ES2902519T3 - Procedimiento y dispositivo para la formación de redes celulósicas formadas directamente - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para fabricar redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell que comprende: a. una etapa de extrusión que utiliza un dispositivo de extrusión (1) capaz de extruir una pluralidad de hebras de solución de lyocell, en particular dispuestas en una o más filas para formar una cortina, y también capaz de extender las hebras de solución, b. una primera etapa de lavado llevada a cabo en una primera zona de lavado con medios (7) para suministrar aguas de lavado a las hebras de la solución directamente después de la extensión y antes de la formación de la red, por lo que se forman filamentos de celulosa parcialmente coagulados, c. una etapa de formación de una red llevada a cabo en una zona de formación de una red con un dispositivo de formación de red (4) sobre el cual se colocan los filamentos parcialmente coagulados para formar una red (11), en donde el dispositivo de formación de la red (4) tiene porosidad suficiente para permitir la corriente de gas y aguas de lavado para que se extraigan a través de él, d. una segunda etapa de lavado llevada a cabo en una segunda zona de lavado con un dispositivo de lavado (5) que incluye múltiples módulos de lavado modulares (2), en donde e. cada módulo de lavado (2) comprende un medio (9) para aplicar líquido de lavado a la red (11) uniformemente como una cortina de aguas cerrada sobre todo el ancho de la red con respecto a la red a una tasa y temperatura controladas y con una fuerza suficientemente baja de tal manera que no dañe la estructura de la red y los filamentos coagulados y el dispositivo de deshidratación (10) para deshidratar al menos parcialmente la red (11), y f. un medio (6) de recogida de la red lavada (11) o de transferencia de la red (11) directamente a las fases de procesamiento posteriores, y g. que el procedimiento puede funcionar a velocidades de producción en línea de la red formada (11) de 5 m/min a 1.000 m/min y h. que las aguas de lavado son agua, una mezcla de agua/óxido de amina u otro líquido adecuado para eliminar el disolvente.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para la formación de redes celulósicas formadas directamente
Esta invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para fabricar redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell y en particular para el lavado de redes de celulosa formadas directamente.
Técnica anterior
La tecnología Lyocell es la disolución directa de pulpa de madera de celulosa u otra provisión de partida a base de celulosa en un disolvente polar (por ejemplo, n-óxido de n-metilmorfolina, en lo sucesivo denominado ‘óxido de amina’ o ‘AO’) para producir una solución de adelgazamiento por cizallamiento altamente viscosa que se puede transformar en una variedad de materiales útiles a base de celulosa. Comercialmente, la tecnología se utiliza para producir una familia de fibras discontinuas de celulosa (disponible comercialmente de Lenzing AG, Lenzing, Austria bajo la marca comercial TENCEL®) que se utilizan ampliamente en las industrias textil y de telas no tejidas. También se han descrito otros productos de celulosa de la tecnología lyocell, tales como filamentos, películas, envolturas, perlas y esponjas.
Las fibras discontinuas de celulosa se han utilizado durante mucho tiempo como un componente para la conversión en redes no tejidas. Sin embargo, la adaptación de la tecnología de lyocell para producir redes no tejidas directamente accedería a propiedades, comportamientos y mercados que no son posibles para los productos de redes de celulosa actuales. Esto se podría considerar como el equivalente celulósico de las tecnologías de soplado en fusión & unión por hilatura ampliamente utilizadas en la industria de fibras sintéticas, aunque no es posible adaptar directamente la tecnología de polímeros sintéticos al lyocell debido a importantes diferencias técnicas.
Se han llevado a cabo muchas investigaciones para inventar una tecnología novedosa para formar directamente redes de celulosa a partir de soluciones de lyocell (entre otros, WO 98/26122, WO 99/47733, WO 98/07911, US 6.197.230, WO 99/64649, WO 05/106085, EP 1358369, EP 2013390 y US 2005/056956 A1). Para los propósitos de la presente invención, el término "procedimiento de soplado en fusión de lyocell" abarca procedimientos tanto de soplado en fusión como de unión por hilatura que pueden resultar en la obtención de filamentos esencialmente sin fin, fibras de una longitud discreta o mezclas de filamentos sin fin y fibras de longitud discreta. Los procedimientos divulgados en los documentos mencionados anteriormente se caracterizan porque las hebras extrudidas de la solución de celulosa en NMMO son recogidos por una corriente de gas que fluye en una dirección generalmente paralela a la trayectoria de los filamentos. La solución de celulosa, que se expulsa a través de los orificios, se forma en hebras líquidas o filamentos latentes, que son estirados (o significativamente disminuidos en diámetro y aumentados en longitud y se pueden dividir en varios subfilamentos) por la corriente de gas. También se divulga la coagulación parcial de filamentos latentes mediante aguas de lavado antes de la formación de la red. A continuación, los filamentos se forman en redes y se procesan posteriormente, según sea necesario.
Problema
Las divulgaciones anteriores de la tecnología del procedimiento de soplado en fusión de lyocell se han centrado en proporcionar soluciones inventivas a las principales dificultades técnicas de la formación inicial de filamentos a partir de la solución de hilatura de lyocell. Sin embargo, cualquier éxito en esta área conduce a la necesidad de desarrollos adicionales para las posteriores etapas del procedimiento, p. j. en el lavado. El lavado de los filamentos de lyocell es una etapa crítica del procedimiento, en el que el disolvente se debe eliminar de las hebras de celulosa/disolvente termoplásticos de manera controlada (antes, durante y después de la formación de la red) para comenzar a desarrollar la estructura y propiedades de la fibra y dejar los filamentos de celulosa/ agua listos para su posterior procesamiento o acabado/secado. La caída inicial de los filamentos para formar la red se produce durante la etapa de lavado. El lavado exitoso de las redes de celulosa formadas directamente requiere el logro de una combinación única de requisitos altamente exigentes:
• Controlar el grado de fusión y la variación del diámetro de los primeros filamentos formados antes y durante la formación inicial de la red
• Minimizar el daño potencial a los filamentos entremezclados frágiles/delicados en la primera red formada, así como a la estructura de la red.
• Intercambio de agua controlado para permitir el desarrollo de la estructura de la fibra.
• Minimizar el consumo de agua (u otros líquidos de lavado), de acuerdo con las características ambientales de la tecnología y minimizar los costes de recuperación de disolventes.
• Minimizar los costes totales de inversión para equipos y edificios, así como los costes de energía para el lavado.
No existe una técnica anterior que cumpla todos los requisitos anteriores. La tecnología de elaboración de papel, aunque puede alcanzar velocidades de línea de más de 1.500 m/min, no es aplicable ya que las hojas de papel son mucho más robustas que las redes de esta invención y en la elaboración de papel no es necesario lavar los disolventes ni cambiar la estructura del filamento durante la fabricación. La tecnología de hilo de celulosa de filamento continuo puede funcionar a altas velocidades de línea. Sin embargo, la enseñanza sobre el lavado de filamentos se aplica solo a hilos muy pequeños y no se puede aplicar a las grandes redes de la presente invención.
Descripción
Las desventajas del estado de la técnica se han resuelto mediante una nueva tecnología de lavado, que incluye un procedimiento y un dispositivo, como se divulga aquí, que permitirá aprovechar al máximo el potencial que ofrece la formación directa de las redes a base de celulosa a partir de soluciones de lyocell. En la Figura 1 se muestra una representación de la invención. Los expertos en la técnica entenderán que son posibles otros diseños.
Por lo tanto, una primera realización de la invención presentada en la presente memoria es un procedimiento para fabricar redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell que comprende:
• Una etapa de extrusión que utiliza un dispositivo de extrusión (1) capaz de extrudir una pluralidad de hebras de solución de lyocell, en particular dispuestos en una o más filas para formar una cortina, y también capaz de extender las hebras de solución, en particular de acuerdo con el principio de soplado en fusión general, como se describe en, p. ej., EP1093536B1.
• Una primera etapa de lavado llevada a cabo en una primera zona de lavado con medios (7) para suministrar aguas de lavado a las hebras de la solución directamente después de la extensión y antes de la formación de la red, por lo que se forman filamentos de celulosa parcialmente coagulados. El propósito de esta primera etapa de lavado es eliminar parte del disolvente de los filamentos, coagulándolos parcialmente, haciendo así su superficie menos pegajosa y controlando así el grado de fusión del filamento así como fijando la extensión del filamento lograda. Las aguas de lavado se pueden suministrar mediante boquillas diseñadas y dispuestas de manera que proporcionen líneas de pulverización esencialmente continuas sobre los filamentos. Dependiendo del diseño de las boquillas, la pulverización puede resultar, por ejemplo, en aerosol o neblina. Muy adecuada es una serie de boquillas de pulverización montadas a ambos lados de los filamentos con la capacidad de controlar la tasa del flujo de aguas y el tamaño de las gotas. La disposición permitirá el ajuste de la posición y el ángulo de aplicación de las aguas. Las aguas de lavado utilizadas en esta etapa del procedimiento pueden estar vinculadas a las aguas de lavado utilizadas aguas abajo o independientemente de ellas.
• Una etapa de formación de red llevada a cabo en una zona de formación de red con un dispositivo de formación de red (4), que podría ser una cinta de tamiz o, alternativamente, un tambor perforado, sobre el cual se colocan los filamentos parcialmente coagulados para formar una red (11), en donde el dispositivo de formación de la red (4) tiene porosidad suficiente para permitir que la corriente de gas y las aguas de lavado se extraigan a través de él, p. ej. mediante un dispositivo de eliminación de líquido y aire (8). El dispositivo de formación podría ser, por ejemplo, una cinta o la superficie exterior permeable de un tambor capaz de funcionar a la velocidad de producción de red requerida. Una característica esencial del dispositivo de formación es que permite la gestión y eliminación eficiente del aire de extrusión y el exceso de aguas de lavado de las boquillas de pulverización. El dispositivo de formación tiene la permeabilidad suficiente para permitir que la corriente de gas y las aguas de lavado se extraigan a través de él a través de un sistema de vacío para su recogida y procesamiento o reutilización, al tiempo que permite una buena disposición del filamento para la formación de la red. Por ejemplo, se ha encontrado que son adecuadas cintas con una permeabilidad de alrededor de 4.000 a 15.000 m3/m2/h a 100 Pa, p. ej. 9.000m3/m2/h a una diferencia de presión de 100 Pa. La presión de succión y el flujo volumétrico efectivo se determinan para equilibrar la integridad intacta de la red con la eliminación máxima de líquido y la fijación suficiente de los filamentos en la cinta. La zona de formación también puede estar equipada con uno o más módulos de lavado, descritos en la siguiente sección. La combinación del rendimiento de la solución de hilatura por orificio, las condiciones de extensión del filamento y la velocidad del dispositivo de formación controlan el peso de la red y la finura del filamento.
• Una segunda etapa de lavado llevada a cabo en una segunda zona de lavado con un dispositivo de lavado (5) que incluye múltiples módulos de lavado modulares (2), en donde cada módulo de lavado (2) comprende un medio (9) de aplicación de aguas de lavado a la red (11) uniformemente como una cortina de aguas cerrada sobre todo el ancho de la red hasta la red a una tasa y temperatura controladas y con una fuerza suficientemente baja de tal manera que no dañe la estructura de la red y los filamentos coagulados muy frágiles, particularmente durante las etapas iniciales de lavado; y un dispositivo de deshidratación (10) para deshidratar al menos parcialmente la red (11), p. j., por succión a vacío. En este dispositivo de lavado, la red se transporta desde el dispositivo de formación. Podría ser una parte de la zona de formación (por ejemplo, una sola cinta o tambor) o un dispositivo de separación (p. ej., una cinta o tambor de separación). El dispositivo de lavado podría ser en sí mismo un solo dispositivo (p. ej., una cinta o tambor) o, por ejemplo, múltiples cintas o tambores. Funciona a la misma velocidad de producción que el dispositivo de formación y está equipado con múltiples módulos de lavado. El número de módulos de lavado se puede variar para lograr la eficiencia de lavado deseada para el producto que se está produciendo. Cada módulo de lavado consta de un medio para aplicar las aguas de lavado uniformemente ("uniformemente" significa hasta un 5% de tolerancia en la variabilidad del flujo de las aguas de lavado) como una cortina de aguas en todo el ancho de la red con respecto a la red a una tasa y temperatura controladas y de fuerza suficientemente baja para no dañar la red o los filamentos individuales. Esto se puede lograr mediante una caja de suministro de aguas que consta de dos cámaras separadas por una rejilla para nivelar la caída de presión y una ranura de salida. Todos se pueden ajustar para adaptarse a los requisitos de flujo de las aguas. Para cada módulo de lavado, asociado con cada dispositivo de aplicación de aguas de lavado hay un dispositivo de deshidratación (por ejemplo, succión a vacío) y recolección de aguas de lavado. A continuación, las aguas de lavado utilizadas se puede transportar desde la recolección para su reutilización o recuperación de disolvente. El dispositivo de deshidratación se coloca aguas abajo del dispositivo de aplicación de las aguas de lavado a una distancia suficiente para permitir un tiempo de residencia adecuado para que actúen las aguas de lavado. Normalmente, la zona de lavado funcionará en modo contracorriente, aumentando la concentración de óxido de amina a medida que las aguas de lavado se bombean aguas arriba mientras se utilizan para lavar la red.
• Un medio (6) de recogida de la red lavada (11) o de transferencia de la red (11) directamente a fases posteriores de procesamiento.
• El procedimiento puede funcionar a velocidades de producción en línea de la red formada (11) de 5 m/min a 1.000 m/min. En una realización preferida de esta invención, las velocidades de producción en línea pueden ser de 25 a 500 m/min.
• Las aguas de lavado son agua, mezcla de agua/óxido de amina u otro líquido adecuado para eliminar el disolvente.
En particular, aguas de lavado que podrían ser agua pura, una mezcla de agua/óxido de amina o algún otro líquido adecuado para eliminar el óxido de amina de los filamentos. Por ejemplo, en la zona de lavado, las aguas de lavado podrían ser agua desmineralizada fresca introducida en la fase de lavado final y bombeada en contracorriente desde cada fase de recolección de aguas a los dispositivos de aplicación de las aguas de lavado aguas arriba. Estas aguas de lavado utilizadas se pueden enviar a recuperación para su reutilización en la preparación de la solución de hilatura o utilizar como parte de la provisión de partida para la pulverización de filamentos en la zona de formación antes de la formación de la red y a continuación para la recuperación. Las temperaturas de las aguas de lavado pueden oscilar entre 5 y 85°C. Opcionalmente, se puede proporcionar la posibilidad de concentrar las aguas de lavado en una o más estaciones de lavado mediante recirculación.
