ITMI950165A1 - Processo per la produzione di fibra acrilica che utilizza una testa di filiera di nuovo tipo - Google Patents

Abstract

Viene descritto un processo per produrre fibra acrilica, con estrusione a secco e coagulo a umido, che prevede l'uso di una filiera con una particolare geometria della superficie di estrusione.

Description

Descrizione

La presente invenzione riguarda un metodo per produrre fibra acrilica da una soluzione di polimero utilizzando la tecnica nota come "dry-jet wet spinning".

Come ? noto, nella produzione di fibre da soluzioni di polimeri, alla fuoriuscita della soluzione dai capillari della filiera, si verifica un rigonfiamento dovuto al recupero elastico della deformazione impartita alla soluzione polimerica, noto anche come effetto Barus. Questo rigonfiamento del filamento pu? raggiungere valori, come rapporto di diametri tra quello del filamento estruso ed il foro del capillare, superiori a 3-4 volte.

Nella tradizionale filatura ad umido, in cui la filiera ? immersa direttamente nel bagno di coagulo, avviene un indurimento superficiale e quasi istantaneo del filamento all'uscita del foro della filiera che contribuisce a limitare l'espansione spontanea della soluzione. Questo fenomeno porta per? alcuni inconvenienti che sono: scarsa plasticit? del filamento con conseguente limitazione sulla stirabilit? o fattore di attenuazione in filiera e presenza di accentuate striature sulla superficie della fibra finale.

La limitata stirabilit? in filiera limita la possibilit? di produrre fibre con titolo inferiore a 0,7 dtex anche ricorrendo a capillari con diametro sottile, ad esempio 35 micron.

La formazione di striature superficiali porta ad una scadente lucentezza per via della non regolare riflessione della luce ed una accentuata ruvidezza al tatto dei manufatti finiti dovuta all'aumentato coefficiente di attrito. Quanto maggiore ? il rapporto tra il diametro al coagulo e il diametro finale della fibra tanto pi? la superficie della fibra risulter? striata.

La tecnica della filatura "dry-jet wet spinning" (DJWS), che prevede l'estrusione dei filamenti a secco ed il successivo coagulo ad umido, permette di superare i problemi prima accennati. Infatti all'uscita dei fori il filamento ? ancora in fase fluida e quindi in condizioni sufficientemente plastiche per sopportare stiri in filiera anche di elevata entit? e consente di mantenere una superficie della fibra estremamente liscia, senza striature longitudinali.

Tuttavia anche la filatura DJWS, che teoricamente permette la produzione di fibre ad elevata velocit? di estrusione e con superfici particolarmente liscia, presenta degli inconvenienti .

Il pi? importante ? l'espandersi della soluzione polimerica, all'uscita dei capillari, sulla superficie della filiera fino a congiungersi con i filamenti dei capillari adiacenti per effetto del rigonfiamento non pi? contenuto dalla solidificazione della superficie coagulata. Di solito per ovviare a questo inconveniente si aumenta la distanza tra i fori ma anche in queste condizioni la filatura ? instabile per improvvisa rottura dei filamenti.

Come conseguenza degli inconvenienti descritti nella filatura DJWS si ha una bassa produttivit? della filiera per il ridotto numero di fori consentiti per evitare l'incollamento dei filamenti ed una scarsa stabilit? della filatura stessa con conseguente frequente interruzione della filatura.

Ora noi abbiamo sorprendentemente superato questi problemi ed inconvenienti utilizzando un metodo di estrusione a secco e coagulo a umido utilizzando una filiera, che pur mantenendo il diametro di quelle comunemente utilizzate, ha una maggiore superficie di estrusione ed un maggiore numero di fori .

In accordo con ci?, scopo della presente invenzione ? un procedimento per produrre fibre, da polimeri solubili e filabili, attuato attraverso i seguenti stadi:

a) estrusione come filamenti continui della soluzione di polimero mediante una filiera comprendente

- un corpo filiera,

- una testa di filiera di forma circolare contenente una pluralit? di fori di diametro compreso tra 75 e 600 micron praticati parallelamente al diametro,

ed essendo inoltre detti fori praticati su protuberanze, di forma geometrica definita, della superficie di detta testa di filiera; b) stiro dei filamenti continui in fluido non coagulante;

c) passaggio dei filamenti continui in liquido coagulante per formare le fibre di polimero.

Viene ora descritta la testa di una tipica filiera secondo la presente invenzione facendo riferimento alla figura 1.

In A ? rappresentata una pianta con lo schema di_ distribuzione dei fori, in B ? una sezione trasversale della filiera in cui le protuberanze 1 sono a forma di tronco di cono, in C viene rappresentato un particolare 2 di B in cui si vedono le protuberanze 1 a forma di tronco di cono e i fori 3 con invito a 45, ?sulla sommit? delle protuberanze . L'invito pu? essere realizzato con forma cilindrica.

Le protuberanze sulla superficie della filiera possono essere, invece che a tronco di cono come in B, a forma di emisfera 4 come raffigurato nella sezione trasversale D. La forma geometrica delle protuberanze pu? essere ancora diversa: parallelepipedo ad esempio o tronco di piramide. I fori sono di diametro variabile tra i 75 e i 600 micron a seconda del diametro che si desidera che abbia il filamento estruso. Il numero dei fori sulla testa della filiera ? funzione del numero di filamenti che si desidera avere nello stoppino e sono praticati ad una distanza l'uno dall'altro compresa tra 1 e 4 mm

In un'altra forma di realizzazione della stessa invenzione i fori della testa di filiera non sono praticati sulle protuberanze della superficie, ma nelle valli tra una protuberanza e l'altra.

Il processo viene ora descritto con riferimento allo schema di figura 2.

Il polimero viene sciolto in adatto solvente, quale dimetilacetammide, dimetilformammide, dimetilsolfossido o altri noti.

La soluzione di polimero viene alimentata 5 al blocco filiera 6 ed estrusa a secco a 35?C attraverso una filiera 7 come prima descritta. Lo stiro in filiera V1/V0, inteso come rapporto tra V1, velocit? di traino dello stoppino tramite una prima coppia di rulli in m/min, e V0, la velocit? teorica della soluzione polimerica V0=(4XQ/?XD )x10 m/min (dove Q ? la portata della soluzione per foro in ml/min, D ? il diametro del foro della filiera in micron) ha un valore variabile, ma almeno 3 volte pi? elevato di quello ottenibile nella tradizionale filatura ad umido.

Dopo il tratto a secco (come fluido non coagulante viene, nelle condizioni preferite, utilizzata aria, ma possono anche essere usati altri gas) il cono 8 di filamenti di soluzione polimerica viene coagulato ad umido per immersione in un bagno di coagulo 9. La distanza percorsa dai filamenti nel tratto a secco prima di entrare nel bagno coagulante dipende da vari fattori ed in particolare dal diametro dei singoli fori della filiera, dal numero dei filamenti, dalla viscosit? della soluzione, etc. Preferibilmente questa distanza ? compresa tra 1 e 4 cm.

Il liquido di coagulo pu? essere una delle tante miscele acquose di solventi organici note nello stato dell'arte.

Lo stoppino di filamenti 10 coagulati viene rinviato attorno ad una barra metallica 11 disposta sul fondo del bagno e quindi allacciato ad una prima coppia di rulli di traino 12.

Dopo essere stato lavato con acqua demineralizzata calda al fine di rimuovere gran parte del solvente residuo lo stoppino dei filamenti viene sottoposto a una seconda fase di stiro mediante immersione in acqua bollente e quindi allacciato ad una seconda coppia di rulli assestata alla velocit? V2 in modo che il rapporto rappresenti l'entit? dello stiro impostato.

Dopo successivi lavaggi per rimuovere tutto il solvente residuo lo stoppino viene immerso in un bagno di finissaggio per essere impregnato di additivi quali lubrificanti, antistatici e, se richiesto, di ammorbidenti. Dopo questa fase di finissaggio lo stoppino viene avvolto da una successiva coppia di rulli riscaldati, elettricamente o con vapore, allo scopo di essiccare i filamenti e di stabilizzarne la struttura. Lo stoppino esce da questo trattamento a circa 150?C; in seguito viene raffreddato con passaggio su rulli raffreddati ad acqua e mantenuti alla stessa velocit? dei rulli precedenti .

La fibra pu? essere raccolta su bobine oppure, liscia o dopo arricciatura, su contenitori. Se richiesto dall'uso finale la fibra pu? essere trattata in autoclave con vapore saturo per consentire un rilassamento delle tensioni impartite dallo stiro e rendere la fibra meno fragile e con migliorate propriet? tintoriali.

Preferibilmente i polimeri usabili in accordo con questa invenzione sono il poliacrilonitrile e copolimeri dell'acrilonitrile.

Con questo processo, che prevede secondo la presente invenzione un particolare tipo di filiera con un alto numero di fori, si ottiene una produttivit? paragonabile al tradizionale processo ad umido, una eccezionale stabilit? della filatura senza rotture ed interruzioni ed inoltre si ottengono filamenti con superficie liscia e con buone propriet? meccaniche, buona lucentezza, buone propriet? tintoriali etc.

Gli esempi che seguono sono riportati per una migliore comprensione dell'invenzione e non devono intendersi come limitanti della stessa.

