BR112020004424A2 - processo de produção de filamento de celulose tipo liocel - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo para a produção viável de fios de filamentos contínuos de celulose liocel.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FILAMENTO DE CELULOSE TIPO LIOCEL".

[0001] A presente invenção refere-se à produção de fios de filamento de celulose. Antecedentes

[0002] Os fios de filamentos contínuos são amplamente utilizados na indústria têxtil para a produção de tecidos com um caráter distinto em comparação com os tecidos produzidos a partir de fios feitos com fibras descontínuas. Um fio de filamento contínuo é aquele em que todas as fibras são contínuas ao longo de qualquer comprimento do fio. Um fio de filamento contínuo consistirá geralmente em 10 a 300 ou mais filamentos individuais que são todos paralelos uns aos outros e com relação ao eixo do fio quando produzido. O fio é produzido através da extrusão de uma solução ou fusão de um polímero ou um derivado de polímero e depois enrolando o fio produzido em uma bobina ou carretel ou formando uma torta através de enrolamento centrífugo.

[0003] Fios de filamentos contínuos de polímero sintético são comuns. Por exemplo, fios de filamentos contínuos de nylon, poliéster e polipropileno são usados em uma ampla variedade de tecidos. Eles são produzidos através de fusão pela fiação de um polímero fundido através de uma fieira com um número de orifícios correspondentes ao número de filamentos necessários no fio produzido. Depois que o polímero fundido começar a se solidificar, o fio pode ser puxado para orientar as moléculas do polímero e melhorar as propriedades do fio.

[0004] Os fios de filamentos contínuos também podem ser fiados a partir de derivados de celulose, como diacetato de celulose e triacetato de celulose, através de fiação a seco. O polímero é dissolvido num solvente adequado e depois extrudido através de uma fieira. O solvente se evapora rapidamente depois da extrusão, fazendo com que o polímero se precipite na forma de filamentos formando um fio. O fio recém-produzido pode ser puxado para orientar as moléculas de polímero.

[0005] Fios de filamentos contínuos também podem ser produzidos a partir de celulose usando o processo de viscose. A celulose é convertida em xantato de celulose através da reação com hidróxido de sódio e dissulfeto de carbono e em seguida dissolvida em uma solução de hidróxido de sódio. A solução de celulose, comumente chamada de viscose, é extrudida através de uma fieira para um banho de ácido. O hidróxido de sódio é neutralizado, causando a precipitação da celulose. Ao mesmo tempo, o xantato de celulose é convertido novamente em celulose através da reação com o ácido. O filamento recém-formado é puxado para orientar as moléculas de celulose, lavado para remover os reagentes do filamento e depois secado e enrolado em uma bobina. Nas versões precedentes desse processo, o fio úmido era coletado em um bolo usando um enrolador centrífugo - uma Topham Box. O bolo de fios foi então secado em um forno antes de ser enrolado em uma bobina.

[0006] Os fios de celulose de filamento contínuo também são produzidos coma utilização do processo cupro. A celulose é dissolvida em uma solução de hidróxido de cupramônio. A solução resultante é extrudida para um banho de água onde o hidróxido de cupramônio é diluído e a celulose se precipita. O fio resultante é lavado, secado e enrolado em uma bobina.

[0007] O fio de filamento contínuo de celulose produzido pelo processo de viscose ou cupro pode ser transformado em tecidos por tecelagem ou tricô ou outros processos de formação de tecido. Os tecidos produzidos são utilizados para uma variedade de aplicações, incluindo forros para roupas de fora, blusas e blusas de senhora,

lingerie e tapetes de oração. Os fios também são produzidos para uso no reforço de pneus e outros produtos de borracha.

[0008] Os tecidos feitos com fios de celulose de filamentos contínuos podem ter um alto brilho. Eles são bons no manuseio de umidade para aumentar o conforto do usuário. Eles não geram eletricidade estática tão rapidamente quanto aos tecidos feitos com fios sintéticos de filamentos contínuos.

[0009] No entanto, os tecidos feitos a partir de fios de celulose de filamento contínuo atualmente disponíveis, geralmente apresentam más propriedades físicas. A resistência a seco e a resistência ao rasgo são fracas em comparação com tecidos feitos de polímeros sintéticos, como o poliéster. A resistência úmida é muito menor que a resistência seca devido às interações entre a celulose e a água. A resistência à abrasão é baixa. As interações com a água também amolecem a celulose, fazendo com que os tecidos feitos a partir do fio sejam instáveis quando umedecidos.

[0010] Devido a essas deficiências, os produtos que foram originalmente fabricados com fios de celulose de filamentos contínuos agora são produzidos principalmente com fios de filamentos contínuos de polímero sintético, como poliéster e nylon.

[0011] No entanto, os fios sintéticos mostram certas desvantagens. Os tecidos fabricados com eles não têm a capacidade de manipulação de umidade dos tecidos feitos a partir de fios de celulose. Os tecidos sintéticos podem gerar eletricidade estática. Algumas pessoas consideram as roupas feitas de fios sintéticos muito menos confortáveis de usar em comparação com os tecidos que contêm celulose.

[0012] No entanto, existe uma necessidade com relação a fios de celulose de filamentos contínuos que permitam a produção de tecidos e outros produtos têxteis que tenham as características positivas de tecidos atualmente disponíveis feitos a partir de fios de celulose de filamentos contínuos, mas com o desempenho geralmente associado a tecidos feitos com fios sintéticos de filamentos contínuos.