Las velocidades de producción en línea de la red formada (11) de aproximadamente 5 m/min serán factibles para fabricar vellones gruesos de hasta 100 mm de espesor. Serán factibles altas velocidades de producción en línea para vellones finos.
En una realización preferida de la invención, las aguas de lavado (7) en la primera etapa de lavado se aplica a las hebras de la solución antes de la formación de la red en una forma tal como líneas continuas de pulverización, cortina, aerosol o neblina mediante, entre otras, boquillas, ranuras, rodillos de presión giratorios o discos giratorios que lanzan el líquido de lavado hacia las hebras de la solución. También otros medios que cumplan el mismo propósito funcionarán para esta invención.
En otra realización preferida de la invención, las aguas de lavado utilizadas (7) en la primera etapa de lavado son las aguas de lavado utilizadas proveniente del primer módulo de lavado (2) en la segunda zona de lavado (5) o suministradas independientemente de las aguas de lavado en la segunda zona de lavado.
En particular, el dispositivo de formación (4) puede ser una cinta de tamiz o un tambor perforado, en donde la permeabilidad del dispositivo de formación (4) se selecciona para permitir el paso de la corriente de gas y las aguas de lavado al tiempo que permite una buena formación de la red, preferiblemente entre 4.000 y 15.000 m3/m2/h a una diferencia de presión de 100 Pa.
De acuerdo con el procedimiento de la invención, el segundo dispositivo de lavado (5) se puede funcionar en modo contracorriente con aguas de lavado frescas añadidas en el módulo de lavado más alejado aguas abajo (2).
De acuerdo con el procedimiento de la invención en cada módulo de lavado (2) el dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) aplica las aguas de lavado como una cortina de aguas cerrada uniforme sobre todo el ancho de de la red (11) a una tasa y temperatura controladas. Los medios (9) no suministran las aguas de lavado como hebras individuales ya que esas hebras podrían dañar la estructura de la red y los filamentos coagulados muy frágiles, particularmente durante las etapas iniciales de lavado. Además, la neblina de aguas de lavado o similar no cumplirá el propósito de esta invención.
En una realización particularmente preferida de la invención en cada módulo de lavado (2), el dispositivo de deshidratación (10) está posicionado aguas abajo del dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) a una distancia suficiente para permitir un tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado para que actúen las aguas de lavado.
Se encontró que el procedimiento de acuerdo con la invención se puede hacer funcionar de una manera muy económica si el tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado es de 0,06 a 120 segundos, preferiblemente de 0,12 a 12 segundos, en particular se prefiere de 0,24 a 6 seg. Sorprendentemente, se encontró que mediante esta sencilla enseñanza se podía encontrar un óptimo entre el número de módulos de lavado (2) y la longitud total de la línea de lavado (es decir, la longitud total del dispositivo de lavado (5) que consta de todos los módulos de lavado (2)). Un mayor número de módulos de lavado, así como una mayor longitud de la línea de lavado, aumentarían el coste de inversión y la ejecución de más módulos de lavado también aumentaría el coste operativo debido a la mayor necesidad de aguas de lavado y energía para el bombeo y el vacío.
Como se explicó anteriormente, un requisito clave del procedimiento es una buena configuración entre el número de módulos de lavado y la longitud total de la zona de lavado. Sorprendentemente, se ha descubierto que se puede determinar un óptimo de los requisitos antes mencionados cambiando el tiempo de residencia de los módulos de lavado recién inventados en la zona de lavado de acuerdo con los intervalos de tiempo que se acaban de dar anteriormente, proporcionando una reducción global en la longitud de la zona de lavado. Utilizando esta enseñanza, el tiempo de residencia total en una zona de lavado para la producción de redes a alta velocidad se reduce en al menos un 10% a una concentración de óxido de amina del 25% en el último módulo de lavado. Además, el número y la separación de los módulos de lavado en la zona de lavado se pueden modificar para optimizar la eficiencia del lavado para cada tipo de producto (por ejemplo, diferentes espesores de red).
También puede ser una realización preferida del procedimiento inventivo si todos los módulos de lavado (2) del dispositivo de lavado (5) muestran esencialmente el mismo diseño y el mismo tiempo de residencia por módulo de lavado. Esto facilita la ingeniería del dispositivo de lavado (5) así como su funcionamiento, ya que no deben tenerse en cuenta diferencias individuales. Para requisitos específicos, p. ej. para la producción de productos especiales, por supuesto, también se pueden utilizar diferentes módulos de lavado.
