JP2016536481A - 高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法 - Google Patents
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Abstract
高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法であって、紡糸液を溶解釜でその粘度が４５００００〜５０００００ｍｐａ・ｓに達するまでに十分に溶解させるステップ１と、ステップ１の紡糸液を、圧縮ガスを動力として、溶解釜からフィルターより気泡抜き釜に搬送するステップと、気泡抜き釜の中に、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に５００ｐａ〜３０００ｐａに保持する条件で、ステップ２の紡糸液を、分離、膜剥ぎ、引き上げ、剪断を一体にする複合式気泡抜き方法により連続的に処理するステップ３と、ステップ３で処理された紡糸液に対しては、サンプリング口で気泡抜き程度の検測を行い、検測して合格になると、気泡抜き過程を完成し、不合格となると、ステップ３を検測して合格になるまで重複して、気泡抜き過程を完成するステップ４と、を備える。本発明は、気泡抜き効率が高く、気泡抜き効果がよく、粘度の範囲が広い紡糸液に適用する気泡抜き方法を提供する。【選択図】図１
Description
本発明は、超高粘度紡糸液の気泡抜き方法に係り、特に高粘度純キトサン紡糸液気泡抜き方法に係る。
純キトサン繊維とは、エビ、カニの殻の抽出物でなる繊維であり、伝統的な陸地天然繊維及び合成繊維比べて多くの特殊な利点を有する。まず、石油に頼らないし、食糧を生産する土地を占めなく、化学繊維の第三種の原料源を開き、そして廃物をリサイクルし、エコの持続可能発展のなりゆきに順応する。さらに、純キトサン繊維は、広域抑菌性、防かび性、優れた生体適合性及び免疫原性なしなどの利点を有し、さらにキレートを吸着し、止血し癒合を促し、傷痕を低減する作用を有する。その機能と作用によって、宇宙飛行、医療衛生、軍用民用紡績品、濾過保護などの分野に広く用いられ、市場の潜在力が巨大であり、それと共に人類の健康事業に積極的な推進作用を奏する。
脱アセチル度と粘度はキトサンの二つの重要な品質指標である。周知のように、キトサンの分子量が大きれば大きいほど、その粘度が大きい。粘度と分子量との関係のＭａｒｋ−Ｈｏｕｗｉｎｋで計明するように、即ち［η］＝ｋＭα、（η：粘度、ｍｐａ・ｓ、Ｋ：常数、Μ：相対分子質量、α：分子量と関する数値）、純キトサンの紡糸液の粘度が高ければ高いほど、その分子量が大きく、紡績された純キトサン繊維の乾断裂強度が高く、断裂伸長率が高く、紡績可能性が高い。それで、高粘度の純キトサン紡糸液こそ高性能純キトサン繊維の紡糸要求を満足する。現在では、高品質の純キトサン繊維を紡績するために必要となる紡糸液の粘度が４５００００ｍｐａ・ｓであることが好ましい。
片状キトサンはカルシウム抜き、プロテイン抜き後、その組織に大量の間隙が残る。これらの間隙にガスで溢れている。また、片状キトサン原料は２片又は多片で重ねてなり、その間隙に大量のガスが存在し、これらのガスはキトサンの溶解過程に、キトサン溶液の内に付着するので、逸出しない。それと共に、キトサン紡糸液は攪拌溶解、濾過、搬送の過程に大量の気泡が生成し、これらの気泡は紡糸液につれて気泡抜き釜に搬送される。
