VÍTÁM VÁS NA UVODNÍ PŘEDNÁŠCE Z PŘEDMĚTU
TCT
• Předmět TCT navazuje na základní vyučovaný předmět NETKANÉ TEXTILIE. • Předmět TCT se bude soustřeďovat na teorie a vlastnosti pojivých činidel. Pojení polymerními disperzemi, pěnami, pastami a roztoky polymerů. Povrchové úpravy. Výroba vlákenných vrstev z polymeru - spunbond, meltblown a elektrostatické zvlákňování. Pojení kalandrem, horkým vzduchem, infračerveným zářením. Struktura netkaných textilií, úpravy. • Předmet TCT je nástavbou netkaných textilií, kde se bude klást důraz zejména na technologické parametry a samotnou výrobu NT.
1. Význam chemických a termických technologií výroby netkaných textilií 2. - 3. Vlastnosti pojiva ovlivňující technologii, strukturu a chování výrobků. 4. Příprava vlákenných vrstev mokrým procesem 5. Technologie spun-bond a melt-blown 6. Technologie flash-spun, elektrostatické zvlákňování, zvlákňování z roztoku a povločkování 7. Pojení vlákenných vrstev disperzemi, zpěněnými disperzemi, pastami a roztoky polymerů 8. Pojení vlákenných vrstev kalandrem a teplovdušně 9. Pojení ultrazvukem, infraohřevem a teplovzdušně 10. Struktura pojených textilií, jejich tvorba a vztah k vlastnostem výrobků 11. Zpevňování vlákenných vstev plstěním a valchováním 12. Úpravy netkaných textilií, povrstvování, vrstvení, hot-melt 13. Příklady výrobků, důležité vlastnosti a jejich řízení 14. Teorie ohřevu vlákenných vrstev
Doporučená literatura
Význam chemických a termických technologií výroby netkaných textilií
Popis produkce NT v Evropě 2011 V roce 2011 bylo vyprodukováno celkově 1,898 milionů tun netkaných textilií což znamená meziroční nárůst o 5,7% v porovnáním s rokem 2010. Pokud porovnáme roky 2009 a 2010 pak tento nárůst je 10,9%. Odhady celkového nárůstu v Evropě se také dá definovat částkou 6,218 milionů EUR. Vývoz a export z EU27 do světových zemí v roce 2011 je odhadován na 321.786 milionů tun v porovnání s 296.344 milionů tun v roce 2010. Cenově se toto množství dá vyjádřit částkou 1.396,9 milionů EUR v roce 2011, pokud známe tyto hodnoty můžeme snadno vyjádřit meziroční nárůst o 2.7%.
Import do EU v roce 2011 byl odhadován na 0,7 milionů tun. Přes ohromný objem výroby NT v Evropě je v oblasti netkaných textilií zaměstnáno kolem 25.400 osob. Mluvíme o výrobě super absorpčních hygienických produktů, ochranných prostředcích, zdravotnických textiliích a výrobků pro filtraci. Tento sektor zahrnuje práci ve 100.000 firmách evropské unie.
Popis produkce NT v Evropě 2011 Hygiena 50,57%
Průmysl 23,30% Domácnosti 22,13% Filtrace 4%
V roce 2011 segmenty trhu netkaných textilií a vyrobených produktů můžeme rozdělit na čtyři základní oblasti.
Chemické pojení - úvod Definice: Textilní terminologie definuje pojiva jako adhezivní materiály používající se pro soudržnost jednotlivých vláken v NT. Pojiva se také významně podílejí na složení finálního produktu a jeho vlastnostech. Termíny jako pojivo, pojící agenty, rozložení pojiva, pojivový systém a chemické pojení jsou v literatuře hojně používány. Pojiva nemají za úkol pouze vzájemné pojení vláken v NT, ale také současně má hlavní vliv na finální vlastnosti výrobku. Mezi hlavní vlastnosti můžeme zahrnout pevnost v tahu, tuhost, jemnost, prodyšnost, voděodolnost a hořlavost.
Výběr vhodného pojiva určuje také další vlastnosti textilie. V současné době je to zejména recyklovatelnost a biochemické degradabilita materiálu.
