сополимеры, полибутилен, поликарбонат, полиимиды и полиэфиримиды, полисульфоны и полиэфирсульфоны, поливинилиденхлориды, силиконы, смеси и комбинации этих полимеров.

Возможным модифицирующим полимером, например, может быть один или более полимеров из полиэтиленгликоля, полимеров на основе диэтиленгликоля, триметилолпропана, фталевого ангидрида, адипиновой кислоты и их смесей или комбинаций. Дополнительно к смеси можно добавлять катализаторы этерификации с целью ускорения этерификапии модифицирующих полимеров и переэтерификации PET и PEN.

Термопластичный полимер может быть смешан с добавками для придания дополнительных благоприятных свойств получаемому ковру. Применяемые добавки включают, но без ограничения, антипирены, наполнители, утяжелители, стабилизаторы окисления, антибактериальные агенты, антимикробные агенты, фунгициды, УФ-стабилизаторы и их комбинации или смеси. Специалисту известны и другие добавки, которые могут быть добавлены в расплавленный клей в соответствии с указаниями, приведенными в данной заявке.

Один наполнитель, используемый по изобретению, представляет собой зародышеобразователь, который способен придать полимерной композиции одно или несколько свойств, указанных выше. Например, к полимерной термопластичной композиции может быть добавлен мелко измельченный стеклянный материал или другой зародышеобразователь, содержащий двуокись кремния. Эти наполнители включают порошок стекла, песок, порошок кварца, порошкообразную керамику, содержащую двуокись кремния и т.п. Наполнитель может быть добавлен в количестве от примерно 10 до примерно 70% в расчете на общий вес полимерной композиции или он может быть добавлен в количестве от примерно 40 до примерно 60 вес.%. Наполнитель может иметь размер от примерно 40 до примерно 250 меш или от примерно 50 до примерно 70 меш.

Термопластичные полимерные композиции по изобретению можно применять для подложек коврово-мозаичной плитки, где желательна способная к плавлению композиция. Композицию можно наносить на любой известный материал подложки с целью получения подложки для ковра с повышенной стабильностью размеров, повышенной огнестойкостью и другими желательными свойствами, указанными здесь. Например, термопластичная полимерная композиция может иметь довольно низкую вязкость расплава и поэтому может проникать более глубоко в пучки волокон суровья ковра, используемых для изготовления подложек для ковров. Термопластичные полимерные композиции, отписанные в данной заявке, могут иметь вязкость менее 300000 сП при температуре 325°F или же композиция может иметь вязкость менее 75000 сП при температуре 325°F.

Описанная здесь термопластичная композиция может быть нанесена на вторичную подложку или первичную подложку с целью получения подложки для ковра. Нанесение термопластичной композиции на подложку может быть произведено любым способом. Например, термопластичная композиция может быть распылена или нанесена валиком на подложку для ковра и она может наноситься один раз или много раз для получения подложки для ковра с многослойным покрытием.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

В ковровой промышленности термопластичные материалы использовали и используют в качестве подходящего слоя адгезива для склеивания пучков волокон с получением подложки (основы) для ковра. Для этого они наносятся на нижнюю поверхность ковра на пучки волокон, выступающих из основы. Для этого применяли различные материалы, но в последнее время использовали сложные полиэфиры. Полиэфиры обладают способностью смачивать и прилипать к пучкам волокон, обеспечивая как внутреннее, так и внешнее связывание. Для обеспечения большего веса и для уменьшения расходов применяли различные наполнители, некоторые приводили к незначительному успеху.

В периодическом процессе с применением термопластичного полиэфира к готовому полимеру до нанесения на основу ковра добавляли мелко измельченное стекло в виде порошка размером 60 меш в количестве от 10 до 70% или от 40 до 60%. Было установлено, что получаются свойства, которыми не обладал ни один из ранее применявшихся наполнителей, и, даже более того, комбинация свойств получаемой композиции, считавшаяся ранее недостижимой при применении обычных наполнителей и полимеров. Эти свойства обеспечивают дополнительные преимущества.

Улучшенная перерабатываемость благодаря текучести полимерной композиции позволяет слегка изменить условия способа, не влияя на свойства конечного продукта. Некоторые из свойств, характеризующих текучесть, могут вызываться эффектом внутреннего теплового сжатия композиции, содержащей стекло. Удельная теплота композиции полимер / стекло считается значительно большей, чем этот показатель для одного полимера.

