NO160012B - Fremgangsmaate for regulering av vaategenskapene til cellulosekarbamatfibre og fremstilling av regenererte cellulosefibre. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for regulering av våtegenskapene til cellulosekarbamatfibre og fremstilling av regenererte celluloséfibre.

I finsk patent nr. 61033 og norsk patent nr.156.794 er det beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av et alkali-oppløselig cellulosederivat fra cellulose og urea ved forhøyet temperatur.

Fremgangsmåten er basert på det faktum at ved oppvarming av

urea til dets smeltepunkt eller til en høyere temperatur, begynner det å dekomponere til isocyansyre og ammoniakk. Isocyansyre er i seg selv ikke en særlig stabil forbindelse:

den har tendens til å trimerisere til isocyanursyre. Videre har isocyansyre også tendens til å reagere med urea, hvorved det dannes biuret. Isocyansyre reagerer også med cellulose, hvorved det dannes et alkali-oppløselig cellulosederivat som betegnes cellulosekarbamat. Reaksjonen kan skrives som følger:

Den således dannede celluloséforbindelse, cellulosekarbamat, kan tørkes etter vasking og lagres selv over lengre tidsrom, eller den kan oppløses i en vandig alkalioppløsning for fremstilling av f.eks. fibere. Fra denne oppløsning kan det frem-stilles cellulosekarbamatfibere eller -filmer ved spinning eller ved ekstrudering, på samme måte som i viskosefrem-stillingsprosessen. Holdbarheten av cellulosekarbamat og dets transporterbarhet i tørr tilstand gir en stor fordel sammen-lignet med cellulosexantat i viskoseprosessen, som ikke kan lagres eller transporteres, heller ikke i oppløsningsform.

Dersom det f.eks. er ønskelig med kontinuerlig fibere eller filament fremstilt fra cellulosekarbamat og egnet for tekstil-formål, blir karbamatet først oppløst i alkali, f.eks. i vandig natriumhydroksydoppløsning. Fra denne oppløsning kan det deretter utfelles fiber eller film, f.eks. på samme måte som i fremstillingen av viskosefiber hvor cellulose rege-nereres fra NaOH-oppløsningen av cellulosexantat. I denne forbindelse blir cellulosekarbamatoppløsningen spunnet gjennom spinndyser inn i et syreutfellingsbad som bevirker utfelling av cellulosekarbamatet. Utfellingen kan også oppnås i lavere alkoholer slik som metanol, etanol eller butanol, eller i varme vandige saltoppløsninger.

Egenskapene til utfelte fibere er vesentlig påvirket av nitrogeninnholdet i fiberen, dvs. antall karbamatgrupper i cellulosekjeden. Det er funnet at karbamatgruppene øker fibrenes sensitivitet overfor vann og samtidig svekker de våtegenskapene til fibrene. I noen tilfeller er dette til og med en fordel, mens i andre tilfeller er det skadelig fordi, f.eks. ved tekstilanvendelser, blir det som oftest forventet at fibrene har god våtstyrke.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken egenskapene til cellu-losekarbamatf ibere , spesielt deres våtegenskaper, kan regu-leres etter ønske slik at fibere egnet for ethvert formål oppnås. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for regulering av egenskapene til cellulosekarbamatfibere er kjennetegnet ved at fibrene behandles med alkali eller med en organisk base.

Ved hjelp av en alkalibehandling ifølge oppfinnelsen kan karbamatgruppene i cellulosekarbamatet fjernes i ønsket grad. Således vil f.eks. fibrenes våtstyrke øke vesentlig, mens våt-strekkbarheten avtar. Videre, dersom det f.eks. er ønskelig med fibere for ikke-vevede formål og hvilke har god vannabsorpsjonskapasitet og svellingskapasitet, kan alkalibehandlingen ifølge oppfinnelsen utføres i en mildere form.

Det er mulig å utføre alkalibehandlingen av cellulosekarbamatfibere i en slik utstrekning at det finner sted en nesten fullstendig fjerning av karbamatgruppene fra fibrene. Det vil da oppnås en fiber hvis oppløselighet i alkali har gått ned til det samme nivået som den for regenererte celluloséfibere oppnådd ved viskosemetoden, dvs. mindre enn 10%. Det dreier seg faktisk om en regenerert celluloséfiber fremstilt på en måte som er forskjellig fra oppnåelse av den regenererte celluloséfiberen ved viskosemetoden. Et formål som oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse er således en ny fremgangsmåte for fremstilling av regenererte celluloséfibre ommfattende behandling av cellulose-karbamatf ibre med en alkali eller en organisk base for vesentlig fjerning av karbamatgruppene fra fibrene.

