NO139490B

NO139490B - PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF SYNTHETIC FIBERS FOR PAPER

Info

Publication number: NO139490B
Application number: NO75753815A
Authority: NO
Inventors: Giovanni Di Drusco; Deoscaride Zaffagnini
Original assignee: Montedison Spa
Priority date: 1974-11-19
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1978-12-11
Also published as: BE835675A; FI753215A; FI57452B; ES442742A1; ATA874075A; SE7512868L; IT1030809B; SU1628860A3; JPS5175110A; FR2292060B1; ZA757242B; DE2551532C2; IL48492A0; AT342180B; BR7507649A; NL185858B; IN143677B; CA1062418A; NO139490C; SE412609B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av mikrofibre, eller fibriller, fremstillet av termoplastisk polymert materiale som er egnet for anvendelse ved fremstilling av syntetisk papir. The present invention relates to the production of microfibres, or fibrils, made from thermoplastic polymeric material which is suitable for use in the production of synthetic paper.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en forbedring ved fremstilling av de ovenfor angitte mikrofibre, utfort ved. flash-spinningsteknikken av opplosninger, emulsjoner eller suspensjoner av polymerer i opplosningsmidler, under virkningen av et fluidum i gassformig eller damptilstand og ved hoy hastighet .. More specifically, the invention relates to an improvement in the production of the above-mentioned microfibres, continued by. the flash spinning technique of solutions, emulsions or suspensions of polymers in solvents, under the action of a fluid in gaseous or vapor state and at high speed..

Med "flash spinning" menes generelt ekstrudering av opplosninger, dispersjoner, emulsjoner eller suspensjoner av en termoplastisk polymer i ett eller flere væskemedia, gjennom en åpning, under slike trykk-og temperaturbetingelser at øyeblikkelig eller nærmest oyeblikkelig fordampning av væsken finner sted i ekstruderingsomgivelsene, hvorved utfelling av polymeren fin- By "flash spinning" is generally meant the extrusion of solutions, dispersions, emulsions or suspensions of a thermoplastic polymer in one or more liquid media, through an opening, under such pressure and temperature conditions that immediate or almost instantaneous evaporation of the liquid takes place in the extrusion environment, whereby precipitation of the polymer fin-

ner sted i form av utallige fibriller, koblet til hverandre slik at de danner mer eller mindre kontinuerlige tredimensjonale fib-rose nettverk, med et overflatearea1 (spesifikt areal) storre enn 1 vs? / g. ner place in the form of countless fibrils, connected to each other so that they form more or less continuous three-dimensional fibrous networks, with a surface area1 (specific area) greater than 1 vs? / g.

Flash-spinningsprosesser med anvendelse av homogene polymeropplosninger i organiske opplosningsmidler, eller emulsjoner bestående av polymerer, opplosningsmidler og ikke-opplosningsmidler (slik som vann), eller dispersjoner av en smeltet polymer i opplosningsmidler og/eller ikke-opplosningsmidler er beskrevet f.eks. i britiske patentskrifter nr. 891.943. og 1.262.531, US patentskrifter nr. 3.402.231, 3.081.519, 3-227.784, 3.227.794, 3.770.856, 3.740.383 og 3.808.091, belgisk patentskrift nr. 789.808, fransk patentskrift nr. 2.176.858 og BRD-patentsoknad nr. 2.343.543. Flash spinning processes using homogeneous polymer solutions in organic solvents, or emulsions consisting of polymers, solvents and non-solvents (such as water), or dispersions of a molten polymer in solvents and/or non-solvents are described e.g. in British Patent No. 891,943. and 1,262,531, US Patent Nos. 3,402,231, 3,081,519, 3-227,784, 3,227,794, 3,770,856, 3,740,383 and 3,808,091, Belgian Patent No. 789,808, French Patent No. 2,176,858 and BRD patent application No. 2,343,543.

Ifolge en nyere metode beskrevet i norsk patentsoknad 704/73 erholdes enkle fibriller av den ovenfor beskrevne type direkte når en opplosning av et polyolefin som ekstruderes under "flash" betingelser, underkastes den bdeleggende virkning av en gasstråle med hov hastighet og i vinkelretning i forhold til opp-lesningen. According to a more recent method described in Norwegian patent application 704/73, simple fibrils of the type described above are obtained directly when a solution of a polyolefin which is extruded under "flash" conditions is subjected to the bed-laying effect of a gas jet at high speed and in an angular direction in relation to the reading.

En analog prosess, men praktisert idet man starter fra tofasede væskeblandinger av en smeltet polymer og et opplbsnings-middel er beskrevet i britiske patentskrifter nr. 1.355.912 og 1.355.913. An analogous process, but practiced starting from two-phase liquid mixtures of a molten polymer and a solvent, is described in British Patent Nos. 1,355,912 and 1,355,913.

\ Endelig er der i tysk patentsoknad DOS nr. 2.339.044 beskrevet en prosess for fremstilling av fibriller, som består i ekstrudering ved hoy temperatur av en polyolefinopplbsning, og hvor den ekstruderte opplosning treffes av en fluidumstråle ved en vinkel lavere enn 30° og ved bestemte hastighetsforhold. \ Finally, in German patent application DOS no. 2,339,044, a process for the production of fibrils is described, which consists in extrusion at high temperature of a polyolefin solution, and where the extruded solution is hit by a fluid jet at an angle lower than 30° and at certain speed conditions.

