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FABRICATION DE PRODUITS,DE CELLULOSE REGENERES.
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La présente invention conoerne des perfeotionne- ments nouveaux et utiles dans'la fabrioat,ion de la pâte de bois ohimique raffinée qui est à transformer en rayonne viscose, cellophane, aoetate de cellulose et produits simi- laires. Plus particulièrement, la présente invention con- oerne l'utilisation d'un agent spécifique actif de surface qui, lorsqu'employé'de la manière décrite plus complètement:
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ci-après, faoilite grandement le passage de la pâte de bois ohimique à la viscose appropriée pour la fa- brioation de produits en oellulose régénérés, c'est-à- dire des filaments tels qu'utilisés dans les fils textiles, carcasses de pneus et films, tels que cellu- phane, aoétate de cellulose et autres.
Généralement parlant, dans la préparation de viscose la pulpe est trempée dans une solution de soude caustique forte à température ambiante ou plus élevée, pressée de manière à enlever l'excès de mordant et ensuite réduite en miettes par déchiquetage. Après une période de repos adéquate pour réduire le poids moléoulaire, on ajoute du CS2 et la cellulose est dispersée dans une solution de soude caustique diluée xanthatée pour produire la "solution" viscose. Avant l'étirement en film ou fil, la matière est "mûrie" et filtrée. Pendant le filtrage de la oellulose non dissoute, des particules étrangères et des colloïdes non dispersés sont éliminés par l'em- ploi de divers agents filtrants successifs. La matière non dissoute, bien qu'importante pour la teneur, n'af- fecte ordinairement pas sérieusement la filtrabilité.
Ce sont plutôt la cellulose imparfaitement dispersée, les colloïdes, qui bouohent les pores du filtre. Une viscose à faible pouvoir filtrant entraîne de nombreu- ses et coûteuses interruptions du processus en exigeant de fréquents arrêts et le remplacement de l'agent de filtrage. C'est pourquoi le consommateur exige un niveau de filtrabilité qui permette une production élevée à frais réduits de main-d'oeuvre et de matériel de fil- trage.
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Au début de la fabrioation de la pulpe, les pulpes étaient caractérisées par une forte teneur-en extraotifs qui étaient oomposés de "lignine", dérivés de lignine et autres impuretés telles que les résines naturelles présentes dans le bois brut. Ces pulpes don- naient de pauvres résultatsen matière de filtrage et 'de filature provoquées par la présence de dépôts gom- meux. Des perfectionnements aux conditions de réduction en pulpe et l'ajoute d'étapes de purification ont oon- duit à la production de pulpe oaraotérisée par une fai- ble teneur en extraotifs.
On obtint à ce moment une amélioration importante en filtrabilité. Comme les procédés de purification fu- rent améliorés ultérieurement pour produire des pulpes de oellulose à "haut alpha" pour obtenir du fil ayant de meilleures propriétés, on revint à de moins bonnes qualités de filtrage. Il devint apparent à ce stade que quoique certaines des impuretés puissent être indsira- bles, d'autres,,avaient un effet bénéfiques sur le pro- oessus.
Les études des fabricants de pulpe et viscose ont révélé que l'addition de diverses matières à la pulpe avant le trempage ou pendant le déchiquetage ra- mènent la filtrabilité. En général, toutes les matières effeotives sont des agents actifs de surface. Ces oom- posés oontiennent une portion hydrophobe et une portion hydrophile qui affectent la solubilité dans n'importe quel milieu de manière telle que les molécules tendent à.se concentrer à la surface entre deux phases, qu'el- les soient air et liquide, ou huile et eau. En ohan- geant les-groupes, divers effets tels qu'émulsionnement,
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remouillage, élimination des mousses et autres peuvent être obtenus avec ces oomposés.
Contrairement aux diverses affirmations qui appa- raissent dans la littérature, une filtrabilité accrue d'une solution en viscose ne résulte pas automatiquement de l'addition d'un agent actif de surface à la pulpe, in- dépendamment de l'importance de l'agent actif de surface qui est ajouté ou du stade particulier de fabrication de viscose auquel l'agent actif de surface est ajouté.
