BR112021011876A2 - Processo para remoção de líquido de fios ou fibras de filamentos de celulose - Google Patents
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Abstract
processo para remoção de líquido de fios ou fibras de filamentos de celulose. a presente invenção refere-se a processo para a remoção viável de líquido dos fios de filamento contínuo de liocel celulose a velocidades de produção muito altas.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA REMOÇÃO DE LÍQUIDO DE FIOS OU FIBRAS DE FILAMENTOS DE CELULOSE".
[001] A presente invenção refere-se à produção de fios ou fibras de filamento de celulose, nomeadamente a etapas de processo dentro de um processo de produção relacionado com a desidratação (tal como a remoção de resíduos de banho de coagulação de líquido de lavagem, etc.). Antecedentes
[002] Os fios de filamentos contínuos são amplamente utilizados na indústria têxtil para produzir tecidos com um caráter distinto em comparação aos 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 normalmente de 10 a 300 ou mais filamentos individuais, os quais são todos paralelos uns aos outros e ao eixo do fio quando produzido. O fio é produzido por extrusão de uma solução ou fundido de um polímero ou um derivado de polímero e, em seguida, enrolando o fio produzido em uma bobina ou carretel ou pela formação de um bolo por enrolamento centrífugo.
[003] 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 por fiação da fusão de um polímero fundido através de uma fieira com um número de orifícios que correspondem a o número de filamentos necessários no fio produzido. Após o polímero fundido ter começado a solidificar, o fio pode ser puxado para orientar as moléculas do polímero e melhorar as propriedades do fio.
[004] Os fios de filamentos contínuos também podem ser fiados a partir de derivados de celulose, como diacetato de celulose e triacetato de celulose, por fiação a seco. O polímero é dissolvido num solvente adequado e depois extrudido através de uma fieira. O solvente evapora-se rapidamente após a extrusão, fazendo com que o polímero precipite na forma de filamentos que formam um fio. O fio recém- produzido pode ser puxado para orientar as moléculas de polímero.
[005] 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 por reação com hidróxido de sódio e dissulfeto de carbono e depois 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 por reação com o ácido. O filamento recém- formado é puxado para orientar as moléculas de celulose, lavado para remover reagentes do filamento e depois seco e enrolado em uma bobina. Nas versões anteriores desse processo, o fio úmido era coletado em um bolo usando um enrolador centrífugo - uma Topham Box. O bolo de fios foi então seco em um forno antes de enrolar em uma bobina.
[006] Os fios de celulose de filamento contínuo também são produzidos usando o 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 precipita. O fio resultante é lavado, seco e enrolado em uma bobina.
[007] Os fios de filamentos contínuos celulósicos produzidos pelo processo de viscose ou cupro podem ser transformados em tecidos por tecelagem ou tricotagem ou outros processos de formação de tecido. Os tecidos produzidos são usados para uma variedade de aplicações, incluindo forros para agasalhos, blusas e tops femininos, lingerie e tapetes de oração. Os fios também são produzidos para uso no reforço de pneus e outros produtos de borracha.
[008] Os tecidos feitos de fios de celulose de filamento contínuo podem ter um alto brilho. Eles são bons no manuseio da umidade para aumentar o conforto do usuário. Eles não geram eletricidade estática tão rapidamente quanto os tecidos feitos com fios sintéticos de filamentos contínuos.
[009] No entanto, os tecidos feitos a partir de fios de celulose de filamento contínuo atualmente disponíveis geralmente apresentam propriedades físicas deficientes. 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.
[010] Devido a essas deficiências, os produtos que foram originalmente fabricados com fios de celulose de filamento contínuo são agora produzidos principalmente usando fios de filamentos contínuos de polímero sintético, como poliéster e nylon.
[011] No entanto, os fios sintéticos apresentam 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.
[012] Por conseguinte, há uma necessidade de fios de celulose de filamento contínuo que permitiriam produzir tecidos e outros produtos têxteis que tenham as características positivas dos tecidos atualmente disponíveis feitos de fios de celulose de filamento contínuo, mas com o desempenho geralmente associado a tecidos feitos com fios sintéticos de filamento contínuo.
[013] Foi surpreendentemente constatado que os fios de filamento contínuo produzidos pelo processo de liocel têm uma resistência à tração consideravelmente maior do que os fios de filamento produzidos pelo processo de viscose. Isso pode resultar em tecidos com melhor resistência, resistência ao rasgo e resistência à abrasão. A perda de resistência quando os filamentos de liocel são umedecidos é muito menor do que para os filamentos de viscose. Isso significa que os tecidos de liocel são mais difíceis de deformar quando molhados, proporcionando melhor estabilidade ao tecido. Os tecidos de Liocel também são mais fortes quando molhados em comparação com os tecidos de viscose equivalentes.
