HU220367B

HU220367B - Eljárás cellulóz formatestek előállítására és cellulóz filamentből készült fonal

Info

Publication number: HU220367B
Application number: HU9702123A
Authority: HU
Inventors: Jürgen Pitowski
Original assignee: Akzo Nobel N.V.
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2001-12-28
Also published as: EP0795052B2; SK67697A3; CZ288742B6; AU4117796A; EP0795052A1; CN1066214C; HUT77266A; US5902532A; CZ167497A3; US6042944A; KR100398294B1; WO1996017118A1; ES2120243T5; DE59502659D1; JPH10510011A; CN1168701A; EP0795052B1; PL183097B1; CA2205466A1; AU695212B2

Abstract

A találmány tárgya eljárás cellulóz formatestek előállítására,amelynek során cellulózoldatot állítanak elő tercier-- amin-N-oxidbanés adott esetben vízben meleg állapotban, majd a képződött oldatot egykoagulálófürdőbe történő bevitel előtt levegővel lehűtik oly módon,hogy a hűtéshez kondicionált levegőt alkalmaznak, amelynek víztartalma0,1–7 g vízgőz/kg száraz levegő, és relatív nedvességtartalma <85%. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás cellulóz formatestek előállítására, amelynek során cellulózoldatot állítunk elő tercier-amin-N-oxidban és adott esetben vízben meleg állapotban, majd a képződött oldatot egy koagulálófürdőbe történő bevitel előtt levegővel lehűtjük. A találmány vonatkozik továbbá cellulózfilamentből készült fonalra is.

Ilyen eljárást ismertetnek a WO 93/19230. számú dokumentumban, ahol a hűtés közvetlenül az oldatképzés után következik. Ezzel az eljárással azt kívánják elérni, hogy a frissen extrudált formatestek ragacsossága csökkenjen, és így a cellulózszálak előállításánál nagy lyuksűrűségű fonófejet lehessen alkalmazni. A hűtéshez a képződött oldatot előnyösen gázáramba helyezik. A melegen formált oldat hűtése már akkor bekövetkezik, amikor a képződött oldat a formálószervet, például a fonófejet, ahol általában 90 °C feletti hőmérséklet van, elhagyja, és az úgynevezett légnyílásba kerül. Légnyílásnak nevezzük azt a tartományt, amely a formálószerv és a koagulációs fürdő, amelyben a cellulóz kicsapódik, között helyezkedik el. A légnyilásban a hőmérséklet alacsonyabb, mint a fonófejben, azonban a fonófej hősugárzása miatt, továbbá a formatestek entalpia árama következtében a levegő felmelegedése miatt lényegesen magasabb, mint a szobahőmérséklet. Az egyébként a koagulálófurdőként felhasznált víz folyamatos elpárolgása miatt a légnyílásban meleg nedves viszonyok találhatók. A WO 93/19230. számú dokumentum szerint alkalmazott módszer, vagyis hogy a képződött oldatot közvetlenül a formálás után hűtik, gyorsabb hűtést eredményez, így a képződött oldat ragacsossága ennek megfelelően gyorsabban csökken.

A találmány célja az ilyen eljárás javítása, különösen az ezen eljárással előállított formatest, előnyösen szálak, illetve filament fonal tulajdonságainak javítása.

Ezt a feladatot olyan a cellulóz formatestek előállítására szolgáló eljárással oldjuk meg, ahol cellulózoldatot állítunk elő tercier-amin-N-oxidban és adott esetben vízben, meleg állapotban, és a képződött oldatot a koagulálófiirdőbe való bevitel előtt levegővel hűtjük, és amely eljárásra jellemző, hogy a hűtéshez kondicionált levegőt alkalmazunk, amelynek víztartalma 0,1-7 g vízgőz/kg száraz levegő, és relatív nedvességtartalma <85%.

A kondicionált levegő víztartalma előnyösen 0,7-4 g vízgőz/kg száraz levegő, különösen előnyösen 0,7-2 g. A hűtést végezhetjük áramló levegővel, ilyenkor a levegőt a képződött oldattal szembe fújjuk vagy erről leszívatjuk. A leszívatást úgy végezhetjük, hogy a kondicionált levegőt elkészítjük és ezt például egy köteg frissen fonott hálón vagy Alámenten átszívatjuk. Különösen előnyös a ráfújás és leszívás kombinációja.

A képződött oldatot a kondicionált levegőnek kitehetjük a koagulálófiirdőbe történő bevitelig tartó teljes szakaszon, de úgy is eljárhatunk, hogy ezen szakasz csak egy részén alkalmazzuk a levegőt, ilyenkor előnyös, ha a levegő-beáramlást az első részben végezzük, vagyis a légnyílásnak abban a tartományában, amely közvetlenül a formálószervhez kapcsolódik. A kondicionált levegőnek a képződött oldat mozgási irányához viszonyítva 0-120° közötti, előnyösen 90°-os szögben kell áramolnia, ahol a 0° a képződött oldat áramlási irányával ellentétes irányú beáramlásnak felel meg.

A találmány szerinti eljárással előnyösen állíthatók elő rostok, előnyösen filamentek, filmek, üreges szálak, membránok, például dialízishez, oxigénes kezeléshez vagy szűréshez alkalmas membránok. Az oldatnak a kívánt cellulóz formatestté történő alakítását végezhetjük ismert szálak előállításához való fonófejekkel, préselt füvókákkal, vagy üreges szál előállításához való fonófejekkel. A formálás után, vagyis a formált oldatnak a koagulálófiirdőbe történő bevitele előtt az oldatot nyújthatjuk.

Az olyan cellulózfilamentből készült fonal, amelyet cellulóz-tercier-amin-oxidban és adott esetben vízben készült oldatából állítunk elő, azzal jellemezhető, hogy a filament keresztmetszete variációs koefficiense <12%, előnyösen <10%.

Amint már említettük, a frissen extrudált formatest légnyílásban történő lehűtésének az az előnye, hogy a ragacsosságot gyorsan lehet így csökkenteni. Ahhoz, hogy egyáltalán hűteni tudjunk, a gázáramnak természetesen olyan hőmérsékletűnek kell lennie, amely a képződött oldat hőmérséklete alatti. A WO 93/19230. számú dokumentum szerint olyan gázáramot alkalmaznak, amelynek hőmérséklete -6 és 24 °C közötti.

Felismertük, hogy nem önmagában a hőmérséklet, hanem a levegő víztartalma és a relatív nedvességtartalma befolyásolja lényegesen a cellulóz formatestek tulajdonságait. A levegő víztartalmát vízgőz g/1 kg száraz levegőben kifejezve gyakran keverési aránynak is nevezik. A következőkben az egyszerűség kedvéért a g/kg egységet használjuk. Különösen a filamentek előállításánál kiderült, hogy fontos, hogy a légrésben a lehető legállandóbb klimatikus feltételek legyenek, vagyis a környezeti klíma szokásosan fellépő ingadozásait ki lehessen zárni. Különösen fontos, hogy a levegő nedvességtartalmában fellépő ingadozásokat lehessen kiküszöbölni, és hogy a levegő alacsony víztartalmú legyen. Még a klímaberendezések meglétekor sem lehet megfelelő mértékig kizárni az évszakkal kapcsolatos, sőt részben a napszakkal kapcsolatos ingadozásokat sem a belső terekben. Ezenkívül a kondicionálásnak a lehető legegyenletesebbnek kell lennie, mivel már a befújás erősségével és a befújás irányával kapcsolatos legkisebb instabilitások is hátrányosan befolyásolják a filamentek szilárdságát, nyúlását és titerállandóját.

A víztartalom, illetve a keverési arány hatása a filament előállításkor különösen a filament keresztmetszetében fellépő egyenetlenségekben mutatkozik meg. Ha 20 °C-on és 14 g/kg víztartalmú, valamint 94% relatív nedvességtartalmú levegővel hűtünk, akkor a variációs koefficiens egy 50 Alámentből álló fonalban a filament keresztmetszeti felületében 30%. Ha a víztartalmat 1,2 g/kg-ra csökkentjük és a relatív nedvességtartalom 8,5, akkor ugyanilyen hőmérsékleten a variációs koefficiens 5,8%-ra csökken. Még ha levegőt, például 40 °C-os levegőt is alkalmazunk, de a víztartalom csak 3,4 g/kg és a relatív nedvességtartalom 7,4, a variációs koefficiens

HU 220 367 Β akkor is 11,3%, amely így 2,7-tel kisebb, mint ha hidegebb levegőt és nagyobb nedvességtartalmat alkalmazunk. A találmány szerint tehát lényeges, hogy a légrés kondicionálását száraz levegővel végezzük. A hűtőlevegő hőmérséklete alárendelt szerepet játszik.

Találmányunkat a továbbiakban példákkal illusztráljuk.

A példákban úgy járunk el, hogy egy 14 tömeg% cellulózt (amely a Viscokraft ELV, Nemzetközi Papírvállalat terméke), amelynek polimerizációs foka 680, körülbelül 76 tömeg% N-metil-morfolin-N-oxidot (NMMO), amely egy tercier-amin-N-oxid, 10 tömeg% vizet és stabilizátorként 0,14 tömeg% galluszsav-propil-észtert tartalmazó oldatot olyan fonófejen fonunk filament fonallá, amely 50, egyenként 130 pm átmérőjű fuvókalyukat tartalmaz. A fonófejben 110 °C-on képződött filamenteket 18 cm hosszúságú légrésben hűtjük. A légrésben a szálakból álló nyalábra merőlegesen 0,8 m/sec befújási sebességgel levegőt fújunk be. A levegőt egyoldalúan fújjuk a nyalábra, a levegő homogén eloszlása egy nagyon finom lyukú, 10 cm széles szita segítségével történik, a levegőbefújás a fonófej kimenetétől számított 10 cm-en keresztül történik.

A filamenteket a légrésben 16-szorosra nyújtjuk, majd vízfürdőt áramoltatunk át a koagulálás érdekében, ezután még több vízfürdőbe vezetjük és az NMMO eltávolítása érdekében megszárítjuk. Az áthúzási sebesség 420 m/perc.

A kapott filamentnyalábot 1 m távolságban a nyaláb tengelyére merőlegesen kétszer átvágjuk. A Alámentek keresztmetszeti felületét fénymikroszkóppal (nagyítás 570:1) és videokamerával computer képanalizáló rendszerre (Quantimet 970) visszük és kiértékeljük. Meghatározzuk minden egyes filament felületét. Az egyes vizsgált nyalábok filament-keresztmetszetének átlagából úgy, hogy nyalábonként két keresztmetszeti képet értékelünk ki, és a standard eltérésből kiszámítjuk a filament keresztmetszeti felület variációs koefficiensét, a standard eltérés és az átlagérték viszonyaként %-ban.

A kondicionált levegő előállításához a szobalevegőből indulunk ki, amelynek hőmérséklete 21 °C, víztartalma 9,2 g/kg, és relatív nedvességtartalma 60%, ezt azután szűrőn megtisztítjuk. A keverési arány növeléséhez a levegőt vízgőzzel telített levegővel (relatív nedvességtartalom 100%, hőmérséklet 80 °C) elegyítjük. Ha az x víztartalmú kondicionált levegő m(x) tömegáramát akarjuk kialakítani, akkor az m_u környezeti levegőből álló tömegáramot, amelynek víztartalma x_u, egy x_h víztartalmú vízgőzzel telített m_h levegő tömegárammal keverjük, az m(x)=m_u+m_h szerint. Az m_u és m_h keverési arányát a következő egyenlettel lehet kiszámítani:

m_u_(x_h-x)(l+x_u) ^mh (x-Xu)(l+x_h)

A kapott levegőáramot végül hőcserélő segítségével hűtjük le a kívánt hőmérsékletre. A relatív nedves; ségtartalmat és a víztartalmat pszichrométerrel (ALMEMO 2290-2 AN 846 pszichrométer adóval ellátva, illetve AFH 9646-2 nedvesség- és hőmérséklet-érzékelővel) határozzuk meg.

A víztartalom csökkentésére a környezeti levegőt lehűtjük, amíg az eléri a 100% relatív nedvességtartalmat. Ezután további hűtés következik és a kikondenzálódó vizet elválasztjuk. Ezzel az eljárással a levegőt körülbelül 4 g/kg víztartalomig lehet szárítani. Ezután a levegőt a kívánt hőmérsékletre ismét felmelegítjük. A relatív nedvességtartalmat és a víztartalmat pszichrométerrel mérjük.

Ha 4 g/kg-nál kisebb víztartalmú kondicionált levegőt kívánunk előállítani, akkor az előzetesen kikondenzálással megszárított levegőt levegőszárító készülékkel (a Munters GmbH 120 KS típusú készülékével) tovább szárítjuk. A száraz levegő ismételt felmelegítését ugyancsak hőcserélő segítségével végezzük. Az olyan levegő relatív nedvességtartalmának és víztartalmának meghatározását, amelynek víztartalmát 4 g/kg alá csökkentettük, tükörrel hűtött harmatpont mérő készülékkel (a MICHELL Instruments S4000 RS típusú készülékével végezzük).