Un certain nombre de faoteurs en supplément de ceux cités dans la littérature affectent la filtrabilité des solu- tions en viscose. Parmi ces facteurs se trouvent le pro- cédé de réduction en pulpe particulier et des variations dans le genre des stades de fabrication employés par le fabrioant de viscose.
Par exemple, de la pâte de bois préparée par le procédé "sulfate" aboutit à une solution en viscose ayant généralement des qualités de filtrage extrêmement pauvres, tandis que les pates de bois préparées par le procédé "sulfite" n'exigent souvent pas l'addition d'agents ac- tifs de surface et ne gagnent en fait généralement pas dans une large mesure à l'addition de tels agents actifs de surface. De plus, à moins qu'une opération préliminaire d'hydrolyse (comme expliqué ci-après) n'ait été oomprise dans la fabrication de la pulpe au sulfate, on n'a pas constaté que les agents actifs de surface augmentaient sensiblement la filtrabilité des solutions en viscose faites à partir d'une telle pulpe.
L'opération de trempage constitue une autre variable affectant le degré d'augmentation de la filtra- bilité qui peut 'être obtenue en ajoutant des agents ao-
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tifs de surface dans le procédé de Viscose. Les deux méthQ. dès de trempage actuellement employées dans la branche sont définies comme "trempage classique en feuilles" et "trem- page par coulis" et on a observé que les agents actifs de surface amélioraient la filtration de viscose à des degés variables en fonotion de celle des méthodes de trempage em- ployées dans le procédé de fabrication de viscose.
Etant donné que la filtration de la solution vis- cose n'est qu'une étape dans le proo-essus extrêmement oom- plexe de fabrication de produits en cellulose régénérés, chaque agent actif de surface, pour être vraiment utile, ne devrait pas seulement augmenter la filtration, mais de- vrait de plus avoir des effets bénéfiques à un ou plusieurs des stades suplémentaires du processus. Il est incontes- table que tout agent actif de surface qui rend une quel- conque étape du processus plus difficile ou moins avanta- geux ou qui tend à altérer la qualité du produit fini se- rait inacceptable pour l'industrie.
Un objet de la présente invention est de fournir un agent actif de surface spécifique qui accroîtra sensi- blement la filtrabilité des solutions viscose fabriquées à partir de pâte de bois au sulfate préhydrolysée lorsqu'on pratique une opération de trempage conventionnelle. Dans l'mn de ses aspects, la présente invention comprend l'ad- dition de cet agent de surface actif à la pâte de bois au sulfate préhydrolysée à un moment antérieur à l'accomplis- sement du déohiquetage de la cellulose alcaline.
Un autre objet de l'invention est de fournir un agent de surface actif spécifique qui ne présente pas de
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caractéristiques désavantageuses à aucun moment de la transformation de la pâte de bois chimique en produits de cellulose régénérés et qui, de plus, améliore de fa- çon étonnante la qualité du fil viscose.
Un autre objet de l'invention est.de fournir une pâte de bois chimique au sulfate préhydrolysée qui a été traitée avec l'agent actif de surface de la présente invention et qui est d'utilité marquante dans la fabrioa- tion de produits de cellulose régénérés.
Comme il a été indiqué ci-dessus, la présente invention comprend en partie l'emploi de pâte de bois au sulfaté préhydoolysée. Dans l'opération de préhydro- lyse, des copeaux de bois ou d'autres matières en cellu- lose oontenant de la lignine sont traités de la manière courante avec de l'eau, de la vapeur ou une solution d'acide dissout (jusqu'à 0,3o env.de solution d'acide), à une température allant d'environ 300 à environ 375 F, et à des pressions plus grandes que la pression atmos- phérique pour des temps de réaction allant jusqu'à en- viron 120 minutes.
On procède à ce traitement dans des conditions acides qui peuvent être produites par l'addi- tion d'un acide tel que, par exemple, l'acide acétique, citrique, nitrique, oxalique, phosphorique, sulfureux (anhydre), sulfurique ou des combinaisons de ceux-ci.