[014] Também foi surpreendentemente constatado que os tecidos produzidos a partir de filamentos contínuos de liocel podem ter o brilho, propriedades de manuseio de umidade e baixa geração de estática que são as características desejáveis dos tecidos de viscose de filamento contínuo e cupro.
[015] A tecnologia Liocel é uma tecnologia baseada na dissolução direta de polpa de celulose de madeira ou outra matéria- prima à base de celulose em um solvente polar (por exemplo, n-óxido de n-metil morfolina, doravante referido como 'óxido de amina') para produzir uma solução de diluição viscosa altamente cisalhante que pode ser transformada em uma variedade de materiais úteis à base de celulose. Comercialmente, a tecnologia é usada para produzir uma família de fibras descontínuas de celulose (comercialmente disponíveis na Lenzing AG, Lenzing, Áustria sob a marca registrada TENCEL®) que são amplamente utilizadas nas indústrias têxteis e de não tecidos.
Outros produtos de celulose da tecnologia de liocel, como filamentos, películas, invólucros, contas e teias não tecidas, também foram divulgados.
[016] O documento EP 823945 B1 divulga 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 e extração dos filamentos e corte dos filamentos em fibras de celulose, que podem ser utilizadas em vários campos de aplicação.
[017] O documento EP 0 853 146 A2 divulga um processo para a preparação de fibras à base de celulose. De acordo com os ensinamentos deste documento, duas matérias-primas diferentes com pesos moleculares muito diferentes são misturadas a fim de obter fibras. O documento WO 98/06754 divulga 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. O documento DE 199 54 152 A1 divulga um método de preparação de fibras, em que são utilizadas soluções de fiação com uma temperatura relativamente baixa.
[018] Os benefícios dos fios de filamento de celulose produzidos a partir da solução de fiação de liocel foram descritos (Krüger, Lenzinger Berichte 9/94, S. 49 ff.). No entanto, devido às crescentes demandas em relação à eficiência de fiação, foram feitas tentativas para aumentar as velocidades de fiação no processo de liocel para valores de várias centenas de metros por minuto.
[019] Além disso, mesmo em altas velocidades de produção, é importante que os filamentos/fios/fibras produzidos sejam adequadamente lavados, ou seja, quantidades residuais indesejadas de materiais de processamento, tais como solventes ou outros aditivos que não precisam permanecer no material produzido, são removidos tanto quanto possível. A este respeito, um processo de liocel típico compreende uma etapa inicial para remover as quantidades residuais do banho de coagulação, bem como as etapas de lavagem subsequentes. Durante essas etapas, existem várias opções para remover líquidos dos filamentos/fios/fibras, que são empregados na técnica. Os meios típicos para a remoção de líquidos frequentemente envolvem o uso de dispositivos que exercem certa força mecânica sobre os filamentos/fios/fibras, por exemplo, dispositivos para limpar, retirar ou espremer o líquido. No entanto, devido ao aumento da demanda por altas velocidades de produção, tais meios de remoção de líquido muitas vezes não são mais adequados, pois podem levar a um alto índice de defeitos. Por conseguinte, as altas velocidades de rotação e produção exigidas, embora certamente mantenham a qualidade do filamento, apresentam a desvantagem de que meios confiáveis e geralmente utilizáveis e comercialmente viáveis para a remoção de líquido ainda não são conhecidos, como ensinamentos da técnica anterior sobre a produção de fibra e filamento a partir de outras tecnologias de processo (viscose, filamentos sintéticos) não são aplicáveis aos processos de liocel devido aos requisitos exigentes de alta extensão do polímero diretamente após a extrusão seguida pela remoção controlada de solvente por meio de troca de licor.
[020] A preparação de fios de liocel de filamento contínuo em altas velocidades, portanto, apresenta novos desafios de processo, principalmente devido a velocidades de produção muito mais altas, requisitos de uniformidade de filamento e a necessidade de continuidade de processo excepcional:
[021] • As velocidades de produção de filamentos por encima de dez vezes mais rápidas do que para a produção de fibras descontínuas são típicas e as demandas recentes para aumentar ainda mais as velocidades de produção aumentam os problemas de controle do processo.