[0013] Foi verificado de forma surpreendente que os fios de filamentos contínuos produzidos pelo processo de liocel têm uma resistência à tração consideravelmente mais alta do que os fios de filamentos produzidos pelo processo de viscose. Isso pode resultar em tecidos com melhor resistência, resistência ao rasgo e resistência à abrasão. A perda de força quando os filamentos de liocel são umedecidos é muito menor do que nos filamentos de viscose. Isso significa que os tecidos de liocel são mais difíceis de deformar quando molhados, proporcionando melhor estabilidade do tecido. Os tecidos Liocel também são mais fortes quando úmidos em comparação com os tecidos de viscose equivalentes.

[0014] Também foi descoberto de forma surpreendente que os tecidos produzidos a partir de filamentos contínuos de liocel podem ter brilho, propriedades de manuseio de umidade e baixa geração estática que são as características desejáveis dos tecidos de viscose e cupro de filamento contínuo.

[0015] A tecnologia Liocel é uma tecnologia baseada na dissolução direta de polpa de madeira de celulose ou outra matéria- prima à base de celulose em um solvente polar (por exemplo, n-óxido de n-metil-morfolina, a partir daqui denominado ‘óxido de amina') para produzir uma solução viscosa de alto cisalhamento de diluição fina que pode ser formada em uma variedade de materiais úteis à base de celulose. Comercialmente, a tecnologia é usada para a produção de uma família de fibras básicas de celulose (comercialmente disponíveis na Lenzing AG, Lenzing, Áustria sob a marca registrada TENCEL®), que são amplamente utilizadas nas indústrias têxtil e de não tecidos. Também foram divulgados outros produtos de celulose da tecnologia de liocel, como filamentos, películas, invólucros, contas e telas não tecidas.

[0016] A EP 823 945 B1 descreve um processo para a fabricação de fibras de celulose, que compreende a extrusão e coagulação de uma solução de fiação de celulose de acordo com o processo de liocel, que compreende obrigatoriamente uma etapa de extração dos filamentos e corte dos filamentos em fibras de celulose, que podem ser usados em vários campos de aplicação. A etapa do processo de extração dos filamentos de celulose coagulados é essencial, de acordo com os ensinamentos desta tecnologia da técnica anterior, a fim de obter, de forma específica, fibras descontínuas com um equilíbrio de propriedades desejado.

[0017] A EP 0 853 146 A2 descreve um processo para a preparação de fibras à base de celulose. De acordo com o ensinamento desse documento, duas matérias-primas diferentes, com pesos moleculares muito diferentes, são misturadas para obter fibras. A WO 98/06754 descreve um método semelhante, que requer que as duas matérias-primas diferentes sejam primeiro dissolvidas separadamente, antes de misturar a solução preparada para obter uma solução de fiação. A DE 199 54 152 A1 descreve um método de preparação de fibras, em que são utilizadas soluções de fiação com uma temperatura relativamente baixa.

[0018] Os benefícios dos fios de filamentos de celulose produzidos a partir da solução de fiação de liocel foram descritos (Krüger, Lenzinger Berichte 9/94, S. 49 e segs.). No entanto, a técnica anterior relativa à produção de fibras descontínuas de liocel ou fios de filamentos de celulose através de processos conhecidos não fornece ensinamentos sobre como fabricar fios de liocel de filamentos contínuos de maneira viável.

[0019] Por conseguinte, os processos conhecidos sofrem com a desvantagem de que os processos comercialmente viáveis ainda não são conhecidos, uma vez que a qualidade do filamento e do fio obtida pelos processos da técnica anterior para formar filamentos de liocel não é satisfatória. Além disso, os ensinamentos da técnica anterior sobre a produção de fibras e filamentos de outras tecnologias de processo (viscose, filamentos sintéticos) não são aplicáveis aos processos de liocel devido aos requisitos exigentes de alta extensão de polímero diretamente após a extrusão, seguida pela remoção controlada de solvente por troca de líquido.

[0020] A preparação de fios de liocel de filamentos contínuos apresenta, portanto, novos desafios de processo em comparação com a produção de fibras de liocel, principalmente devido a velocidades de produção muito mais altas, requisitos de uniformidade de filamentos e a necessidade de continuidade de processo excepcional:

[0021] • Velocidades de produção de filamentos acima de dez vezes mais rápidas que as da produção de fibras básicas são típicas

[0022] • Em um produto de fio de filamento contínuo, as propriedades de todos os filamentos individuais devem estar dentro de uma janela muito estreita de variabilidade, por exemplo, para evitar problemas como variação na absorção do corante. Por exemplo, um coeficiente de variação da distribuição de deniers deve ser menor que 5%. Por outro lado, em um processo de fibras descontínuas, há muito mais espaço para "calcular a média" de pequenas variações entre filamentos individuais, porque cada fardo de fibras consiste em vários milhões de fibras individuais obtidas de filamentos que foram cortados no comprimento necessário e misturados. Um exemplo da formação de fibras descontínuas de liocel é divulgado na EP 823 945 B1.

[0023] • Níveis de pureza muito alta da solução de fiação são necessários para minimizar a quebra do filamento durante a etapa de extensão. Quebras podem levar à perda de filamentos individuais,

levando a que os fios não estejam mais em conformidade com a especificação exigida e, potencialmente, à perda da continuidade da fiação. Os processos de produção de fibras descontínuas são tolerantes a uma determinada proporção de quebras de filamentos individuais. Objetivo da invenção.

