CZ288757B6

CZ288757B6 - Způsob výroby celulózových vláken

Info

Publication number: CZ288757B6
Application number: CZ1995546A
Authority: CZ
Inventors: Hartmut RÜF; Markus Eibl; Raimund Jurkovic
Original assignee: Lenzing Aktiengesellschaft
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 2001-08-15
Also published as: AU7221394A; ZA944768B; CN1112367A; CA2142111A1; YU40994A; KR0173007B1; PL307852A1; DE59400105D1; UA29456C2; HK1000327A1; CZ54695A3; DE4494808D2; BR9405504A; PH30806A; EP0659219B1; AT401271B; EP0659219A1; FI951057A7; CN1090249C; ID913B

Abstract

Zp sob v²roby celul zov²ch vl ken, kde se roztok celul zy v terci rn m aminooxidu vytla uje zvl k ovac mi otvory zvl k ovac trysky a vytla en vl kna se protahuj vzduchovou mezerou se Ü °kou v tÜ ne 30 mm do sr ec l zn , p°i em se zp sob prov d tak, e matematick² v²raz 51,4 + 0,033xD + 1937xM.sup.2.n. - 7,18xT - 0,094xL - 2,50xF + 0,045xF.sup.2.n., v n m D je pr m r zvl k ovac ho otvoru v .mi.m, M je mno stv vytla en zvl k ovac hmoty na otvor v g/min, T je titr jednotliv²ch vl ken v dtex, L je Ü °ka vzduchov mezery v mm a F je vlhkost vzduchu ve vzduchov meze°e v g vody/kg vzduchu, m selnou hodnotu maxim ln 10. T mto zp sobem se vyr b celul zov vl kna s velice mal²m sklonem k fibrilaci.\

Description

Způsob výroby celulózových vláken

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby celulózových vláken, kde se roztok celulózy v terciárním aminooxidu vytlačuje zvlákňovacími otvory zvlákňovací trysky a vytlačená vlákna se protahují vzduchovou mezerou se šířkou větší než 30 mm do srážecí lázně.

Dosavadní stav techniky

Jako alternativa k výrobě viskózy byla v poslední době popsána celá řada způsobů, při nichž se celulóza rozpouštěla bez tvorby derivátů v organickém rozpouštědle, v kombinaci organického rozpouštědla a anorganické soli nebo ve vodném roztoku soli. Celulózová vlákna, vyrobená z takových roztoků, získala od Mezinárodního úřadu pro normalizaci chemických vláken BISFA (The Intemational Bureau for the Standardisation of Man Made Fibres) druhové označení Lyocell. Úřadem BISFA byla definována jako Lyocell taková vlákna, která se získají zvlákňováním z organického rozpouštědla. Pod pojmem organické rozpouštědlo rozumí BISFA směs organické chemikálie a vody. Rozpouštědlové zvlákňování znamená rozpouštění a zvlákňování bez derivování. Do dnešního dne se však prosadil pouze jediný způsob výroby celulózových vláken s druhovým označením Lyocell až do úrovně průmyslové výroby. U tohoto způsobu se jako rozpouštědlo používá N-metylmorfolin N-oxid (NMMO). Tento způsob je popsán například ve spisu US 4 246 221 a jeho výsledkem jsou vlákna, která se vyznačují vysokou pevností, vysokým modulem za mokra a vysokou pevností ve smyčce.

Upotřebitelnost plochých výrobků, například tkanin, vyrobených z takových vláken je však silně omezena výrazným sklonem těchto vláken k fibrilaci v mokrém stavu. Pod pojmem fibrilace se rozumí vytrhávání vlákna v podélném směru při mechanickém namáhání v mokrém stavu, čímž vlákno získá chlupatý, plstnatý vzhled. Obarvená tkanina, která se vyrobí z takových vláken, ztrácí po několikerém vyprání intenzitu zbarvení. Navíc na hranách přehybu nebo oděru tkaniny vznikají světlé pruhy. Předpokládá se, že příčina fibrilace je v tom, že vlákno je ve svém podélném směru složeno z jednotlivých fibril, mezi nimiž existuje jen nepatrná příčná vazba.