[022] • Em um produto de fio de filamento contínuo, as propriedades de todos os filamentos individuais devem estar dentro de uma janela de variabilidade muito estreita, por exemplo, para evitar problemas como variação na absorção de corante. Por exemplo, um coeficiente de variância da distribuição do denier deve ser inferior a 5%. Por outro lado, em um processo de fibras descontínuas, há muito mais espaço para "calcular a média" de pequenas variações entre os filamentos individuais porque cada fardo de fibras consiste em vários milhões de fibras individuais obtidas a partir de filamentos que foram cortados no comprimento necessário e misturados. Um exemplo da formação de fibras descontínuas de liocel é divulgado no documento EP 823 945 B1. Objeto da Invenção
[023] Consequentemente, o objetivo da presente invenção é fornecer um processo que permita a remoção confiável de líquido dos filamentos de liocel e de fios multifilamento de liocel com uma alta qualidade a velocidades de produção muito altas com um controle de processo que torne o processo global comercialmente viável. Breve Descrição da Invenção
[024] Por conseguinte, a presente invenção fornece o processo conforme definido na reivindicação 1. As concretizações preferidas são apresentadas nas reivindicações 2 a 10 e na especificação. Breve Descrição da Figura
[025] A Figura 1 mostra uma representação esquemática da etapa do processo divulgada neste documento. Descrição Detalhada da Invenção
[026] As limitações do estado da técnica foram superadas pela invenção aqui divulgada. Especialmente, a presente invenção fornece um processo para a remoção de líquido dos filamentos de liocel e fios multifilamento de liocel como definido na reivindicação 1. A presente invenção será descrita em detalhes com referência ao controle de processo necessário em relação às etapas de processo relevantes e parâmetros a serem empregados. Deve ser entendido que essas etapas do processo e suas respectivas modalidades preferidas podem ser combinadas conforme apropriado e que o presente pedido cobre essas combinações e as divulga, mesmo que não explicitamente descrito neste documento.
[027] Os inventores determinaram que, para velocidades de produção de 400 m/min ou mais, um controle de processo desejado, permitindo uma boa remoção de líquido de um feixe de filamentos ou fio multifilamento pode ser alcançado, sem exigir o uso de limpeza, compressão ou dispositivos de remoção, se o feixe de filamentos ou fio multifilamento for guiado em torno de um rolo em condições específicas. Estas condições garantem que uma grande quantidade de líquido seja removida do feixe/fio, mesmo se preso entre diferentes filamentos dentro do feixe/fio ou dentro do próprio filamento. Isso é importante, pois a eficácia de qualquer processo de lavagem exige que não apenas os materiais indesejados sejam removidos da superfície dos filamentos, mas também de dentro do filamento. Isso requer uma boa remoção de tanto líquido quanto possível, para a remoção inicial do líquido do banho de coagulação para qualquer remoção subsequente do líquido de lavagem (normalmente água). Somente se uma proporção muito alta do líquido de lavagem remanescente com o feixe de filamentos/fio, após o contato com o líquido de lavagem, for removida, as etapas de lavagem subsequentes podem alcançar a purificação adicional necessária do produto. Assim, é essencial que a remoção do líquido seja o mais eficiente possível, sem afetar os filamentos formados.
[028] Especialmente, para as altas velocidades de produção necessárias (400 m/min ou mais), a presente invenção fornece um meio para remoção de líquido eficiente para feixes de filamentos/fios de pelo menos 40 dtex, ajustando a aceleração específica (a_sp) dos filamentos sendo guiados em torno de um rolo a pelo menos 296 m/s2 por 40 dtex. Esta aceleração específica pode ser descrita pela seguinte equação (1):
[029] (1) a_sp = rx ω2 x título/40 com r sendo o raio do rolo (m), ω sendo a velocidade angular (1/s), e título (dtex) sendo o título do feixe/fio, com a condição de que mesmo seja pelo menos 20. Consequentemente, as condições de processo adequadas para qualquer título e velocidade de produção dados (que se relaciona com a velocidade angular) podem ser determinadas selecionando apropriadamente as variáveis de modo que o processo de remoção de líquido seja realizado sob condições que satisfaçam a equação acima.
[030] Foi constatado inesperadamente que, ajustando os parâmetros do processo como indicado acima, uma remoção de líquido altamente eficiente pode ser assegurada. A este respeito, verificou-se que o processo conforme aqui descrito é aplicável a velocidades de produção de 400 m/min ou mais, em particular para velocidades de produção de 400 a 2000 m/min. Mesmo em tais velocidades de produção altas, que requerem transferência em alta velocidade dos feixes/fios de filamentos ao redor do rolo para remoção de líquido, nenhum efeito prejudicial é afirmado sobre os filamentos produzidos. No entanto, a desejada remoção eficiente de líquido é obtida, desde que a equação acima seja satisfeita.
[031] De acordo com a presente invenção, é preferível que o raio do rolo em torno do qual os feixes/fios de filamentos são guiados esteja na faixa de 10 a 200 mm, de preferência 12,5 a 150 mm. A titulação do feixe de filamentos/fio está preferencialmente na faixa de
20 (a titulação mínima necessária) a 500 dtex, mais preferencialmente na faixa de 40 a 400 dtex.