De metoder ifolge hvilke en gass- eller dampstråle med hoy hastighet drives i en vinkel på den ekstruderte polymerkomposisjon har vist seg å være mest egnet blant de hittil tilgjen-gelige for fremstilling av syntetiske mikrofibre for anvendelse ved fremstilling av masser for papir, både på grunn av den enkle apparatur de krever, og på grunn av muligheten for å anvende slike metoder på enhver termoplastisk polymer. The methods according to which a high-velocity jet of gas or steam is driven at an angle to the extruded polymer composition have been found to be the most suitable of those hitherto available for the production of synthetic microfibers for use in the production of pulps for paper, both because of the simple apparatus they require, and because of the possibility of applying such methods to any thermoplastic polymer.

Muligheten til å praktisere slike prosesser i kommersi-ell skala for å oppnå fiberprodukter som er morfologisk egnet og okonomisk konkurransedyktige med cellulose, er hovedsakelig knyt-tet til en korrekt anvendelse av fluidumstrålen i forhold til polyraeropplosningene, emulsjonene eller dispersjonene. For dette formål har flere operative metoder allerede vært foreslått. En av disse er beskrevet i den ovenfor angitte norske patentsoknad 704/73 og består i anvendelse av fluidumet i form av en stråle koaksialt med ekstruderingsdysen for den polymere opplosning. The possibility of practicing such processes on a commercial scale to obtain fiber products that are morphologically suitable and economically competitive with cellulose is mainly linked to a correct application of the fluid jet in relation to the polymer solutions, emulsions or dispersions. For this purpose, several operational methods have already been proposed. One of these is described in the above-mentioned Norwegian patent application 704/73 and consists in using the fluid in the form of a jet coaxial with the extrusion nozzle for the polymeric solution.

En annen losning er foreslått i det ovenfor angitte britiske patentskrift 1.355.913 med hensyn til anvendelse av tofasede polymer/opplosningsmiddelblandinger. Den består i å frak-te fluidumet inn i et ror omfattende i rekkefolge en konvergerende del, en innsnevret del og eventuelt en divergerende del, og bevirke at slaget, mellom fluidumstrålen og tofaseblandingen finner sted enten i.den konvergerende del eller i den innsnevrede del av et slikt rør, og hvor tofaseblandingen ekstruderes i en av disse deler. Another solution is proposed in the above-mentioned British patent document 1,355,913 with regard to the use of biphasic polymer/solvent mixtures. It consists in transporting the fluid into a rudder comprising in sequence a converging part, a narrowed part and possibly a diverging part, and causing the impact between the fluid jet and the two-phase mixture to take place either in the converging part or in the narrowed part of such a tube, and where the two-phase mixture is extruded in one of these parts.

De foreslåtte løsninger i begge til felle var utilfredsstillende fra et økonomisk synspunkt på grunn av de lave utbytter av f iberprodukt i forhold til forbruket av- fluidum. Den dårlige økonomi ved de foreslåtte metoder var tilbøyelig til å øke når høyere hastigheter på fluidumet ble anvendt (særlig når slikt fluidum er vanndamp), selvom slike hastigheter ellers ville vaare for-delaktige. The proposed solutions in both cases were unsatisfactory from an economic point of view due to the low yields of fiber product in relation to the consumption of fluid. The poor economy of the proposed methods tended to increase when higher velocities of the fluid were used (especially when such fluid is steam), although such velocities would otherwise be advantageous.

Norsk patentsøknad 2784/ 72 angår en fremgangsmåte for fremstilling av diskontinuerlige fibriller som omfatter flash-spinning av en tofase-væske-blanding av en polymer og et oppløsningsmiddel, mens en fluidumstråle føres inn i blandingen før fullstendig reduksjon av trykket. Fig. 1 - 4 i søknaden illustrerer anordninger for utførelse av fremgangsmåten. Der er hverken i be-skrivelsen eller i tegningene foreslått anvendelse av konvergerende-divergerende dyser for tilførsel av fluidum, som ennvidere innføres i polymeroppløs-ningen før ekstrudering. Norwegian patent application 2784/72 relates to a method for the production of discontinuous fibrils which comprises flash-spinning a two-phase liquid mixture of a polymer and a solvent, while a fluid jet is introduced into the mixture before complete reduction of the pressure. Fig. 1 - 4 in the application illustrate devices for carrying out the method. Neither the description nor the drawings suggest the use of converging-diverging nozzles for the supply of fluid, which is further introduced into the polymer solution before extrusion.

Norsk patentsøknad 2785/ 72 angår en fremgangsmåte for fremstilling av diskontinuerlige fibriller som omfatter flash-spinning av en tofase-væske-blanding av en polymer og et oppløsningsmiddel, og opprivning av den ekstruderte polymerkomposisjon med en gas stråle med høy hastighet. Norwegian patent application 2785/72 relates to a method for the production of discontinuous fibrils which comprises flash-spinning a two-phase liquid mixture of a polymer and a solvent, and tearing up the extruded polymer composition with a gas jet at high speed.

Ifølge søknaden kan gasstrålen dannes ved å bevirke at gassen strømmer gjennom et rør omfattende en konvergerende del og en snever seksjon (Venturi-rør), en divergerende del kan også foreligge i røret, men dette er ikke strengt nødvendig. Polymerkomposisjonen ekstruderes derefter enten i den snevre seksjon eller i den konvergerende del. According to the application, the gas jet can be formed by causing the gas to flow through a tube comprising a converging part and a narrow section (Venturi tube), a diverging part can also be present in the tube, but this is not strictly necessary. The polymer composition is then extruded either in the narrow section or in the converging section.

Der finnes ingen angivelse i norsk patentsøknad 2785/72 om bruken av en De Laval dyse, eller muligheten for, og fordelene ved å ekstrudere polymeroppløsningen i den divergerende del av én kon vergerende-divergerende dyse. There is no indication in Norwegian patent application 2785/72 about the use of a De Laval nozzle, or the possibility and advantages of extruding the polymer solution in the divergent part of one converging-diverging nozzle.

Sveit sisk patentskrift 409. 381; Denne publikasjon angår fremstilling av syntetisk masse som består i spinning av en polymeiroppløsning under flash-betingelser av oppløsningsmidlet, oppkutting av fiberstrukturen i stapler, suspendering av staplene i et væskemedium og disgregering av de suspenderte stapler. Swiss patent document 409. 381; This publication relates to the production of synthetic pulp which consists in spinning a polymer solution under flash conditions of the solvent, cutting the fiber structure into stacks, suspending the stacks in a liquid medium and disintegrating the suspended stacks.

Ingen fluidumgasstråle anvendes for disgregering av fiberstrukturene. No fluid gas jet is used to disintegrate the fiber structures.

US patentskrift 3. 110. 642; Denne publikasjon angår en fremgangsmåte og apparatur "for omdannelse av fiberplastmateriale til fibermaterialer. US Patent 3,110,642; This publication relates to a method and apparatus "for converting fiber plastic material into fiber materials.

Den angitte -fremgangsmåte omfatter ekstrudering av polymeren -i- form av en smelte eller en oppløsning i en strøm med høy hastighet av inert gass eller damp drevet vinkelrett på den ekstruderte smelte eller oppløsning. The specified method comprises extruding the polymer in the form of a melt or a solution in a high velocity stream of inert gas or steam driven perpendicular to the extruded melt or solution.

De medfølgende tegninger til patentskriftet illustrerer apparaturen omfattende en beholder for smelteekstrudering av polymeren, og en dyse for drivstrømmen. The accompanying drawings to the patent document illustrate the apparatus comprising a container for melt extrusion of the polymer, and a nozzle for the drive stream.

US patentskrift 2. 508. 462; Denne publikasjon angår en fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av orienterte filtbare fibre av termoplastiske polymerer. Fremgangsmåten består i smeltning av polymeren, hvor-éfter en film derav underkastes en strøm av gass eller damp med høy hastighet. Fig. 2 i patentskriftet viser en fiberdannende sammensatt dyse omfattende en sentral åpning (40) for gassen eller dampen, hvori rørene for den smeltede polymer løper sammen i en vinkel på 15°. US Patent 2,508,462; This publication relates to a method and apparatus for the production of oriented feltable fibers of thermoplastic polymers. The method consists in melting the polymer, after which a film thereof is subjected to a stream of gas or steam at high speed. Fig. 2 in the patent document shows a fiber-forming composite nozzle comprising a central opening (40) for the gas or steam, in which the tubes for the molten polymer run together at an angle of 15°.

DT- OS 2. 225. 936; Denne publikasjon angår en fremgangsmåte for fremstilling av fine fiber-masser, og som består i innføring av vann i en masse av smeltet polymer, hvorefter der foretas ekstrudering av den vann-disper-gerte smeltede polymer, sammen med ytterligere vann inn i en lav-trykksregion. Tilleggsvannet innføres i væsketilstand enten til det indre av ekstruderingsåpningen eller inn i polymerstrømnings-banen umiddelbart oppstrøms fra åpningen. DT-OS 2. 225. 936; This publication relates to a method for the production of fine fiber masses, which consists in the introduction of water into a mass of molten polymer, after which the water-dispersed molten polymer is extruded, together with further water into a low- pressure region. The additional water is introduced in a liquid state either to the interior of the extrusion opening or into the polymer flow path immediately upstream from the opening.

Vannet og polymeren synes å foreligge i en for-blandet tilstand før ekstrudering, og ekspansjon av det flytende vann finner sted på en ukontrollert måte på utsiden av dysen som anvendes for ekstrudering av dispersjonen. The water and polymer appear to be in a pre-mixed state before extrusion, and expansion of the liquid water takes place in an uncontrolled manner on the outside of the die used for extruding the dispersion.

DT- OS 2. 121. 512; Denne publikasjon angår en fremgangsmåte for frems tilling av syntetisk papir, hvilken omfatter ekstrudering under i det minste autogent trykk av en dispersjon av en polyolefinoppløsning i et oppløs-ningsmiddel og et dispergerende middel, hvorefter der foretas opp-samling og pressing av det erholdte fibermateriale. DT-OS 2. 121. 512; This publication relates to a method for the production of synthetic paper, which comprises extrusion under at least autogenous pressure of a dispersion of a polyolefin solution in a solvent and a dispersant, after which the resulting fiber material is collected and pressed.