[0024] Por consequência, é o objetivo da presente invenção proporcionar um processo que permita a produção de filamentos de liocel e fibras de multifilamentos de liocel com alta qualidade e controle de processo, tornando o processo global comercialmente viável. Breve descrição da invenção

[0025] Por conseguinte, a presente invenção proporciona o processo como definido na reivindicação 1. As modalidades de preferência são dadas nas reivindicações 2 a 10 e na especificação. Além disso, a presente invenção fornece os filamentos e fios obtidos, como definido na reivindicação 11 e no presente pedido de patente. Breve descrição da figura

[0026] A figura 1 exibe uma representação esquemática de um processo de acordo com a presente invenção. Descrição detalhada da invenção

[0027] As limitações do estado da técnica foram superadas pela invenção divulgada aqui, neste pedido de patente. Nomeadamente, a presente invenção proporciona um processo para a produção de filamentos de liocel e fios de multifilamentos de liocel, conforme definido na reivindicação 1. A presente invenção será descrita em detalhes com referência às etapas individuais do processo. Deve ser entendido que essas etapas do processo e suas respectivas modalidades de preferência podem ser combinadas conforme apropriado e que o presente pedido de patente abrange essas combinações e divulga as mesmas, mesmo que não estejam descritas explicitamente aqui, neste pedido de patente.

[0028] • Fabricação da solução de fiação.

[0029] Foi descoberto que as condições de produção conhecidas com relação às soluções de fiação de liocel não são adequadas para a produção de filamentos contínuos de liocel. Para alcançar o desempenho exigido, uniformidade e consistência do produto, é necessário empregar um material de partida de celulose que atenda às exigências que se seguem.

[0030] As propriedades reológicas das soluções de fiação de liocel conhecidas não são compatíveis com as demandas da produção de fios de filamentos de alta velocidade. Por exemplo, são encontrados números inaceitáveis de quebras de filamentos ao serem usadas composições de soluções de fiação conhecidas para a produção de fibras comuns. Foi verificado que o uso de uma distribuição de peso molecular mais ampla da matéria-prima de celulose do que o descrito anteriormente supera esse problema, nomeadamente misturando de 5 - 30% em peso, de preferência de10 a 25% em peso de celulose com uma viscosidade de varredura na faixa de 450-700 ml/g com 70 - 95% em peso, de preferência 75 a 90% em peso de celulose com uma viscosidade de varredura na faixa de 300 - 450 ml/g, em que as duas frações têm uma diferença na viscosidade de varredura de 40 ml/g ou mais, de preferência 100 ml/g ou mais. A viscosidade da varredura é determinada de acordo com SCAN-CM 15:99 em uma solução de cuprietilenodiamina, uma metodologia conhecida pessoa versada na técnica e que pode ser realizada em dispositivos comercialmente disponíveis, como o dispositivo Auto PulpIVA PSLRheotek, disponível na psl- rheotek.

[0031] Para obter essa matéria-prima de celulose (por exemplo, a partir da polpa de madeira) para alcançar misturas de polidispersividade molecular necessárias, diferentes tipos de materiais de partida, podem ser usados. As proporções ótimas de mistura dependerão do peso molecular real de cada componente da mistura, das condições de produção do filamento e das exigências específicas do produto do fio do filamento. De forma alternativa, a polidispersividade de celulose necessária também pode ser obtida, por exemplo, durante a fabricação de pasta de madeira, por mistura antes da secagem. Isso eliminaria o requisito de monitorar e misturar cuidadosamente os estoques de celulose durante a fabricação de liocel.

[0032] O teor global de celulose na solução de fiação é tipicamente de 10 a 20% em peso, de preferência 10 a 16% em peso, tal como de 12 a 14% em peso. Como o versado na técnica está ciente dos componentes necessários para soluções de fiação para um O processo de liocel, nenhuma explicação mais detalhada dos componentes e do método geral de produção é considerada necessária aqui neste pedido de patente. É feita referência a este respeito às US 5.589.125, WO 96/18760, WO 02/18682 e WO 93/19230, incorporados aqui, neste pedido de patente por referência.

[0033] Para controlar ainda mais o processo de acordo com a presente invenção, é de preferência o emprego de altos níveis de monitoramento e controle do processo para garantir a uniformidade da composição da solução de fiação. Isso pode incluir medição em linha da composição/pressão/temperatura da solução de fiação, medição em linha do conteúdo de partículas, medição em linha da distribuição de temperatura da solução de fiação em jatos/bocais e verificações cruzadas regulares off-line.

[0034] É ainda de preferência controlar e, se necessário, melhorar a qualidade da solução de centrifugação de liocelulas utilizada na presente invenção, pois o conteúdo de partículas grandes pode resultar em quebras inaceitáveis no filamento individual à medida que são formadas. Exemplos de tais partículas são impurezas, como areia, etc., mas também partículas de gel compreendendo celulose não suficientemente dissolvida. Uma opção para minimizar o conteúdo de tais impurezas sólidas são os processos de filtração. A filtração em múltiplos estágios da solução de fiação é a maneira ideal de minimizar as impurezas sólidas. Uma pessoa versada na técnica entenderá que são necessárias restrições de filtro maiores para a titulação de filamentos mais finos. Normalmente, por exemplo, a filtração em profundidade com um poder de parada absoluto em torno de 20 mícrons é eficaz com relação á de 1,3 filamento decitex. É de preferência uma potência de parada absoluta de 15 mícrons para o decitex de filamentos mais finos. Os dispositivos e parâmetros de processo para realizar a filtração são conhecidos da pessoa versada na técnica.

[0035] Além disso, foi considerado adequado ajustar a viscosidade da solução de fiação para uma faixa de 500 a 1350 Pa.s, medida a uma taxa de cisalhamento de 1,2 (1 / s) a 110°C.