I videre forstand tilveiebringes det ved foreliggende oppfinnelse en ny fremgangsmåte for fremstilling av regenererte cellulosefibere, idet fremgangsmåten er kjennetegnet ved følgende trinn: oppløsning av cellulosekarbamat i alkali, spinning eller utfelling av karbamatoppløsningen til cellulosekarbamatfibere eller -filamenter, og omdannelse av cellulosekarbamatfibrene eller -filamentene til regenerert cellulose ved behandling av fibrene med alkali eller meden organisk base.

I prosessens forskjellige trinn kan det anvendes enhver metode eller middel som resulterer i oppnåelse av nevnte fremgangsmåte-trinn, og som eksempler kan nevnes de fremgangsmåter som er beskrevet i finsk patent nr. 61033 og norske patenter nr. 156.528, 156.529 og 156.974.

For regulering av egenskapene til cellulosekarbamatfibere

slik det læres i foreliggende oppfinnelse, kan en hvilken som helst alkali eller organisk base benyttes. Natriumhydrok-syd og kaliumhydroksyd er egnede alkalimaterialer og blant organiske baser kan nevnes som eksempler tetrametylammoniumhydroksyd og etylendiamin. Mengden av alkali eller base som skal til avhenger av det alkalimaterialet som anvendes i hvert tilfelle. Ved bruk av natriumhydroksyd er konsentra-sjonen til alkalioppløsningen fortrinnsvis mindre enn 2%,

fordi større NaOH-mengder kan ha skadelig innvirkning på fiberens egenskaper. Den passende NaOH-mengde er i området 0,1 - 2%. Kaliumhydroksyd er ikke så virkningsfullt som natriumhydroksyd og når det anvendes er den egnede mengden

i området 0,1-4%. Organiske baser er ikke så virkningsfulle som de ovenfor nevnte og derfor kan det passende konsentrasjons-område i deres tilfelle variere i området 0,1-10%.

Behandlingstiden og -temperaturen avhenger stort sett av

hvor stor andel av karbamatgruppene man ønsker å eliminere. F.eks. kan det benyttes en behandling ved romtemperatur,

skjønt i et slikt tilfelle kan de nødvendige behandlingstider bli temmelig lange. Behandlingstidene kan forkortes ved å heve temperaturen, til og med ned til noen få minutter.

En temperatur som er egnet i praksis er som oftest fra romtemperatur til 100°C, men høyere temperaturer kan benyttes dersom behandlingsinnretninger egnet for behandling under trykk er til rådighet.

Oppfinnelsen er beskrevet mer detaljert i medfølgende ut-førelseseksempler. De prosentandeler som er angitt i eksemplene skal forstås å være angitt som vektprosent, våtstyrkene til stapelfibere angitt i eksemplene ble bestemt ved metoder ifølge BISFA (International Bureau for the Standardization of Man-Made Fibers), Internationally agreed method for testing regenerated cellulose and acetate staple fibres, 1970 utgave. Fibrene ble luftkondisjonerte ved 23°C og 50% relativ fuktig-het.

Eksempel 1

Det ble fremstilt cellulosekarbamatfibere som følger. Bleket gran-sulfatcellulose (400 g) med DP bragt til et nivå på

390 ved hjelp av y-bestråling, ble impregnert ved -40°C med 3,3 liter flytende ammoniakk hvori det var oppløst 400 g urea. Cellulosen ble holdt i denne oppløsning under koke-punktet for ammoniakk i 6 timer, hvoretter den ble bragt til romtemperatur. Ved fordampning av ammoniakken ble urea-cellulosen anbragt i en vakuumovn ved 135°C i 3 timer. En luftstrøm oppnådd med en vannstrålepumpe passerte gjennom ovnen hele tiden.

Reaksjonsproduktet ble vasket med metanol, tre ganger med vann og en gang med metanol. Det lufttørre produkt hadde en DP-verdi på 340 og et nitrogeninnhold på 1,7%. Det ble fremstilt en oppløsning ved oppløsning av det således dannede cellulosekarbamat i 10% NaOH-oppløsning, også inneholdende ZnO for bedre oppløselighet. Karbamatinnholdet i oppløsningen var 5,5% og kule-viskositeten 50 sekunder. Oppløsningens sammenklumpingsverdi ble bestemt ved metoden angitt i: H. Sihtola, Paperi ja Puu 44 (1962), nr. 5, p. 295-300. Sammenklumpingsverdien til oppløsningen ble funnet å være 495. Oppløsningen ble presset inn i svovelsyreoppløsning gjennom en spinndyse med 100 hull med diameter 0,09 mm. Utfellingsoppløsningen inneholdt 10% svovelsyre, 7% aluminium-sulfat og 20% natriumsulfat.

