ES2120243T5

ES2120243T5 - Procedimiento para la produccion de cuerpos moldeados celulosicos y un hilado de filamentos celulosicos.

Info

Publication number: ES2120243T5
Application number: ES95939293T
Authority: ES
Inventors: Jurgen Pitowski
Original assignee: Newcell & Co KG GmbH
Current assignee: Newcell & Co KG GmbH
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: CN1066214C; TW300924B; ES2120243T3; EP0795052B2; CA2205466A1; EP0795052B1; US6042944A; PL320507A1; HUT77266A; AU695212B2; JPH10510011A; PL183097B1; AU4117796A; ATE167709T1; CZ167497A3; US5902532A; CZ288742B6; HU220367B; DE59502659D1; SK67697A3

Abstract

METODO PARA LA PREPARACION DE CUERPOS DE MOLDEO DE CELULOSA, EN EL QUE SE MOLDEA EN CALIENTE UNA SOLUCION DE CELULOSA EN UNA AMINA - N - OXIDO TERCIARIA Y EN SU CASO AGUA Y LA SOLUCION MOLDEADA SE ENFRIA CON AIRE ANTES DE SER TRANSFERIDA AL BAÑO DE COAGULACION. PARA EL ENFRIADO SE UTILIZA AIRE ACONDICIONADO QUE PRESENTA UN CONTENIDO DE AGUA DE 0,1 A 7 G DE VAPOR DE AGUA POR KG DE AIRE SECO Y UNA HUMEDAD RELATIVA INFERIOR AL 85 %.

Description

Procedimiento para la producción de cuerpos moldeados celulósicos y un hilado de filamento celulósicos.

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de cuerpos moldeados celulósicos, en el que una solución de celulosa en un N-óxido de amina terciaria y, eventualmente agua, se conforma en estado caliente y la solución conformada se enfría con aire antes de ser introducida en un baño de coagulación, así como a un hilado de filamentos celulósicos.

Un procedimiento de este tipo está descrito en el documento WO 93/19230, debiéndose efectuar el enfriamiento inmediatamente después de la conformación. Con este procedimiento debe conseguirse que disminuya la pegajosidad de los cuerpos moldeados recién estrudidos, de manera que en la producción de hilos celulósicos pueda emplearse una tobera de hilar con alta densidad de perforaciones. Para el enfriamiento, la solución conformada se expone preferiblemente a una corriente de gas.

Un enfriamiento de la solución conformada caliente se efectúa ya cuando la solución conformada abandona el órgano de conformación, por ejemplo una tobera de hilar, en la que corrientemente están presentes temperaturas por encima de 90ºC, y alcanza la llamada hendidura de ventilación. Se designa como hendidura de ventilación, la zona entre el órgano de conformación y el baño de coagulación, en la que la celulosa precipita. La temperatura en la hendidura de ventilación es más baja que en la tobera de hilar, pero, debido a la radiación térmica a través de la tobera de hilar y al calentamiento del aire que resulta de la corriente de entalpía de los cuerpos moldeados, es claramente más alta que la temperatura ambiente. A causa de la permanente evaporación de agua que se emplea habitualmente como baño de coagulación, en la hendidura de ventilación se presentan, por lo tanto, condiciones de calor húmedo. Con las medidas propuestas en el documento WO 93/19230, la solución conformada a enfriar inmediatamente después de la conformación, se favorece un enfriamiento más rápido, de manera que la pegajosidad de la solución conformada decrece con la correspondiente mayor rapidez.

La solicitud WO 98/28218 publicada con posterioridad describe un procedimiento para crear filamentos de celulosa con una solución de celulosa en un disolvente orgánico, en donde la solución se extrude a través de una tobera con una pluralidad de agujeros para la formación de una pluralidad de cordones, los cordones se conducen a través de una hendidura de gas en un baño de hilatura que contiene agua para la formación de los filamentos y se aporta una corriente de gas obligada a través de la hendidura, paralelamente a la superficie del agua en el baño de hilatura. El gas es preferiblemente aire con un punto de deshielo de 10ºC (contenido en vapor de agua = 7,5 g/kg) o inferior, con lo cual se puede controlar la humedad del aire. En este caso, el aire puede presentar una temperatura de 0ºC a 50ºC. El punto de deshielo en el documento WO 98/28218 se encuentra preferiblemente en el intervalo de 4 a 10ºC (contenido en vapor de agua de 5 a 7,5 g/kg). La temperatura del aire se encuentra entonces en el intervalo de 5ºC a 30ºC, pero el aire puede presentar a 10ºC también una humedad relativa de 100%. Además, de manera preferible se utiliza aire con una temperatura de 10ºC a 40ºC y una humedad relativa en el intervalo de punto de deshielo de 4ºC a 10ºC, empleándose aire con una temperatura típica de 20ºC.

La presente invención tiene por cometido mejorar un procedimiento de este tipo pero también, especialmente, las propiedades de los cuerpos moldeados con él producidos, preferiblemente filamentos o bien un hilado.

Este cometido se soluciona mediante un procedimiento para la producción de cuerpos moldeados celulósicos, en el que una solución de celulosa en un N-óxido de amina terciaria y, eventualmente agua, se conforma en estado caliente y la solución conformada se enfría con aire antes de ser introducida en un baño de coagulación, empleándose para el enfriamiento aire acondicionado que presenta un contenido en agua de 0,1 a 2 g de vapor de agua por kg de aire seco y cuya humedad relativa es menor que 85%.

Este contenido en agua del aire acondicionado corresponde a un intervalo de punto de deshielo de –8ºC (2 g de vapor de agua por cada kg de aire seco) hasta aproximadamente –50ºC (0,1 g de vapor de agua por cada kg de aire seco) y, con ello, se encuentra claramente por fuera del intervalo del documento WO 98/28218.

Preferiblemente, el contenido en agua del aire acondicionado supone de 0,7 a 4 g de vapor de agua por kg de aire seco, especialmente de 0,7 a 2 g. El enfriamiento puede efectuarse con aire circulante soplando éste contra la solución conformada o siendo succionado por ésta. La succión puede efectuarse de tal manera que se pone a disposición aire acondicionado y éste es succionado hacia dentro, por ejemplo a través de un haz de fibras o filamentos recién hilados. Es especialmente ventajosa una combinación de soplado y succión.

La solución conformada puede exponerse al aire acondicionado a lo largo de todo el tramo hasta la introducción en el baño de coagulación o solamente a lo largo de una parte de este tramo, siendo ventajoso que el choque con aire se efectúe en la primera parte, esto es en la zona de la hendidura de ventilación que sigue inmediatamente a continuación del órgano de conformación. El aire acondicionado debería fluir con un ángulo de 0 a 120º respecto a la dirección del movimiento de la solución conformada, preferiblemente de 90º, correspondiendo el ángulo de 0º a una dirección de corriente opuesta al sentido del recorrido de la solución conformada.

Con el procedimiento conforme a la invención pueden producirse de forma ventajosa fibras, especialmente filamentos, películas, hilos huecos, membranas, por ejemplo para el empleo en la diálisis, oxigenación o filtración. La conformación de la solución para dar un cuerpo moldeado celulósico deseado puede efectuarse con las toberas para hilar conocidas para la producción de fibras, toberas de ranura ancha o toberas para fibras huecas. A continuación de la conformación, es decir, antes de introducir la solución conformada en el baño de coagulación, puede estirarse ésta.

Un hilado de filamentos celulósicos, producida a partir de una solución de celulosa en un N-óxido de amina terciaria y, eventualmente agua, se distingue porque las superficies en sección transversal de los filamentos presentan un coeficiente de variación menor que 6%.

Como ya se ha expuesto, es ventajoso un enfriamiento de los cuerpos moldeados recién extrudidos en la hendidura de ventilación para disminuir así rápidamente su pegajosidad. Para poder enfriar realmente, la corriente gaseosa debe presentar, por naturaleza, una temperatura que esté por debajo de la de la solución conformada. Conforme al documento WO 93/19230, se emplea una corriente gaseosa que presenta una temperatura de -6 a 24ºC.

Se encontró ahora, sin embargo, que no la temperatura como tal, sino que el contenido en agua del aire y su humedad relativa tienen una influencia esencial sobre las propiedades de los cuerpos moldeados celulósicos. El contenido en agua del aire en g de vapor de agua por kg de aire seco se designa también a menudo como la relación de mezcladura. En lo sucesivo se emplea para esto la unidad simplificada g/kg. Especialmente, en la producción de filamentos, se demostró que es importante crear en la hendidura de ventilación condiciones climáticas lo más constantes posibles, esto es eliminar oscilaciones habitualmente presentes del clima del entorno. En esto, es especialmente importante que se eviten oscilaciones en la humedad del aire y que el aire presente sólo un pequeño contenido en agua. Incluso con la presencia de instalaciones de aire acondicionado no pueden suprimirse suficientemente en recintos las oscilaciones estacionales y en parte tampoco las diarias. Además, el acondicionamiento debería efectuarse lo más uniformemente posible, puesto que ya pequeñas inestabilidades referentes a fuerza de soplado y dirección de soplado influyen negativamente en la resistencia, alargamiento y constancia del título de filamentos.