[0036] A temperatura da solução de fiação durante a preparação está tipicamente na faixa a partir de 105 a 120°C, de preferência de 105 a 115°C. Antes da fiação/ extrusão real, a solu ção, opcionalmente depois da filtração, é aquecida para uma temperatura mais alta, usando o processos e dispositivos conhecidos pelo versado na técnica, tipicamente de 115 a 135°C, de preferência de 120 a 130°C. Esse processo, juntamente com uma etapa de filtração, aumenta a homogeneidade da solução de fiação depois da sua preparação inicial, a fim de prover uma solução de fiação (às vezes chamada massa de fiação) adequada para extrusão através dos bocais de fiação. Essa solução de fiação é de preferência, antes da extrusão/fiação, levada para uma temperatura de 110°C a 135°C, de preferênc ia de 115°C a 135°C, um processo que pode incluir etapas intermed iárias de resfriamento e aquecimento, bem como etapas de têmpera (etapas em que a solução de fiação é mantida em uma determinada temperatura durante um determinado tempo). Esses processos são conhecidos pelas pessoas qualificadas na técnica. • Extrusão de filamentos

[0037] Foi descoberto que a uniformidade e consistência do fluxo da solução de fiação através de cada orifício do bocal da fieira melhoram ainda mais o processo e ajudam a atender aos requisitos de qualidade com relação aos filamentos individuais de celulose e, por sua vez, também para os fios de multifilamentos. Isto é particularmente relevante, tendo em vista as velocidades de produção muito altas necessárias para a produção de filamentos e fios de filamentos, que variam de 200 m/min e mais altas. De acordo com a presente invenção, velocidades de produção de 200 m/min e mais altas podem ser alcançadas, como 400 m/min ou mais, de preferência de 700 m/min ou mais e até 1000 m/min ou mais. Faixas adequadas são de 200 a 1500 m/min, como de 400 a 1000 m/min ou de 700 a 1000 m/min, incluindo faixas como de 700 a 1500 m/min.

[0038] Cada peça de fieira usada para a extrusão da solução de fiação de liocel possui vários orifícios de bocal correspondentes ao número de filamentos necessários para um fio de filamento contínuo. Vários fios podem ser extrudados de um único jato combinando várias peças de fieiras em uma única placa de fieiras, por exemplo, como divulgado no documento WO 0 301 4429 A1, incorporado aqui, neste pedido de patente por referência.

[0039] O número de orifícios dos bocais para cada fio de filamento pode ser selecionado dependendo do tipo de fio pretendido, mas o número está tipicamente na faixa de 10 a 300, de preferência de 20 a 200, tal como de 30 a 150.

[0040] A uniformidade do fluxo da solução de fiação pode ser melhorada, fornecendo um bom controle de temperatura dentro da fieira e dos bocais individuais. É de preferência que, durante a rotação, a variação de temperatura no interior dos bocais (e entre os bocais seja a menor possível e, de preferência, dentro de ± 2°C ou menos. Isso pode ser alcançado através de um meio de prover aquecimento direto à fieira e aos bocais individuais em uma série de zonas diferentes, para permitir a compensação de quaisquer diferenças locais na temperatura da solução de centrifugação e proporcionar um controle preciso da temperatura da solução de centrifugação à medida que ela é extrudida a partir de cada bocal da fieira. Exemplos de tais meios de controle de temperatura são divulgados nos WO 02/072929 e WO 01/81662, incorporados aqui, neste pedido de patente por referência.

[0041] Os perfis dos bocais da fieira são de preferência projetados para maximizar a aceleração suave da solução de fiação através do bocal, minimizando a queda de pressão. Os principais recursos de projeto do bocal incluem, entre outros, uma superfície lisa da entrada e bordas afiadas na saída do bocal. • Resfriamento inicial

[0042] Depois de sair dos bocais giratórios, os filamentos individuais são tipicamente submetidos a um processo de resfriamento, normalmente usando um fluxo de ar. Por consequência, é preferido resfriar os filamentos nesta etapa utilizando uma corrente de ar, de preferência uma corrente de ar cruzada controlada em intervalo de ar. A corrente de ar deve ter uma umidade controlada, a fim de ser obtido o efeito de resfriamento desejado sem afetar a qualidade das fibras. Os valores de umidade adequados são conhecidos do versado na técnica. No entanto, uma aplicação direta de procedimentos conhecidos de fibra de liocel comum nesta etapa não funciona, pois isso exigiria, levando em consideração as altas velocidades de produção do filamento, um intervalo de ar muito longo (acima de 200 mm). Contudo, essa lacuna de ar não é viável, pois os filamentos individuais se moveriam e se tocariam, levando à fusão do filamento e à baixa qualidade do produto. Pela mesma razão, foi verificado que as correntes de ar de alta velocidade divulgadas para a produção de fibras básicas podem apresentar problemas. Além disso, é necessária uma maior uniformidade e consistência da extensão para produtos de filamentos em comparação com fibras comuns.

[0043] Por esse motivo, a presente invenção proporciona novos maios para o ajuste do processamento da produção do filamento com a finalidade de atingir as exigências de qualidade da produção da fibra de filamento

[0044] Por exemplo, a WO 03/014 436 A1, incorporada aqui, neste pedido de patente por referência, descreve um arranjo cruzado adequado. É de preferência ao resfriamento uniforme do filamento em todo o comprimento do intervalo de ar.

[0045] Como esboçado acima, os intervalos de ar mais longos, que seriam considerados necessários de acordo com o entendimento comum do processo de fiação, em particular considerando as altas velocidades de produção, não são viáveis. No entanto, foi verificado que um comprimento de intervalo de ar mais longo do que o normalmente empregado para a produção de fibra comum pode ser usado com sucesso, como cerca de 40 - 130 mm. De preferência, o intervalo de ar está na faixa de 40 a 120 mm, tal como de 50 a 100 mm. Nas modalidades, isso pode ser combinado com uma separação de filamentos mais ampla na face da fieira (cerca de duas vezes a separação de bocais empregada na produção de fibras de liocel comum). Foi verificado que esse arranjo é benéfico para a produção de filamentos. Um aumento na separação dos filamentos dessa maneira reduz a oportunidade dos filamentos se tocarem e permite que o resfriamento uniforme necessário seja alcançado.

