CZ288742B6

CZ288742B6 - Způsob výroby celulózových tvarových těles a příze z nekonečných celulózových vláken

Info

Publication number: CZ288742B6
Application number: CZ19971674A
Authority: CZ
Inventors: Jürgen Pitowski
Original assignee: Akzo Nobel Nv
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2001-08-15
Also published as: US6042944A; CA2205466A1; ATE167709T1; HUT77266A; AU4117796A; US5902532A; ES2120243T5; EP0795052B2; AU695212B2; PL183097B1; JPH10510011A; CN1168701A; EP0795052B1; CN1066214C; KR100398294B1; CZ167497A3; HU220367B; SK67697A3; WO1996017118A1; TW300924B

Abstract

Vyn lez se t²k zp sobu v²roby celul zov²ch tvarov²ch t les, p°i n m se roztok celul zy tvaruje v terci rn m amin-N-oxidu a p° padn ve vod v tepl m stavu a tvarovan² roztok se p°ed zaveden m do koagula n l zn chlad vzduchem. Podle vyn lezu se chlazen prov d kondicionovan²m vzduchem, kter² m obsah vody v rozmez 0,1 a 7 g vodn p ry na 1 kg such ho vzduchu a jeho relativn vlhkost je menÜ ne 85 %. Sou st °eÜen tvo° tak p° ze, vyroben z takto z skan²ch vl ken.\

Description

Způsob výroby celulózových tvarových těles a příze z nekonečných celulózových vláken

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby celulózových tvarových těles, při němž se roztok celulózy v terciárním amin-N-oxidu a případně ve vodě tvaruje v teplém stavu a tvarovaný roztok se před zavedením do koagulační lázně chladí vzduchem a dále se týká příze z nekonečných celulózových vláken.

Dosavadní stav techniky

Takový způsob je popsán ve WO 93/19230, přičemž chlazení se má provádět přímo po tvarování. Tímto postupem má být dosaženo toho, že se sníží lepkavost čerstvě vytlačených tvarových těles, takže při výrobě celulózových vláken lze použít zvlákňovací trysky s vysokou hustotou otvorů. Za účelem chlazení se vytvarovaný roztok s výhodou vystaví proudu plynu.

Chlazení teplého tvarovaného roztoku již nastává, když tvarovaný roztok opouští tvarovací člen, například zvlákňovací trysku, ve které jsou typicky teploty nad 90 °C, a dostane se do tak zvané vzduchové štěrbiny. Jako vzduchová štěrbina je označována oblast mezi tvarovacím členem a koagulační lázní, ve které se celulóza sráží. Teplota ve vzduchové štěrbině je nižší než ve zvlákňovací trysce, je však v důsledku tepelného sálání zvlákňovací tryskou a zahřátí vzduchu, způsobeného oddělovacím proudem tvarovacího členu, značně vyšší než teplota místnosti. V důsledku trvalého vypařování vody, které se obvykle používá jako koagulační lázně, panují proto ve vzduchové štěrbině vlhce teplé poměry. Opatřením, navrženým ve WO 93/19230, aby tvarovaný roztok byl chlazen přímo po tvarování, se dosáhne rychlejšího ochlazení, takže lepkavost tvarovaného roztoku v důsledku toho rychleji klesá.

Vynález vychází z úlohy zdokonalit uvedený způsob, zejména však také vlastnosti tvarových těles, jím vyrobených, s výhodou vláken, popřípadě vlákenné příze.

Podstata vynálezu

Tato úloha je vyřešena způsobem výroby celulózových tvarových těles, při kterém se roztok celulózy v terciárním amin-N-oxidu a případně ve vodě tvaruje v teplém stavu a tvarovaný roztok se před zavedením do koagulační lázně chladí vzduchem, přičemž se pro chlazení použije kondicionovaného vzduchu, který má obsah vody v hodnotě 0,1 až 7 g vodní páry na 1 kg suchého vzduchu a jehož relativní vlhkost je menší než 85 %.

S výhodou činí obsah vody v kondicionovaném vzduchu 0,7 až 4 g vodní páry na 1 kg suchého vzduchu, zejména pak 0,7 až 2 g vodní páry. Chlazení může být prováděno proudícím vzduchem, který je buď foukán proti tvarovanému roztoku, nebojím odsáván. Odsávání může být prováděno tak, že se připraví kondicionovaný vzduch, který se například saje skrze svazek čerstvě spředených vláken nebo nekonečných vláken. Zvláště výhodná je kombinace ofukování a odsávání.

