超吸收性紗線以及製備該紗線的方法

2023-05-16 22:54:11

超吸收性紗線以及製備該紗線的方法
【專利摘要】本發明公開了一種超吸收性紗線以及製備該紗線的方法，所述紗線在用超吸收性物質塗布後能夠將其強度和伸長率的降低減少至最低限度，並且能夠將光纜製備過程中所可能產生並導致加工困難的白色粉末減少至最低限度。本發明的超吸收性紗線包括：紗線；和塗布在所述紗線上的超吸收性物質，其中，所述超吸收性物質包含交聯的聚氨酯。
【專利說明】超吸收性紗線以及製備該紗線的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超吸收性紗線以及製備該紗線的方法，更具體而言，涉及一種超吸收性紗線以及製備該紗線的方法，所述紗線在用超吸收性物質塗布後能夠將其強度和伸長率的降低減少至最低限度，並且能夠將光纜製備過程中所可能產生並導致加工困難的白色粉末減少至最低限度。
【背景技術】
[0002]超吸收性紗線可以用作光纜中使用的增強構件和阻水構件。
[0003]在製備超吸收性紗線的方法中，有一種包括如下步驟的方法:用分散在水中的水不溶性的超吸收性物質浸潰紗線，然後將其乾燥。然而根據該方法，由於超吸收性物質的大分子結構使其對紗線的浸潰受到抑制，因而不能製備出具有令人滿意的吸收性的紗線。
[0004]美國專利5，635，569中公開了一種改進浸潰的方法。根據該方法，通過使用在水相中包含超吸收性物質的油包水乳液浸潰紗線而後將其乾燥來製備塗布有超吸收性物質的紗線。然而，該方法也具有明顯的缺點。在乾燥過程中會產生導致環境問題的物質例如異十六烷，而這需要額外的設備和費用來處理這些有害物質。
[0005]為了解決這些問題，美國專利5，100, 397、美國專利6，319，558和美國專利6，284，367分別提出了包括如下步驟的方法:用包含水溶性且可交聯的聚合物的水溶液塗布或浸潰襯底，然後進行熱處理以使該水溶性聚合物交聯，從而將其轉化為水不溶性的超吸收性物質。
[0006]上述方法需要在高溫下對紗線進行長時間的熱處理，以使得完全沒有交聯的水溶性聚合物交聯至可形成具有高水平吸收性的水不溶性物質的程度。然而，在高溫下進行長時間的熱處理會造成紗線損壞，從而降低紗線的強度和伸長率。強度和伸長率的下降是本應用作光纜增強構件的紗線的致命缺陷。並且，由於在高溫下進行長時間的熱處理會降低生產率並需要大量能耗，因此這些方法從經濟角度上看存在著不足。
[0007]此外，由於常規的超吸收性物質具有脆性，因此在光纜製備過程中將超吸收性紗線穿過導向器(guide)時，塗布在紗線上的聚合物層發生斷裂而產生白色粉末。在光纜製備過程中所產生的白色粉末可以導致有缺陷的產品。

【發明內容】

[0008]技術問題
[0009]因此，本發明涉及一種超吸收性紗線以及製備該紗線的方法，所述紗線能夠防止相關技術中的這些局限和缺點。
[0010]本發明的一方面提供一種超吸收性紗線，所述紗線在用超吸收性物質塗布後能夠將其強度和伸長率的降低減少至最低限度，並且能夠將光纜製備過程中所可能產生並導致加工困難的白色粉末減少至最低限度。
[0011]本發明的另一方面提供一種製備超吸收性紗線的方法，所述紗線在用超吸收性物質塗布後能夠將其強度和伸長率的降低減少至最低限度，並且能夠將光纜製備過程中所可能產生並導致加工困難的白色粉末減少至最低限度。
[0012]對於本發明的其它優勢、目的和特徵，部分將在下面的說明書中進行闡述，部分將在本領域普通技術人員對下文所述進行檢驗時變得顯而易見或者可以從對本發明的實踐中習得。本發明的目的和其它優點可以通過說明書及其權利要求中所特別指出的結構來實現和獲取。