[0046] As velocidades de tiragem cruzada são de preferencia muito mais baixas do que as utilizadas na produção de fibras de liocel. Os valores adequados são de 0,5 - 3 m/s, de preferência 1-2 m/s. Os valores de umidade podem estar na faixa de 0,5 a 10 g de água por kg de ar, tal como de 2 a 5 g de água por kg de ar. A temperatura do ar é de preferência controlada para um valor abaixo de 25°C, tal como abaixo de 20°C. • Coagulação inicial dos filamentos

[0047] Depois de sair dos bocais da fieira e de ter sido resfriado no espaço de ar, os filamentos produzidos devem ser tratados para iniciar ainda mais a coagulação. Isto é conseguido através da inserção dos filamentos individuais em um banho de coagulação, também chamado banho de fiação ou banho de fiação. Foi descoberto que, para alcançar um alto grau de uniformidade da qualidade do produto, essa coagulação inicial adicional dos filamentos ocorre de preferência dentro de uma pequena janela, isto é, com apenas uma pequena variabilidade, de preferência exatamente no mesmo ponto.

[0048] Foi verificado que os projetos tradicionais de banho de centrifugação muitas vezes não são adequados para essa finalidade, porque as forças hidrodinâmicas devido às altas velocidades do filamento (acima de cerca de 400 m/min) perturbam a superfície do banho, resultando em uma coagulação inicial desigual (e tamanho variável do espaço de ar) também potencial fusão de filamentos e outros danos. Foi determinado que, no caso de tais problemas, é de preferência a utilização de banhos de centrifugação rasos, com profundidade inferior a 50 mm.

[0049] Tais banhos de centrifugação são divulgados, por exemplo, na WO/ 03 014 432 A1, incorporada aqui, neste pedido de patente por referência, que descreve profundidades de banho de centrifugação rasas na faixa de 5 - 40 mm, de preferência de 5 a 30 mm, de mais preferência de 10 - 20 mm. A utilização de tais banhos de centrifugação rasos permite controlar o ponto de contato dos filamentos centrifugados com a solução de coagulação no banho de centrifugação, evitando assim os problemas que poderiam ocorrer quando são utilizadas profundidades de banho de centrifugação convencionais.

[0050] Além disso, foi verificado que a qualidade do filamento também pode ser melhorada se a concentração de óxido de amina no banho de centrifugação for controlada para valores menores do que o normalmente usado na produção de fibras de liocel. Foram encontradas concentrações de banho de centrifugação abaixo de 25% em peso, mais preferivelmente abaixo de 20% em peso de óxido de amina, ainda de mais preferência de preferencia abaixo de 15% em peso, para melhorar a qualidade do filamento. As faixas de preferência com relação à concentração de óxido de amina são de 5 a 25% em peso, tal como de 8 a 20% em peso ou de 10 a 15% em peso. Isso está significativamente abaixo da faixa divulgada para a produção de fibras de liocel comum. Para permitir a manutenção de uma concentração tão baixa de óxido de amina, é de preferência o monitoramento contínuo da composição do banho de centrifugação, de modo que, por exemplo, ajustes da concentração possam ser realizados reabastecendo a água e/ou removendo de forma seletiva o excesso de óxido de amina.

[0051] A temperatura desse banho de centrifugação está tipicamente na faixa de 5 a 30°C, de preferência de 8 a 16°C.

[0052] Semelhante às modalidades de preferência descritas acima com relação à solução de fiação, é possível a filtração do liquido de banho de fiação de alta rigidez, para minimizar o potencial de danificar filamentos macios recém-formados por impurezas sólidas indesejadas no banho de fiação. Isso é particularmente importante em velocidades de produção muito altas, em excesso de 700m/min.

[0053] Dentro do banho de fiação, os filamentos individuais de um fio final alvo são reunidos e agrupados em um feixe de multifilamentos inicial por meio da saída a partir do banho de fiação, que normalmente é uma saída em forma de anel, que une os filamentos e também serve para: controlar a quantidade de solução de banho giratório que sai do banho junto com o feixe de filamentos. Os arranjos adequados são conhecidos da pessoa versada na técnica. O formato e a escolha do material para a saída em forma de anel influenciam a tensão aplicada aos feixes de filamentos, pois pelo menos alguns dos filamentos estão em contato com a saída em forma de anel. Uma pessoa versada na técnica estará ciente dos materiais e formas adequados para as saídas do banho giratório, a fim de minimizar qualquer impacto negativo no feixe de filamentos.

[0054] Por conseguinte, em uma modalidade preferida do processo de acordo com a presente invenção, o processo compreende as etapas de fabricação de uma solução de fiação adequada para o processo de liocel que compreenda de 10 a 15% em peso, se preferência de 12 a 14% em peso de celulose, em que a celulose é a mistura de celuloses acima descrita com diferentes valores de viscosidade da varredura. Este processo compreende ainda a etapa de extrusão da solução de fiação através de bocais de extrusão, mantendo uma variabilidade de temperatura através dos bocais de extrusão dentro de uma faixa de ± 2°C ou menos. Os filamentos produzidos dessa forma são submetidos a um resfriamento inicial como descrito acima, seguido pela coagulação inicial dos filamentos obtidos dessa maneira, ocorre em um banho de coagulação (banho de centrifugação) com profundidade inferior a 50 mm, de preferencia de 5 a 40 mm, mais preferivelmente de 10 a 20 mm.

