CZ282528B6

CZ282528B6 - Způsob výroby celulosových tvarových těles

Info

Publication number: CZ282528B6
Application number: CS9222A
Authority: CZ
Inventors: Stefan Ing. Zikeli; Heinrich Dipl. Ing. Dr. Firgo; Dieter Dipl. Ing. Dr. Eichinger; Raimund Jurkovic
Original assignee: Lenzing Aktiengesellschaft
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1992-01-06
Publication date: 1997-08-13
Also published as: JPH04308220A; YU47623B; SI9112009A; NO920108L; PL169309B1; RU2072006C1; ZA9110195B; DE59202175D1; EP0494852B1; HUT64110A; PL293115A1; ATA3291A; FI97155B; PH29990A; FI920072A0; US5252284A; NO303696B1; BG60111B2; RO107701B1; CA2059043A1

Abstract

Pro výrobu celulosových tvarových těles se celulosový amonoxidový roztok protlačuje tryskou, potom se vede přes vzduchovou mezeru, v níž se popřípadě dlouží a konečně se koaguluje ve srážecí lázni. Minimální průměr otvorů trysky činí nejvýše 150 mikrometrů, výhodně nejvýše 70 mikrometrů a délka kanálku trysky je alespoň 1000 mikrometrů, výhodně asi 1500 mikrometrů. Tím se může zmenšit délka vzduchové mezery pod 35 mm nebo dokonce pod 10 mm, nebo v důsledku orientace v dlouhých kanálcích trysky se může vycházet s nepatrným dloužením bez toho, že by utrpěly textilní vlastnosti vyrobených vláken. Při výhodné formě provedení kanálku trysky je tento na vstupní straně kuželovitý a pouze na výstupní straně válcovitý.ŕ

Description

Zařízení pro výrobu celulózových tvářených předmětů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro výrobu celulózových tvářených předmětů z roztoku celulózy v aminoxidu, které obsahuje trysku pro vytlačování aminoxidového roztoku celulózy, na ni navazující vzduchovou mezeru, v níž se aminoxidový roztok celulózy popřípadě dlouží, a srážecí lázeň, v níž dochází ke konečné koagulaci.

Dosavadní stav techniky

Je známé, že se vlákna s dobrými spotřebními vlastnostmi z vysokomolekulámích polymerů získají pouze tehdy, když se může dosáhnout takzvané „vlákenné struktury“ (Ullmann, 5. vydání, Vol. A10, 456). Mimo jiné je k tomu nutné srovnat mikroorientované oblasti v polymeru, například fibridy, ve vláknu. Tato orientace je určována způsobem výroby a je založena na fyzikálních nebo fyzikálně chemických pochodech. V mnoha případech způsobuje tuto orientaci dloužení.

V jakém úseku postupu a za jakých podmínek toto dloužení probíhá, je rozhodující pro dosažené vlastnosti vlákna. Při zvlákňování z taveniny se vlákna dlouží za tepla v plastickém stavu, přičemž jsou molekuly ještě pohyblivé. Rozpuštěné polymery se mohou zvlákňovat za sucha nebo za mokra. Při suchém zvlákňování probíhá dloužení, zatímco rozpouštědlo vytěkává, popřípadě se odpařuje; vlákna, extrudovaná ve srážecí lázni, se dlouží během koagulace. Způsoby tohoto druhu jsou známé a vyčerpávajícím způsobem popsané. Ve všech těchto případech je ale důležité, aby přechod z kapalného stavu (nezáleží na tom, zda z taveniny nebo z roztoku) do pevného stavu probíhal tak, aby během tvorby vlákna mohlo být docíleno orientace polymemích řetězců nebo svazků polymemích řetězců (fibridy, fibrily a podobně).

Aby se zabránilo nárazovému odpaření rozpouštědla z vlákna během suchého zvlákňování, je k dispozici více možností.