Пример 2. Стабильность размеров

Это свойство измеряли, используя тест по определению стабильности размеров плитки, называемый тестом AACHEN. Согласно этому методу ковер подвергают ряду действий, имитирующих действие пара, влаги и тепла на коврово-мозаичную плитку. Результаты приведены ниже в Таблице 1.

Результаты, приведенные выше в таблице, показывают, что полимерные композиции по изобретению позволяют получить подложку для ковра с повышенной стабильностью размеров и в действительности могут обеспечить ту же или большую стабильность размеров, которая характерна для подложек с применением стекловолокнистого мата. Таким образом, подложка для ковров по изобретению может не содержать стекловолокнистого мата и все еще обладать требуемой стабильностью размеров при снижении расходов и уменьшении времени изготовления этой подложки.

Пример 3. Контролируемое образование зародышей в составе на основе сложного полиэфира

Во время изготовления полиэфирной основы для ковра было установлено, что кристалличность сложного полиэфира имеет значительное влияние на свойства готового ковра. Если вначале кристалличность очень высока, тогда желаемые свойства, касающиеся прочности связи волокон и стабильности волокна Velcro, могут пострадать. Если степень кристалличности не достаточно высока, тогда поверхность основы ковра может стать очень липкой, что приводит к многочисленным проблемам при переработке, включая, но не ограничиваясь этим, слипание, передачу волокна, излишние складки и стабильность размеров, как в примере, приведенном выше. Используя инструкции, приведенные в данной заявке, специалисты в данной области будут способны модифицировать термопластичную полимерную композицию с целью получения требуемой кристалличности в зависимости от конкретного применения полимерной композиции.

В следующей таблице 2 были испытаны два параметра. Этими параметрами были липкость поверхности после нанесения и жесткость подложки, считается, что оба эти параметра непосредственно связаны с кристалличностью полимера. Добавление измельченного порошка стекла привело к возможности контролировать эти параметры в достаточной степени.

В этом примере измельченное стекло, очевидно, создает многочисленные сайты для начала кристаллизации, и следовательно, ведет себя как зародышеобразователь.

Пример 4

Было также установлено, что композиции, наполненные стеклом, обладают большей огнестойкостью, чем сам термопластичный сложный полиэфир или составы на основе термопластичного сложного полиэфира с другими известными наполнителями. Были определены два свойства. Эти свойства представляли собой время до начала воспламенения, когда на образец воздействовали пламенем факела и время от воспламенения до самозатухания сразу после удаления факела. Было определено, что эти два показателя связаны с Radiant Panel Carpet Test, который применяется для стандартизации огнестойкости в промышленности изготовления ковров. Результаты приведены ниже в Таблице 3.

Из этих данных ясно видно, что влияние измельченного стекла, особенно при его высокой концентрации, значительно повышает огнестойкость термопластичного полимера. Особенно интересным является то, что обугливание на поверхности делает ее гораздо тверже, указывая, что произошли по меньшей мере какое-то оплавление и последующее образование керамики на поверхности.

Другие варианты, применения и преимущества изобретения очевидны для специалистов из данного описания и примеров осуществления, приведенных в заявке. Описание является только примером и не ограничивает объем изобретения.

Реферат

Изобретение относится к термопластичным полимерным композициям для изготовления подложек ковров. Композиция содержит кристаллический или полукристаллический по природе термопластичный полимер и зародышеобразователь - измельченное стекло, порошок стекла, битое стекло, или их смеси, в количестве от 10 до 70% в расчете на общий вес композиции и в отсутствии армирующих волокон. Композиция имеет свойства, выбранные из группы, включающей величину МТ4 менее примерно 0,125 и величину СТ4 менее примерно 0,1, измеренные по тесту AACHEN; время исчезновения поверхностной липкости менее примерно 1 ч; время достижения жесткости подложки менее примерно 75 ч; время воспламенения более примерно 13 с и время самозатухания менее примерно 60 с. Изобретение обладает улучшенной перерабатываемостью, большой огнестойкостью и позволяет получать подложку для ковров с повышенной стабильностью размеров и улучшенной кристаллической структурой. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула