PL183097B1

PL183097B1 - Sposób wytwarzania celulozowych elementów kształtowych

Info

Publication number: PL183097B1
Application number: PL95320507A
Authority: PL
Inventors: Jürgen Pitowski
Original assignee: Akzo Nobel Nv
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2002-05-31
Also published as: EP0795052B2; SK67697A3; CZ288742B6; AU4117796A; EP0795052A1; CN1066214C; HUT77266A; US5902532A; CZ167497A3; HU220367B; US6042944A; KR100398294B1; WO1996017118A1; ES2120243T5; DE59502659D1; JPH10510011A; CN1168701A; EP0795052B1; CA2205466A1; AU695212B2

Abstract

1 . Sposób wytwarzania celulozowych elementów ksztaltowych, w którym ksztaltuje sie roztwór celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzedowej i ewentualnie wodzie w stanie goracym, a uksztaltowany roztwór, przed wprowadzeniem do kapieli koagulacyjnej, chlodzi sie powietrzem, znamienny tym, ze do chlodzenia uksztaltowanego roztworu stosuje sie kon- dycjonowane powietrze, które przeplywa pod katem 0° do 120°, korzystnie 90°, wzgledem kierunku ruchu uksztaltowanego roztworu, przy czym kat 0° odpowiada przeplywowi skiero- wanemu przeciwnie do kierunku przebiegu uksztaltowanego roztworu, zas zawartosc wody w tym kondycjonowanym powietrzu wynosi 0,1 do 7 g pary wodnej na kazdy kilogram suchego powietrza, a jego wilgotnosc wzgledna jest mniejsza niz 85%. PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania celulozowych elementów kształtowych, przy czym kształtuje się roztwór celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej oraz ewentualnie w wodzie w stanie gorącym, a kształtowany roztwór, przed wprowadzeniem w kąpiel koagulacyjną, chłodzi się za pomocą powietrza oraz dotyczy przędzy z celulozowych filamentów.

Tego rodzaju sposób opisany został w WO 93/19230, przy czym chłodzenie następuje tu bezpośrednio po kształtowaniu. Za pomocą tego sposobu uzyskuje się to, że zmniejszeniu ulega lepkość świeżo wytłoczonych elementów tak, że przy wytwarzaniu celulozowych nitek można stosować filierę (dyszę przędzalniczą) o dużej gęstości otworów: Kształtowany roztwór chłodzi się korzystnie za pomocą strumienia gazu. Chłodzenia gorącego ukształtowanego roztworu dokonuje się wtedy, gdy kształtowany roztwór opuszcza organ formujący, np. filierę, w której zwykle panują temperatury powyżej 90°C i który to roztwór przechodzi do t. zw. pomiędzy organem formującym i kąpielą koagulacyjną, w której znajduje się celuloza. Temperatura w szczelinie powietrznej jest niższa niż w filierze, jednakże ze względu na nagrzanie powietrza przez promieniowanie cieplne powodowane przez filierę i przez strumień entalpii elementów kształtowych, jest wyraźnie wyższa od temperatury otoczenia. Wskutek stałego odparowywania wody stosowanej zwykle jako kąpiel koagulacyjna, w szczelinie powietrznej panują warunki dużej wilgotności

183 097 przy wysokiej temperaturze. Za pomocą środków proponowanych w WO 93/19230, tzn. chłodzeniu kształtowanego roztworu bezpośrednio po ukształtowaniu, powoduje się szybsze chłodzenie tak, że lepkość kształtowanego roztworu wskutek tego szybciej maleje.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie lepszego sposobu, a zwłaszcza uzyskanie lepszych własności utworzonych za jego pomocą elementów kształtowych, korzystnie filamentów, względnie przędzy filamentowej.