Ifølge,denne publikasjon gjøres der overhodet ikke bruk av én uavhengig fluidumstråle for å pppbryte det ekstruderte materiale i diskontinuerlige fibriller. According to this publication, no single independent fluid jet is used to break the extruded material into discontinuous fibrils.

Norsk patentsøknad 2993/ 73: Denne publikasjon beskri-ver en fremgangsmåte for fremstilling av fiberpårtikler for papir, og som består i ekstrudering av en polyolefinoppløsnirig under flash-betingelser, og hvor det ekstruderte materiale treffes av en fluidumstråle ved Norwegian patent application 2993/73: This publication describes a method for the production of fiber articles for paper, which consists in extruding a polyolefin solvent under flash conditions, and where the extruded material is hit by a fluid jet at

en vinkel lavere enn .30°, og hvor. forholdet, mellom hastigheten av fluidumet og ekstruderingshastigheten er minst 10. Der legges litén vekt på den anordning som anvendes for fremstilling av fluidumstråle med høy hastighet. Av tegningen i fig. 1 synes et konvergerende rør som mangler den divergerende del, og anvendes for dette formål, og ekstruderingen av polymeroppløsningen utfø-res på utsiden av den snevre seksjon av røret. an angle lower than .30°, and where. the ratio between the speed of the fluid and the extrusion speed is at least 10. Little emphasis is placed on the device used to produce a high-speed fluid jet. From the drawing in fig. 1 shows a converging tube which lacks the diverging part, and is used for this purpose, and the extrusion of the polymer solution is carried out on the outside of the narrow section of the tube.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for fremstilling av syntetiske fibriller eller mikrofibre egnet for fremstilling av papir, ved hvilken fremgangsmåte oppløsninger, emulsjoner eller dispersjoner av fiberdannende termoplastiske polymerer ekstruderes gjennom en dyse under slike betingelser at der finner sted en øyeblikkelig fordampning av væskemediet i ekstru-der ingssonen, og hvor den ekstruderte polymer - efter at den forlater dysen -. sønderdeles av en gass- eller dampstrøm som passerer gjennom en dyse av konvergerende-divergerende type, f.eks. De Laval typen, for å treffe den ekstruderte polymer med høy hastighet og med en vinkel i forhold til ekstruderingsretningen, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at de polymere oppløs-ninger, emulsjoner eller dispersjoner ekstruderes i den divergerende del av De Laval dysen. The invention thus relates to a method for the production of synthetic fibrils or microfibers suitable for the production of paper, in which method solutions, emulsions or dispersions of fibre-forming thermoplastic polymers are extruded through a nozzle under such conditions that an instantaneous evaporation of the liquid medium in the extruder takes place ing zone, and where the extruded polymer - after it leaves the die -. broken up by a gas or steam stream passing through a converging-diverging type nozzle, e.g. The De Laval type, to hit the extruded polymer at high speed and at an angle in relation to the direction of extrusion, which method is characterized by the fact that the polymeric solutions, emulsions or dispersions are extruded in the divergent part of the De Laval nozzle.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen utføres ekstruderingen av polymeroppløsningen, emulsjonen eller dispersjonen i den sone av den divergerende del hvor fluidumstrå—-len når den maksimale hastighet svarende til de termodynamiske betingelser av fluidumet på den divergerende dels oppstrømsside. According to a preferred embodiment of the invention, the extrusion of the polymer solution, emulsion or dispersion is carried out in the zone of the diverging part where the fluid jet reaches the maximum speed corresponding to the thermodynamic conditions of the fluid on the upstream side of the diverging part.

Ytterligere foretrukne betingelser består i, ekspander-ing av fluidumet på slik måte at det når s.in maksimumshastighet ved/ eller i nærheten av endesonen av den divergerende del av en slik dyse, og ekstrudering av den polymere opplosning, emulsjon eller dispersjon i en slik endesone. Further preferred conditions consist in, expanding the fluid in such a way that it reaches its maximum velocity at/or near the end zone of the diverging part of such a nozzle, and extruding the polymeric solution, emulsion or dispersion in such end zone.

Med uttrykket "konvergerende-divergérende dyse" menes hvilken som helst type dyse eller ror omfattende i rekkefolge en konvergerende del, en innsnevret del og en divergerende del. Seksjonen for den innsnevrede del for en slik dyse er også definert By the expression "converging-diverging nozzle" is meant any type of nozzle or rudder comprising, in order, a converging part, a narrowed part and a diverging part. The section for the constricted part for such a nozzle is also defined

som "kritisk seksjon" når et sammenpressbart fluidum ekspanderes, as "critical section" when a compressible fluid is expanded,

idet trykket i den innsnevrede del (kritisk trykk) er hoyere enn as the pressure in the constricted part (critical pressure) is higher than

trykket som foreligger på den divergerende dels nedstromsside. the pressure present on the downstream side of the diverging part.

Et eksempel på en dyse av den konvergerende-divergérende type som vanligvis anvendes innen faget for å forårsake de ovenfor angitte betingelser i et gassformig fluidum, og som også kan anvendes for de ifolge oppfinnelsen angitte formål, er den dyse som er kjent under varemerket "De Laval". An example of a nozzle of the converging-diverging type which is usually used in the field to cause the conditions stated above in a gaseous fluid, and which can also be used for the purposes stated according to the invention, is the nozzle known under the trademark "De Laval".