Alternativement, si l'on souhaite n'employer aucun aude et pour autant qu'on n'ait ajouté aucun agent alcalin, une condition acide se développera comme résultat de l'hydrolyse de la matière brute oellulosique qui a été chauffée. A la fin de ce traitement ; le liquide d'hydro- lyse
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est évaoué et la matière solide restante peut être lavée sur place, ou la liqueur de cuisson pour l'étape suivan- te peut être ajoutée directement sans lavage.
La matière hydrolysée contenant de la lignine est alors réduite en pulpe par le procédé sulfate dans le- quel les ingrédients actifs de digestion sont l'hydro- xyde de sodium et le sulfure de sodium. Ce procédé est bien connu de ceux versés en la matière et toute réfé- renoe à la méthode "sulfa-ce" de digestion apparaissant dans le présent texte ou dans les revendications annexées se rapporte à la digestion, dans laquelle les ingrédients- actifs de digestion sont l'hydroxyde de sodium et le sulfure de sodium.
Comme il est bien connu dans la branche, dans la production de viscose par la méthode classique, des feuilles de cellulose séohées sont placées dans une près-. se et trempées dans une solution de soude caustique forte.
La solution de soude caustique est normalement introduite depuis le fond de la cuve d'une manière telle qu'elle monte le long des feuilles dans la direction de l'orienta- tion longitudinale prédominante des fibres de pulpe en proportion égale à la montée produite par la capillarité.
, de la pulpe L'o pération est généralement exécutée à la température ambiante. Après environ une heure d'immersion, la pulpe est pressée pour obtenir la composition cellulosique volati le souhaitée et est alors réduite en miettes dans une délisseuse. Cette dernière opération mécanique prend en- viron une à deux heures. Les miettes de cellulose alcali- nes sont alors mûries dans des conditions soigneusement contrôlées.
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Ioi, par oxydation aloaline, la longueur moyenne de la chaîne moléculaire de oellulose est réduite de manière telle que la matière aura une viscosité de solution moindre. Après mûrissage, les miettes de cellulose al- oalines sont mélangées mécaniquement avec une propor- tion de CS2 adéquate, qui se combine chimiquement pour former du xanthate oellulosique. En ajoutant une solu- tion de soude caustique diluée dans un dispositif mélan- geur, les miettes de xanthate cellulosique de oouleur orange se dissolvent et forment une solution sirupeuse qui est oonnue comme solution en viscose. La solution en viscose est alors mûrie à des températures contrôlées.
A ce stade de murissage, il se produit des changements chimiques et colloidaux complexes, de sorte que le xan- thate de cellulose est plus aisément régénéré en cellu- lose par filage. La régénération en filaments ou films consiste à étirer (extruder) une solution en viscose à travers les petits trous ou fentes d'une filière dans un bain oontenant de l'acide et des sels. Le composé cellulosique dissout dans la viscose réagit avec les solutions acides pour ooaguler et régénérer la cellulose qui précipite et forme des filaments ou films continus solides. Des sels dans le bain aident à contrôler la précipitation de la cellulose et à modifier les propié- tés du produit. Les filaments combinés d'une seule fi- lière forment le fil qui est lavé, traité chimiquement pour enlever le soufre résiduaire, 'lavé à nouveau et séché.
Les filaments sont organsinés (tordus) pour donner au fil force et unité. Dans la fabrication de
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films, on procède également aux opérations de lavage, éli- mination du soufre, lavage et séchage.
L'agent actif de surface spécifique, dont l'emploi forme une partie de la présente invention, est un produit de condensation de polyoxyéthylène de la diamine polyoxy- propylène-éthylène ayant la configuration structurale suivante.
EMI10.1
dans laquelle PrO représente une unité d'oxyde de propy- lène et y a une valeur moyenne d'environ 7 et EtO repré- sente une unité d'oxyde d'éthylène et x a une valeur moyenne d'environ 12.
Ce produit est fabriqué couramment et vendu par la Wyandotte Chemicals Corporation, Wyandotte Miohigan, sous le nom d'identification Tetronic 505.'