[032] Além disso, foi determinado que é vantajoso que o feixe de filamentos/fio esteja em contato com pelo menos 12,5% da circunferência do rolo (45°), mais preferencialmente com pelo menos 25% (90°). Isso garante que o feixe de filamentos/fio esteja em contato com a superfície do rolo por um tempo longo o suficiente para que uma grande quantidade de líquido se mova do interior dos filamentos ou do feixe de filamentos/fio para o lado de fora, de modo que seja então girado (catapultado/centrifugado).
[033] Por conseguinte, a presente invenção fornece uma maneira eficiente de remover líquido de feixes de filamentos/ fios, mesmo em altas velocidades de produção, ao fornecer uma correlação entre a velocidade de produção, título de feixe/fio e raio do rolo para permitir a remoção eficiente e simples de líquido.
[034] Os ensinamentos da presente invenção podem ser utilizados para a remoção inicial do líquido do banho de coagulação e/ou para qualquer remoção subsequente do líquido de lavagem. De acordo com a presente invenção, um ou mais rolos para remoção de líquido, conforme descrito neste documento podem estar presentes em um processo para a produção de fios multifilamento de liocel, com ou sem etapas de lavagem adicionais (isto é, novo contato com líquido de lavagem) entre dois rolos para remoção de líquido.
[035] O tipo de rolo não é crítico, incluindo o material de superfície, etc., desde que os rolos permitam a orientação dos feixes de filamento/fios em torno do rolo na velocidade de produção dada como explicado acima. Os rolos usuais empregados no processo de liocel podem ser usados. A velocidade do rolo é normalmente aproximadamente a mesma que a velocidade do feixe de filamento/fio e os rolos podem compreender meios para gerar o movimento do rolo
(rolo acionado) ou o movimento do filamento gera o movimento do rolo. O termo que a velocidade do rolo e a velocidade do filamento são substancialmente as mesmas de acordo com a presente invenção significa que as velocidades estão dentro de ±10% uma da outra, mais preferencialmente dentro de ±5%. No que diz respeito à tensão do filamento, foi considerado vantajoso se a mesma for 2cN ou mais.
[036] Os exemplos a seguir ilustram ainda mais a presente invenção:
[037] Fios multifilamento de um processo de fiação de filamento de liocel foram submetidos a uma etapa de remoção de líquido após contato com água de lavagem de acordo com a presente invenção. A tabela a seguir resume os parâmetros de processo relevantes (v sendo a velocidade de produção). A entrada "A" designa que nenhum problema/defeito foi detectado após a remoção do líquido e que, além disso, uma alta proporção de líquido de fato foi removida do feixe de filamentos/fio.
Título (dtex)-> 40 80 300 V (m/min) r(m) ω (1/s) Avaliação Avaliação Avaliação 400 0,0125 533 A A A 700 0,0125 933 A A A 1000 0,0125 1333 A A A 400 0,074 90 A A A 700 0,074 158 A A A 1000 0,074 225 A A A 400 0,15 44 A A A 700 0,15 78 A A A 1000 0,15 111 A A A
Claims (10)
1. Processo para a remoção de líquido de feixes de filamentos de celulose tipo liocel ou fios de uma solução de fiação de liocel de celulose em um óxido de amina terciária aquosa, caracterizado pelo fato de que os feixes de filamentos ou fios de celulose tipo liocel são guiados em torno de um rolo sob condições para que a equação (1) seja cumprida, com a condição de que a_sp é pelo menos 296 m/s2: (1) a_sp = rx ω2 x título/40 com r sendo o raio do rolo (m), ω sendo a velocidade angular (1/s), e título (dtex) sendo o título do feixe/fio, com a condição de que mesmo seja pelo menos 20.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que r é de 0, 010 a 0, 200 m, de preferência de 0, 0125 a 0, 150 m.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o título é de 20 a 400 dtex.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o rolo é um rolo acionado.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o rolo acionado pelo movimento do filamento.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os feixes de filamentos ou fios de celulose do tipo liocel estão em contato com pelo menos 12,5% da superfície circunferencial do rolo (45°), de preferência pelo menos 25% (90°).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que dois ou mais rolos para remoção de líquido são fornecidos sem etapas intermitentes de contato dos feixes de filamentos de celulose do tipo liocel ou fios com líquido de lavagem fresco.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que dois ou mais rolos para remoção de líquido são fornecidos sem etapas intermitentes de contato dos feixes de filamentos de celulose do tipo liocel ou fios com líquido de lavagem fresco.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a tensão do filamento durante a remoção do líquido é de 2 cN por filamento ou mais.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tensão do filamento é de 0,4 cN/dtex ou menos.
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