I forbindelse med utfelling ble fibrene strukket 0-80% for

å forbedre deres styrkeegenskaper. Etter vasking og tørking ble cellulosekarbamatfibere A-G oppnådd og ble benyttet i de andre eksemplene. I tabell I er det angitt fremstillings-betingelser for fibrene.

Eksempel 2

Fibere fremstilt som i eksempel 1 ble behandlet med NaOH-oppløsninger med forskjellige konsentrasjoner. våtegenskapene til fibrene ble bestemt før og etter alkalibehandlingen. Fibrenes alkalioppløselighet ble bestemt ved benyttelse av standardmetoden SCAN - C2:61 og 5,5% NaOH-oppløsning.

I tabell II nedenfor angis egenskapene til fibrene før og etter NaOH-behandlingen. Tabellen viser at alkalibehandling av cellulosekarbamatfibere forbedrer fibrenes våtstyrkeegen-skaper dersom alkalikonsentrasjonen befinner ved et rimelig nivå. Når alkalikonsentrasjonen går opp til 21%, forringes fibrenes styrkeegenskaper. Når alkalibehandlingen utføres ved forhøyet temperatur, oppnås bedre styrkeegenskaper med betydelig kortere behandlingstider. Strekking av fibrene i spinnefasen har også en nytteeffekt på styrkeegenskapene.

Eksempel 3

Som i eksempel 2, ble NaOH-behandlinger av cellulosekarbamatfibere utført ved forhøyede temperaturer. Tabell III angir egenskapene til fibrene før og etter alkalibehandlingen. Tabellen viser at betydelig korte behandlingstider oppnås ved bruk av en temperatur på 100°C.

Eksempel 4

Som i eksempel 2, ble det foretatt alkalibehandlinger av cellulosekarbamatfibere. Kaliumhydroksyd ble benyttet som alkalimateriale. Tabell IV angir fibrenes egenskaper før og etter alkalibehandlingen.

Resultatene viser at kaliumhydroksyd ikke er like effektivt som natriumhydroksyd. Høyere alkalikonsentrasjoner enn i tilfelle for NaOH kan benyttes i behandlingen.

Eksempel 5

Som i eksempel 2, ble det foretatt alkalibehandlinger av cellulosekarbamatfibere. Tetrametylammoniumhydroksyd ble benyttet som alkalimateriale. Tabell V angir egenskapene til fibrene før og etter alkalibehandlingen.

Eksempel 6

Fibere fremstilt som i eksempel 1 ble behandlet med NaOH

slik at en vesentlig del av karbamatgruppene ble fjernet og fibrenes alkalioppløselighet ble senket til nivået for regenererte fibere oppnådd i viskoseprosessen. I tabell VI angis egenskapene til fibrene før og etter alkalibehandlingen og egenskapene til de regenererte fibrene etter alkalibehandlingen .

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for regulering av våtegenskapene til cellu-losekarbamatf ibere , karakterisert ved at fibrene behandles med alkali eller med en organisk base.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at cellulosekarbamatfibere behandles med vandig NaOH-eller KOH-oppløsning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at fibrene behandles med 0,1-2% NaOH- eller KOH-oppløsning.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at karbamatfibere behandles med 0,1-10% tetrametylammoniumhydroksyd eller med etylendiamin.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at behandlingen utføres ved forhøyet temperatur.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av regenererte cellulosefibere, karakterisert ved at cellulosekarbamatfibere behandles med alkali eller med en organisk base for en i det vesentlige total fjerning av karbamatgruppene.

7. Fremgangsmåte for fremstilling av regenererte cellulosefibere ifølge krav 6, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: (a) oppløsning av cellulosekarbamat i alkalisk miljø, (b) spinning eller utfelling av cellulosekarbamatoppløsningen til cellulosekarbamatfibere eller -filamenter, og (c) behandling av cellulosekarbamatfibere eller -filamenter med alkali eller med en organisk base for en i det vesentlige total fjerning av karbamatgruppene og oppnåelse av regenererte celluloséfibere eller -filamenter.