Esempio 1

Viene preparata una soluzione di copolimero acriionitrile-vinil acetato, di composizione 93% acrilonitrile e 7% vinilacetato, avente una viscosit? specifica di 0,155 in proporzione solvente/polimero 75/25 in peso in modo tale che la viscosit? della soluzione risultante sia di 400 poise a 50?C.

La soluzione viene estrusa in aria, alla temperatura i 35 ? attraverso una filiera posizionata ad 1 cm di distanza dal bagno di coagulo. La filiera ha 800 sporgenze a forma di tronco di cono alla distanza di 1 mm l'una dall'altra. Sulla sommit? delle sporgenze a forma di tronco di cono erano praticati altrettanti fori da 175 micron.

Il bagno di coagulo ? costituito da una soluzione acquosa al 60% di dimetilacetammide mantenuta a 30?C. La soluzione viene alimentata alla filiera con una portata di 145 ml/min. La velocit? di traino della prima coppia di rulli ? di 20 m/min, la velocit? della seconda coppia ? di 150 m/min. Si realizzano stiri in filiera V1/V0 di 2,75 e stiri V2/V3 in acqua all'ebollizione di 7,5.

I successivi stadi di finissaggio, essiccamento e collasso avvengono con velocit? di 150 m/min.

Lo stoppino, raccolto in bobina, ha un titolo totale di 232 tex avendo ogni singola bava un titolo di 0,29 tex. La termostabilizzazione della fibra avviene in autoclave con vapore saturo a 3,3 bars.

All'esame microscopico i filamenti si presentano con superficie molto liscia, senza alcuna striatura e con sezione trasversale a rene.

Le caratteristiche meccaniche determinate con le tecniche comunemente note nell'arte sono elencate nella tabella 1.

Tabella 1

Esempio 2 (di confronto).

La medesima soluzione di filatura descritta nell'esempio 1 viene alimentata con la stessa portata ad una filiera tradizionale avente lo stesso numero di fori, di pari diametro e posizionata alla medesima distanza su di un bagno di coagulo della stessa composizione e temperatura .

Il processo di filatura si rivela estremamente critico; si verificano infatti i seguenti inconvenienti .

a) Difficolt? di avviamento con filiera posizionata sopra il bagno di coagulo per gocciolamento della soluzione di filatura senza dar luogo a filamenti singoli. Solo immergendo la filiera nel bagno per alcuni secondo e poi sollevandola al di sopra del bagno di 1 cm ? possibile ottenere separazione dei singoli filamenti.

b) Instabilit? del processo di filatura per rottura completa dello stoppino o per gocciolamento della soluzione dovuto a incollamento dei filamenti tra di loro. Questi eventi si verificano con una frequenza tanto elevata da non consentire una raccolta di quantitativi di fibra significativi per una loro caratterizzazione .

Il processo non migliora neanche riducendo alla met? il numero di fori e quindi aumentando la distanza tra di loro.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1-Procedimento per produrre fibre, da polimeri solubili e filabili, attuato attraverso i seguenti stadi : a) estrusione come filamenti continui della soluzione di polimero mediante una filiera comprendente - un corpo filiera, - una testa di filiera di forma circolare contenente una pluralit? di fori di diametro compreso tra 75 e 600 micron praticati parallelamente al diametro, ed essendo inoltre detti fori praticati su protuberanze, di forma geometrica definita, della superficie di detta testa di filiera; b) stiro dei filamenti continui in fluido non coagulante; c) passaggio dei filamenti continui in liquido coagulante per formare le fibre di polimero. 2-Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che nella testa di filiera i fori sono praticati negli spazi tra una e l'altra protuberanza. 3-Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizza dal fatto che le protuberanze sulla testa della filiera hanno forma geometrica a tronco di cono. 4-Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che le protuberanze sulla testa della filiera hanno forma geometrica a emisfera. 5-Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che il polimero in soluzione ? copolimero acrilonitrile-vinil acetato . 6-Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che il polimero in soluzione ? poliacrilonitrile. 7-Filiera per realizzare il procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 6 comprendente - un corpo filiera, - una testa di filiera di forma circolare contenente una pluralit? di fori, di diametro compreso tra 75 e 600 micron, praticati parallelamente al diametro alla distanza di 1-4 mm l'uno dall'altro, caratterizzata dal fatto che detti fori sono praticati su protuberanze, di forma geometrica definita, della superficie di detta testa di filiera. 8-Filiera secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che nella testa di filiera i fori sono praticati negli spazi tra una e l'altra protuberanza. 9-Filiera secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che le protuberanze sulla testa della filiera hanno forma geometrica a tronco di cono. 10-Filiera secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che le protuberanze sulla testa della filiera hanno forma geometrica a emisfera. 11-Filiera secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che i fori sulla testa della filiera sono praticati ad una distanza di 1 mm l'uno dall'altro.