Tvarovaný roztok může být kondicionovanému vzduchu vystavován po celé dráze až k zavedení do koagulační lázně nebo jen na části této dráhy, přičemž je výhodné provádět působení vzduchem v první části, tj. v té oblasti vzduchové štěrbiny, která navazuje přímo na tvarovací člen. Kondicionovaný vzduch by měl vůči směru pohybu tvarovaného roztoku proudit pod úhlem 0 až 120°, s výhodou 90°, přičemž úhel 0° odpovídá směru proudění proti směru postupu tvarovaného roztoku.

-1 CZ 288742 B6

Způsobem podle vynálezu lze s výhodou vyrábět vlákna, zejména nekonečná vlákna, filmy, dutá vlákna, membrány, například pro použití při dialýze, oxidaci nebo filtraci. Tvarování roztoku na žádané tvarované celulózové těleso se může provádět známými zvlákňovacími tryskami pro výrobu vláken, štěrbinovými tryskami nebo zvlákňovacími tryskami na výrobu dutých vláken.

V návaznosti na tvarování, tj. před zavedením tvarovaného roztoku do koagulační lázně, může být tvarovaný roztok vystaven dloužení.

Příze z celulózových nekonečných vláken, vyrobená z roztoku celulózy v terciárním amin-Noxidu a případně ve vodě, má tu vlastnost, že průřezové plochy vláken mají variační koeficient menší než 12 %, s výhodou menší než 10 %.

Jak bylo již uvedeno, je výhodné ochladit čerstvě vytlačená tvarová tělesa ve vzduchové štěrbině, aby se rychleji snížila jejich lepkavost. Aby chlazení bylo vůbec možné, musí mít proud plynu samozřejmě teplotu, která leží pod teplotou tvarovaného roztoku. Podle WO 93/19230 se použije proudu plynu, který má teplotu -6 až 24 °C.

Nyní bylo však zjištěno, že na vlastnosti celulózových tvarových těles nemá podstatný vliv teplota jako taková, nýbrž obsah vody ve vzduchu a jeho relativní vlhkost. Obsah vody ve vzduchu v gramech vodní páry na kilogram suchého vzduchu se také často označuje jako směšovací poměr.

V dalším popisu bude k tomu pro zjednodušení používáno jednotky g/kg. Zejména při výrobě nekonečných vláken se ukázalo, že je důležité, aby ve vzduchové štěrbině byly vytvořeny co nejkonstantnější klimatické podmínky, tj., aby byla vyloučena obvykle vznikající kolísání okolního klimatu. Přitom je zejména důležité, aby bylo zabráněno kolísáním ve vlhkosti vzduchu a aby vzduch měl jen malý obsah vody. Ani při přítomnosti klimatizačních zařízení nelze dostatečně potlačit kolísání podle roční doby a částečně ani kolísání nastávající v průběhu jednoho dne. Kromě toho by kondiciování mělo probíhat co nej rovnoměrněji, jelikož již nepatrné nestabilnosti, pokud jde o intenzitu ofukování a jeho směr, ovlivňují u vláken negativně jejich pevnost, protažení i stálost titru.

Vliv obsahu vody, popřípadě směšovacího poměru se při výrobě nekonečných vláken projevuje zejména nepravidelnostmi jejich průřezů. Při chlazení vzduchu o teplotě 20 °C a s obsahem vody 14 g/kg a při relativní vlhkosti 94 % činí variační koeficient u průřezových ploch vláken 30 % u příze s 50 jednotlivými vlákny. Při snížení obsahu vody na 1,2 g/kg a při relativní vlhkosti 8,5 % sníží se variační koeficient při stejné teplotě na 5,8 %. Dokonce při užití teplejšího vzduchu například na 40 °C, avšak při malém obsahu vody 3,4 g/kg a při relativní vlhkosti 7,4 % vyjde variační koeficient v hodnotě 11,3 %, který je tedy o činitel 2,7 menší než při použití chladnějšího vzduchu při vyšší vlhkosti. Podle vynálezu je proto důležitě, aby se kondicionování vzduchové štěrbiny provádělo suchým vzduchem. Teplota chladicího vzduchu má přitom spíše podřadnou úlohu.

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen a popsán na příkladech provedení.

Příklady provedení vynálezu

Výrobky podle vynálezu je možno získat tak, že se roztok z 14 % hmotnostních z celulózy „Viscokraft EL V“ (Intemational Páper Company) s polymeračním stupněm 680, přibližně 76 % hmotnostních N-methylmorfolin-N-oxidu (NMMO), terciárního amin-N-oxidu, 10 % hmotnostních vody a 0,14% hmotnostních propylenesteru kyseliny gallové jako stabilizátoru zvlákňuje deskou zvlákňovací trysky s 50 otvory a o průměru 120 pm na vlákennou přízi. Nekonečná vlákna, tvarovaná ve zvlákňovací trysce (T = 110°C), byla chlazena ve vzduchové štěrbině o délce 18 cm. Ve vzduchové štěrbině nastávalo ofukování vzduchem ofukovací rychlostí 0,8 m/s kolmo ke svazku vláken. Vzduch byl na svazek foukán z jedné strany

-2CZ 288742 B6 a homogenní rozložení vzduchu bylo zajištěno velmi jemnozmnými síty o šířce 10 cm a ofukování bylo prováděno na úseku 10 cm za výstupem trysky.