Problematika velmi rychlé koagulace polymeru při mokrém zvlákňování (jako například v případě celulózových amonooxidových roztoků) nemohla však dosud být vyřešena pouze kombinací suchého a mokrého zvlákňování.

Tak je známé, že se roztoky polymerů zavádějí do koagulačního média přes vzduchovou mezeru.

V EP-A-295 672 je popsána výroba aramidových vláken, která se zavádějí přes vzduchovou mezeru do nekoaguluj ícího média, dlouží se a potom se koagulují.

DD-PS č. 218 121 má za předmět zvlákňování celulózy v aminoxidech přes vzduchovou mezeru, přičemž jsou učiněna opatření pro zamezení slepování.

Podle US-PS č. 4 501 886 se zvlákňuje roztok triacetátu celulózy za použití vzduchové mezery.

V US-PS č. 3 414 645 je rovněž popsána výroba aromatických polyamidů z roztoků ? ϊπ .οzvlákňování za sucha.

Při všech uvedených způsobech se ve vzduchové mezeře dociluje určité orientace, neboť samotné vytékání viskózního roztoku přes malý otvor směrem dolů má za následek vzhieueai k přitažlivým silám orientaci částeček roztoku. Tato orientace působením přitažlivých su se dá ještě zvýšit, když se rychlost vytlačování polymemího roztoku a rychlost odebírán' vlákna nastaví tak, aby se dosahovalo dloužení.

-1 CZ 282528 B6

Způsob tohoto typu je popsán v AT-PS č. 387 792 (popřípadě v ekvivalentních US-PS č. 4 246 221 a 4 616 698). Roztok celulózy v N-methylmorfolin-N-oxidu (NMMO) a vodě se formuje, ve vzduchové mezeře se dlouží a nakonec se vysráží. Dloužení se provádí při poměru protažení alespoň 3. K tomu je potřebná délka vzduchové mezery v rozmezí 5 až 70 cm.

Nevýhoda tohoto způsobu spočívá v tom, že jsou zapotřebí extrémně vysoké rychlosti odebírání, aby se dosáhlo odpovídajících textilních vlastností a jemnosti vláken. Dále se v praxi ukázalo, že dlouhá vzduchová mezera vede jednak ke slepování vláken, a jednak při vysokých průtazích k nespolehlivosti zvlákňování a praskání vláken. Jsou tedy nutná opatření, která by tomuto zabraňovala. Způsob tohoto typuje popsán v AT-PS č. 365 663 (popřípadě v ekvivalentním USPS č. 4 261 943). Pro velkovýrobu v technickém měřítku musí však být počet otvorů ve zvlákňovací trysce velmi vysoký. V takovémto případě jsou opatření pro potlačení lepivosti povrchu čerstvě extrudovaných vláken, probíhajících přes vzduchovou mezeru do srážecího prostředku, zcela nedostatečná.

Nevýhody způsobů popsaných výše a zařízení k jejich provádění je možno odstranit za použití zařízení podle vynálezu, pomocí kterého lze i přes použití krátké vzduchové mezery zvlákňovat rychle koagulující roztok na vlákna se zlepšenými vlastnostmi.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je zařízení pro výrobu celulózových tvářených předmětů z roztoku celulózy v aminoxidů, které obsahuje trysku pro vytlačování aminoxidového roztoku celulózy, na ni navazující vzduchovou mezeru, v níž se aminoxidový roztok celulózy popřípadě dlouží, a srážecí lázeň, v níž dochází ke konečné koagulaci, jehož podstata spočívá v tom, že minimální průměr otvoru na výstupní straně použité trysky je nejvýše 150 pm, přednostně nejvýše 70 pm, a délka kanálku trysky je nejméně 1000 a přednostně asi 1500 pm, přičemž minimální průměr otvoru na výstupní straně kanálku trysky činí alespoň jednu čtvrtinu, přednostně nad alespoň jednu třetinu délky kanálku trysky.