[0013]技術方案
[0014]根據本發明的一方面，提供一種超吸收性紗線，包括:紗線；和塗布在所述紗線上的超吸收性物質，其中，所述超吸收性物質包含交聯的聚氨酯。
[0015]根據本發明的另一方面，提供一種製備超吸收性紗線的方法，該方法包括:製備聚氨酯分散體；將第一交聯劑加入聚氨酯分散體中來製備塗布溶液；將塗布溶液塗布到紗線上；然後，在50°C至90°C下對紗線進行熱處理；和從熱處理過的紗線中去除殘留的水分。
[0016]以上提供的總體描述和下面提供的詳細描述僅用於舉例說明本發明，並應解釋為提供了在權利要求中所限定的對於本發明更為詳細的描述。
[0017]有益效果
[0018]根據本發明，將超吸收性物質充分而均勻地塗布在紗線上，使得紗線能夠具有令人滿意的吸收性；並且，可以在不產生任何導致環境問題的有害物質的情況下製備超吸收性紗線。此外，由於紗線在相對較低的溫度下進行熱處理，因此該紗線的強度和伸長率的下降可以被減少至最低限度。
[0019]另外，由於本發明的在紗線上塗布的超吸收性物質具有相對較高的撓性，因此在用於製備光纜時，本發明的超吸收性紗線能夠顯著地使聚合物層破碎成白色粉末的可能性降至最低限度。因此，本發明的超吸收性紗線可以更容易地製備光纜，同時可以降低不合格率。
【具體實施方式】
[0020]下文中，僅出於舉例說明的目的，將詳細描述根據本發明的超吸收性紗線以及製備該紗線的方法。
[0021]本領域的技術人員將會理解，在不背離本發明的範圍和精神的情況下，可以進行各種修改、添加和替換。因此，本發明包括落入權利要求中所描述的本發明範圍內的所有替換和修改及其等同物。
[0022]本發明的超吸收性紗線包括紗線和在所述紗線上塗布的超吸收性物質。
[0023]所述紗線可以為連續的復絲。特別是，在將作為增強構件的功能納入考慮時，該紗線優選為高強度的復絲。因此，本發明的紗線可以由芳族聚醯胺、超高分子量聚乙烯或聚苯並噁唑來形成。
[0024]可選地，所述紗線可以包括含有I至20，000根單絲且線密度為50至1，500旦尼
爾的連續芳族聚醯胺復絲。雖然紗線可以由單根復絲構成，但也可以將多根復絲組合起來形成紗線。
[0025]在所述紗線上塗布的本發明的超吸收性物質包含交聯的聚氨酯。因此，與常規的由含有羧酸基團和/或磺酸基團的離子聚合物所構成的超吸收性物質相比，本發明的超吸收性物質具有相對較高的撓性。由於撓性得到提高，因此在用本發明的超吸收性紗線製備光纜時，能夠將製備過程中使聚合物層破碎成白色粉末的可能性降至最低限度。
[0026]根據本發明的第一實施方案，所述超吸收性物質包含具有通過交聯形成的網絡結構的聚氨酯，並且不含任何離子聚合物。
[0027]根據本發明的第二實施方案，所述超吸收性物質包含與離子聚合物如聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯醯胺、丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物等交聯的聚氨酯。在這種情況下，所述離子聚合物和聚氨酯相互交聯而形成網絡結構。
[0028]下文中，將詳細描述本發明的製備超吸收性紗線的方法。
[0029]本發明的方法包括:製備聚氨酯分散體；將第一交聯劑加入聚氨酯分散體中來製備塗布溶液；將塗布溶液塗布到紗線上；在50°C至90°C下對紗線進行熱處理；和從熱處理過的紗線中去除殘留的水分。