湿法紡糸の場合に、紡糸液は気泡無しに噴糸板から凝固浴に噴出するので、紡糸液が気泡を付けて凝固浴に噴出すれば、気泡が逸出することで糸が断裂する。従って、紡糸前に気泡抜き処理をしなければならない。純キトサン紡糸液の粘度が４５００００ｍｐａ・ｓより大きく、ビスコース繊維紡糸液の粘度の十倍に近いので、普通の方法で気泡抜きし、生産効率が非常に低く、量産を実現できない。
本発明が解決しようとする技術課題は従来技術の不足を克服し、気泡抜き効率が良く、気泡抜き効果が高い、粘度の範囲が広い紡糸液に適用する気泡抜き方法を提供する。
本発明が採用する技術案は、以下のとおりである。
高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法であって、以下のようなステップを備えることを特徴とする。
紡糸液を溶解釜でその粘度が４５００００〜５０００００ｍｐａ・ｓに達するまでに十分に溶解させるステップ１。
ステップ１の紡糸液を、圧縮ガスを動力として、溶解釜からフィルターより気泡抜き釜に搬送するステップ２。
気泡抜き釜の中に、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に５００ｐａ〜３０００ｐａに保持する条件で、ステップ２の紡糸液を、分離、膜剥ぎ、引き上げ、剪断を一体にする複合式気泡抜き方法により連続的に処理するステップ３。具体的には、以下を備える。
ａ）高圧分離剪断：ステップ２において上記圧縮ガスを動力として気泡抜き釜の供給口に搬送される紡糸液は、環状供給管道の底部に散在する出液細孔を通過して押し出される。
ｂ）膜剥ぎ剪断：上記（ａ）ステップにおいて押し出された紡糸液は、傘状散流板に滴下し傘状散流板の内縁から傘状散流板の外縁に流れ、傘状散流板の外縁に流れる時に、気泡抜き釜の底部に流下する。
ｃ）引き上げ分離剪断、膜剥ぎ剪断：上記（ｂ）ステップにおいて気泡抜き釜の底部に流下した紡糸液は、プロペラ付けの攪拌軸により内筒体の上部に引き上げられてから、出液細孔により分離して傘状散流板に滴下してから、傘状散流板に沿って気泡抜き釜の底部に流下する。
上記ｃ）ステップを繰り返して行う。
前記ステップ３のａ、ｂ、ｃは前記気泡抜き釜で完成される。
ステップ３で処理された紡糸液に対しては、サンプリング口で気泡抜き程度の検測を行い、検測して合格になると、気泡抜き過程を完成する。不合格となると、ステップ３を検測して合格になるまで重複して、気泡抜き過程を完成するステップ４。
前記気泡抜き釜は、気泡抜き釜体（１）と攪拌装置（２）とを備え、前記気泡抜き釜体（１）の上部に供給口（３）、真空口（５）、真空破壊吸気口（１５）、及び真空計（１７）が設けられ、底部の中心に排出口（４）が設けられ、底部の側面にサンプリング口（１８）が設けられる。前記気泡抜き釜体（１）の内の上方に環状供給管道（７）が固設けられ、前記環状供給管道（７）は供給口（３）に連通され、且つ前記環状供給管道（７）の水平中心面より以下の部分の管壁に直径が０．５ｍｍ−５ｍｍである排出細孔（８）が散在する。
前記気泡抜き釜体（１）の軸心位置に内筒体（９）が固設され、前記内筒体（９）の上端部の筒体口は直径が０．５ｍｍ−５ｍｍである排出細孔（１１）が散在する円板により封閉され、下端部の筒体口が開放される。内筒体（９）上半部の外周に傘状散流板（１０）が固設され、内筒体（９）は傘状散流板（１０）により上、下の２つの部分に分けられる。傘状散流板（１０）の外縁は気泡抜き釜体（１）の内壁との間に１００ｍｍ‐２００ｍｍの間隙がある。前記内筒体（９）の傘状散流板（１０）の上面における部分の筒体において直径が０．５ｍｍ−５ｍｍである出液細孔（１１）が散在する。
前記傘状散流板（１０）と内筒体（９）の軸線とでなす夾角α＝６５°−８０°である。