Ve spisu WO 92/14871 je popsán způsob výroby vlákna se sníženým sklonem k fibrilaci. Toho se dosáhne tím, že všechny lázně, s nimiž přijde vlákno do styku před prvním sušením, mají hodnotu pH maximálně 8,5.

Ve spisu WO 92/07124 je rovněž popsán způsob výroby vlákna se sníženým sklonem k fibrilaci, podle něhož se upravuje neusušené vlákno kationtovým polymerem. Pro tento účel se používá polymeru s imidazolovými a azetidinovými skupinami. Dodatečně může ještě následovat úprava emulgovaným polymerem, jako například polyetylénem nebo polyvinylacetátem nebo také zesíťování glyoxalem.

Na konferenci CELLUCON 1993 v Lundu, ve Švédsku, bylo v přednášce S. Mortimera uvedeno, že sklon k fibrilaci vzrůstá s přibývajícím dloužením.

Ukázalo se, že známá celulózová vlákna druhového označení Lyocell, co se týká sklonu k fibrilaci, mají ještě daleko do dokonalosti, a proto je úkolem tohoto vynálezu, vytvořit celulózové vlákno druhového označení Lyocell, s ještě více sníženým sklonem k fibrilaci.

-1 CZ 288757 B6

J.

I 45

Podstata vynálezu

Vynález se týká způsobu výroby celulózových vláken, kde se roztok celulózy v terciárním aminooxidu vytlačuje zvlákňovacími otvory zvlákňovací trysky a vytlačená vlákna se protahují vzduchovou mezerou.

Uvedeného úkolu se dosáhne a uvedené nedostatky se odstraní způsobem výroby celulózových vláken, kde se roztok celulózy v terciárním aminooxidu vytlačuje zvlákňovacími otvory zvlákňovací trysky a vytlačená vlákna se protahují vzduchovou mezerou se šířkou větší než 30 mm do srážecí lázně, podle vynálezu, jehož podstatou je, že se provádí tak, že matematický výraz

51,4 + O,O33xD + 1937xM² - 7,18xT - 0,094xL - 2,50xF + 0,045xF², v němž D je průměr zvlákňovacího otvoru v gm, M je množství vytlačené zvlákňovací hmoty na otvor v g/min, T je titr jednotlivých vláken v dtex, L je šířka vzduchové mezery v mm a F je vlhkost vzduchu ve vzduchové mezeře v g vody/kg vzduchu, má číselnou hodnotu maximálně 10.

Vynález je založen na poznatku, že nastavením parametru zvlákňování se může příznivě ovlivnit struktura celulózového vlákna do té míry, že se utvoří nepatrně fibrilované vlákno.

Podle výhodného příkladu provedení se způsob provádí tak, že uvedený matematický výraz má číselnou hodnotu maximálně 5. Celkové parametry titru, množství vytlačené zvlákňovací hmoty na otvor, šířky vzduchové mezery a vlhkostí ve vzduchové mezeře jsou, se zřetelem k jejich účinku na fibrilaci vláken, spojeny uvedeným matematickým výrazem, to znamená, že změna jednoho parametru, která má negativní účinek na fibrilaci, může být kompenzována vhodným přizpůsobením jednoho nebo více dalších parametrů. Přitom samozřejmě existují určitá omezení daná hospodářskými nebo technickými skutečnostmi, například množství vytlačené zvlákňovací hmoty 0,01 g na otvor/min sice přináší vynikající předpoklady ke zvlákňování vláken s nízkým sklonem k fibrilaci, ale je nepříznivé z ekonomického hlediska. Proto se přednostně používá množství vytlačené zvlákňovací hmoty 0,025 až 0,05 g na otvor/min.

Dále se ukázalo, že velké šířky vzduchové mezery působí pozitivně na fibrilaci, která však při použití malých roztečí otvorů u trysek na staplové vlákno poměrně rychle vede ke vzniku vad při zvlákňování. Proto se přednostně používá šířky vzduchové mezery menší než 100 mm.