Zadanie to zostało rozwiązane za pomocą sposobu wytwarzania celulozowych elementów kształtowych, przy czym kształtuje się roztwór celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej i ewentualnie w wodzie w stanie gorącym, a kształtowany roztwór, przed wprowadzeniem w kąpiel koagulacyjną, chłodzi się za pomocą powietrza, przy czym do chłodzenia stosuje się kondycjonowane powietrze, o zawartości wody od 0,7 do 7 g pary wodnej na każdy kilogram suchego powietrza i którego wilgotność względna wynosi mniej niż 85%.

Korzystnie zawartość wody w kondycjonowanym powietrzu wynosi 0,7 do 4 g pary wodnej na kilogram suchego powietrza, zwłaszcza wynosi 0,7 do 2 g. Chłodzenie prowadzi się przy zastosowaniu przepływu powietrza, przy czym może być ono nadmuchiwane na kształtowany roztwór lub z niego odsysane. Odsysanie prowadzi się w ten sposób, że przygotowuje się kondycjonowane powietrze i zasysa się je np. poprzez wiązkę świeżo uformowanych włókien lub filamentów. Szczególnie korzystna jest kombinacja nadmuchiwania i odsysania.

Kształtowany roztwór można poddać działaniu kondycjonowanego powietrza na całej przestrzeni aż do wprowadzenia do kąpieli koagulacyjnej lub też tylko na części tej przestrzeni, przy czym korzystne jest działanie powietrzem w pierwszej części, tzn. w obszarze szczeliny powietrznej, która przylega bezpośrednio do organu formującego. Kondycjonowane powietrze powinno przepływać w stosunku do kierunku ruchu kształtowanego roztworu pod kątem 0° do 120°, korzystnie pod kątem 90°, przy czym kąt 0° odpowiada przepływowi przeciwnemu do kierunku przebiegu kształtowanego roztworu.

Za pomocą sposobu według wynalazku, w korzystny sposób można wytwarzać włókna, zwłaszcza filamenty oraz folie, włókna lumenizowane, a także membrany, np. stosowane przy dializie, natlenianiu lub filtracji. Formowanie roztworu w żądany celulozowy element kształtowy dokonuje się za pomocą znanych dysz przędzalniczych, tzw. filier, służących do wytwarzania włókien lub za pomocą dysz szczelinowych albo filier dla włókien lumenizowanych. Zaraz po ukształtowaniu, tzn. przed wprowadzeniem ukształtowanego roztworu do kąpieli koagulacyjnej, można poddać go orientowaniu przez rozciąganie.

Przędza z celulozowych filamentów wytworzona z roztworu celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej i ewentualnie w wodzie, odznacza się tym, że powierzchnie przekroju filamentów mają współczynnik zmiany mniejszy od 12%, korzystnie mniejszy od 10%.

Jak już wspomniano, korzystne jest ochładzanie świeżo wytłoczonych elementów kształtowych już w szczelinie powietrznej, aby szybciej zmniejszyć ich lepkość. Aby zachodziło chłodzenie, strumień gazu musi mieć oczywiście temperaturę niższąod temperatury kształtowanego roztworu. Według WO 93/19230 stosuje się strumień gazu o temperaturze od -6 do 24°C.

Według wynalazku stwierdzono, że nie temperatura jako taka, lecz zawartość wody w powietrzu i jego wilgotność względna, mają istotny wpływ na właściwości celulozowych elementów kształtowych. Zawartość wody w powietrzu, mierzona w gramach (g) pary wodnej zawartej w kilogramie (kg) suchego powietrza, nazywanajest często jako stosunek mieszania. W dalszym ciągu opisu używana będzie dla uproszczenia jednostka g/kg. Zwłaszcza przy wytwarzaniu filamentów okazało się, że ważne jest, aby w szczelinie powietrznej stworzyć możliwie stałe warunki klimatyczne, tzn. wykluczyć występujące zwykle wahania klimatu otoczenia.