Des solutions en viscose faites à,partir de pâtes de bois au sulfate préhydrolysée contenant de 0,02% env. à 0, 2 % env. au poids, de l'agent actif de surface, ceci dé- pendant de la pulpe, montrent des niveaux de filtrabilité extrêmement élevés lorsque la méthode classique de trem- page est employée dans le procédé. Un filtrage exceptionnel et une amélioration des propriétés de fil viscose peuvent
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être réalisés lorsque la pulpe en sulfate préhydrolysée contient de 0,1% env. à 0,2% env. au poids de l'agent actif de surface de la présente invention.
Dans les exemples qui suivent, on illustre des réali- sations préférentielles de l'invention, mais les exemples ne sont pas à considérer comme limitation de la portée de la présente invention.
Exemple 1.-
Le Tetronio 505 (comme défini oi-avant) était appli- qué comme une solution aqueuse à 2 grammes par litre uni- formément sur toutes les surfaces de feuilles de pulpe au sulfate préhydrolysées en air sec. Ces feuilles de pulpe, contenant une quantité de Tetronio 505 égale à 0,1% du poids de la pulpe séchée à fond étaient traitées en les plaçant dans une presse de trempage. L'orientation longi- tudinale prédominante des fibres de la pulpe dans les feuilles étant perpendiculaire au fond de la presse. 18,5% de solution de soude caustique étaient introduit s dans la presse de trempage jusqu'à ce que la presse soit remplie jusqu'à un niveau d'un pouoe et demi au-dessus du sommet des feuilles de pulpe.
Après une heure d'immersion à la température ambiante, la pulpe trempée était pressée hydrau- liquement jusqu'à 2,9 fois le poids d'air sec des feuilles originales. Cette combinaison de trempage et de conditions de pressage est choisie pour obtenir la composition alca- line cellulosique désirée.
La pulpe pressée et pesée était alors déchiquetée pendant une heure à une température de 29 C. Lors de l'ao-
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oomplissement du déchiquetage, la pulpe réduite en miettes (miettes de cellulose aloaline) était placée dans des jarres et mûrie pendant.21 heures à 29 C.
Après maturation, du CS2 était ajouté à la solution aloaline dans les jarres dans une proportion suffisante pour former 34% de CS2 basé sur le poids de cellulose de la cellulose aloaline. Les jarres étaient scellées et placées dans une machine pour y rouler et Culbuter pendant une heure à, 25 C. Le CS2 en excès était alors enlevé sous vide et une solution de soude caustique était ajoutée en pm por- tion suffisante pour produire une ,solution 'aqueuse alcaline de viscose colloïdale contenant 0,7% de cellulose et 6,0% d'hydroxyde de sodium. Cette solution de viscose était alors agitée pendant deux heures à l'aide d'un mélangeur méoani- que.
Ensuite, la solution de viscose était versée dans un cylindre d'acier qui était alors soellé, et on utilise la pression d'air pour faire passer la solution de viscose à travers un filtre de taille et de construction standard.
Le filtrat était pesé et le temps d'accomplissement de la filtration était enregistré.
Comme contrôle, on traite de la même manière une pulpe au sulfate préhydrolysée, à laquelle aucun agent actif de surface n'a été ajouté.
La solution de viscose préparée à ;partir de la pulpe de contrôle donne 640 grammes de filtrat, les limites statistiques de confiance étant de plus ou moins 95 gr. de filtrat. La solution de viscose préparée à partir de la pulpe de sulfate préhydrolysée à laquelle on a ajouté du
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Tetronio 505 de la manière indiquée donne 6,935 grammes de fil- trat avec des limites statistiques de confiance de plus ou moins 1,395 grammes de filtrat.;Il faut noter que la filtration a été augmentée approximativement dix fois par l'addition de Tetronio 505 à la pulpe. De plus, l'emploi de Tetronio 505 n'occasionne d'effets désavantageux dans aucune des opérations précédant la filtration viscose.
Exemple II.-
Outre la remarquable augmentation de filtration qu'il faut attribuer au Tetronio 505 tel que décrit plus haut, cet agent actif de surface, lorsqu'il est utilisé dans la fabrication de fil textile en rayonne viscose, montre une faculté peu courante de oonférer au fil certaines caractéristiques de perfectionne- ment grandement souhaitées.
Du fil viscose traité par le procédé de trempage courant de l'exemple I à partir de pulpes au sulfate préhydrolysées identiques, auxquelles on ajoute 0,1% et 0,2% en poids de Tetronio 505 suivant la pulpe sèche à l'absolu, présente les perfectionnements suivants :
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<tb> Propriétés <SEP> condition- <SEP> Propriétés
<tb>
<tb>
<tb> nées' <SEP> humides
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pourcentage <SEP> Ténacité <SEP> Allon- <SEP> Téna-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> Tetronic <SEP> en <SEP> gram- <SEP> gement <SEP> cité <SEP> Allon- <SEP> Fac-
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<tb>
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<tb> 505 <SEP> Denier <SEP> mes <SEP> % <SEP> Fao- <SEP> gram- <SEP> Allongement <SEP> Facteur
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<tb> Denier <SEP> teur <SEP> mes/ <SEP> Sèment <SEP> teursoin
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<tb> soie <SEP> De-
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<SEP> ¯¯¯ <SEP> nier
<tb>
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<tb> aucun <SEP> 151,7 <SEP> 1,97 <SEP> 16,8 <SEP> 33,0 <SEP> 0,88 <SEP> 34,7 <SEP> 30,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,1 <SEP> % <SEP> 152,8 <SEP> 2,06 <SEP> 18,5 <SEP> 38,1 <SEP> 0,93 <SEP> 39,4 <SEP> 36,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,2 <SEP> % <SEP> 152,7 <SEP> 2,07 <SEP> 19,2 <SEP> 39,8 <SEP> 0,95 <SEP> 40,3 <SEP> 38,3
<tb>
Le facteur soie est bien connu dans la branche comme le pro- duit de oohésion et d'allongement du fil et on considère qu'il compense la perte d'allongement qui aoco mpagne normalement une
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augmentation de ténacité. Les donnes ci-dessus montrent qu'un perfectionnement marquant-dans les propriétés phy- siques du fil résultait de l'emploi du Tetronio 505 comme énoncé.
L'agent actif de surface de la présente invention peut être ajouté à la oellulose à n'importe quel stade adéquat du processus. Par exemple, il peut être ajouté à la pulpe pendant la formation de la feuille de pulpe, après formation de la feuille mais avant d'avoir séché celle-ci ou après que la feuille ait été formée et séchée. L'agent actif de surface peut aussi être ajouté à la cellulose al- caline avant l'opération de déchiquetage. Il peut être ré- pandu sur toute la zone de surface de la feuille ou appli- qué à la feuille en bandes étroites.
Le procédé de préhydrolyse de la pulpe employé peut varier considérablement et les détails de celui-ci ne font pas partie de la présente invention. On se référera à cet égard à "Pulp and Paper" par James P.Casey (Inter- science Publishers, New York City), Volume 1 (1952), pages 319 - 321.
On pourrait faire un commentaire identique en ce qui concerne le traitement sulfate de la pulpe amplement discuté dans la publication Casey dans la section intitu- lée "Alkaline Pulping", commençant à la page 133.
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MANUFACTURING OF PRODUCTS, REGENERATED CELLULOSE.
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The present invention relates to novel and useful developments in the manufacture of refined ohimic wood pulp which is to be made into viscose rayon, cellophane, cellulose acetate and the like. More particularly, the present invention relates to the use of a specific surface active agent which, when employed as more fully described:
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hereafter, greatly facilitates the transition from ohimic wood pulp to viscose suitable for the manufacture of regenerated cellulose products, that is to say filaments as used in textile yarns, tire carcasses and films, such as cellulose, cellulose acetate and the like.
