PL169309B1 - Sposób wytwarzania ksztaltki celulozowej PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania ksztaltki celulozowej, w którym roztwór celulozy w amino- tlenku przetlacza sie przez dysze, nastepnie prowadzi przez szczeline powietrzna, w której ewentualnie orientuje sie przez rozciaganie i w koncu koaguluje w kapieli koagulujacej, znamienny tym, ze roztwór celulozy w aminotlenku przetlacza sie przez dysze o minimalnej srednicy otworu wynoszacej najwyzej 150 µm, korzystnie najwyzej 70 µm i dlugosci kanalu wynoszacej co najmniej 1000 µm, korzystnie okolo 1500 µm, przy czym minimalna srednica otworu jest na ponad co najmniej 1/4, korzystnie ponad co najmniej 1/3 dlugosci kanalu dyszy, po stronie wylotowej kanalu dyszy. PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania kształtki celulozowej, w którym celulozowy roztwór aminotlenku prasuje się przez dyszę, następnie prowadzi się przez szczelinę powietrzną, w tej ewentualnie orientuje się przez rozciąganie i wreszcie koaguluje w kąpieli koagulacyjnej.

Wiadomo, że włókna o dobrych właściwościach użytkowych z polimerów o dużej masie cząsteczkowej otrzymuje się tylko wtedy, jeśli może być osiągnięta struktura włóknista (Ullmann, 5, wydanie tom A10, 456). Między innymi jest to potrzebne do tego, aby ustawić mikrozorientowane zakresy w polimerze, np. fibrydy, we włóknie. To orientowanie jest określone przez sposób wytwarzania i polega na procesach fizycznych albo fizykochemicznych.

To, w jakim odcinku procesu i w jakich warunkach następuje to orientowanie przez rozciąganie, jest decydujące dla otrzymanych właściwości włókna. Przy przędzeniu ze stopu orientuje się włókna przez rozciąganie w gorącym stanie plastycznym, podczas gdy cząsteczki są jeszcze ruchliwe. Rozpuszczone polimery można prząść na sucho albo na mokro. Przy przędzeniu na sucho następuje orientowanie przez rozciąganie, podczas gdy rozpuszczalnik ulatnia się lub odparowuje; wytłoczone do kąpieli koagulacyjnej nici zostają podczas koagulacji zorientowane przez rozciąganie. Sposoby tego rodzaju są znane i wystarczająco opisane. W tych wszystkich przypadkach jest jednak ważne, aby przejście od stanu ciekłego (niezależnie od tego, czy stop czy roztwór) do stanu stałego następowało tak, aby podczas tworzenia nici mogła być również osiągnięta orientacj a łańcuchów albo pakietów łańcuchów polimerowych (mów fibrydy, fibryle itd.).

Istnieje wiele możliwości, aby przeszkodzić błyskawicznemu odparowaniu rozpuszczalnika z nici podczas przędzenia na sucho.

Problematykę bardzo szybkiej koagulacji polimeru przy przędzeniu na mokro (jak np. w przypadku celulozowych roztworów aminotlenku) można było jednak dotąd rozwiązać tylko przez kombinację przędzenia na sucho i na mokro.

I tak znane jest wprowadzanie roztworów polimerów przez szczelinę powietrzną do środowiska koagulacji. W opisie patentowym EP-A-295 672 jest opisane wytwarzanie włókien aramidowych, które są wprowadzane przez szczelinę powietrzną do nie-koagulującego środowiska, orientowane przez rozciąganie i następnie koagulowane.

169 309

Przedmiotem opisu patentowego DD nr 218 121 jest przędzenie celulozy w aminotlenkach, przy czym przewidziane są środki, które zapobiegają sklejaniu.

Według opisu patentowego US nr 4 501 886 przędzie się roztwór trioctanu celulozy za pomocą szczeliny powietrznej.

W opisie patentowym US nr 3 414 645 jest również opisane wytwarzanie aromatycznych poliamidów z roztworów w procesie przędzenia na sucho-mokro.

W przypadku tych wszystkich sposobów osiąga się w szczelinie powietrznej pewną orientację, bowiem samo pozwolenie na wypływanie gęstopłynnego roztworu przez mały otwór ku dołowi narzuca na podstawie siły ciężkości cząstkom roztworu orientację. Tę orientację przez siłę ciężkości można jeszcze powiększyć, jeśli szybkość wytłaczania roztworu polimeru i szybkość wyciągania nici są tak nastawione, że zostaje osiągnięte orientowanie przez rozciąganie.

Sposób tego rodzaju jest opisany w opisie patentowym AT nr 387 792 (lub równoważnych do tego opisach patentowych US nr nr 4 246 221 i 4 416 698). Roztwór celulozy w NMMO (NMMO = N-tlenek N-metylomorfoliny) i wodzie poddaje się formowaniu orientuje przez rozciąganie w szczelinie powietrznej i następnie wytrąca. Orientowanie przez rozciąganie przeprowadza się przy stosunku rozciągania wynoszącym co najmniej 3. Do tego potrzebna jest długość szczeliny powietrznej wynosząca 5-70 cm.