Použitím takovéto trysky s dlouhým kanálkem a nepatrným průměrem se dosáhne již v kanálku trysky působením střihových sil orientace polymeru. Tím se může následující vzduchová mezera zachovat krátká, přičemž její délka činí účelně nejvýše 35 mm, výhodně nejvýše 10 mm. Tím se silně redukuje náchylnost k poruchám. Vyskytují se pouze podstatně nižší kolísání titru a tím nedochází k trhlinám ve vláknech, sousední vlákna se v důsledku kratší vzduchové mezery již nemohou slepovat, takže se hustota otvorů ve zvlákňovací trysce může zvýšit, čímž stoupne produktivita výroby.

Konečně vykazuje zvlákněné vlákno také dobré textilní vlastnosti. Bylo zjištěno, že může být zlepšeno obzvláště poměrné prodloužení při přetržení. Výkonnost, to znamená součin protažení a pevnosti, se při tom mění nepřímo úměrně k průměru otvoru trysky. Dále se zlepšuje pevnost ve smyčce a k tomu příslušející prodloužení při přetržení, což se projevuje ve zlepšené odohiosti proti oděru u tkaniny, zhotovené z těchto vláken. Tyto vlastnosti se rovněž zlepšují při snižujícím se průměru otvorů trysky.

Výhodně se kanálek trysky na své vstupní straně kuželovité rozšiřuje a na výstupní straně je válcovitý. Použití takovýchto trysek lze kvůli jednoduché možnosti výroby doporučit. > těžké vyrobit například trysku o délce 1500 pm, která by po celé délce měla otvor například pouze 100 pm. Tryska, která má tento minimální průměr otvoru pouze na výstupní straně (například na 1/4 nebo 1/3 délky) a který se ve směru vstupní strany kuželovité rozšinsie, je podstatně jednodušeji vyrobitelná a poskytuje také dobré výsledky.

-2CZ 282528 B6

Příklady provedení vynálezu

Předložený vynález je blíže objasněn pomocí následujících příkladů provedení.

2276 g celulózy (obsah sušiny 94 % hmotnostních, DP = 750 /DP = průměrný polymerační stupeň/) a 0,02 % hmotnostních rutinu jako stabilizátoru se suspenduje ve 26 139 g 60% vodného roztoku N-methylmorfolinoxidu. Během dvou hodin se při teplotě 100 °C a za vakua v rozmezí 5 až 30 kPa oddestiluje 9 415 g vody. Uvedeným způsobem získaný roztok se posoudí na základě viskozity a pod mikroskopem.

Parametry zvlákňovaného roztoku :

Celulóza Buckey V5 (alfa = 97,8 %, viskozita při 25 °C a 0,5 % hmotnostních měrné hmotnosti celulózy : 10,8 cP) 10 % voda 12 %

NMMO 78 % komplexní viskozita zvlákňované hmoty při 95 °C ( RV20, Oscilace s w = 0,31/1/s/) 1680 Pas

Potom se tento roztok při teplotě zvlákňování 75 °C protlačuje přes zvlákňovací trysku, vede se přes vzduchovou mezeru o délce 9 mm a konečně se koaguluje ve srážecí lázni, obsahující 20% vodný roztok NMMO. V následující tabulce jsou uvedeny vlastnosti vláken, docílené při tomto pokusu, a k tomu patřící parametry procesu.

Tabulka

Př.

FFk

FDk

FFk⁺

vzduch.

SF

SD

délka

dopr.

počet

průměr

Ag

EA průtah

ř.

(cN/tex)

(%)

FDk

mezera

(cN/tex)

(%)

kanálku

množ.

otvorů

(m/min) (m/min)

(mm)

(pm)

(g/min)

(pm)