[0055] A composição do licor de coagulação empregado neste banho de coagulação mostra uma concentração de óxido de amina de 23% em peso ou menos, mais preferivelmente abaixo de 20% em peso e ainda mais preferivelmente abaixo de 15% em peso. O ajuste deste conteúdo de óxido de amina pode ser conseguido por meio da remoção seletiva de óxido de amina e/ou o reabastecimento de água doce para ajustar a concentração ás faixas de preferência

[0056] Esse processo assegura a obtenção de filamentos de alta qualidade e, em particular, de alta uniformidade, que entram especificamente no banho de coagulação de modo a garantir coagulação uniforme e, portanto, propriedades uniformes de filamento. Além disso, nas modalidades do processo descrito acima, é de preferência o ajuste da distância entre os filamentos individuais após a extrusão, por exemplo, empregando uma separação de bocal mais ampla, em comparação com os processos de produção de fibra de liocel padrão, conforme descrito abaixo. Esses parâmetros e condições de processo preferidos permitem como indicado aqui, neste pedido de patente, a produção de filamentos de liocelulas com alta uniformidade, além de permitir as altas velocidades de processo desejadas (velocidades de rotação de 200 m/min ou mais, de mais preferência de 400 m/min ou mais, e em modalidades de até 700 m/min ou mais). Neste contexto, a presente invenção permite ainda a produção contínua e em longo prazo de filamentos de celulose de liocel e fios correspondentes, conforme os parâmetros e condições do processo, conforme explicado acima, para evitar a quebra do filamento, etc., o que exigiria a interrupção da produção de filamentos e fios. • Extensão de filamento

[0057] Depois da saída do banho de fiação, os pacotes de multifilamentos são recolhidos, tipicamente por meio de um rolo guia que direciona o pacote, que produzirá o fio final, para as etapas subsequentes do processamento, como lavagem, secagem e enrolamento. Durante esta etapa, de preferência, não corre alongamento do feixe de filamentos. A distância entre a saída do banho giratório e o contato com o rolo guia pode ser selecionada de acordo com a necessidade e distâncias entre 40 e 750 mm, tal como de 100 a 400 mm, foram mostradas como adequadas. Foi verificado que esta etapa do processo pode fornecer mais opções para controlar e influenciar a qualidade do produto. Nesta etapa do processo, por exemplo, a estrutura cristalina do filamento pode ser ajustada, alcançando assim as propriedades desejáveis dos fios de filamentos contínuos de liocel. Como indicado acima, e como forma derivável da formulação da reivindicação 1, foi verificado que o sucesso nesta etapa do processo está intimamente ligado à reologia da solução de fiação e à consistência da extrusão dos bocais, descrito acima.

[0058] Como indicado acima, um meio tal como um rolo de orientação toma os filamentos, monta os mesmos para formar o fio inicial e guia o fio assim obtido em outras etapas de processamento. De acordo com a presente invenção, é preferível que uma tensão máxima aplicada ao feixe de filamentos no ponto de contato do feixe de filamentos (fio) com o rolo guia seja (4,2 x número de filamentos/ titulação de filamentos)0,69 (cN) ou menos. Essa tensão significa a tensão aplicada aos filamentos/ feixe de filamentos desde o ponto de saída dos bocais giratórios até o ponto de contato do punho, por exemplo, com o rolo de orientação fornecido após a etapa de coagulação. A fórmula fornecida acima define, por meio de ilustração, que a tensão máxima, por exemplo, para um feixe de filamentos de 60 filamentos com um título de fio de 80 dtex (filamentos individuais têm 0,69 um título de 1,33 dtex), que a tensão máxima é (4,2 x 60: 1,33) , consequentemente 37,3 cN.

[0059] Ao manter uma tensão máxima especificada, pode se garantir que a ruptura do filamento seja impedida, de modo que sejam obtidos fios de alta qualidade. Além disso, isso ajuda a garantir que o processo de produção do filamento possa ser executado através dos tempos necessários sem perturbações. Uma pessoa versada na técnica entenderá que a tensão aqui referida é uma tensão que deve ser medida usando amostras retiradas do processo geral usando um aparelho de teste de três rolos Schmidt-Zugspannungsmessgerät ETB-

100. A tensão medida para filamentos e feixes de filamentos no ponto de contato designado aqui referido pode, com a utilização dos parâmetros do processo descritos aqui no contexto da presente invenção, ser usada para controlar a qualidade do produto e a estabilidade do processo, em particular ajustando a composição da solução de centrifugação, a profundidade do banho de centrifugação e o liquido do banho de centrifugação (banho de coagulação), a tiragem cruzada de ar e o projeto da fieira, como projeto dos bocais e a separação dos bocais, a fim de ajustar os valores de tensão aos valores em conformidade com a equação fornecido acima. • Lavagem do filamento

[0060] Como os filamentos após a coagulação e o resfriamento iniciais ainda contêm óxido de amina, os filamentos e/ou fios obtidos são tipicamente submetidos á lavagem. O óxido de amina pode ser lavado dos fios recém-formados através de um fluxo de contracorrente de água desmineralizada ou outro líquido adequado, tipicamente de 70 - 80°C. Desse modo, como nas etapas precedentes do processo, foi verificado que as técnicas tradicionais de lavagem, por exemplo, o uso de valas, podem apresentar problemas devido às altas velocidades de produção acima de 400m/min. Além disso, é de preferência a aplicação uniforme de liquido de lavagem a cada filamento individual, para obter um produto de alta qualidade. Ao mesmo tempo, é de preferência o contato mínimo entre os filamentos macios e as superfícies de lavagem, a fim de manter a integridade dos filamentos e obter as propriedades desejadas dos fios. Além disso, os fios de filamentos individuais devem ser lavados juntos e o comprimento da linha deve ser minimizado para permitir economia de processo viável. Em vista do exposto, verificou-se que um processo de lavagem preferido envolve o seguinte, sozinho u em combinação:

[0061] A lavagem é de preferência realizada com a utilização de uma série de rolos acionados e cada fio é sujeito individualmente a uma série de etapas de impregnação/remoção de líquido de lavagem.