Wada tego sposobu polega na tym, że potrzebne są skrajnie wysokie szybkości wyciągania, aby osiągnąć odpowiednie właściwości włókiennicze i cienkość nici. Dalej w praktyce okazało się, że długa szczelina powietrzna prowadzi z jednej strony do sklejania włókien i z drugiej strony przy wysokich wyciągach również do zawodności przędzenia i zrywu nitki. Potrzebne są dlatego środki, aby tego uniknąć. Sposób tego rodzaju jest opisany w opisie patentowym AT nr 365 663 (lub w równoważnym opisie patentowym US nr 4 261 943). Dla produkcji wielkoprzemysłowej musi jednak liczba otworów w filierze być bardzo duża. W takim przypadku środki zapobiegania kleistości powierzchniowej świeżo wytłoczonych nici, które przez szczelinę powietrzną przechodzą do środka strącającego, są zupełnie niewystarczające.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu przędzenia, za pomocą którego pomimo zastosowania krótkiej szczeliny powietrznej można prząść szybko koagulujący roztwór z utworzeniem nici o polepszonych właściwościach włókna.

Zadanie to rozwiązano sposobem wymienionego na wstępie rodzaju według wynalazku w ten sposób, że roztwór celulozy w aminotlenku przetłacza się przez dyszę o minimalnej średnicy otworu wynoszącej najwyżej 150 gm, korzystnie najwyżej 70 gm i długości kanału wynoszącej co najmniej 1000 gm, korzystnie około 1500 gm, przy czym minimalna średnica otworu jest na ponad co najmniej 1/4, korzystnie ponad co najmniej 1/3 długości kanału dyszy, po stronie wylotowej kanału dyszy.

Przez zastosowanie tego rodzaju długości kanału dyszy o małej średnicy osiąga się już w kanałach dyszy przez siły tnące orientację polimeru. Przez to można utrzymać krótko następującą szczelinę powietrzną: jej długość wynosi celowo najwyżej 35, korzystnie najwyżej 10 mm. Przez to zostaje silnie zredukowana podatność na zakłócenia; występują znacznie mniejsze wahania titru i tym samym nie ma już pęknięć nici; sąsiadujące nici nie mogą się już sklejać wskutek krótszej szczeliny powietrznej, tak że gęstość otworów w filierze może być zwiększona, przez co wzrasta wydajność. Korzystnym jest stosowanie dyszy, której kanał rozszerzony jest po stronie wlotowej stożkowo o kącie rozwarcia wynoszącym 8°.

Wreszcie uprzędziona nić ma również dobre właściwości włókiennicze. Stwierdzono, że w szczególności może być polepszone wydłużenie przy zerwaniu. Potencjał, to znaczy iloczyn z wydłużania i wytrzymałości, zachowuje się przy tym odwrotnie proporcjonalnie do średnicy otworu. Dalej poprawia się wytrzymałość pętli i należące do tego wydłużenie przy zerwaniu co przejawia się w polepszonej odporności na szorowanie tkanin uprzędzionych z tych włókien. Te właściwości poprawiają się również przy malejących średnicach otworu.

Korzystnie kanał dyszy po stronie wlotowej jest rozszerzony stożkowo i po stronie wylotowej cylindryczny. Zastosowanie dysz tego rodzaju jest godne polecenia z powodu prostszej wytwarzalności. Trudno jest wytworzyć np. dyszę o długości 1500 gm bezpośrednio o średnicy tylko np. 100 gm. Dysza, w której jest przewidziana minimalna średnica tylko po

169 309 stronie wylotowej (np. na 1/4 albo 1/3 długości) i która w kierunku strony wlotowej rozszerza się stożkowo, daje się znacznie łatwiej wytwarzać i daje również dobre wyniki.

Następujące przykłady wyjaśniają bliżej wynalazek.

2276 g celulozy (zawartość substancji stałej albo suchej 94%, DP=750 /DP = przeciętny stopień polimeryzacji/)i 0,02% rutyny jako stabilizatora przeprowadza się w zawiesinę w 26 139 g 60% wodnego roztworu N-metylomorfolinotlenku. W ciągu 2 godzin oddestylowuje się 9415 g wody w temperaturze 100°C i pod zmniejszonym ciśnieniem od 50 do 300 mbar. Powstały przy tym roztwór ocenia się na podstawie lepkości i pod mikroskopem.

Parametry roztworu przędzalniczego:

Celuloza Buckey V5 (= 97,8%, lepkość w temperaturze 25°C i 0,5% wagowych gęstości celulozy: 10,8 cP) 10%

Woda 12%

NMMO 78%

Kompleksowa lepkość masy przędzalniczej w temperaturze

95°C RV20, oscylacja z w=0,31 [1/s] 1680 Pas.