Chemické pojení je v současné době velice populární díky širokému rozsahu možnosti použití adheziv materiálů. Výsledná pevnost materiálů a široké použití v oblasti technických textiliích jsou hlavním aspektem použití chemického pojení. Moderní chemická pojiva používají zejména přírodní materiály jako například škrob a kaučuk, dále dominují syntetické polymery. Požadavky jsou na ekologické produkty, které neobsahují formaldehyd a mohou být připraveny například z přírodních zdrojů.
- Chemie Polymerní pojiva obsahují po chemické stránce vinylovou skupinu, estery kys. akrylové, kaučuky a synteticky připravené kaučuky. Pojiva jsou často připraveny jako vodné disperze, ale mohou být dodávány jako polymerní roztoky o nízských viskozitách z důvodu lepší penetrace do netkané textilie. Akrylové termosetové pryskyřice jsou připraveny jako nízkomolekulární sloučeniny kys. polyakrilové. Polymery na latexové bázi jsou nejvíce používané zejména z důvodu širokého rozsahu možnosti použití, univerzálnosti a cenové dostupnosti pojiva.
Polymerní latexy Polymerní latexy jsou emulzní polymery, připravené povětšinou jako koloidní disperze ve vodě. Typická střední velikost částic je 0.01 – 1.0 μm. Polymery používané jsou: akryláty, styren-butadien, akrylonytril-butadien, etylenvinylacetát. Jsou připravovány kontrolovanou adicí v polymerační dávce a nebo kontinuální adicí jednotlivých monomerů
Proces formování polymerních laltexů: Nejprve dochází k distribuci monomerů (emulsifikace) ve formě kapiček ve vodě, stabilizace pomocí povrchově aktivních látek. Pomocí hydrofilních a hydrofobních částí se vytvoří micelární struktury. Takto se vytvoří tisíce micelárních struktur (iniciace). Další částí je růst polymeru. Toto je způsobeno pomocí iniciátoru, který naruší micelární strukturu a poté dochází ke spojování jednotlivých monomerů do řetězců. Tyto krátké řetězce nazývané oligomerní radikály již nejsou rozpustné ve vodném prostředí. Tyto oligomery jsou stabilizovány a začínají se tvořit latexové částice. Ty obsahují stovky nebo tisíce molekul.
Emulsní polymerace latexu
Pojící aditiva Výběr monomerů pro přípravu pojících disperzí je závislé na ceně vstupních monomerů, dále se řídí podle požadavků na finální omak textilie. Monomery jsou často charakterizovány jako tvrdé a měkké. Tyto vlastnosti jsou závislé na teplotě skelného přechodu Tg. Toto je hlavním hlediskem hodnocení omaku textilie 1/Tg = Wx/Tgx + Wy/Tgy Tgx, Tgy - teplota skelného přechodu polymeru x a y. Wx, Wy – hmotnostní poměr polymeru x a y.
Teploty skelného přechodu
Základní stavební jednotou je vinylová skupina na kterou se navazují další polymerní jednotky, které určují vlastnosti výsledného produktu splývavost, pevnost, odolnost proti vodě nebo rozpouštědlům a stárnutí výrobku.
Rozdělení latexových pojiv
Vinyl acetátové latexy: Tg = 30°C řadí se mezi tvrdší a houževnatá pojiva. Tvrdost můžeme řídit pomocí akrylátových nebo etylenových monomerů. Polymery jsou hydrofilní a mají tendenci při zahřívání žloutnout. Jsou zesíťované a tedy odolné vůči vodě. Oproti ostatním relativně levné. Vinyl chloridové latexy: Tg = 80°C, řadí se mezi tvrdá pojiva. Díky teplotě skelného přechodu jsou vhodné pro většinu pojení netkaných textilií. Používají se pro svoji vlastní samozhášivosti díky chloridovým skupinám. Pojivo je používáno pro možnost využití dielektrickým tepelným pojením svařováním (podobné jako indukce). Při zahřívání mají tendenci žloutnout.