Generally speaking, in the preparation of viscose the pulp is soaked in a strong caustic soda solution at room temperature or higher, squeezed so as to remove the excess mordant and then reduced to crumbs by shredding. After a period of standing adequate to reduce molar weight, CS2 is added and the cellulose is dispersed in a dilute xanthatated caustic soda solution to produce the viscose "solution". Before stretching into film or wire, the material is "cured" and filtered. During the filtering of the undissolved cellulose, foreign particles and undispersed colloids are removed by the use of various successive filtering agents. Undissolved material, although important for content, does not usually seriously affect filterability.
Rather, it is the imperfectly dispersed cellulose, the colloids, which clogs the pores of the filter. Low filtering viscose causes many and costly process interruptions requiring frequent downtime and filter medium replacement. This is why the consumer demands a level of filterability which allows high production at low cost of labor and filter material.
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At the start of pulp manufacture, the pulps were characterized by a high content of extraotifs which were composed of "lignin", lignin derivatives and other impurities such as natural resins present in raw wood. These pulps gave poor filtering and spinning results caused by the presence of gummy deposits. Improvements in the pulping conditions and the addition of purification steps have resulted in the production of pulp oaroterized by a low content of extraotifs.
A significant improvement in filterability was obtained at this time. As purification processes were subsequently improved to produce "high alpha" cellulose pulps to obtain yarn with better properties, poorer filtering qualities were returned. It became apparent at this point that while some of the impurities may be undesirable, others had a beneficial effect on the process.
Studies by pulp and viscose manufacturers have shown that adding various materials to the pulp before soaking or during shredding results in filterability. In general, all effeotive materials are surface active agents. These compounds contain a hydrophobic portion and a hydrophilic portion which affect the solubility in any medium such that the molecules tend to concentrate on the surface between two phases, whether they are air and liquid, or oil and water. By changing the groups, various effects such as emulsification,
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rewetting, foam removal and the like can be achieved with these compounds.
Contrary to various claims which appear in the literature, increased filterability of a viscose solution does not automatically result from the addition of a surfactant to the pulp, regardless of the extent of the pulp. surfactant that is added or the particular stage of viscose manufacture to which the surfactant is added.
A number of factors in addition to those cited in the literature affect the filterability of viscose solutions. Among these factors are the particular pulping process and variations in the kind of manufacturing stages employed by the viscose manufacturer.
For example, wood pulp prepared by the "sulphate" process results in a viscose solution generally having extremely poor filtering qualities, whereas wood pulps prepared by the "sulphite" process often do not require the filtering. addition of surface active agents and in fact generally do not gain to any great extent from the addition of such surface active agents. In addition, unless a preliminary hydrolysis operation (as explained below) was included in the manufacture of the sulfate pulp, the surface active agents have not been found to significantly increase the filterability. viscose solutions made from such pulp.
Another variable affecting the degree of increase in filterability which can be achieved by adding ao- agents is the soaking operation.
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surface tifs in the Viscose process. Both methQ. dips currently used in the industry are defined as "conventional sheet dipping" and "grout dipping" and it has been observed that the surface active agents improve viscose filtration to varying degrees depending on that of the methods. dipping agents used in the viscose manufacturing process.
Since the filtration of the viscose solution is only one step in the extremely complex process of making regenerated cellulose products, each surfactant, to be truly useful, should not only be increase filtration, but should in addition have beneficial effects at one or more of the additional stages of the process. There is no doubt that any surfactant which makes any step in the process more difficult or less advantageous or which tends to impair the quality of the finished product would be unacceptable to industry.
It is an object of the present invention to provide a surface active agent which will significantly increase the filterability of viscose solutions made from prehydrolyzed sulfate wood pulp when practicing a conventional steeping operation. In its aspects, the present invention comprises the addition of this active surfactant to the prehydrolyzed sulphate wood pulp at a time prior to the completion of the dehicking of the alkaline cellulose.
Another object of the invention is to provide a specific active surfactant which does not exhibit any
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disadvantageous characteristics at any time of the transformation of chemical wood pulp into regenerated cellulose products and which, moreover, surprisingly improves the quality of the viscose yarn.
Another object of the invention is to provide a prehydrolyzed chemical sulphate wood pulp which has been treated with the surfactant of the present invention and which is of outstanding utility in the manufacture of cellulose products. regenerated.