前記攪拌動力装置１３はモータと、減速機と、駆動支え座２５とを備え、駆動支え座２５は反応釜１の頂部の外壁に実装され、駆動支え座２５に減速機とモータが実装され、攪拌軸１２の上端が攪拌駆動装置１３に実装され、具体的には、攪拌軸１２は減速機の出力軸と連関し、前記攪拌軸１２は上端から下方に向けて駆動支え座２５内に設けられたスペーサ付ベアリングを通過してから、反応釜１と前記攪拌軸１２との間の組立間隙を密封するための機械密封装置１６を通過してから、溶解釜１に入る。下端が底部のスペーサ付ベアリング６に固定され、上、下端を固定することにより、攪拌軸１２の運行がさらに安定している。
前記プロペラ１４と内筒体９の内筒壁との間には３ｍｍ−５ｍｍの間隙が存在する。
ステップ２では、紡糸液は、０．８Ｍｐａ〜１．２Ｍｐａの圧縮ガスを動力として、溶解釜から、二段フィルターにより濾過して、気泡抜き釜の供給口に搬送される。
ステップ３では、前記プロペラ付けの攪拌軸は６０−９０回／分の回転数で、気泡抜き釜の底部の紡糸液を傘状散流板に引き上げる。
本発明の有益な効果は以下のとおりである。
ａ、釜体の内の上方に環状供給管道が設けられ、前記環状供給管道は供給口に連通され且つ底部に排出細孔が散在し、圧力ある高粘度純キトサン紡糸液は供給口を通過して環状供給管道に入ってから排出細孔から押し出される時に、排出細孔の直径は０．５ｍｍ−５ｍｍだけであり、且つ気泡抜き釜の内の圧力は３０００ｐａより小さく、紡糸液は重力により自由に傘状散流板に落下し、紡糸液内の気泡は排出細孔から分離する時に剪断され、紡糸液の界面層が変化し、気泡が快速に脱出し、高圧分離剪断の第一回の気泡抜きの過程を完成する。
ｂ、第一回気泡抜きを完成した純キトサン紡糸液は傘状散流板に均一に滴下し、重力と傘状散流板の傾斜角度により、紡糸液は傘状散流板の内縁から傘状散流板の外縁に流れ、形成された紡糸液の薄膜により、気泡抜きの面積が増大され、気泡抜き釜の内圧力が３０００ｐａより小さい場合に、一部の気泡が自由に逸出し、紡糸液は傘状散流板の外縁に流れる時に、紡糸液は重力により自由に反応釜の底部に流下し、流下時に、傘状散流板の外縁は紡糸液に剪断作用を奏で、紡糸液の界面層が変化し、気泡が快速に脱出され、膜剥ぎ剪断の第二回の気泡抜きの過程を完成する。
ｃ、本発明に記載の気泡抜き釜は内筒体とプロペラ付けの攪拌軸を有し、前記傘状散流板の上部の内筒体壁と上端部の密封盖に出液細孔が散在する特殊な構造により、第二回の気泡抜きの過程を実現した純キトサン紡糸液はプロペラにより攪拌され、釜体の底部から内筒体の上部に引き上げられ、これにより、これら純キトサン紡糸液は出液細孔を通過して押し出されて、（ａ）の過程の気泡抜き効果を実現し、紡糸液が傘状散流板の上面から釜体の底部に滴下する過程に、（ｂ）の過程の気泡抜き効果を実現し、この攪拌引き上げ装置の一つの工程を完成することにより、（ａ）と（ｂ）との二つの気泡抜き過程の気泡抜き効果を実現する。特に、普通の気泡抜き法で気泡抜き釜の底部の紡糸液に対して気泡抜きし難いという欠点を免れる。この装置が連続的に運行して、高効率、高品質の気泡抜きを実現する。
ｄ、気泡抜きの実際的な効果からすると、同一の容積、同一の断面積の反応釜内に本発明によれば、６トンの粘度が５０００００ｍｐａ・ｓの純キトサン紡糸液は８時間内に完全に気泡抜きを完成し、普通の真空気泡抜き技術によれば、６トンの粘度が５０００００ｍｐａ・ｓの純キトサン紡糸液は４０〜５５時間で完全に気泡抜きを完成し、これで分かるように、本発明は気泡抜き効率を５−７倍に向上させることができる。
本発明を明瞭に説明するために、図１と図２を結合して、具体的に以下のように説明する。