Betingelsene som utgjor trekket ved foreliggende oppfinnelse kan anvendes ved behandling av homogene polymere opplosninger såvel som dispersjoner, suspensjoner, emulsjoner og generelt sett heterogene blandinger av polymer med væskeformige opplosningsmidler og/eller ikke-opplosningsmidler. The conditions that make up the feature of the present invention can be used when treating homogeneous polymer solutions as well as dispersions, suspensions, emulsions and, in general, heterogeneous mixtures of polymer with liquid solvents and/or non-solvents.

Den polymere komposisjon kan ekstruderes ved ethvert punkt av dysens divergerende del, hvor fluidumet ekspanderer, selvom det foretrekkes å ekstrudere den i nærheten av endeseksjonen av den divergerende del med henblikk på oppnåelse av fibriller som er mer ensartede og som har egnet dimensjon. The polymeric composition can be extruded at any point of the divergent part of the die, where the fluid expands, although it is preferred to extrude it near the end section of the divergent part in order to obtain fibrils which are more uniform and of suitable dimension.

Av tilsvarende grunner som allerede angitt, foretrekkes der å ha fluidumstrålen ved, eller i nærheten av en slik en-deseksjon, ved den maksimale hastighet som er forenelig med dens temperatur- og trykkbetingelser på oppstrbmssiden av dysens innsnevrede del. For similar reasons as already stated, it is preferred to have the fluid jet at, or near such an end section, at the maximum velocity compatible with its temperature and pressure conditions on the upstream side of the constricted portion of the nozzle.

Dette kan oppnåes ved egnet dimensjonering av dysen som en funksjon av den termodynamiske begynnelsestilstand av det anvendte fluidum og av nedstromsbetingelsene. This can be achieved by suitable dimensioning of the nozzle as a function of the initial thermodynamic state of the fluid used and of the downstream conditions.

Oppløsningene kan oppnåes ved enkle termodynamiske be-regninger, eller eventuelt også ved direkte forsok. The solutions can be obtained by simple thermodynamic calculations, or possibly also by direct experimentation.

Ved å operere i overensstemmelse med de modaliteter som er beskrevet i det foregående, er det mulig blant annet å anvende fluidumstrålen med meget hove hastigheter, varierende fra lydhas-tigheten i den kritiske seksjon til verdier flere ganger hoyere i endedelen. By operating in accordance with the modalities described above, it is possible, among other things, to use the fluid jet at very high speeds, varying from the speed of sound in the critical section to values several times higher in the end part.

For hver type polymeropplosning, emulsjon eller dispersjon er der en optimal verdi for fluidumstrålens hastighet, av-hengig av den anvendte polymer og opplosningsmidlet eller væske-bærerne ..såvel som de termodynamiske egenskaper, av en slik opplosning, emulsjon eller dispersjon. For each type of polymer solution, emulsion or dispersion, there is an optimum value for the velocity of the fluid jet, depending on the polymer used and the solvent or liquid carriers...as well as the thermodynamic properties of such a solution, emulsion or dispersion.

Generelt foretrekkes der å anvende flere ekstruderings-dyser for den polymere opplosning, emulsjon eller dispersjon sir-kulært anordnet rundt dysens divergerende del. In general, it is preferred to use several extrusion nozzles for the polymeric solution, emulsion or dispersion circularly arranged around the diverging part of the nozzle.

Som fluidum er det mulig å anvende en hvilken som helst gassformig bestanddel, eller bestanddeler i damptilstand, som er beskrevet for analoge formål i italiensk patentskrift 947.919 innbefattet i opplosningsmidler eller de væskemedia som er inne-holdt i den polymere komposisjon som ekstruderes, i form av damp, forutsatt at de er i en slik tilstand at de - når de treffer eks-trudatet - er ved en temperatur lavere enn opplesnings- og/eller mykningstemperaturen til polymereri/restopplbsningsmiddelsystemet As a fluid, it is possible to use any gaseous component, or components in a vapor state, which are described for analogous purposes in Italian patent document 947,919 included in solvents or the liquid media contained in the polymeric composition that is extruded, in the form of steam, provided they are in such a state that - when they hit the extrudate - they are at a temperature lower than the readout and/or softening temperature of the polymerization/residual propellant system

i polymeren. in the polymer.

Der foretrekkes å anvende vanndamp, særlig hvis denne It is preferred to use steam, especially if this

er i torr tilstand. is in a dry state.

Et eksempel på et opplosningsmiddél som med fordel kan anvendes som fluidum, er n-hexan i tilstanden som; overopphetet, damp. An example of a solvent that can be advantageously used as a fluid is n-hexane in the state that; overheated, steam.

Driftsbetingelsene som utgjor trekket ved foreliggende oppfinnelse, kan anvendes ved benandling av opplosninger, dispersjoner etc. av en hvilken som helst fibros termoplastisk polymer, slik som homopolymeren av olefiner, av acrylonitri1, av acrylater, av vinylklorid, av vinylacetat, av styren, copolymerene dannet av slike monomerer med hverandre, og blandinger av slike homo- og copolymerer. The operating conditions that make up the feature of the present invention can be used when forming solutions, dispersions etc. of any fibrous thermoplastic polymer, such as the homopolymer of olefins, of acrylonitrile, of acrylates, of vinyl chloride, of vinyl acetate, of styrene, the copolymers formed of such monomers with each other, and mixtures of such homo- and copolymers.