1	37,9	83	322	9	163	2,5	200	564	910	130	3,9	19,8	5,1
2	35,1	9,7	340	9	-	-	450	63,9	800	120	5,9	28	4,75
3	38,5	10,2	393	9	-	-	450	63,9	800	120	5,9	44,6	738
4	42,7	11,4	487	9	18,1	-	1500^+í	54,8	1147	100	5,1	30/	6,03
5	46,5	10,1	470	9	19,4	2,4	1500”	983	1891	130	33	223	6,8
6	47,8	15,4	736	9	26,9	6,4	1500^+/	29,8	1147	50	11,1	16,0	1,4
7	41,2	9,6	395	4	12,6	-	1500	60,1	589	150	43	25	í.
8	48,7	113	545	7	18,5	-	1500	63,0	589	150	5,04		AÚ
9	37,8	10,1	382	30	1U		1500	47,0	300	140	7,95	42 ,e	538

Legenda k tabulce :
FFk	kondiciovaná pevnost vlákna,
FDk	protažení při přetržení,
FFk⁺FDk	výsledek z pevnosti a protažení při přetržení; toto je mírou pro výkonnost,
SF	pevnost ve smyčce dvou vláken,
SD	protažení při přetržení při měření pevnosti ve smyčce,
Ag	rychlost výstupu,
EA	konečný odběr,
průtah	EA/Ag,
+/	kanálek trysky má kuželovitý vstup (úhel = 8°), pouze 430 pm probíhá rovnoběžně; na tento válcovitý úsek uváděné průměry otvorů.	posledních se vztahují

Příklady 1 až 3 slouží pouze pro srovnání, příklady 4 až 6 se týkají způsobu podle předloženého vynálezu. Obzvláště je třeba vyzdvihnout význačnou hodnotu 47,8 pro kondiciovanou pevnost vlákna, dosaženou v příkladě 6; takovéto hodnoty se u dosavadních trysek dosáhne teprve při průtahu 100!

Ze srovnání příkladů 1 až 3 s příklady 4 až 6 je bezprostředně zřejmé, že použitím trysek podle vynálezu se také zlepší protažení při přetržení. Dále je z příkladů 4 až 6 zřejmé, že výsledek z pevnosti a protažení při přetržení (FFk⁺FDk), pevnost ve smyčce, jakož i protažení při přetržení při měření pevnosti ve smyčce, s klesajícím průměrem otvorů trysky stoupá. Srovnání příkladu 1 s příkladem 5 (u nichž jsou průměry otvorů stejné) ukazuje, že se uvedené hodnoty také zlepší použitím dlouhých kanálků podle předloženého vynálezu oproti použití krátkých kanálků stejného průměru.

Příklady 2 a 3 ukazují, že při menší délce kanálku trysky závisejí vlastnosti vlákna na dloužení ve vzduchové mezeře; se stoupajícím průtahem jsou lepší. Příklady 4 a 5 ukazují, že při srovnatelných poměrech (průtah, průměr otvorů trysky) se vlivem trysky s dlouhými kanálky podstatně zlepší všechny textilní vlastnosti - vyjma protažení při přetržení. Příklad 6 ukazuje, že použitím malého průměru otvorů trysky 50 pm podstatně zlepšuje všechny textilní vlastnosti.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro výrobu celulózových tvářených předmětů z roztoku celulózy v aminoxuiu, které obsahuje trysku pro vytlačování aminoxidového roztoku celulózy, ústící do navazující vzduchové mezery, v níž se aminoxidový roztok celulózy popřípadě dlouží, a srážecí lázeň, v níž dochází ke konečné koagulaci, vyznačující se tím, že minimální průměr otvoru na výstupní straně trysky je nejvýše 150 pm, přednostně nejvýše 70 pm, a délka kanálku trysky _ae

-4CZ 282528 B6 nejméně 1 000 pm a přednostně asi 1 500 pm, přičemž minimální průměr otvoru na výstupní straně kanálku trysky činí nad alespoň jednu čtvrtinu, přednostně nad alespoň jednu třetinu délky kanálku trysky.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka vzduchové mezery je nejvýše 35 a přednostně nejvýše 10 mm.

ίο
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se kanálek trysky směrem ke vstupní straně kuželovité rozšiřuje a na výstupní straně je válcovitý.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že úhel rozevření kuželovitého 15 rozšíření je 8°.