実施例１：溶解釜で十分に溶解した粘度が５０００００ｍｐａ・ｓである純キトサン紡糸液は、０．８Ｍｐａの圧縮ガスを動力として、溶解釜から、二段フィルターにより濾過して、気泡抜き釜の供給口に搬送された後に、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に５００ｐａに保持する気泡抜き釜の中の環状供給管道に入って排出細孔により押し出され、紡糸液は重力により自由に傘状散流板に落下し、紡糸液内の気泡は排出細孔から分離する時に剪断され、紡糸液の界面層が変化し、気泡が快速に脱出し、高圧分離剪断の第一回の気泡抜きの過程を完成する。
第一回気泡抜きを完成した純キトサン紡糸液は、傘状散流板に均一に滴下し、重力と傘状散流板の傾斜角度により、紡糸液は傘状散流板の内縁から傘状散流板の外縁に流れ、形成された紡糸液の薄膜により、気泡抜きの面積が増大され、気泡抜き釜の内圧力が５００ｐａの条件で、一部の気泡が自由に逸出する。紡糸液は傘状散流板の外縁に流れる時に、紡糸液は重力により自由に反応釜の底部に流下し、流下時に、傘状散流板の外縁は紡糸液に剪断作用を奏で、紡糸液の界面層が変化し、気泡が快速に脱出され、膜剥ぎ剪断の第二回の気泡抜きの過程を完成する。
第二回の気泡抜きの過程を実現した純キトサン紡糸液は、プロペラにより攪拌され、プロペラ付けの攪拌軸が９０回／分の回転数の均一の速度で、プロペラにより前記傘状散流板の上部の内筒体内に引き上げ、釜体の底部から内筒体の上部に引き上げられ、前記傘状散流板の上部の筒体の筒壁と上部筒口に若干の出液細孔が設けられているので、これらの紡糸液は出液細孔を通過して押し出されて、（ａ）の過程の気泡抜き効果を実現し、紡糸液が傘状散流板の上面から釜体の底部に滴下する過程に、（ｂ）の過程の気泡抜き効果を実現し、この攪拌引き上げ装置の一つの工程を完成することにより、（ａ）と（ｂ）との二つの気泡抜き過程の気泡抜き効果を実現する。特に、普通の気泡抜き法で気泡抜き釜の底部の紡糸液に対して気泡抜きし難いという欠点を免れる。この装置が連続的に運行して、高効率、高品質の気泡抜きを実現する。
攪拌、引き上げにより気泡抜き後の紡糸液に対しては、サンプリング口で気泡抜き程度の検測を行い、検測して合格になると、気泡抜き過程を完成する。不合格となると、ステップ３を検測して合格になるまで重複して、気泡抜き過程を完成する
分離、膜剥ぎ、引き上げ、剪断を一体にする複合式気泡抜き方法により連続的に気泡抜き処理を行い、溶解釜で十分に溶解した粘度が５０００００ｍｐａ・ｓである高粘度純キトサン紡糸液を６−８時間で完全に気泡抜きを完成する。
実施例２：実施例１を重複し、溶解釜で十分に溶解した粘度が４５００００ｍｐａ・ｓである純キトサン紡糸液を、１．２Ｍｐａの圧縮ガスを動力として、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に３０００ｐａに保持する気泡抜き釜の場合に、攪拌軸が７０回／分の回転数の均一の速度で、本発明の高効率、高品質の気泡抜きを実現する。
実施例３：実施例１を重複し、溶解釜で十分に溶解した粘度が４８００００ｍｐａ・ｓである純キトサン紡糸液を、１．０Ｍｐａの圧縮ガスを動力として、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に２０００ｐａに保持する気泡抜き釜の場合に、攪拌軸が７０回／分の回転数の均一の速度で、本発明の高効率、高品質の気泡抜きを実現する。
周知のように、純キトサンの紡糸液の粘度が高ければ高いほど、紡績された純キトサン繊維の乾断裂強度が高く、断裂伸長率が高く、紡績可能性が高い。常温では、純キトサン紡糸液は時間の延長につれて分解し、粘度が低減し、これにより製造された純キトサン繊維の品質が低減する。