Etylenvinylacetát EVA: Vykazuje velice dobrou adhezí k syntetickým vláknům. Používají se zejména jako dobrá změkčovadla pro omak. EVA jsou méně odolná proti rozpouštědlum v porovnání s akryláty. Mají velice dobrou pevnost za vlhka, perfektní savost, jsou odolné a jemné pro omak. Akrylonytryl: Samotný homopolymer není používaný jako pojivo. Je používaný jako nitrilová pryž, která poskytuje velice dobrou odolnost proti rozpouštědlům, olejům a vlhkosti. Styren: Velice tvrdá pojiva, výrobkům poskytují dostatečnou pevnost a hydrofobicitu. Homopolymer polystyren je tvrdý a křehký při pokojové teplotě. Tg = 105°C. Použivání styrenových pojiv je složité z důvodu, že spatně tvoří film.
Polymerní akryláty: Polyakryláty zkráceně nazývané akryláty jsou pojiva se základní vinylovou strukturou. Nejdůležitější jsou zejména kopolymery kys. akrylové a její deriváty. Vlastnosti pojiva záleží na velikosti polymerního řetězce. Se vzrůstající délkou polymerního řetězce klesá odolnost proti rozpouštědlům a také jejich pevnost. Polymetakryláty a jejich polymerní filmy mají vyšší pevnost než polyakryláty. Zesíťování zlepšuje jejich odolnost proti praní, teplotám, suchému čištění. Nevýhodou je vyšší cena pojiv oproti akrylátům. Při navazování styrenových skupin jsou pojiva hydrofobní, pevná a relativně levná. Jsou používány pro pevnost za mokra, odolnost proti rozpouštědlům a UV záření
Přírodní kaučuk: Jedno z prvních pojiv používajích se v NT. V současnosti je nahrazováno styren – butadienem, a nitril – butadienem kaučuky. Pojivo poskytuje velice dobrou jemnost a vysokou elasticitu. Styren – butadienová: Nesou označení jako SBR, mechanické vlastnosti jsou zejména tuhost, flexibilita a odolnost proti rozpouštědlům. Zvyšováním podílu butadienu se zvyšuje pevnost a tuhost finálního výrobku. Butadien – akrylonytril: V porovnání s ostatními pojivy mají nižší bod termoplastického přechodu a jsou otěruvzdorné. Vzrůstáním podílu akrylonitrilu vzrůstá pevnost proto jsou tyto pojiva používány proti oděru a při zvýšených mechanických namáháních např. u syntetických kůží.
Polyuretany PU: Tyto pojiva jsou používány u syntetických kůží a NT, kde je požadována vysoká elasticita. Můžou být aplikovány ve vodných disperzích nebo z rozpouštědla. Dnes se nejvíce využívá kopolymeru polyester – polyuretan. Struktura nánosu filmu je ve vodné disperzi kontrolovaná pomocí pH a koagulace je způsobena okyselením. Při tomto procesu dochází k vytvoření mikro pórů a následné prodyšnosti. Pro rozpouštědlový systém se používá rozpouštědlo dimetylformamid DMF. Pojiva se používají pro svoji nízkou cenu a vytvoření hydrofilní prodyšné membrány. Pro zvýšení hydrofilních vlastností se tradičně používá polyetylen oxid PEO.
Charakteristické vlastnosti disperzí Technický list disperze: každá disperze obsahuje popis a charakterizaci produktu což je název: LBSK 7048B -Styren-butadienový-karboxylový latex – LBSK LBSK 7048 B je vodní disperze styren-butadienkarboxylového kopolymeru. Vyrábí se technologií emulzní kopolymerace probíhající při vyšších teplotách s použitím aniontových emulgátorů a obsahující okolo 76,0% vázaného styrenu. Latex je bílá až světle krémová kapalina stabilizovaná nebarvícím antioxidantem.
TECHNICKÉ PARAMETRY LBSK 7048B : Parametry Jednotka Hodnota Sušina % hm. min. 48 Volný styren % hm. max. 0,02 Obsah koagul % hm. max. 0,1 pH 8,0 - 10,0 Viskozita mPas min. 100 Brookfield
Zkušební metoda ISO 124 PN ISO 13741 ISO 706 PN ISO 976 PN ISO 1652
BALENÍ A DOPRAVA Syntetický latex je dopravován v automobilových cisternách, v tunových kontejnerech nebo v sudech. V průběhu zimní sezóny musí být latex dopravován ve vyhřívanými nebo tepelně izolovanými dopravními prostředky při teplotě od 5°C to 40°C. Další druhy balení a způsob dopravy je možné řešit individuální dohodou mezi výrobcem a zákazníkem. Syntetický latex není látkou nebezpečnou pro přepravu. SKLADOVÁNÍ Syntetický latex by měl být skladován při teplotě od 5°C to 40°C v sudech uložených maximálně ve dvou (2) vrstvách, v tunových kontejnerech nebo v uzavřených kovových nádržích vybavených nízko otáčkovým míchadlem zajišťujícím pohyb celé hmoty latexu v zásobníku. Maximální doba skladování je šest (6) měsíců od data výroby. POUŽITÍ Syntetický latex LBSK 7048 B může být používán pro impregnaci netkaných látek, pro zpevnění koberců a podlahových krytin. Používá se také pro směsi s jinými druhy latexů, pro případy kdy je požadována vyšší přilnavost, lepivost.