La influencia del contenido en agua o bien de la relación de mezcladura en la producción de filamentos se muestra especialmente en irregularidades de las secciones transversales de los filamentos. En el caso de un enfriamiento con aire de 20ºC y un contenido en agua de 14 g/kg y una humedad relativa del 94%, el coeficiente de variación de las superficies en sección transversal del filamento es del 30% en un hilado con 50 filamentos individuales. Con la reducción del contenido en agua a 1,2 g/kg y una humedad relativa del 8,5%, el coeficiente de variación a la misma temperatura disminuye al 5,8%. Incluso con el empleo de aire más caliente de, por ejemplo, 40ºC, pero un pequeño contenido en agua de 3,4 g/kg y una humedad relativa del 7,4%, resulta un coeficiente de variación del 11,3% el cual es, por lo tanto, 2,7 veces más pequeño que con el empleo de aire más frío con mayor humedad. Por eso, conforme a la invención, es esencial efectuar un acondicionamiento de la hendidura de ventilación con aire seco. En este caso, la temperatura del aire de refrigeración juega más bien un papel secundario.

La invención se explica y describe a continuación más detalladamente con ayuda de otros ejemplos.

Los ejemplos antes mencionados y también los expuestos en lo sucesivo se obtuvieron al hilar una solución a base del 14% en peso del material celulósico Viscokraft ELV (International Paper Company) con un grado de polimerización de 680, el 76% en peso aproximadamente de N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO) - un N-óxido de amina terciaria -, 10% en peso de agua y 0,14% en peso de galato de propilo como estabilizante, a través de una placa de tobera de hilar con 50 perforaciones en la tobera, de en cada caso 130 \mum de diámetro de perforación de la tobera, a un hilado. Los filamentos conformados en la tobera de hilar (T = 110ºC) se enfriaron en una hendidura de ventilación de 18 cm de longitud. En la hendidura de ventilación se efectuó un soplado con aire con una velocidad de soplado de 0,8 m/s perpendicular al haz de hilos. El aire se sopló sobre el haz por un lado y la distribución homogénea del aire se efectuó con tamices de malla muy tupida con una anchura de 10 cm y el soplado se efectuó a lo largo de un tramo de 10 cm desde la salida de la tobera.

Los filamentos se estiraron en la hendidura de ventilación en un factor de 16 y después de atravesar un baño de agua para la coagulación y baños de lavado dispuestos a continuación para la eliminación del NMMO, se secaron. La velocidad de extracción supuso 420 m/min.

Los haces de filamentos respectivamente obtenidos se cortaron transversalmente 2 veces, con una separación de un metro, perpendicularmente al eje del haz. Las superficies en sección transversal de los filamentos fueron transferidas mediante un microscopio luminoso (Aumento 570:1) y una videocámara a un sistema de análisis de imágenes por ordenador (Quantimet 970) y se evaluaron. Se determió la superficie de todos los filamentos. A partir del valor medio de las secciones transversales de los filamentos de cada haz investigado, con lo que por cada haz se evaluaron dos imágenes de corte, y la desviación estándar se calculó el coeficiente de variación de la superficie en sección transversal del filamento en tanto por ciento, como la relación de la desviación estándar al valor medio.

Para la producción de aire acondicionado se partió de aire del ambiente que presentaba una temperatura de 21ºC, un contenido en agua de 9,2 g/kg y una humedad relativa del 60% y que primeramente fue purificado a través de filtros. Para el aumento de la relación de mezcladura, el aire se mezcló con aire saturado con vapor de agua (humedad relativa 100%) de 80ºC. Para obtener una corriente másica m(x) de aire acondicionado con el contenido en agua x, se mezcló una corriente másica m de aire del ambiente con el contenido de agua x con una corriente másica de aire saturado con vapor de agua m con el contenido de agua x_{h}, conforme a m(x) = m_{a} + m_{h}. La relación de mezcladura de m_{a} y m_{h} se calcula conforme a la siguiente ecuación:

\frac{m_{a}}{m_{h}} = \frac{(x_{h} - x) (1 + x_{a})}{(x - x_{a}) (1 + x_{h})}

La corriente de aire resultante se enfrió a continuación hasta la temperatura deseada con un intercambiador de calor. La humedad relativa y el contenido en agua se determinaron con un psicrómetro (ALMEMO 2290-2 con transmisor psicrométrico AN 846 o bien sensor de humedad/temperatura AFH 9646-2).

Para la disminución del contenido en agua se enfrió aire del ambiente hasta que éste presentara una humedad relativa del 100%. A continuación se efectuó un enfriamiento adicional y se separó el agua condensada. Con esta forma de proceder puede secarse el aire hasta un contenido en agua de aproximadamente 4 g/kg. A continuación de ello se efectuó un calentamiento del aire hasta la temperatura deseada. La humedad relativa y el contenido en agua se midieron con el psicrómetro.