Se zřetelem k vlhkosti vzduchu ve vzduchové mezeře stačí u trysek s malým průměrem zvlákňovacích otvorů, respektive při nej menším množství vytlačené zvlákňovací hmoty, vlhkost, normálního pokojového prostředí, zatímco při větším množství vytlačené zvlákňovací hmoty, respektive u zvlákňovacích trysek se zvlákňovacími otvory o průměru od 70 do 130 gm, se nastaví vlhkost vzduchu ve vzduchové mezeře přednostně na 20 až 30 g vody/kg vzduchu. Tepiota ve vzduchové mezeře se volí tak, aby se jednak nedosáhlo rosného bodu, tj., aby se žádná voda nesrážela ve vzduchové mezeře, a aby jednak vzhledem k vyšší teplotě nevznikaly potíže při zvlákňování. Teplota se může nastavit na hodnotu od 10° do 60 °C, přičemž se přednostně nastavuje na hodnotu od 20° do 40 °C.

Způsobem podle vynálezu se mohou zpracovat všechny známé celulózové zvlákňovací hmoty. Tyto zvlákňovací hmoty mohou obsahovat 5 až 25 % celulózy. Přednost se dává obsahu celulózy od 10 do 18%. Jako surovina k výrobě buničiny se může použít tvrdé nebo měkké dřevo, přičemž polymerační stupně buničiny mohou být v rozsahu technicky běžných obchodních produktů. Ukázalo se však, že při vyšší molekulové váze buničiny nastává lepší zvlákňování.

-2CZ 288757 B6

Zvlákňovací teplota může být 75 až 140 °C podle polymeračního stupně buničiny, resp. koncentrace roztoku a může se jednoduše optimalizovat pro každou buničinu, resp. každou koncentraci. Průtah vláken ve vzduchové mezeře závisí u pevně daného titru vláken na průměru otvoru trysky a na koncentraci celulózy v roztoku. V rozsahu přednostní koncentrace celulózy 5 však nemohl být zjištěn její vliv na fibrilaci, pokud byl dodržen rozsah optimální zvlákňovací teploty.

U výše uvedeného způsobu je zvláště výhodným celulózovým vláknem celulózové vlákno druhového označení Lyocell se sníženým sklonem k fibrilaci.

Příklady provedení vynálezu

Dále budou podrobněji popsány zkušební metody a příklady přednostního provedení vynálezu.

Posouzení fibrilace

V následujícím testu byl simulován vzájemný oděr vláken při praní, respektive při jejich úpravě za mokra: 8 vláken se 4 ml vody bylo vloženo do zkušební lahvičky obsahu 20 ml a bylo třepáno 20 3 hodiny v laboratorní třepačce typu RO-10 firmy Gerhardt, Bonn (DE) na stupni 12. Fibrilace vláken byla potom posouzena pod mikroskopem spočítáním počtu fibril na délku vláken 0,276 mm.

Textilní údaje

Pevnost a protažení, přizpůsobené zkouškám, byly zkoušeny podle předpisu BISFA, Mezinárodně schválené metody testování staplových vláken z viskózy, modulu, cupro, lyocellu, acetátu a triacetátu, vydání r. 1993 (Intemationally agreed methods for testing viscose, modul, cupro, lyocell, acetat and triacetat staple fíbres and tows).

Příklady 1 až 29

Byl zvlákňován 12 % roztok sulfitové a sulfátové buničiny (12 % vody 75 % NMMO) při teplotě 35 115 °C. Jako zvlákňovací přistroj se použil přístroj s tavným indexem firmy Davenport, obvykle používaný při zpracování plastů. Tento přístroj se skládá z vyhřívaného válce s regulovatelnou teplotou, který se naplní zvlákňovací hmotou. Pístem, který je zatížen závažím, se zvlákňovací hmota vytlačuje zvlákňovací tiyskou umístěnou na spodní straně válce. Tento způsob se označuje jako sucho - mokrý zvlákňovací způsob, protože se vytlačované vlákno po průchodu 40 vzduchovou mezerou ponoří do zvlákňovací lázně. Bylo provedeno celkem 29 pokusů vytlačování, přičemž průměr trysky, množství vytlačené zvlákňovací hmoty, titr vytlačovaného vlákna, šířka vzduchové mezeiy a vlhkost se měnily. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. V odstavci fibrily je uveden průměrný počet fibril na délku vlákna 276 pm.