[0030]所述聚氨酯分散體包含水作為分散介質，並且還可以包含第二交聯劑。該聚氨酯分散體可以通過購買或製備而得。
[0031]下文中，將說明根據本發明的一個實施方案的製備聚氨酯分散體的方法。
[0032]首先，使二醇和二異氰酸酯相互反應，形成聚氨酯前體。根據本發明的一個實施方案，所述二醇為聚乙二醇(PEG)，所述二異氰酸酯為1，8-辛烷二異氰酸酯(I, 8-octanediisocianate)或己基甲燒二異氰酸酯(hexylmethanediisocianat-e)。更具體而言，所述聚氨酯前體通過以1:1至1:2的摩爾比混合所述二醇與二異氰酸酯，然後在70至90°C下加熱混合物而製得。
[0033]將水加入由此製得的聚氨酯前體中，並以500至1，500rpm下攪拌，製備聚氨酯前體分散體。
[0034]可選地，在製備所述聚氨酯前體分散體之前，可以將所述聚氨酯前體的粘度降低。例如，降低聚氨酯前體的粘度的步驟可以通過如下方法進行:向聚氨酯前體中加入二月桂酸二丁基錫和丙酮，從而使其固體組分的比例能夠達到20至40%。可選地，可以將已使粘度降低的聚氨酯前體冷卻至約10°C。
[0035]接下來，將其中溶解有第二交聯劑的水溶液加入上述聚氨酯前體分散體中，同時以100至300rpm對其進行攪拌,製備混合物。根據本發明的一個實施方案,將二亞乙基三胺用作所述第二交聯劑。
[0036]然後，在40°C至80°C下加熱上述混合物I至3小時以製得聚氨酯分散體。該分散體中的聚氨酯的平均粒徑為I至l，000nm。所述平均粒徑可以通過利用雷射粒度分析儀(LS230, Culter, USA)測量粒徑10次然後計算其平均值而求得。
[0037]接下來，將所述第一交聯劑加入由此製得的聚氨酯分散體中，製備塗布溶液。
[0038]根據本發明的第一實施方案，將用於使聚氨酯自身交聯的第一交聯劑加入上述聚氨酯分散體中來製備塗布溶液。所述第一交聯劑可以為亞甲雙丙烯醯胺。
[0039]根據本發明的第二實施方案，將用於離子聚合物的單體、用於所述單體的聚合的引發劑和用於使所述離子聚合物與聚氨酯交聯的第一交聯劑加入上述聚氨酯分散體中來製備塗布溶液。
[0040]所述用於離子聚合物的單體可以為丙烯酸、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺等；所述引發劑可以為光聚合引發劑如過硫酸鉀；所述第一交聯劑可以為亞甲雙丙烯醯胺。[0041]例如，可以將上述聚氨酯分散體中聚氨酯固體組分總重量的70至90%的丙烯醯胺、該丙烯醯胺總重量的0.5至2%的亞甲雙丙烯醯胺以及預定量的過硫酸鉀加入該聚氨酯分散體中，來製備所述塗布溶液。
[0042]然後，將由此製得的塗布溶液塗布到紗線上。即，用塗布溶液塗布紗線，以使該紗線被塗布溶液所浸潰。可以採用各種塗布方法，例如繪塗、輥塗、印刷(即網點印刷)、噴塗、刷塗、擦拭或浸塗。
[0043]接下來，對上述經塗布溶液浸潰過的紗線進行熱處理，使得塗布溶液中的聚氨酯能夠交聯。通過這種熱處理，在本發明的第一實施方案中使聚氨酯自身交聯，而在本發明的第二實施方案中使聚氨酯與離子聚合物交聯，從而在復絲上最終形成超吸收性物質。
[0044]可以使連續復絲通過加熱單元來進行所述熱處理。根據本發明的一個實施方案，加熱單元的溫度(即加熱溫度)為50至90°C，而使連續復絲通過加熱單元所用的時間(即加熱時間)為2至5小時。