I. táblázat

A találmány szerinti példák

Példaszám	T/°C	x(g/kg)	rH/%	V/%
1.	6	4,7	80	8,1
2.	6	L8	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

Az I. táblázatból világosan látható, hogy gyakorlatilag függetlenül a kondicionált levegő hőmérsékletétől akkor kapjuk a filament keresztmetszeti felületének legalacsonyabb variációs koefficienseit, amikor a kondicionált levegőnek alacsony a víztartalma. Ilyen például a 2., 3., 9., 10. és 11. példában, ahol a víztartalom 2 g/kg alatti és a variációs koefficiens 5-6% körüli érték. A relatív nedvességtartalom ezekben a példában 30% alatti. A találmány szerinti körülmények betartása esetén a variációs koefficiens még magasabb hőmérsékleten (15. példa szerint) is alacsonyabb, mint a találmány szerinti tartományokon kívül lényegesen alacsonyabb hőmérsékleteknél.

HU 220 367 Β

II. táblázat Összehasonlító példák

Példaszám	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

A II. táblázatból kitűnik, hogy a találmány szerinti tartományokon kívül a filament keresztmetszeti felületének variációs koefficiensei 14% fölött vannak és elérik a 30% fölötti értékeket is. A filament fonal előállításánál az ilyen nagy ingadozások nem kívánatosak, mivel ezek károsan hatnak a sima felületű textiltermékké történő feldolgozáskor, különösen a felület egyenetlen festődését okozzák. Okozhat ez továbbá feldolgozási problémákat az egyes Alámentek egymáshoz viszonyított és a fonalhoz viszonyított eltérő szilárdságai miatt. A 16. és 22. példában ezen kívül kimutatjuk, hogy a találmányhoz mindkét követelmény, tehát a 7 g vízgőz / kg száraz levegőnél kisebb víztartalmat és a 85%-nál kisebb relatív nedvességtartalmat is teljesíteni kell. A 16. példánál a víztartalom ugyan az igényelt tartományban van, de a levegő relatív nedvességtartalma magasabb, és így a kapott variációs koefficiens 11,6%. A 22. példa szerint a környezeti levegő hőmérséklete 21 °C, relatív nedvességtartalma 60% és víztartalma 9,2 g/kg. Ennél a példánál tehát a relatív nedvességtartalom ugyan az igényelt tartományban van, de a víztartalom nincs, és a kapott variációs koefficiens 23,4%. Ebből a példából az is látható, hogy nem elegendő a hűtést a környezeti levegővel végezni, hogy nem elegendő egyszerűen olyan környezeti levegőt ráfuvatni, amelyet hidegebb, mint a légrésben uralkodó szokásos hőmérséklet ahhoz, hogy a textil tulajdonságainak javítását elérjük.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás cellulóz formatestek előállítására, amelynek során cellulózoldatot állítunk elő tercier-amin-Noxidban és adott esetben vízben meleg állapotban, majd a képződött oldatot egy koagulálófiirdőbe történő bevitel előtt levegővel lehűtjük, azzal jellemezve, hogy a hűtéshez kondicionált levegőt alkalmazunk, amelynek víztartalma 0,1 - 7 g vízgőz / kg száraz levegő, és relatív nedvességtartalma <85%.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a víztartalom 0,7-4 g vízgőz/1 kg száraz levegő, előnyösen 0,7-2 g.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hűtést áramló levegővel végezzük úgy, hogy a levegőt a képződött oldattal szemben fúvatjuk és/vagy erről leszívatjuk.
4. Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a képződött oldatot a kondicionált levegőnek a koagulálófiirdőbe történő bevitelig tartó teljes szakaszon kitesszük.
5. Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a képződött oldatot a kondicionált levegőnek a koagulálófiirdőbe történő bevitelig tartó szakasz egy részén tesszük ki.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képződött oldatot a kondicionált levegővel a szakasz első részében érintkeztetjük.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kondicionált levegő a képződött oldat mozgásirányához viszonyítva 0-120° közötti, előnyösen 90°-os szögben áramlik, ahol a 0° a képződött oldat haladási irányával ellentétes áramlást jelent.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a képződött oldatot a koagulálófiirdőbe való bevitel előtt megnyújtjuk.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy rostokat, különösen Alámentet, filmet, üreges szálat vagy membránt állítunk elő az oldatból.
10. Cellulóznak valamely tercier-amin-N-oxidban és adott esetben vízben készített oldatából előállított cellulózfilamentekből álló fonal, azzal jellemezve, hogy a filament keresztmetszete variációs koefficiense < 12%, előnyösen <10%.