[0062] Foi descoberto que é benéfico proporcionar um meio de retirar ou girar o liquido uniformemente de cada filamento de fio, sem danificar os filamentos macios, depois de cada etapa de impregnação por lavagem. Isso pode, por exemplo, ser conseguido através de guias de pinos adequadamente projetadas e posicionadas. As guias de pinos podem, por exemplo, ser construídas com um acabamento cromado mate. As guias permitem um espaçamento próximo dos fios do filamento (em torno de 3 mm), bom contato com os filamentos para proporcionar remoção uniforme do líquido e baixa tensão para minimizar os danos ao filamento.

[0063] Opcionalmente uma etapa de lavagem alcalina pode ser incluída para o aumento da eficiência da remoção do solvente residual a partir dos filamentos.

[0064] O líquido de lavagem usado (depois da primeira guia dos pinos) normalmente tem uma concentração de 10 a 30%, de preferência de18 a 20% de óxido de amina antes do retorno para a recuperação do solvente.

[0065] Um 'acabamento suave' pode ser aplicado para ajudar no processamento adicional. Os tipos e métodos de aplicação serão conhecidos pelos versados na técnica. Por exemplo, um arranjo de 'lamber o rolo' aplicando acabamento em torno de cerca de 1% nos filamentos, seguido por um rolo de aperto para controlar as tensões do fio no secador foi considerado eficaz. • Secagem de fio

[0066] Novamente, o bom controle dessa etapa auxilia no desenvolvimento de propriedades ideais dos fios e na minimização do potencial de danos nos filamentos. Os meios de secagem e os parâmetros de secagem são conhecidos do versado na técnica. As modalidades de preferência são definidas a seguir:

[0067] O secador consiste, por exemplo, em 12 a 30 tambores aquecidos com cerca de 1 m de diâmetro. O controle de velocidade individual é de preferência para garantir que a tensão do filamento seja mantida baixa e constante, de preferência abaixo de 10cN, de preferência abaixo de 6cN. O espaçamento entre os fios durante a secagem pode ser em torno de 2 a 6 mm.

[0068] A temperatura inicial no secador é em torno de 150°C. Em etapas posteriores do processo de secagem as temperaturas podem ser mais abaixadas por meios de conhecidos dos versados na técnica.

[0069] Um agente antiestático e/ou um acabamento macio podem ser aplicados aos fios do filamento depois da secagem, por meios conhecidos dos versados na técnica.

[0070] Outras etapas do processo, por exemplo, combinar, texturizar ou misturar fios, podem ser aplicadas depois da secagem e antes da coleta, com a utilização de processos conhecidos do versado na técnica. Se desejado, um acabamento macio pode ser aplicado aos fios antes das etapas acima identificadas. • Coleta dos fios

[0071] Os fios podem ser coletados com a utilização de equipamento de bobinagem padrão. Um exemplo adequado é um banco de enroladores. A velocidade da bobinadeira é usada para ajustar as velocidades do processo a montante, para manter a tensão baixa e constante do fio.

[0072] Uma pessoa versada na técnica entenderá que várias substâncias modificadoras, como corantes, produtos antibacterianos, trocadores de íons, carvão ativo, nano partículas, loções, produtos retardadores de fogo, superabsorventes, agentes de impregnação, corantes, agentes de acabamento, agentes de reticulação, agentes de enxerto, aglutinantes; e as misturas os mesmos podem ser adicionadas durante a preparação da solução de fiação ou na zona de lavagem, desde que essas adições não prejudiquem o processo de fiação. Isso permite modificar os filamentos e fios produzidos para atender aos requisitos individuais do produto. A pessoa versada na técnica está bem ciente de como adicionar esses materiais acima mencionados em que etapa do processo de produção de fios de filamentos de liocel. A este respeito, foi verificado que muitas substâncias modificadoras desejáveis que seriam normalmente adicionadas na fase de lavagem não serão eficazes com a rota do fio de filamento devido às altas velocidades da linha e, portanto, aos curtos tempos de permanência. Para introduzir essas substâncias modificadoras, uma abordagem alternativa é coletar fios de filamentos totalmente lavados, mas nunca secos e enviá-los para processamento adicional em lotes onde o tempo de permanência não seria um fator de limitação.

[0073] Um processo ilustrativo de acordo com a presente invenção é descrito por referência à Figura 1. Na Figura 1, o item 1 mostra a fieira, com o número 2 designando orifícios de fiação (bocais) a partir dos quais filamentos individuais 3 são extrudados. O reservatório que contém a solução de fiação e quaisquer etapas precedentes, como as etapas de filtração, não são mostrados na Figura 1, mas o versado na técnica compreenderá como a solução de fiação entra na fieira. O número 4 designa o banho de precipitação ou coagulação enquanto o número 5 designa a superfície do banho de coagulação. Como indicado aqui, neste pedido de patente, os filamentos individuais 3 que saem dos orifícios de fiação são guiados através do banho de coagulação e saem do banho de coagulação de acordo com procedimentos padrão. Os filamentos individuais são então absorvidos por um rolo de orientação, formando assim o feixe de filamentos 14, que finalmente forma o fio de múltiplos filamentos de acordo com a presente invenção. O número 7 designa o primeiro ponto de contato do feixe de filamentos 14 com o rolo de orientação 6. De acordo com a descrição fornecida neste documento, é de preferência quando a tensão máxima aplicada ao feixe de filamentos entre o primeiro ponto de contato com a orientação 7 e a extremidade dos furos giratórios 2 é como aqui definido, pois essa tensão máxima garante a produção de filamentos e fios de alta qualidade, mantendo as condições do processo de uma maneira que permita uma produção estável e em longo prazo de fios com múltiplos filamentos. O feixe de filamentos 14 é então orientado na direção a um tratamento de lavagem 8 e uma unidade de pós-tratamento opcional 9, seguida pela unidade de secagem 10, que pode compreender vários tambores aquecidos 11a, 11b, 11c, produzindo um fio de múltiplos filamentos seco 14a saindo da unidade de secagem. Como explicado acima, é de preferência que a secagem seja realizada de maneira a garantir uma tensão constante e bastante baixa de 10 cN/80 dtex ou menos. De acordo com o acima exposto, os fios de múltiplos filamentos de alta qualidade podem ser produzidos de maneira confiável e comercialmente viável.