Con el fin de aumentar la concentración de disolvente de las aguas de lavado, uno o más de los módulos de lavado (2) pueden tener medios para recircular las aguas de lavado internamente, es decir, dentro de este mismo módulo de lavado. En tal modo de funcionamiento, solo una parte de las aguas de lavado utilizadas se enviarán al módulo de lavado posterior (2). Para mantener una economía de procedimiento viable, es importante que las aguas de lavado utilizadas para la recuperación del disolvente tengan una concentración de óxido de amina de al menos 15%, preferiblemente 20%, lo más preferiblemente superior a 25%.
El procedimiento de acuerdo con la invención puede incluir adicionalmente una etapa de procedimiento para la adición de aplicación de acabado y/o hidro-enmarañado en línea (3) a la red (11). Tales etapas del procedimiento son en general bien conocidas por los expertos en la técnica, para el hidro-enmarañado, p. ej., como se describe en el documento EP 2013390. Opcionalmente, por ejemplo, el extremo de la zona de lavado puede incorporar un medio para aplicar acabados a la red lavada.
El procedimiento de acuerdo con la invención, como se describe anteriormente, puede incluir adicionalmente mezclar material a la red (11) disolviendo o dispersando dicho material en el fluido de una etapa de hidro-enmarañamiento (3). Este material podría ser, p. ej., un compuesto retardante de llama, un colorante, un agente de entrecruzamiento, un suavizante, un quitosano o un derivado del quitosano o similares. Varias otras sustancias modificantes, tales como materias colorantes, productos antibacterianos, productos intercambiadores de iones, carbón activo, nanopartículas, lociones, superabsorbentes, agentes de impregnación, agentes de acabado, agentes de injerto, aglutinantes; y mezclas de los mismos se pueden añadir durante o tras las etapas de lavado en la zona de lavado o en etapas posteriores del procedimiento similares. El experto en la técnica sabe muy bien cómo añadir tales materiales a los que se hace referencia anteriormente y en qué etapa del procedimiento de soplado en fusión de lyocell. Esta invención es igualmente aplicable para la aplicación de tratamientos químicos basados en solución o partículas sólidas dispersas a la red de celulosa. También es igualmente aplicable a las redes de celulosa en donde la celulosa contiene aditivos incorporados. A los expertos en la técnica se les ocurrirán otras aplicaciones de la invención.
El procedimiento de acuerdo con la invención puede incluir adicionalmente medios para unir a dicha red (11) en uno o ambos lados, una capa de otro material, preferiblemente una capa de fibra, película o red en cualquier punto del procedimiento. Por ejemplo, la red de acuerdo con la presente invención se podría formar directamente sobre otro material introducido en la zona de formación aguas arriba del punto de formación de la red de la invención. Las redes también se pueden combinar en cualquier punto de la zona de lavado o aguas abajo. Las propiedades de la red laminada combinada se verían influenciadas directamente por el lugar donde se produjo la combinación inicial de la red.
Con esta realización, es posible producir materiales compuestos formados por p. ej., una capa de la red celulósica producida de acuerdo con la invención y una o más capas adicionales en uno o ambos lados de la red. Son posibles construcciones en "sándwich", en donde la red celulósica está incrustada entre dos capas, opcionalmente diferentes, p. ej. una película o material similar a una red. Dicha capa puede consistir esencialmente en un material seleccionado del grupo que consiste en materiales celulósicos, tales como fibras celulósicas y pulpa; polímeros no celulósicos; y mezclas de los mismos. Se proporcionan más detalles de posibles materiales multicapa en las secciones [0031] a [0048] de EP 2013390.
La red completamente lavada se puede procesar a continuación adicionalmente, según sea necesario (por ejemplo, recolectarse como un rodillo que nunca se seca o transportarse directamente a una fase de secado).
Todo el equipo empleado está construido de tal manera que permite la recuperación de energía, vapor de agua y productos químicos y evita que las gotas de aguas de lavado u otros líquidos goteen sobre la red de manera incontrolada. Por ejemplo, las cubiertas protectoras sobre la línea de lavado están convenientemente inclinadas para asegurar que cualquier condensación formada corra hacia un lado de la línea de lavado en lugar de sobre la red.
Otro aspecto de la invención es un producto no tejido que consta de filamentos esencialmente sin fin y que se puede obtener mediante el procedimiento que se describe en la presente memoria con un peso base de entre 5 y 250 gsm. Un producto de este tipo se puede fabricar de forma económica únicamente mediante el procedimiento descrito en la presente memoria.