Den medfblgende tegning viser en anordning for utfbrel^ se av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen. The accompanying drawing shows a device for carrying out the method according to the invention.

En slik anordning omfatter en dyse (1) gjennom hvilken fluidumstrålen loper i den retning som er vist ved pilen (6), en konvergerende del (2), innsnevret del (3) og divergerende del (4) av dysen, og dyser (5) som tilforer den polymere opplosning, emulsjon eller dispersjon i pilens (7) retning og forer inn i den divergerende del. Slike dyser (5) kan ha jevn diameter, eller - dog ikke nodvehdigvis - en storre diameter i nærheten av den divergerende del (4) for å tillate en delvis ekspansjon av polymeropplosningen eller dispersjonen for sammenstotet med fluidumet. Such a device comprises a nozzle (1) through which the fluid jet runs in the direction shown by the arrow (6), a converging part (2), narrowed part (3) and diverging part (4) of the nozzle, and nozzles (5 ) which supplies the polymeric solution, emulsion or dispersion in the direction of the arrow (7) and feeds into the diverging part. Such nozzles (5) can have a uniform diameter, or - although not necessarily - a larger diameter in the vicinity of the diverging part (4) to allow a partial expansion of the polymer solution or dispersion before the collision with the fluid.

Et overraskende trekk ved bruksbetingelsene for fluidumet ifolge oppfinnelsen består i at det ikke er nodvendig med en forberedende ekspansjon av polymeropplosningen eller dispersjon for å oppnå egnede fiberprodukter. A surprising feature of the conditions of use for the fluid according to the invention is that there is no need for a preparatory expansion of the polymer solution or dispersion in order to obtain suitable fiber products.

I anordningen vist i figuren er dysene (5) vist å dan-ne en vinkel på ca. 90° i forhold til dysens (1) lengdeakse; imidlertid kan dysene (5) også ordnes ved en forskjellig vinkel i forhold til aksen, som fortrinsvis er mellom 5 og 90°. In the device shown in the figure, the nozzles (5) are shown to form an angle of approx. 90° in relation to the longitudinal axis of the nozzle (1); however, the nozzles (5) can also be arranged at a different angle in relation to the axis, which is preferably between 5 and 90°.

De folgende eksempler illustrerer oppfinnelsen. The following examples illustrate the invention.

Eksempel 1 Example 1

Dette eksempel angår fremstillingen av polyethylenfi-briller ut fra en opplosning av polymeren i n-hexan under anvendelse av torr, mettet damp som fluidum,og under anvendelse av den anordning som er vist i den medfolgende tegning. This example concerns the production of polyethylene fibrils from a solution of the polymer in n-hexane using dry, saturated steam as fluid, and using the device shown in the accompanying drawing.

For dette formål ble der anvendt en opplosning inneholdende lOO g h.d. polyethylen (M.I. = 4,5) for 1 liter opplosning, ved en temperatur på 180°C og en trykkdifferanse i forhold til utsiden på 14 atmosfærer. For this purpose, a solution containing lOO g h.d. was used. polyethylene (M.I. = 4.5) for 1 liter of solution, at a temperature of 180°C and a pressure difference relative to the outside of 14 atmospheres.

Ved innlopet til dysens konvergerende del hadde den anvendte damp et trykk på 18 kg/cm og en temperatur på 205°C. Dampstromningshastigheten var 300 kg/timer. At the inlet to the converging part of the nozzle, the steam used had a pressure of 18 kg/cm and a temperature of 205°C. The steam flow rate was 300 kg/hour.

Dysen utviste en sirkelformet, innsnevret seksjon (kritisk) med diameter på 6,5 mm, og en maksimum (ende) seksjon i den divergerende del >.med en diameter på 15,42 mm. The nozzle exhibited a circular, constricted section (critical) with a diameter of 6.5 mm, and a maximum (end) section in the divergent portion >.with a diameter of 15.42 mm.

Avstanden mellom den innsnevrede seksjon og endeseksjonen var 31,8 mm. The distance between the narrowed section and the end section was 31.8 mm.

Under disse betingelser var damptrykket i nærhet av endeseksjonen av den divergerende del ubetydelig, dvs., noen få mn/ Hg hoyere enn atmosfæretrykket, og dampen hadde maksimal hastighet i samsvar med sine betingelser på oppstromssiden av den kritiske seksjon bg lik 900 m/sek.' ' ' Under these conditions, the vapor pressure in the vicinity of the end section of the divergent part was negligible, i.e., a few mn/Hg higher than atmospheric pressure, and the vapor had a maximum velocity consistent with its conditions on the upstream side of the critical section bg equal to 900 m/sec. ' ' '

Dampekspansjonen svarte tilet enthalpitap på 115 kcal/ The steam expansion corresponded to an enthalpy loss of 115 kcal/

Polymeroppløsningen ble tilfort ved en total stromningshastighet på 9åO kg/time gjennom 8 sylindriske dyser anordnet symmetrisk rundt endeseksjonen av den konvergerende-divergerende dy-se, idet hver av disse hadde en diameter på 2 mm. The polymer solution was fed at a total flow rate of 900 kg/hour through 8 cylindrical nozzles arranged symmetrically around the end section of the converging-diverging nozzle, each of which had a diameter of 2 mm.