Para obtener aire acondicionado con un contenido en agua por debajo de 4 g/kg, el aire secado previamente mediante condensación se volvió a secar con un deshumificador de aire (modelo 120 KS de la Firma Munters GmbH). El recalentamiento del aire seco se efectuó asimismo con un intercambiador de calor. La determinación de la humedad relativa y del contenido en agua del aire que fue secado hasta un contenido en agua de menos de 4 g/kg, se efectuó con un rociómetro refrigerado por espejo (S4000 RS de la Firma MICHELL Instruments).

En las Tablas siguientes están indicados los estados de aire investigados, caracterizados por la temperatura (T/ºC), el contenido en agua (x/(g/kg)) y la humedad relativa (Hr/%), así como los coeficientes de variación de las superficies en sección transversal de los filamentos (V/%).

TABLA I

Ejemplo	T/ºC	x/(g/kg)	Hr/%	V/%

2	5	1,8	30	5,0
3	10	1,7	22	5,0
9	10	0,9	11	5,0
10	20	1,2	9	5,8
11	21	1,0	7	5,4

La Tabla I muestra claramente que, casi independientemente de la temperatura del aire acondicionado, los coeficientes de variación más bajos de las superficies en sección transversal del filamento resultan cuando el aire acondicionado exhibe un pequeño contenido en agua, como en los Ejemplos nºs 2, 3, 9, 10 y 11 en los cuales, para contenidos en agua por debajo de 2 g/kg el coeficiente de variación se sitúa en el orden de magnitud de sólo el 5 al 6%. La humedad relativa para estos Ejemplos se situaba por debajo del 30%.

TABLA II

Ejemplo	T/ºC	x/(g/kg)	Hr/%	V/%

1	6	4,1	80	8,1
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
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
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

La Tabla II ilustra que fuera del intervalo conforme a la invención los coeficientes de variación de las superficies en sección transversal de los filamentos se sitúan por encima del 6% e incluso alcanzan valores de más del 30%. Las altas oscilaciones de este tipo son indeseadas en la producción de hilado, puesto que éstas actúan negativamente en el procesamiento a estructuras planas textiles y, especialmente, conducen a una tinción no uniforme de la estructura plana. Asimismo, debido a las distintas resistencias de los filamentos individuales entre sí y en lo que al hilado se refiere, se puede llegar a problemas de procesamiento. El Ejemplo 22 muestra las condiciones del aire del ambiente a una temperatura de 21ºC, con una humedad relativa del 60% y un contenido en agua de 9,2 g/kg. En este Ejemplo la humedad relativa se sitúa, ciertamente, en el intervalo reivindicado, pero no el contenido en agua y resulta un coeficiente de variación del 23,4%. Este ejemplo ilustra, además, que no es suficiente realizar un enfriamiento con aire del ambiente y que no es suficiente llevar a cabo un simple soplado con aire del ambiente, que está más frío que la temperatura reinante habitualmente en la hendidura de ventilación para conseguir una mejora de las propiedades textiles.

Claims

1. Procedimiento para la producción de cuerpos moldeados celulósicos, en el que una solución de celulosa en un N-óxido de amina terciaria y, eventualmente agua se conforma en estado caliente y la solución conformada se enfría con aire acondicionado antes de ser introducida en un baño de coagulación, caracterizado porque el aire acondicionado presenta un contenido en agua de 0,1 a 2 g de vapor de agua por kg de aire seco y cuya humedad relativa es menor que 85%.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en agua es de 0,7 a 2 g de vapor de agua por kg de aire seco.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el enfriamiento se efectúa con aire circulante, en el que se insufla éste contra la solución conformada y/o es succionado por ésta.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la solución conformada se expone al aire acondicionado a lo largo de todo el tramo hasta la introducción en el baño de coagulación.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la solución conformada se expone al aire acondicionado a lo largo de una parte del tramo hasta la introducción en el baño de coagulación.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la solución conformada se expone al aire acondicionado en la primera parte del tramo.

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el aire acondicionado fluye con un ángulo de 0º a 120º, preferiblemente de 90º respecto a la dirección del movimiento de la solución conformada, correspondiendo el ángulo de 0º a una dirección de corriente opuesta al sentido del recorrido de la solución conformada.

8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la solución conformada se estira antes de la introducción en el baño de coagulación.

9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque a partir de la solución se producen fibras, especialmente filamentos, películas, fibras huecas y membranas.

10. Hilado de filamentos celulósicos producido a partir de una solución de celulosa en un N-óxido de amina terciaria y, eventualmente agua, caracterizado porque las superficies en sección transversal de los filamentos presentan un coeficiente de variación más pequeño que 6%.