Otro aspecto de la invención es un dispositivo para la fabricación de redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell que comprende:
• un dispositivo de extrusión (1) capaz de extruir una pluralidad de hebras de solución de lyocell, en particular dispuestos en una o más filas para formar una cortina, y también capaz de extender las hebras de solución como se describe, p. ej. en el documento EP1093536B1,
• una primera zona de lavado con medios (7) para suministrar aguas de lavado a las hebras de la solución directamente después de la extensión y antes de la formación de la red, por lo que se forman filamentos de celulosa parcialmente coagulados,
• una zona de formación de red con un dispositivo de formación de red (4) como ya se ha descrito anteriormente sobre la que se colocan los filamentos parcialmente coagulados para formar una red (11), en donde el dispositivo de formación de la red (4) tiene porosidad suficiente para permitir la extracción de la corriente de gas y las aguas de lavado a través de él, p. ej. mediante un dispositivo de eliminación de líquido y aire (8),
• una segunda zona de lavado con un dispositivo de lavado (5) que incluye múltiples módulos de lavado modulares (2), en donde
• cada módulo de lavado (2) comprende un dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) para aplicar las aguas de lavado a la red (11) como una cortina de aguas cerrada y uniforme sobre todo el ancho de la red a una tasa y temperatura controladas y con una fuerza suficientemente baja de tal manera que no dañe la estructura de la red y los filamentos coagulados muy frágiles (particularmente durante las etapas iniciales de lavado) y un dispositivo de deshidratación (10) para deshidratar al menos parcialmente la red (11), p. ej. por succión a vacío, y
• un medio (6) de recogida de la red lavada (11) o de transferencia de la red (11) directamente a las fases de procesamiento posteriores, y
• que el dispositivo puede funcionar a velocidades de producción en línea de la red formada (11) desde 5 m/min (lo que sería factible para vellones gruesos de hasta 100 mm de espesor) hasta 1.000 m/min.
Preferiblemente, el dispositivo de acuerdo con la invención está diseñado para funcionar a velocidades de producción en línea de 25 a 500 m/min. De acuerdo con la invención está diseñado de tal manera que pueda funcionar con aguas de lavado que son agua, mezcla de agua/óxido de amina u otro líquido adecuado para eliminar el disolvente.
En una realización preferida de la invención, los medios para aplicar el líquido de lavado (7) a las hebras de la solución antes de la formación de la red consisten en boquillas, ranuras, rodillos de presión giratorios o discos giratorios capaces de lanzar el líquido de lavado hacia las hebras de la solución. También otros medios que cumplan el mismo propósito funcionarán para esta invención.
En particular, el dispositivo de formación (4) puede ser una cinta de tamiz o un tambor perforado, como ya se describió anteriormente, en donde la permeabilidad del dispositivo de formación (4) se selecciona para permitir el paso de la corriente de gas y las aguas de lavado mientras permite una buena formación de la red, preferiblemente entre 4.000 y 15.000 m3/m2/h a una diferencia de presión de 100 Pa.
En particular, el segundo dispositivo de lavado (5) es capaz de funcionar en modo contracorriente con aguas de lavado frescas añadidas en el módulo de lavado más alejado aguas abajo (2).
De acuerdo con la invención, en cada módulo de lavado (2), el dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) es capaz de aplicar las aguas de lavado como una cortina de aguas cerrada uniforme sobre todo el ancho de la red (11) a una tasa y temperatura controladas.
En otra realización preferida de la invención en cada módulo de lavado (2), el dispositivo de deshidratación (10) está posicionado aguas abajo del dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) a una distancia suficiente para permitir un tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado para que actúen las aguas de lavado. El tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado es de 0,06 a 120 segundos, preferiblemente de 0,12 a 12 segundos, en particular es preferible de 0,24 a 6 segundos.
Preferiblemente, todos los módulos de lavado (2) del dispositivo de lavado (5) muestran esencialmente el mismo diseño y el mismo tiempo de residencia por módulo de lavado. Esto facilita la ingeniería del dispositivo de lavado (5) así como su funcionamiento, ya que no se deben tener en cuenta diferencias individuales. Para requisitos específicos, p. ej. para la producción de productos especiales, por supuesto, también se pueden utilizar diferentes módulos de lavado.
Con el fin de aumentar la concentración de disolvente de las aguas de lavado, uno o más de los módulos de lavado (2) pueden tener medios para recircular las aguas de lavado internamente, es decir, dentro de este mismo módulo de lavado. En tal modo de funcionamiento, solo una parte de las aguas de lavado utilizadas se enviarán al módulo de lavado posterior (2).
El dispositivo de acuerdo con la invención puede incluir adicionalmente medios para la adición de aplicación de acabado y/o hidro-enmarañamiento en línea (3) a la red (11). Tales medios son en general bien conocidos por los expertos en la técnica, para el hidro-enmarañamiento, p. ej., como se describe en el documento EP 2013390.
El dispositivo de acuerdo con la invención descrito anteriormente puede incluir adicionalmente medios para mezclar material a la red (11) disolviendo o dispersando dicho material en el fluido de una etapa de hidro-enmarañamiento (3). Este material podría ser, p. ej., un compuesto retardante de llama, un colorante, un agente de entrecruzamiento, un suavizante, un quitosano o un derivado del quitosano o similares.
El dispositivo de acuerdo con la invención puede incluir adicionalmente medios para unir a dicha red (11) en uno o ambos lados, una capa de otro material, preferiblemente una capa de fibra, película o red.
La invención se ilustrará ahora con ejemplos. Estos ejemplos no limitan el alcance de la invención de ninguna manera. La invención incluye también cualquier otra realización que se base en el mismo concepto inventivo.