Vlákna byla ve vzduchové štěrbině dloužena o činitel 16 a po průchodu vodní lázní za účelem koagulace a dále zařazenými pracími lázněmi za účelem odstranění NMMO byla usušena. Rychlost odtahování činila 420 m/min.

Získané svazky vláken byly v odstupu jednoho metru dvakrát proříznuty kolmo k ose svazku. Průřezové plochy vláken byly pomocí optického mikroskopu (zvětšení 570 : 1) a zobrazovací kamery přeneseny do počítačové soustavy pro analýzu zobrazení (Quantimet 970) a vyhodnoceny. Byla určena plocha každého vlákna. Z průměrné hodnoty průřezů vláken každého vyšetřovaného svazku, přičemž na každý svazek byly vyhodnoceny dva obrazy řezu, a z odchylky od standardní hodnoty byl vypočten variační koeficient průřezové plochy vlákna v procentech jako poměr standardní odchylky ke střední hodnotě.

Pro výrobu kondicionovaného vzduchu se vycházelo z okolního vzduchu, který měl teplotu 21 °C, obsah vody 9,2 g/kg a relativní vlhkost 60 %, a který byl nejdříve vyčištěn přes filtry. Pro zvýšení směšovacího poměru byl vzduch smíšen se vzduchem, nasyceným vodní parou (relativní vlhkost 100 %) a o teplotě 80 °C. Aby se získal hmotový proud m(x) kondicionovaného vzduchu s obsahem vody x, byl hmotový proud m_u okolního vzduchu s obsahem vody x_n smíchán s hmotovým proudem mh vzduchu nasyceného vodní parou s obsahem x_h vody podle rovnice m(x) = m_u + m_h. Směšovací poměr m_u a m_h se vypočítá podle následující rovnice:

^(xh - *> ⁽¹ ♦ ^xu’ (x - x_u) (1 + x_h)

Výsledný proud vzduchu byl potom ochlazen na žádanou teplotu výměníku tepla. Relativní vlhkost a obsah vody byly určeny psychrometrem (ALMENO 2290-2 se snímačem AN 846, popřípadě s činidlem vlhkosti a teploty AFH 9646-2).

Pro snížení obsahu vody byl okolní vzduch ochlazován, až vykázal relativní vlhkost 100 %. Potom následovalo další ochlazení, načež byla kondenzovaná voda oddělena. Tímto postupem mohl být vzduch vysušen až na obsah vody přibližně 4 g/kg. Na to navázalo opětné ohřátí vzduchu na žádanou teplotu. Relativní vlhkost a obsah vody byly změřeny psychrometrem.

Aby byl získán kondicionovaný vzduch s obsahem vody pod 4 g/kg, byl vzduch, předem vysušený vykondenzováním, dále sušen odvlhčovačem vzduchu (model 120 KS firmy Munters GmbH). Opětné zahřátí suchého vzduchu bylo rovněž provedeno výměníkem tepla. Určení relativní vlhkosti a obsahu vody ve vzduchu, který byl usušen až na obsah vody menší než 4 g/kg, bylo provedeno zrcátkově ochlazeným měřičem rosného bodu (S4000, firmy MICHELL Instruments).

V následujících tabulkách jsou udány vyšetřované stavy vzduchu, charakterizované teplotou (T/°C), obsahem vody (x/(g)kg)) a relativní vlhkostí (rH/%), jakož i variační koeficienty průřezových ploch vláken (V/%).

-3CZ 288742 B6

Tabulka I: Příklady podle vynálezu

Příklad	T/°C	x/(g/kg)	rH/%	V/%
1	6	4,7	80	8,1
2	6	1,8	30	5,0
3	10	1,7	22	5,0
4	10	2,3	30	6,1
5	10	3,0	39	6,6
6	10	3,8	50	6,5
7	10	4,8	62	7,7
8	10	5,4	68	8,5
9	10	0,9	11	5,0
10	20	1,2	9	5,8
11	21	1,0	7	5,4
12	21	2,1	14	8,0
13	21	3,1	20	9,8
14	31	2,1	8	8,4
15	40	3,4	7	11,3

Tabulka I zřetelně ukazuje, že nezávisle na teplotě kondicionovaného vzduchu vycházejí nejnižší variační koeficienty průřezových ploch vláken, když kondicionovaný vzduch má nízký obsah vody, jako u příkladů 2, 3, 9, 10 a 11, a u kterých při obsahu vody pod 2 g/kg leží variační koeficient jen ve velikostním řádu 5 až 6 %. Relativní vlhkost ležela u těchto příkladů pod 30 %. Při dodržení podmínek podle vynálezu je variační koeficient i při vysoké teplotě (přiklad 15) 10 nižší než mimo oblast podle vynálezu při značně nižších teplotách.