本発明により紡糸液の分解を大いに低減させ、純キトサン紡糸液の高効率、高品質の気泡抜きを実現し、高品質の純キトサン繊維の量産を保証する。
本発明は気泡抜きの効率が良く、気泡抜きの効果も高い、紡糸中に断糸が発生することを免れる高粘度紡糸液気泡抜き装置を提供し、前記装置は一回限り気泡を全て抜くことができ、且つ粘度範囲が広い料液に適用する。
１ 気泡抜き釜
２ 攪拌装置
３ 供給口
４ 排出口
５ 真空口
６ スペーサ付ベアリング
７ 環状供給管道
８ 排出細孔
９ 内筒体
１０ 傘状散流板
１１ 出液細孔
１２ 攪拌軸
１３ 攪拌動力装置
１４ プロペラ
１５ 真空破壊吸気口
１６ 機械密封装置
１７ 真空計
１８ サンプリング口
２ 攪拌装置
３ 供給口
４ 排出口
５ 真空口
６ スペーサ付ベアリング
７ 環状供給管道
８ 排出細孔
９ 内筒体
１０ 傘状散流板
１１ 出液細孔
１２ 攪拌軸
１３ 攪拌動力装置
１４ プロペラ
１５ 真空破壊吸気口
１６ 機械密封装置
１７ 真空計
１８ サンプリング口
Claims (3)
- 高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法であって、
紡糸液を溶解釜でその粘度が４５００００〜５０００００ｍｐａ・ｓに達するまでに十分に溶解させるステップ１と、
ステップ１の紡糸液を、圧縮ガスを動力として、溶解釜からフィルターより気泡抜き釜に搬送するステップと、
気泡抜き釜の中に、真空を作って且つ気泡抜き釜内の圧力を持続的に５００ｐａ〜３０００ｐａに保持する条件で、ステップ２の紡糸液を、分離、膜剥ぎ、引き上げ、剪断を一体にする複合式気泡抜き方法により連続的に処理するステップ３と、
ステップ３で処理された紡糸液に対しては、サンプリング口で気泡抜き程度の検測を行い、検測して合格になると、気泡抜き過程を完成し、不合格となると、ステップ３を検測して合格になるまで重複して、気泡抜き過程を完成するステップ４と、を備え、
前記ステップ３は具体的に
ａ）高圧分離剪断：ステップ２において上記圧縮ガスを動力として気泡抜き釜の供給口に搬送される紡糸液は、環状供給管道の底部に散在する出液細孔を通過して押し出されること、
ｂ） 膜剥ぎ剪断：上記（ａ）ステップにおいて押し出された紡糸液は、傘状散流板に滴下し傘状散流板の内縁から傘状散流板の外縁に流れ、傘状散流板の外縁に流れる時に、気泡抜き釜の底部に流下することと、
ｃ） 引き上げ分離剪断、膜剥ぎ剪断：上記（ｂ）ステップにおいて気泡抜き釜の底部に流下した紡糸液は、プロペラ付けの攪拌軸により内筒体の上部に引き上げられてから、出液細孔により分離して傘状散流板に滴下してから、傘状散流板に沿って気泡抜き釜の底部に流下するとこと、
上記ｃ）ステップを繰り返して行うことと、を備え、
前記ステップ３のａ、ｂ、ｃは前記気泡抜き釜で完成されることを特徴とする高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法。 - ステップ２では、紡糸液は、０．８Ｍｐａ〜１．２Ｍｐａの圧縮ガスを動力として、溶解釜から、二段フィルターにより濾過して、気泡抜き釜の供給口に搬送されることを特徴とする請求項１に記載の高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法。
- ステップ３では、前記プロペラ付けの攪拌軸は６０−９０回／分の回転数で、気泡抜き釜の底部の紡糸液を傘状散流板に引き上げることを特徴とする請求項１に記載の高粘度純キトサンの紡糸液の複合式気泡抜き方法。
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