As indicated above, the present invention in part comprises the use of prehydoolysed sulphate wood pulp. In the prehydrolysis process, wood chips or other cellulose material containing lignin are treated in the usual way with water, steam or a dissolved acid solution (up to (approx. 0.3o of acid solution), at a temperature of from about 300 to about 375 F, and at pressures greater than atmospheric pressure for reaction times of up to in- about 120 minutes.
This treatment is carried out under acidic conditions which can be produced by the addition of an acid such as, for example, acetic, citric, nitric, oxalic, phosphoric, sulfurous (anhydrous), sulfuric or acids. combinations of these.
Alternatively, if it is desired to employ no aude and provided that no alkaline agent has been added, an acidic condition will develop as a result of hydrolysis of the oellulosic raw material which has been heated. At the end of this treatment; the hydrolysis liquid
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is evacuated and the remaining solid material can be washed in place, or the cooking liquor for the next step can be added directly without washing.
The hydrolyzed material containing lignin is then pulped by the sulphate process in which the digestion active ingredients are sodium hydroxide and sodium sulphide. This process is well known to those skilled in the art and any reference to the "sulfa-ce" method of digestion appearing in the present text or in the appended claims relates to digestion, in which the active ingredients of digestion are sodium hydroxide and sodium sulfide.
As is well known in the art, in the production of viscose by the conventional method, sheets of seo-dried cellulose are placed in a close. stand and soaked in a solution of strong caustic soda.
The caustic soda solution is normally introduced from the bottom of the tank in such a way that it rises along the sheets in the direction of the predominant longitudinal orientation of the pulp fibers in equal proportion to the rise produced by capillarity.
, pulp Operation is usually performed at room temperature. After about an hour of immersion, the pulp is pressed to obtain the desired volati le cellulose composition and is then reduced to crumbs in a stripper. This last mechanical operation takes about one to two hours. The alkaline cellulose crumbs are then matured under carefully controlled conditions.
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Ioi, by oxidation of aloaline, the average length of the cellulose molecular chain is reduced such that the material will have a lower solution viscosity. After ripening, the alkaline cellulose crumbs are mechanically mixed with an adequate proportion of CS2, which chemically combines to form oellulosic xanthate. By adding a dilute caustic soda solution in a mixing device, the orange colored cellulosic xanthate crumbs dissolve and form a syrupy solution which is known as a viscose solution. The viscose solution is then cured at controlled temperatures.
At this stage of ripening, complex chemical and colloidal changes take place, so that the cellulose xanthatte is more easily regenerated into cellulose by spinning. Regeneration into filaments or films consists in stretching (extruding) a viscose solution through the small holes or slits of a die in a bath containing acid and salts. The cellulose compound dissolved in the viscose reacts with the acid solutions to coagulate and regenerate the cellulose which precipitates and forms solid continuous filaments or films. Salts in the bath help control the precipitation of cellulose and change the properties of the product. The combined single-yarn filaments form the yarn which is washed, chemically treated to remove residual sulfur, washed again and dried.
The filaments are organically organized (twisted) to give the thread strength and unity. In the manufacture of
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films, washing, sulfur removal, washing and drying are also carried out.
The specific surface active agent, the use of which forms a part of the present invention, is a polyoxyethylene condensation product of the polyoxy-propylene-ethylene diamine having the following structural configuration.
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wherein PrO represents one unit of propylene oxide and y has an average value of about 7 and EtO represents one unit of ethylene oxide and x has an average value of about 12.
This product is commonly manufactured and sold by the Wyandotte Chemicals Corporation, Wyandotte Miohigan, under the identification name Tetronic 505. '
Viscose solutions made from pre-hydrolyzed sulphate wood pulp containing approx. 0.02%. at 0.2% approx. by weight of the surface active agent, depending on the pulp, show extremely high levels of filterability when the conventional method of soaking is employed in the process. Exceptional filtering and improved viscose yarn properties can
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be carried out when the prehydrolyzed sulphate pulp contains approx. 0.1%. at 0.2% approx. by weight of the surfactant of the present invention.