[0074] De acordo com o processo como descrito aqui, neste pedido de patente, podem ser produzidos filamentos de celulose, bem como fios de celulose, sendo filamentos de liocel e fios de liocel. As propriedades dos filamentos e fios produzidos podem ser ajustadas de acordo com os respectivos requisitos para o uso final desejado, como número de filamentos por fio, mais apertado, mais total de fios, bem como outras propriedades dos filamentos e fios.

[0075] O exemplo que se segue ilustra mais o processo:

[0076] A polpa (celulose) foi impregnada com uma solução aquosa de N-metil-morfolina-N-óxido (NMMO) a 78% e baixas quantidades de estabilizadores. A suspensão resultante continha 11,6% de celulose, 67,8% de NMMO, 20,6% de água e estabilizador de GPE. A polpa consistia em uma mistura de 80% com uma viscosidade SCAN 350 ml /g e 20% com uma viscosidade SCAN 600 ml/g. O excesso de água foi removido da pasta sob cisalhamento e aquecimento para ser obtida uma solução de celulose livre de fibras compreendendo 13% de celulose, 73,8% de NMMO e 11,2% de água.

[0077] A solução de celulose foi filtrada, temperada para obter uma solução de fiação e extrudida a 112ºC em um processo úmido e seco, em que a solução de fiação foi extrudida através de bocais para um espaço de ar de 60 mm de altura. Para estabilizar o processo de extrusão, o espaço de ar foi fornecido com uma corrente de ar condicionado de 2,5 m/s, com 2g de umidade por kg de ar e 17°C.

[0078] Depois de atravessar o intervalo de ar, a celulose se precipitou em um banho de centrifugação inicial de 24 mm de altura contendo 12% de NMMO, o restante sendo água com uma tensão do fio do filamento de 27 cN.

[0079] Os filamentos intermináveis assim obtidos foram lavados com água, impregnados com acabamento, secos e enrolados em uma bobina. A lavagem ocorreu em água totalmente sem sal a 50°C em contra-corrente, com um ciclo de fluido de lavagem de 25 vezes. Para a secagem, foi utilizado um secador de tambor de contato com 3 zonas de temperatura (155/140/100°C), o que reduziu a umidade para 10,5%. A tensão do feixe de filamentos era de 17 cN.

[0080] A velocidade de rotação foi de 500 m/min.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de fios de filamentos de celulose do tipo liocel a partir de uma solução de celulose de fiação de liocel em um óxido de amina terciária aquosa, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) fabricar uma solução de fiação contendo 10 a 20% em peso de celulose, em que a celulose é uma mistura de 5 a 30% em peso de uma celulose com uma viscosidade de varredura na faixa de 450 a 700 ml/g com 70 a 95% em peso de celulose com uma viscosidade de varredura na faixa de 300 a 450 ml/g, em que as duas frações mostram uma diferença na viscosidade de varredura de pelo menos 40 ml/g, b) extrudar a solução de fiação através de bocais de extrusão para obter filamentos, c) coagular inicialmente os filamentos através de um banho de centrifugação contendo um licor de coagulação com uma concentração de óxido de amina terciária de 20% ou menos; d) lavar os filamentos; e e) secar os filamentos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um fio de multifilamentos é produzido.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os filamentos após a saída dos bocais são contatados com um fluxo de ar transversal de 0,5 a 3 m/s.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um intervalo (intervalo de ar) é fornecido entre as saídas dos bocais e a superfície do banho de centrifugação está na faixa de 40 a 130 mm.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os filamentos são absorvidos por um rolo de orientação após a saída do banho de centrifugação.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o banho de centrifugação tem uma profundidade de 5 a 40 mm.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 e 6, caracterizado pelo fato de que a tensão máxima aplicada ao feixe de filamentos no ponto de contato do feixe de filamentos com o rolo guia é (4,2 x número do filamento/título do filamento) 0,69 (cN) ou menos.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que na etapa d) a secagem é realizada a uma tensão constante do filamento abaixo de 10cN por 80 dtex.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a variabilidade da temperatura através de bocais de extrusão é controlada para ± 2°C ou menos.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a lavagem de fios, de preferência por meio de uma série de dispositivos modulares que permitem a aplicação e remoção uniformes do licor de lavagem.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a solução de fiação é submetida a uma etapa de filtração antes da formação do filamento, preferencialmente utilizando uma filtração de profundidade de vários estágios com um poder de parada absoluto abaixo de 20 mícrons, preferencialmente menor que 15 mícrons .

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o banho de fiação tem uma concentração do óxido de amina terciária de 8 a 20% em peso e/ou um espaço de ar é provido entre a saída dos bocais e a superfície do banho de centrifugação na faixa de 50 a 100 mm e/ou em que o banho de centrifugação tem uma profundidade de 10 a 20 mm e/ou em que a solução de centrifugação tem uma temperatura de 105 a 120°C e/ou em que uma corrente cruzada de ar com uma velocidade de 0,5 a 3 m/s é fornecida no intervalo de ar, de preferência em que a corrente cruzada é de ar com um teor de umidade na faixa de 0,5 a 10 g de água por kg de ar.

13. Fio de filamentos ou multifilamentos, caracterizado por ser obtido pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.