Tabulka II: Srovnávací příklady

Příklad	T/°C	x/(g/kg)	rH/%	V/%
16	6	5,1	87	16,1
17	10	7,5	97	14,5
18	11	8,0	97	16,8
19	12	8,2	92	20,8
20	12	8,9	100	21,9
21	20	14,0	94	30,0
22	21	9,2	60	23,4
23	21	13,7	89	26,6
24	21	15,4	100	31,6

Tabulka II zřejmě ukazuje, že mimo oblasti podle vynálezu leží variační koeficienty průřezových ploch vláken nad 14 % a dosahují dokonce hodnot přes 30 %. Tak vysoká kolísání jsou při výrobě vlákenné příze nežádoucí, jelikož při zpracování na textilní plošné útvary působí negativně a zejména vedou k nejednotnému zabarvení plošných útvarů. Rovněž tak může 20 v důsledku různých pevností jednotlivých vláken navzájem i v ohledu příze docházet k problémům při zpracování. Kromě toho je příklady 16 a 22 prokázáno, že pro tento vynález musí být zaručeny oba požadavky, tj. obsah vody pod 7 g vodní páry na 1 kg suchého vzduchu a relativní vlhkost pod 85 %. U příkladu 16 byl sice obsah vody v nárokované oblasti, avšak vzduch měl vyšší relativní vlhkost a výsledkem byl variační koeficient 16,1 %. Příklad 22 25 ukazuje podmínky okolního vzduchu při teplotě 21 °C, při relativní vlhkosti 60 % a obsahu vody

9,2 g/kg. U tohoto přikladu leží sice relativní vlhkost v nárokované oblasti, nikoli však obsah vody, a výsledkem je variační koeficient 23,4 %. Tento příklad kromě toho zřetelně ukazuje, že nepostačí provádět chlazení okolním vzduchem a že není dostatečné provádět jednoduché

-4CZ 288742 B6 ofukování vzduchem v místnosti, který je chladnější než teplota obvyklá ve vzduchové štěrbině, aby se dosáhlo zlepšení textilních vlastností.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby celulózových tvarových těles, při němž se roztok celulózy tvaruje v terciárním amin-N-oxidu a případně ve vodě v teplém stavu a tvarovaný roztok se před / zavedením do koagulační lázně chladí vzduchem, vyznačující se tím, že chlazení se provádí kondicionovaným vzduchem, který má obsah vody v rozmezí 0,1 až 7 g vodní páiy na

1 kg suchého vzduchu a jehož relativní vlhkost je menší než 85 %.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsah vody činí 0,7 až 4 g vodní páry na 1 kg suchého vzduchu a je s výhodou 0,7 až 2 g.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chlazení se provádí proudícím vzduchem, který je přitom foukán proti tvarovanému roztoku a/nebo je tímto roztokem odsáván.
4. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vy z n a č uj í c í se tím, že se na tvarovaný roztok působí kondicionovaným vzduchem na celé dráze až k zavedení do koagulační lázně.
5. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznač u j í cí se tím, že se na tvarovaný roztok působí kondicionovaným vzduchem na části dráhy až do zavedení do koagulační lázně.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že tvarovaný roztok se vystavuje působení kondicionovaného vzduchu v první části dráhy.
7. Způsob podle některého z nároků laž 5, vyznačující se tím, že kondicionovaný vzduch proudí vůči směru pohybu tvarovaného roztoku pod úhlem 0° až 120°, s výhodou 90°, přičemž úhel 0° odpovídá proudění proti směru postupu tvarovaného roztoku.
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se tvarovaný roztok před zavedením do koagulační lázně dlouží.
9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vy znač u j í cí se tím, že se z roztoku vyrábějí vlákna, zejména nekonečná vlákna, dutá vlákna a membrány.
10. Příze z celulózových nekonečných vláken, vyrobených z roztoku celulózy v terciárním amin-N-oxidu a případně vodě podle nároku 1, vyznačující se tím, že průřezové plochy vláken mají variační koeficient menší než 12 %, s výhodou menší než 10 %.