Ef ter 1 times drift ble der erholdt 120 kg fibriller med en lengde på mellom 3 og 4 ram, en tilsynelatende diameter på 40 mikron og et overflatearea1 på 7 m<2>/g. After 1 hour of operation, 120 kg of fibrils with a length of between 3 and 4 ram, an apparent diameter of 40 microns and a surface area1 of 7 m<2>/g were obtained.

Dampforbruket var 2,5 kg pr. kg fibriller. Steam consumption was 2.5 kg per kg of fibrils.

Eksempel 2 Example 2

Der ble anvendt en opplosning av polyethylen i n-hexan lik den som er beskrevet i eksempel 1, under de samme temperatur-, trykk- og kapasitetsbetingelser pr. time. A solution of polyethylene in n-hexane similar to that described in example 1 was used, under the same temperature, pressure and capacity conditions per hour.

Damp ved et trykk på 2,7 kg/cm overopphetet til en temperatur på 200°C og en stromningshastighet på 300 kg/time ble anvendt som fluidum. Steam at a pressure of 2.7 kg/cm superheated to a temperature of 200°C and a flow rate of 300 kg/hour was used as the fluid.

Den anvendte anordning var av den type som er vist i figuren med en dyse karakterisert ved en diameter ved den kritiske seksjon på 7,3 mm og en diameter i en maksimumseksjon av dysens divergerende del på 8,7 mm, i hvilken maksimumseksjon dampen var x overopphetet tilstand, ved et trykk svakt hoyere enn atmo-sfaeretrykk og med en maksimumhastighet på 607 ra/sek. The device used was of the type shown in the figure with a nozzle characterized by a diameter at the critical section of 7.3 mm and a diameter in a maximum section of the diverging part of the nozzle of 8.7 mm, in which maximum section the steam was x superheated state, at a pressure slightly higher than atmospheric pressure and with a maximum speed of 607 ra/sec.

Avstanden mellom minimum- og maksimumseksjon var 22,4 The distance between the minimum and maximum section was 22.4

mm. Dysene for ekstrudering av polymeropplosningen hadde en diameter på 2 mm. etc. The nozzles for extruding the polymer solution had a diameter of 2 mm.

Eftér 1 times drift ble der erholdt 120 kg fibriller med en lengde på 4 - 5 mm, en tilsynelatende diameter på 40 mikron og et overflatearea1 på 8 m /g, og hvor dampforbruket var 2,5 kg pr. kg fibriller. After 1 hour of operation, 120 kg of fibrils with a length of 4 - 5 mm, an apparent diameter of 40 microns and a surface area1 of 8 m /g were obtained, and where the steam consumption was 2.5 kg per kg of fibrils.

Eksempel 3 Example 3

Dette eksempel angår fremstilling av fibriller ut fra en emulsjon dannet av en opplosning av polypropylen i n-pentan og vann. Det anvendte polypropylen hadde en M.I. = IO. Polypropy-lenkbnsent rasjonen -i emulsjonen- var' 50 ' g pr". liter emulsjon. This example concerns the production of fibrils from an emulsion formed from a solution of polypropylene in n-pentane and water. The polypropylene used had an M.I. = IO. The polypropylene link content ratio -in the emulsion- was 50 g per liter of emulsion.

Vektforholdet n-pentan/vann i emulsjonen var = 1. Den anvendte anordning var av samme type som vist i figuren med en dyse for fluidum karakterisert ved en diameter ved den kritiske seksjon pa 11, 5 mm,, en diameter. ved.ende (maksimum) seksjonen i dysens divergerende del på 15,7 mm, og en avstand mellom kritxsk og maksimum seksjon på 21 mm. The weight ratio n-pentane/water in the emulsion was = 1. The device used was of the same type as shown in the figure with a nozzle for fluid characterized by a diameter at the critical section of 11.5 mm, a diameter. at the end (maximum) section in the divergent part of the nozzle of 15.7 mm, and a distance between critical and maximum section of 21 mm.

Emulsjonen ble ekstrudert ved en temperatur på 155°C The emulsion was extruded at a temperature of 155°C

og et trykk på 21,4 kg/cm 2 gjennom 8 sylindriske dyser ordnet symmetrisk rundt ende (maksimum) seksjonen av den konvergerende-divergerende dyse, idet hver av disse hadde en diameter på 2 mm. and a pressure of 21.4 kg/cm 2 through 8 cylindrical nozzles arranged symmetrically around the end (maximum) section of the converging-diverging nozzle, each having a diameter of 2 mm.

Emulsjonen ble tilfort gjennom de 8 sylindriske dyser ved en total strommngshastighet på 2,200 kg/time. Dampstromningshastigheten var 300 kg/time. Torr, mettet damp ble anvendt som fluidum som ved innlopet av dysens konvergerende del nådde The emulsion was fed through the 8 cylindrical nozzles at a total flow rate of 2,200 kg/hour. The steam flow rate was 300 kg/hour. Dry, saturated steam was used as the fluid which at the inlet of the converging part of the nozzle reached

et trykk på 6 kg/cm <2> og en temperatur på « 200°C. a pressure of 6 kg/cm <2> and a temperature of « 200°C.