In the following examples, preferred embodiments of the invention are illustrated, but the examples are not to be considered as limiting the scope of the present invention.
Example 1.-
Tetronio 505 (as defined above) was applied as a 2 gram per liter aqueous solution uniformly to all surfaces of sulfate pulp sheets prehydrolyzed in dry air. These pulp sheets, containing an amount of Tetronio 505 equal to 0.1% of the weight of the thoroughly dried pulp were treated by placing them in a dipping press. The predominant longitudinal orientation of the pulp fibers in the leaves being perpendicular to the bottom of the press. 18.5% caustic soda solution was added to the soaking press until the press was filled to a level one and a half inches above the top of the pulp sheets.
After one hour of immersion at room temperature, the soaked pulp was hydraulic pressed to 2.9 times the dry air weight of the original sheets. This combination of steeping and pressing conditions is chosen to obtain the desired cellulosic alkaline composition.
The pressed and weighed pulp was then shredded for one hour at a temperature of 29 C. During the ao-
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Completing the shredding, the crumbled pulp (aloaline cellulose crumbs) was placed in jars and ripened for 21 hours at 29 C.
After maturation, CS2 was added to the aloaline solution in the jars in an amount sufficient to form 34% CS2 based on the cellulose weight of the aloaline cellulose. The jars were sealed and placed in a machine to roll and tumble for one hour at .25 C. The excess CS2 was then removed in vacuo and a caustic soda solution was added in sufficient portion to produce a solution. alkaline aqueous colloidal viscose containing 0.7% cellulose and 6.0% sodium hydroxide. This viscose solution was then stirred for two hours using a mechanical mixer.
Then, the viscose solution was poured into a steel cylinder which was then sealed, and air pressure was used to pass the viscose solution through a filter of standard size and construction.
The filtrate was weighed and the time to complete filtration was recorded.
As a control, a pre-hydrolyzed sulfate pulp, to which no surfactant has been added, is treated in the same way.
The viscose solution prepared from the control pulp gives 640 grams of filtrate, the statistical confidence limits being plus or minus 95 gr. of filtrate. The viscose solution prepared from the prehydrolyzed sulfate pulp to which has been added
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Tetronio 505 as shown gives 6.935 grams of filtrate with statistical confidence limits of plus or minus 1.395 grams of filtrate.; It should be noted that the filtration was increased approximately tenfold by the addition of Tetronio 505 to the pulp. In addition, the use of Tetronio 505 does not cause disadvantageous effects in any of the operations preceding the viscose filtration.
Example II.-
In addition to the remarkable increase in filtration that must be attributed to Tetronio 505 as described above, this active surfactant, when used in the manufacture of viscose rayon textile yarn, shows an unusual ability to impart to the yarn. some greatly desired refinement features.
Viscose yarn treated by the current dipping process of Example I from identical prehydrolysed sulfate pulps, to which 0.1% and 0.2% by weight of Tetronio 505 are added, depending on the pulp that is completely dry, presents the following improvements:
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The silk factor is well known in the industry as the product of cohesion and elongation of the yarn and is considered to compensate for the loss of elongation which normally results in a
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increased toughness. The above data show that a marked improvement in the physical properties of the yarn resulted from the use of Tetronio 505 as stated.
The surface active agent of the present invention can be added to the cellulose at any suitable stage in the process. For example, it can be added to the pulp during the formation of the pulp sheet, after the sheet has been formed but before it has dried or after the sheet has been formed and dried. The surfactant can also be added to the alkaline cellulose prior to the shredding operation. It can be spread over the entire surface area of the sheet or applied to the sheet in narrow strips.
The pulp prehydrolysis process employed can vary widely and details thereof do not form part of the present invention. Reference is made in this connection to "Pulp and Paper" by James P. Casey (Interscience Publishers, New York City), Volume 1 (1952), pages 319-321.
An identical comment could be made with respect to the sulfate treatment of the pulp fully discussed in the Casey publication in the section entitled "Alkaline Pulping", beginning on page 133.