Następnie prasuje się ten roztwór przy temperaturze przędzenia 75°C przez filierę, prowadzi przez szczelinę powietrzną o długości 9 mm i wreszcie koaguluje się w kąpieli koagulacyjnej, która składa się z 20% wodnego roztworu NMMO. Tabela zawiera osiągnięte w tym doświadczeniu właściwości włókien i należące do tego parametry procesu.

Tabela

Przykldd nr	FFK cN/tex	FDk %	FFkd FDk	SF cN/tex	SD %	Długość kanału dyszy gm	Iloćć nosiwa g/min	Liczba otworów	Średniaa otworu gm	Ag m/min	EA m/min	Wyciąg
I	37,9	8,5	322	16,3	2,5	200	56,2	910	130	3,9	19,8	5,1
II	35,1	9,7	340	-	-	450	63,9	800	120	5,9	28	4,75
III	38,5	10,2	393	-	-	450	63,9	800	120	5,9	44,6	7,58
IV	42,7	11,4	487	18,1	-	1500*)	54,8	1147	100	5,1	30,6	6,03
V	46,5	10,1	470	19,4	2,4	1500*)	98,2	1891	130	3,3	22,2	6,8
VI	47,8	15,4	736	26,9	6,4	1500*)	29,8	1147	50	11,1	16,0	1,4

Legenda:

FFk - kondycjonowana wytrzymałość włókna

FDk - wydłużenie przy zerwaniu

FFk*FDk - iloczyn z wytrzymałości i wydłużenia przy zerwaniu; to jest miara dla potencjału

SF - wytrzymałość pętli dwóch włókien

SD - wydłużenie przy zerwaniu przy pomiarze wytrzymałości pętli

Ag - prędkość wytrysku

EA - wyciąganie końcowe

Wyciąg - = EA/Ag

*) Kanał dyszy ma stożkowy wlot kanału (kąt=8°), tylko ostatnie 430 gm przebiegają równolegle; do tego cylindrycznego odcinka odnosi się podana średnica otworu.

Przykłady I do III służą tylko do porównania, przykłady IV do VI są przykładami według wynalazku. Szczególnie należy podkreślić znakomitą wartość 47,8 dla kondycjonowanej wytrzymałości włókna w przypadku przykładu VI; tego rodzaju wartość osiąga się w przypadku dysz konwencjonalnych dopiero przy wyciągu wynoszącym 100.

Z porównania przykładów I do III z przykładami IV do VI widać bezpośrednio, że przez zastosowanie dysz według wynalazku zostaje polepszone również wydłużenie przy zerwaniu. Dalej z przykładów IV do VI widać, że iloczyn z wytrzymałości i wydłużenia przy zerwaniu

169 309 (FFk*FDk), wytrzymałość pętli jak również wydłużenie przy zerwaniu przy pomiarze wytrzymałości pętli wzrastają wraz z malejącą średnicę otworu. Porównanie przykładu I z przykładem V (w tych obydwóch przykładach średnica otworu jest jednakowa) wskazuje, że te wartości również zostają polepszone przez zastosowanie dysz z długim kanałem według wynalazku w porównaniu z dyszami o krótkim kanale o takiej samej średnicy.

Przykłady II i III wskazują, że przy małej długości kanału dyszy właściwości włókna zależą od wyciągu w szczelinie powietrznej; stają się one lepsze ze wzrastającym wyciągiem. Przykłady IV i V wskazują, że przy porównywalnych stosunkach (wyciąg, średnica otworu) przez dyszę o długim kanale według wynalazku zostają znacznie poprawione wszystkie właściwości włókiennicze - z wyjątkiem wydłużenia przy zerwaniu. Przykład VI wskazuje, że przez zastosowanie małej średnicy otworu wynoszącej 50 gm zostają znacznie polepszone wszystkie właściwości włókiennicze.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kształtki celulozowej, w którym roztwór celulozy w aminotlenku przetłacza się przez dyszę, następnie prowadzi przez szczelinę powietrzną, w której ewentualnie orientuje się przez rozciąganie i w końcu koaguluje w kąpieli koagulującej, znamienny tym, że roztwór celulozy w aminotlenku przetłacza się przez dyszę o minimalnej średnicy otworu wynoszącej najwyżej 150 pm, korzystnie najwyżej 70 pm i długości kanału wynoszącej co najmniej 1000 pm, korzystnie około 1500 pm, przy czym minimalna średnica otworu jest na ponad co najmniej 1/4, korzystnie ponad co najmniej 1/3 długości kanału dyszy, po stronie wylotowej kanału dyszy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina powietrzna ma długość wynoszącą najwyżej 35, korzystnie najwyżej 10 mm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się dyszę, której kanał po stronie wlotowej jest rozszerzony stożkowo a po stronie wylotowej jest cylindryczny.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się dyszę, której kanał rozszerzony jest stożkowo o kącie rozwarcia wynoszącym 8°.