Under disse betingelser var damptrykket ved endeseksjonen av den divergerende del av dysen ubetydelig (dvs. noen få mm/ Hg hoyere enn atmosfæretrykket, og dampen hadde maksimal hastighet i overensstemmelse med sine betingelser på den kritiske sek-sjons oppstromsside, og lik 715 m/sek. Under these conditions, the steam pressure at the end section of the diverging part of the nozzle was negligible (ie a few mm/Hg higher than atmospheric pressure, and the steam had a maximum velocity consistent with its conditions on the upstream side of the critical section, equal to 715 m/sec .

Efter 1 times drift ble der erholdt 150 kg fibriller med lengde på 1.5 - 2.5 mm, en midlere (tilsynelatende) diameter på 20 mikrometer og et overflateareal (spesifikt) på 4, 1 m /g. Dampforbruket var 2 kg pr kg fibriller. After 1 hour of operation, 150 kg of fibrils with a length of 1.5 - 2.5 mm, an average (apparent) diameter of 20 micrometers and a surface area (specific) of 4.1 m /g were obtained. Steam consumption was 2 kg per kg of fibrils.

Eksempel 4 Example 4

, .. Dette eksempel angår fremstillingen av fibriller ut fra en to-fase polymerkomposisjon hvori én fase er dannet av smeltet polyethylen (M.I. = 5) som inneholder væskeformig n-hexan, og den annen fase er dannet av væskeformig n-hexan som inneholder polyethylen i opplost tilstand, idet den forstnevnte fase er ho-mogent , dispergert i den sistnevnte fase. En slik to-fase-kompo- , .. This example concerns the production of fibrils from a two-phase polymer composition in which one phase is formed from molten polyethylene (M.I. = 5) containing liquid n-hexane, and the other phase is formed from liquid n-hexane containing polyethylene in a dissolved state, the former phase being homogeneous, dispersed in the latter phase. Such a two-phase compo-

sisjon ble erholdt ved oppvarmning av en pblyethylenopplosnirig i n-hexan, inneholdende lOO g polymer pr. liter opplosning, ved en temperatur på 200°C og under et trykk på 17 kg/cm . Under slike temperatur- og trykkbetingelser ble to-fasekomposisjonen ekstrudert gjennom de 8 dyser i anordningen beskrevet i eksempel 1, med en total stromningshastighet på 1200 kg/time. Damp ved ei ttémpe-: råtur på 205°C og et trykk på ■ 18 kg/cm 2 ved innlopet av dyse*ns sion was obtained by heating a lead ethylene solution in n-hexane, containing lOO g polymer per liters of solution, at a temperature of 200°C and under a pressure of 17 kg/cm . Under such temperature and pressure conditions, the two-phase composition was extruded through the 8 nozzles in the device described in example 1, with a total flow rate of 1200 kg/hour. Steam at a temperature of 205°C and a pressure of ■ 18 kg/cm 2 at the nozzle inlet

konvergerende del ble anvendt som fluidum,.med en stromningshastighet på 300 kg/time. Dampens trykk ved enden av den divergerende del av dysen hvor sammenstotet med ekstrudert polymerkomposisjon fant sted, var ubetydelig hoyere enn atmosfæretrykket, og fluidumet ble opprettholdt ved sin maksimumshastighet på 900 m/ sek. converging part was used as fluid, with a flow rate of 300 kg/hour. The steam pressure at the end of the diverging part of the die where the impact with extruded polymer composition took place was slightly higher than atmospheric pressure and the fluid was maintained at its maximum velocity of 900 m/sec.

Ef ter 1 times drift ble der erholdt 150 kg fibriller med en lengde på 2 - 2,5 mm, en tilsynelatende diameter på ca. 25 mikron og et overflatearea1 på 8 m 2/g. Darapforbruket var 2 kg/kg fibriller. After 1 hour of operation, 150 kg of fibrils with a length of 2 - 2.5 mm, an apparent diameter of approx. 25 microns and a surface area1 of 8 m 2 /g. Darap consumption was 2 kg/kg fibrils.

Claims

1. Process for the production of synthetic fibrils or microfibers suitable for the production of paper, in which process solutions, emulsions or dispersions of fiber-forming thermoplastic polymers are extruded through a nozzle under such conditions that an instantaneous evaporation of the cooling medium in the extrusion zone takes place, and where the extruded polymer - after it leaves the nozzle - is broken up by a gas or steam stream which passes through a nozzle of converging-diverging type, e.g. De Laval type, to hit the extruded polymer at high speed and with a angle in relation to the direction of extrusion, characterized by the fact that the polymeric solutions, emulsions or dispersions are extruded in the divergent part of the nozzle*

2. Method according to claim 1, characterized in that the polymeric solution, emulsion or dispersion is extruded in the zone of the divergent part in which the fluid reaches the maximum speed compatible with its thermodynamic state on the upstream side of the divergent part of the nozzle.

3. Method according to claim 1, characterized in that the polymeric solution, emulsion or dispersion is extruded at, or in the immediate vicinity of, the end section of the diverging part of the nozzle.

_4. Method according to any one of claims 1-3, characterized in that the polymeric solution or dispersion is extruded through a number of nozzles arranged around the divergent part of the nozzle, through which the fluid flows.