[0045]然後，從上述熱處理過的紗線中去除殘留的水分(如果有的話)。可以通過在大氣壓下以100°C或高於100°C加熱所述熱處理過的紗線，或在減壓下以80°C或高於80°C加熱該熱處理過的紗線來去除殘留的水分。
[0046]根據本發明，與使水溶性聚合物以足以轉化為水不溶性物質的程度進行交聯所需的熱處理溫度(不低於150°C )相比，本發明的熱處理可以在更低的溫度下進行。因此，本發明的優點在於能夠將紗線的強度和伸長率的下降減少至最低限度，而這種下降原本在高溫下進行熱處理時會非常嚴重；並且，還可以將這種超吸收性物質配備於各種難以承受高溫熱處理的襯底。
[0047]下文中，將參照實施例和比較例更加詳細地描述本發明的有益效果。以下實施例僅是為了更容易理解本發明而進行的舉例說明，而本發明並不局限於這些實施例。
[0048]實施例1
[0049]將聚乙二醇和1，8-辛烷二異氰酸酯以3:4的摩爾比混合，並在約80°C下對其加熱，製備聚氨酯前體。向所制的聚氨酯前體中加入二月桂酸二丁基錫和丙酮，使得固體組分的比例變為30%而降低該聚氨酯前體的粘度。然後，將蒸餾水加入所述聚氨酯前體中，同時以1，OOOrpm對其進行攪拌，製備聚氨酯前體分散體。向其中加入二亞乙基三胺水溶液而製得混合物，並將該混合物在約60°C下攪拌2小時，製備聚氨酯分散體。然後，將亞甲雙丙烯醯胺加入所制的聚氨酯分散體中，製得塗布溶液。
[0050]將包括連續芳族聚醯胺復絲的紗線浸入由此製得的塗布溶液中，用該塗布溶液對紗線進行浸潰。
[0051]接下來，在約70°C下對經塗布溶液浸潰過的紗線進行熱處理3小時，從而能夠在紗線上形成具有通過使聚氨酯自身交聯而形成的網絡結構的超吸收性物質。在約120°C下對所述紗線進行加熱以從中去除任何殘留的水分，製得塗布超吸收性物質的紗線。
[0052]實施例2
[0053]將丙烯醯胺、亞甲雙丙烯醯胺和過硫酸鉀加入以與實施例1中所述的相同方式製備的聚氨酯分散體中，製得塗布溶液。
[0054]將包括連續芳族聚醯胺復絲的紗線浸入所制的塗布溶液中，用該塗布溶液對紗線進行浸潰，然後在約70°C下對經塗布溶液浸潰過的復絲進行熱處理3小時，從而能夠在紗線上形成具有通過使聚氨酯與聚丙烯醯胺交聯而形成的網絡結構的超吸收性物質。在約120°C下對所述紗線進行加熱以從中去除任何殘留的水分，製得塗布超吸收性物質的紗線。
[0055]比較例I
[0056]向30wt% 的聚丙烯酸鈉水溶液(SUBL0C-1000，SUSAN POLYMER C0.，Ltd.)中加入蒸餾水，製備包含10重量％的聚丙烯酸鈉的水溶液。然後，將連續芳族聚醯胺復絲浸入所制的水溶液中，用該水溶液對復絲進行浸潰。然後，在約70°c下對經水溶液浸潰過的復絲進行熱處理3小時，製得塗布超吸收性物質的紗線。
[0057]比較例2
[0058]使用以與比較例I中所述的相同方式製備的聚丙烯酸鈉水溶液對芳族聚醯胺復絲進行浸潰。然後，在約200°C下對經水溶液浸潰過的復絲進行熱處理30秒，製得塗布超吸收性物質的紗線。
[0059]按照下面的方法分別測量實施例1和2以及比較例I和2中所制紗線的吸水率、強度、伸長率和脆度，其結果示於下表1中。
[0060]紗線吸水率的測量
[0061]製得2g的紗線並將其切割成均一長度的樣品。然後，將這些樣品分別在500mL的20°C蒸餾水中浸潰2分鐘。利用離心分離作用(2000rpm，Imin)從完全浸溼的樣品中去除過量的水。分別測量經去除過量水的樣品的重量，然後在110°C的烘箱中用熱空氣對其進行乾燥24小時。分別測量經乾燥的樣品的重量，然後按照下面的公式計算紗線的吸水率:
[0062]紗線的吸水率(%)= [ (A-B) /B] X 100
[0063]其中，A為經去除過量水的樣品的平均重量，B為用熱空氣乾燥後的樣品的平均重量。
[0064]紗線強度和伸長率的測暈
[0065]按照ASTM D885,使用 Instron 試驗機(Instron EngineeringCorp.，Canton, Mass)對長度為25cm的樣品施加拉力直至樣品斷裂，測得斷裂時刻的強度和伸長率。拉伸速率為300mm/min，初始載荷為細度Xl/30g。重複試驗5次，然後計算其平均值。
[0066]紗線脆度的測暈
[0067]紗線的脆度是在光纜製備過程中產生白色粉末的性能。紗線的硬挺度越高，其脆度越高。因此，紗線的脆度是通過測量其硬挺度來間接估算的。按照ASTM D88538中所規定的方法測量紗線的硬挺度10次，並計算其平均值。[表1]
[0068]
【權利要求】
1.一種超吸收性紗線，包括: 紗線；和 塗布在所述紗線上的超吸收性物質， 其中，所述超吸收性物質包含交聯的聚氨酯。
2.根據權利要求1所述的超吸收性紗線，其中，所述超吸收性物質包含具有通過交聯形成的網絡結構的聚氨酯。
3.根據權利要求1所述的超吸收性紗線，其中，所述聚氨酯與聚丙烯酸、聚丙烯醯胺或聚甲基丙烯醯胺交聯。
4.根據權利要求1所述的超吸收性紗線，其中，所述紗線為連續芳族聚醯胺復絲。
5.一種製備超吸收性紗線的方法，該方法包括: 製備聚氨酯分散體； 將第一交聯劑加入聚氨酯分散體中來製備塗布溶液； 將塗布溶液塗布到紗線上； 然後，在50°C至90°C下對紗線進行熱處理；和 從熱處理過的紗線中去除殘留的水分。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述製備聚氨酯分散體包括: 使二醇和二異氰酸酯相互反應來製備聚氨酯前體； 將水加入聚氨酯前體中來製備聚氨酯前體分散體； 將其中溶解有第二交聯劑的水溶液加入聚氨酯前體分散體中來製備混合物；和 在40°C至80°C下加熱混合物。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述製備聚氨酯分散體還包括在製備聚氨酯前體分散體之前降低聚氨酯前體的粘度。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述降低聚氨酯前體的粘度通過向聚氨酯前體中加入二月桂酸二丁基錫和丙酮來進行。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，所述二醇為聚乙二醇，所述二異氰酸酯為己基甲烷二異氰酸酯或1，8-辛烷二異氰酸酯。
10.根據權利要求6所述的方法，其中，所述第二交聯劑為二亞乙基三胺。
11.根據權利要求5所述的方法，其中，所述第一交聯劑為亞甲雙丙烯醯胺。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，還將丙烯醯胺加入聚氨酯分散體中來製備塗布溶液。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，還將過硫酸鉀加入聚氨酯分散體中來製備塗布溶液。
【文檔編號】D06M11/38GK103732824SQ201280038360
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月3日 優先權日:2011年8月4日
【發明者】韓仁植, 李孝珍, 盧暻煥, 李汎薰 申請人:可隆工業株式會社