Ejemplos 1 a 12
Para producir una red celulósica de peso base de 15 gsm con un tamaño de filamento promedio de 1,0 dtex, la solución de hilatura de lyocell que contiene 13% de celulosa se extruye verticalmente hacia abajo a partir de una disposición de vigas de hilatura sopladas en fusión como se describe en el documento EP 1093536 B1 con un rendimiento equivalente de 200 kg/h de celulosa por metro de ancho de la red. El flujo y la temperatura del suministro de aire de soplado en fusión se ajustan para lograr la extensión de filamento requerida. A continuación, los filamentos estirados se someten a una primera etapa de lavado: se pulveriza agua desmineralizada a 30°C desde "barras de pulverización" individuales en cada borde largo de la cortina de filamentos. Cada barra contiene boquillas de pulverización dispuestas de manera que proporcionen una línea continua de gotas de aerosol sobre los filamentos como se describe en el documento EP 1093536 B1.
Los filamentos parcialmente coagulados se depositan a continuación en la siguiente etapa de formación sobre el dispositivo de formación, que contiene una cinta transportadora porosa horizontal que se mueve a 476 m/min. Un sistema de vacío funciona debajo de la red para asegurar una disposición uniforme de los filamentos para lograr un espesor de la red uniforme y eliminar el exceso de aire y aguas de extrusión de las boquillas de pulverización. La permeabilidad de la cinta es de 9.000 m3/m2/h y el sistema de vacío genera una diferencia de presión de 100 Pa a través de la cinta. Se separan el aire y las aguas de lavado. Las aguas de lavado utilizadas se envían a una unidad de recuperación de disolvente para su reutilización en la elaboración de la solución de hilatura. La red se transporta sobre la cinta a la zona de lavado, que está dispuesta como una parte posterior de la misma cinta transportadora porosa horizontal, que consta de una serie de módulos de lavado, cada uno de los cuales aplica el líquido de lavado como una 'cortina' sobre la red. A continuación, las aguas de lavado se eliminan a través de la cinta mediante un sistema de vacío. Los módulos de lavado están separados para asegurar un tiempo de residencia suficiente para una buena eficiencia de lavado. Las aguas de lavado, que consisten en agua desmineralizada a 60°C, se introduce en el módulo de lavado final y se bombea progresivamente aguas arriba a través de cada uno de los otros módulos de lavado en modo contracorriente. El consumo total de agua desmineralizada (en la zona de formación de pulverización y la zona de lavado) es de aproximadamente 6 m3/h por metro de ancho de la red. Las aguas de lavado utilizadas se transfieren a la recuperación de disolventes para su reutilización en la preparación de la solución de hilatura. La red húmeda se recoge al final de la línea de lavado y a continuación se seca fuera de línea con un secador. Se sometieron a prueba 12 configuraciones de zonas de lavado diferentes, en donde la longitud y el tiempo de residencia de los módulos de lavado individuales, así como el número de módulos, se cambiaron como se indica en la Tabla 1. Todos los módulos de lavado eran del mismo tipo.
Tabla 1: Resultados del diseño de la planta
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Sorprendentemente, a partir de esos ensayos se descubrió que para la misma velocidad de línea, es decir, la misma capacidad, la longitud de la línea de lavado y la calidad del producto se pueden reducir entre un 2 y un 16% y el número de módulos de lavado de un 39 a un 83%.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para fabricar redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell que comprende:
a. una etapa de extrusión que utiliza un dispositivo de extrusión (1) capaz de extruir una pluralidad de hebras de solución de lyocell, en particular dispuestas en una o más filas para formar una cortina, y también capaz de extender las hebras de solución,
b. una primera etapa de lavado llevada a cabo en una primera zona de lavado con medios (7) para suministrar aguas de lavado a las hebras de la solución directamente después de la extensión y antes de la formación de la red, por lo que se forman filamentos de celulosa parcialmente coagulados,
c. una etapa de formación de una red llevada a cabo en una zona de formación de una red con un dispositivo de formación de red (4) sobre el cual se colocan los filamentos parcialmente coagulados para formar una red (11), en donde el dispositivo de formación de la red (4) tiene porosidad suficiente para permitir la corriente de gas y aguas de lavado para que se extraigan a través de él,
d. una segunda etapa de lavado llevada a cabo en una segunda zona de lavado con un dispositivo de lavado (5) que incluye múltiples módulos de lavado modulares (2), en donde
e. cada módulo de lavado (2) comprende un medio (9) para aplicar líquido de lavado a la red (11) uniformemente como una cortina de aguas cerrada sobre todo el ancho de la red con respecto a la red a una tasa y temperatura controladas y con una fuerza suficientemente baja de tal manera que no dañe la estructura de la red y los filamentos coagulados y el dispositivo de deshidratación (10) para deshidratar al menos parcialmente la red (11), y f. un medio (6) de recogida de la red lavada (11) o de transferencia de la red (11) directamente a las fases de procesamiento posteriores, y
g. que el procedimiento puede funcionar a velocidades de producción en línea de la red formada (11) de 5 m/min a 1.000 m/min y
h. que las aguas de lavado son agua, una mezcla de agua/óxido de amina u otro líquido adecuado para eliminar el disolvente.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde las aguas de lavado (7) aplicadas a las hebras de la solución antes de la formación de la red se aplican en una forma tal como línea continua de pulverización, cortina, aerosol o neblina mediante, entre otros, boquillas, ranuras, rodillos de presión giratorios o discos giratorios que lanzan las aguas de lavado hacia las hebras de la solución.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde la permeabilidad del dispositivo de formación (4) se selecciona para permitir el paso de la corriente de gas y las aguas de lavado al tiempo que permite una buena formación de la red, preferiblemente entre 4.000 y 15.000 m3/m2/h a una diferencia de presión de 100 Pa.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde en cada módulo de lavado (2), el dispositivo de deshidratación (10) está posicionado aguas abajo del dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) a una distancia suficiente para permitir un tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado para que actúen las aguas de lavado.