Koagulace a migrace Po naimpregnování pojené textilie je nutné zahájení koagulace. Jedním ze způsobů může být tepelná změna. Při zahřívání textilie dochází ke značným teplotním rozdílům v průřezu objemné pojené textilie. Částice pojiva mohou migrovat vlivem teplotní diference do míst s vyšší teplotou. Tato migrace má za následek nehomogenní uspořádání pojiva v objemu textilie. Dochází k vyšší koncentraci u povrchu textilie a nižší koncentraci v jádru hmoty. Tyto migrace mohou působit další problémy s následnou laminací např. u syntetických usní.
Problém migrace pojiva při koagulaci: 1. Regulace tloušťky vrstvy textilie. Snížení plošné hmotnosti pojené textilie na minimum. Tedy aby tloušťka textilie v řezu byla dostatečně malá a docházelo k prohřátí celého objemu, tedy vytvoření homogenního pojení. 2. Modifikace polymerů – termosensitivita. Pokud pojivo dosáhne teploty koagulace, přednostně bude koagulovat na povrchu vláken a nebude docházek k migraci pojiva do míst s vyšší teplotou (povrch textilie). Toto zejména závisí na použitém typu monomeru a typu surfaktantu.
Příkladem tepelně senzitivních polymerů vhodnéch pro pojení jsou nitrilové kaučuky NR, styren-butadien kaučuky SBR. Dalšími pojícími systémy jsou polyvinyl – alkyl eter, polypropylen glykol/polyacetát.
Dalším problémem je změna pH a jeho snižování u Latexových pojiv. Snižování pH způsobuje také koagulaci používají se zejména kys. octová a amoniak.
Agregace, při níž vznikají shluky volně vázaných částic, se nazývá flokulace. Je vratná – velmi mírným zásahem mohou být agregáty převedeny zpět na koloidní systém (tzv. peptizace). Mohou také přecházet na pevněji vázané shluky. Pochod, při kterém vznikají agregáty pevně vázaných částic, je označován jako koagulace. Koagulace není vratná (na rozdíl od flokulace) – vytvořený koagulát nelze bez vynaložení dostatečně velké energie peptizovat – převést zpět na koloidní systém.
Síťování: Účelem síťování je zvýšení pevnosti a voděodolnosti u finálních pojených textiií. Dochází k vytvoření covalentních vazeb mezi polymerními řetězci což znemožňuje jejich vzájemný pohyb. Pojiva podle síťování mohou být rozděleny: • nesíťující • síťující • samo síťující • termosety
Nejznámějším typem síťovacích reakcí je vulkanizace přírodních latexů nebo butadienových polymerů. Jako vulkanizační prostředky se používají síra a oxid zinečnatý. Po chemické stránce je proces náročný a vede k barevným změnám. Funkční skupiny jsou vytvořeny mezi částicemi pojiva za zvýšené teploty. Samosíťující polymery musí obsahovat funkční skupiny aby mohlo docházek k síťovací reakci. Akrylové emulze obsahují 1-3% funkčních skupin jako aminy, epoxy, karboxy, ketony, hydroxyly a amidy. Představitelem může být Nmetylakrylamid a při zvýšení tepla dochází k samosíťování. Problémem je uvolňování formaldehydu, který je zdraví ohrožující. V dnešní době je tedy naražen acetoacetamidem a dalšími látkami neobsahující formaldehyd.
Domácí úkol:
1. Strukturně rozepsat polymery, které se používají jako pojiva. STRUKTURNI VZORCE
2. Porozumět termínům termoplasty a reaktoplasty.