-3 CZ 288757 B6

Tabulka 1

Příklad	Průměr	Vytlačené	Titr	Mezera	Vlhkost	Fibrily
číslo	otvoru	množství
1	130	0,014	2,16	85	39	4,8
2	130	0,014	2,13	130	¹⁶	0,4
3	130	0,015	2,37	40	21	0,8
4(V)	130	0,041	1,23	85	0	38
5	130	0,043	2,14	85	21	0,4
6	130	0,043	2,13	85	20	1,6
7	130	0,42	2,08	85	20	0,3
8	130	0,041	2,03	85	20	5,4
9	130	0,039	1,94	85	19	5,0
10	130	0,042	2,95	40	19	0,8
11	130	0,039	3,09	85	40	3,5
12(V)	130	0,102	2,21	130	21	18
13(V)	130	0,102	2,22	85	0	54
14(V)	130	0,100	2,23	85	38	22
15	50	0,015	2,37	85	18	3,2
16	50	0,043	2,28	130	18	o,o
17	50	0,45	2,41	40	20	0,6
18	50	0,042	2,25	85	40	0,0
19	50	0,041	2,88	85	18	0,0
20(V)	250	0,040	1,32	85	20	14
21	250	0,041	2,35	130	18	2,7
22(V)	250	0,041	2,18	40	22	14
23	250	0,040	2,93	85	19	0,8
24	200	0,017	2,00	85	21	0,0
25	200	0,041	1,30	85	20	8,0
26	200	0,041	2,17	130	18	0,8
27	200	0,040	2,14	40	19	10
28	200	0,041	2,90	85	20	0,6
29(V)	200	0,100	2,16	85	22	19

-4CZ 288757 B6

V tabulce se udává průměr zvlákňovacího otvoru v pm, množství vytlačené zvlákňovací hmoty na otvor v g/min, titr v dtex, šířka vzduchové mezeiy v mm a vlhkost vzduchu ve vzduchové mezeře v g vody/kg vzduchu. Číslo v odstavci fibrily udává průměrnou hodnotu z několika výsledků. Příklady 4, 12, 13, 14, 20, 22 a 29 jsou srovnávací příklady. Všechny ostatní příklady jsou příklady provedení způsobu podle vynálezu a dávají při dosazení odpovídajících parametrů do empiricky získaného matematického výrazu číselnou hodnotu menší než 10. Z tabulky se dá odvodit, že celulózová vlákna vyrobená způsobem podle vynálezu měla při testování nápadně méně fibril než srovnávací vlákna.

Příklady 30 až 41

Postupovalo se analogicky podle podmínek příkladů 1 až 29, přičemž parametry se měnily, jak bylo uvedeno. V odstavci fibrily je uveden průměrný počet fibril na délku vlákna 276 pm.

Tabulka 2

Přiklad	Průměr	Vytlačené	Titr	Mezera	Vlhkost	Fibrily
číslo	otvoru	množství
30(V)	130	0,045	1,8	12	5,3	27
3l(V)	130	0,045	1,8	12	4,0	43
32	100	0,026	1,7	60	23,5	2,8
33(V)	100	0,025	1,7	45	13,4	16
34	100	0,025	1,7	60	25,4	3,2
35(V)	100	0,025	1,7	30	13,3	15,1
36(V)	100	0,025	1,7	30	12,7	19
37	100	0,025	1,7	60	24,4	1,9
38(V)	100	0,049	1,7	90	0,5	34
39	100	0,049	3,2	90	19,0	0
40	100	0,041	1,8	90	29,0	0,9
41	130	0,025	1,3	90	30,0	3,2

Parametry pro zvlákňování jsou dány v jednotkách uvedených v tabulce 1.