5. El procedimiento de la reivindicación 4, en donde el tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado es de 0,06 a 120 segundos, preferiblemente de 0,12 a 12 segundos, en particular es preferible de 0,24 a 6 segundos.
6. El procedimiento de las reivindicaciones 1 a 5 con material mezclado a la red (11) disolviendo o dispersando dicho material en el fluido de una etapa de hidro-enmarañamiento (3).
7. El procedimiento de las reivindicaciones 1 a 6 junto con unir a dicha red (11) en uno o ambos lados, una capa de otro material, preferiblemente una capa de fibra, película o red.
8. Un dispositivo para la fabricación de redes a base de celulosa que se forman directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell que comprende:
a. un dispositivo de extrusión (1) capaz de extruir una pluralidad de hebras de solución de lyocell, en particular dispuestas en una o más filas para formar una cortina, y también capaz de extender las hebras de solución, b. una primera zona de lavado con medios (7) para suministrar aguas de lavado a las hebras de la solución directamente después de la extensión y antes de la formación de la red, por lo que se forman filamentos de celulosa parcialmente coagulados,
c. una zona de formación de la red con un dispositivo de formación de la red (4) sobre la cual se colocan los filamentos parcialmente coagulados para formar la red (11), en donde el dispositivo de formación de la red (4) tiene una porosidad suficiente para permitir que la corriente de gas y las aguas de lavado se extraigan a través de él, d. una segunda zona de lavado con un dispositivo de lavado (5) que incluye múltiples módulos de lavado modulares (2), en donde
e. cada módulo de lavado (2) comprende un dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) para aplicar aguas de lavado a la red (11) como una cortina de aguas cerrada y uniforme sobre todo el ancho de la red a una tasa y temperatura controladas y con una fuerza suficientemente baja de tal manera que no dañe la estructura de la red y los filamentos coagulados y el dispositivo de deshidratación (10) para deshidratar al menos parcialmente la red (11), y
f. un medio (6) de recogida de la red lavada (11) o de transferencia de la red (11) directamente a las fases de procesamiento posteriores, y
g. que el dispositivo puede funcionar a velocidades de producción en línea de la red formada (11) de 5 m/min a 1.000 m/min.
9. El dispositivo según la reivindicación 8, en donde los medios para aplicar las aguas de lavado (7) a las hebras de la solución antes de la formación de la red consisten en boquillas, ranuras, rodillos de presión giratorios o discos giratorios capaces de lanzar las aguas de lavado hacia las hebras de la solución.
10. El dispositivo de la reivindicación 8, en donde la permeabilidad del dispositivo de formación (4) se selecciona para permitir el paso de la corriente de gas y las aguas de lavado al tiempo que permite una buena formación de la red, preferiblemente entre 4.000 y 15.000 m3/m2/h a una diferencia de presión de 100 Pa.
11. El dispositivo según la reivindicación 8, en donde en cada módulo de lavado (2), el dispositivo de deshidratación (10) está posicionado aguas abajo del dispositivo de aplicación de aguas de lavado (9) a una distancia suficiente para permitir un tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado para que actúen las aguas de lavado.
12. El dispositivo según la reivindicación 11, en donde el tiempo de residencia adecuado por módulo de lavado es de 0,06 a 120 segundos, preferiblemente de 0,12 a 12 segundos, en particular es preferible de 0,24 a 6 segundos.
13. El dispositivo de las reivindicaciones 8 a 12, incluye adicionalmente medios para mezclar material a la red (11) disolviendo o dispersando dicho material en el fluido de una etapa de hidro-enmarañamiento (3).
14. El dispositivo de las reivindicaciones 8 a 12, incluye adicionalmente medios para unir a dicha red (11) en uno o ambos lados, una capa de otro material, preferiblemente una capa de fibra, película o red.
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