Příklady 30, 31, 33, 1135, 36 a 38 neodpovídají použitému matematickému výrazu podle vynálezu a představují srovnávací příklady. Z tabulky se dá odvodit, že tato vlákna mají zvýšený počet fibril (více než 10 fibril na délku vlákna 276 pm).

-5CZ 288757 B6

V tabulce 3 jsou shrnuty charakteristické údaje vláken uvedených v tabulce 2.

Tabulka 3

Příklad	Pevnost vlákna	Pevnost vlákna	Pevnost vlákna za	Protažení za mokra
č.	uprav. CN/tex	uprav. %	mokra cN/tex	%
30(V)	46,1	10,5	33,8	14,2
31(V)	50	11,3	41,4	14
32	31,9	17,7	27,5	24,5
33(V)	34,3	15,2	29,1	23,5
34	28,8	16,5	24,5	21,8
35(V)	34,1	14,8	29,3	19,8
36(V)	33,3	16,3	30,5	18,8
37	29,4	17,2	23,9	21,3
38(V)	30,4	11,8	22,5	14,3
39	25,6	15,6	19,5	22,5
40	24,6	14,8	18,2	21,4
41	28,5	15,8	24,2	20,9

Příklady 42 až 54

Postupovalo se analogicky podle podmínek příkladů 1 až 29, přičemž parametry se měnily, jak bylo uvedeno. V odstavci fíbrily je uveden průměrný počet fíbril na délku vlákna 276 pm.

-6CZ 288757 B6

Tabulka 4

Přfldad	Průměr	Vytlačené	Titr	Mezera	Vlhkost	Fibrily
Číslo	otvoru	množství
42(V)	100	0,025	1,7	10	13	18,0
43(V)	100	0,025	1,7	20	13	14,0
44(V)	100	0,025	1,7	25	13	9,0
45(V)	100	0,025	1,7	30	13	6,0
46	100	0,025	1,7	60	13	5,0
47(V)	100	0,025	1,7	10	13	19,0
48(V)	100	0,025	1,7	20	13	9,5
49(V)	100	0,025	1,7	25	13	3,5
50(V)	100	0,025	1,7	30	13	1,0
51	100	0,025	1,7	60	13	1,0
52(V)	100	0,025	1,7	10	20	14
53(V)	100	0,025	1,7	10	20	n,o
54(V)	100	0,025	1,7	60	20	4,0

Parametry pro zvlákňování jsou dány v jednotkách uvedených v tabulce 1.

Tabulka 4 ukazuje značné snížení počtu fibril, jakmile se překročí šířka mezery 25 až 30 mm.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby celulózových vláken, kde se roztok celulózy v terciárním aminooxidu vytlačuje zvlákňovacími otvory zvlákňovací trysky a vytlačená vlákna se protahují vzduchovou mezerou se šířkou větší než 30 mm do srážecí lázně, vyznačující se tím, že se provádí tak, že matematický výraz

51,4 + 0,033xD + 1937xM² - 7,18xT - 0,094xL - 2,50xF + 0,045xF², v němž D je průměr zvlákňovacího otvoru v pm, M je množství vytlačené zvlákňovací hmoty ’ na otvor v g/min, T je titr jednotlivých vláken v dtex, L je šířka vzduchové mezery v mm a F je vlhkost vzduchu ve vzduchové mezeře v g vody/kg vzduchu, má číselnou hodnotu maximálně 10. ^k
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se provádí tak, že matematický výraz má číselnou hodnotu maximálně 5.
3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že množství vytlačené zvlákňovací hmoty na otvor je 0,025 až 0,05 g/min.
5 4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že šířka vzduchové mezery je menší než 100 mm.

5. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že při použití zvlákňovací trysky se zvlákňovacími otvory o průměru od 70 do 130 pm se nastaví vlhkost vzduchu ve ío vzduchové mezeře na 20 až 30 g vody/kg vzduchu.
6. Způsob podle nároků 1 až 5 vyznačující se tím, že celulózovým vláknem je celulózové vlákno druhového označení Lyocell se sníženým sklonem k fibrilaci.