Szczególnie ważne jest przy tym, aby wyeliminować wahania wilgotności powietrza oraz aby powietrze posiadało tylko niewielką zawartość wody. Nawet przy istnieniu urządzeń klimatyzacyjnych nie można wyeliminować w pomieszczeniach wahań zależnych od pór roku, a także zależnych od pory dnia. Ponadto kondycjonowanie powinno następować możliwie równomiernie, gdyż nawet niewielkie niestabilności natężenia nadmuchu i kierunku nadmuchu wpływają negatywnie na wytrzymałości, wydłużenie i stałość filtru filamentów.

183 097

Wpływ zawartości wody, względnie stosunek mieszania, przy wytwarzaniu filamentów powoduje zwłaszcza nierównomierności przekrojów poprzecznych filamentów Przy chłodzeniu powietrzem o temperaturze 20°C i przy zawartości wody 14 g/kg oraz przy wilgotności względnej wynoszącej 94%, współczynnik zmiany przekroju poprzecznego filamentu wynosi 30% w przędzy złożonej z 50 pojedynczych filamentów. Przy zredukowaniu zawartości wody do 1,2 g/kg i przy wilgotności względnej wynoszącej 8,5%, współczynnik zmiany zmniejsza się do 5,8%, przy tej samej temperaturze. Nawet przy zastosowaniu gorętszego powietrza, o temperaturze np. 40°C, ale przy mniejszej zawartości wody wynoszącej 3,4 g/kg i przy wilgotności względnej wynoszącej 7,4%, współczynnik zmiany wynosi 11,3%, jest więc mniejszy o współczynnik 2,7 niż przy zastosowaniu chłodniejszego powietrza o wyższej wilgotności. Według wynalazku jest więc istotne, aby kondycjonowanie szczeliny powietrznej dokonywać za pomocą suchego powietrza. Temperatura chłodzącego powietrza odgrywa raczej drugorzędną rolę.

Wynalazek zostanie poniżej opisany i wyjaśniony bliżej na podstawie przykładów wykonania.

Wspomniane i także dalej omawiane przykłady wykonania uzyskuje się, gdy roztwór składający się z 14% wagowych celulozy Viscokraft ELV (International Paper Company) o stopniu polimeryzacji 680 oraz z ok. 76% wagowych N-tlenku-N-metylomorfoliny (NMMO) stanowiącego N-tlenek aminy trzeciorzędowej i 10% wagowych wody oraz 0,14% wagowych estru propylowego kwasu galusowego jako stabilizatora, za pomocąpłyty filierowej o 50 otworach filiery, z których każdy ma średnicę 130 pm, formuje się w przędzę z włókien ciągłych (jedwab wielowłóknowy). Filamenty ukształtowane w filierze (przy temperaturze 110°C) chodzono w szczelinie powietrznej o długości 18 cm. W szczelinie powietrznej następowało nadmuchiwanie powietrzem, przy prędkości nadmuchu wynoszącej 0,8 m/s, prostopadle do wiązki nitek. Powietrze nadmuchiwano na wiązkę jednostronnie, a jednorodny rozkład powietrza na wiązkę jednostronnie, a jednorodny rozkład powietrza uzyskiwany był za pomocą drobnooczkowych sit o szerokości 10 cm, przy czym nadmuchiwanie dokonywano na odcinku 10 cm od wylotu dyszy.

F ilamenty w szczelinie powietrznej były orientowane przez rozciąganie przy współczynniku rozciągania wynoszącym 1b i po przejściu przez kąpiel wodną w celu koagulacji oraz przez płuczki w celu usunięcia NMMO, były następnie suszone. Prędkość wyciągania włókna z filiery wynosiła 420 m/min.

Uzyskane wiązki filamentów, w odstępie jednego metra zostały dwa razy przecięte prostopadle do wiązki. Powierzchnie przekroju poprzecznego filamentów zostały ocenione przy użyciu mikroskopu optycznego (powiększenie 570:1) i wideo kamery w układzie do komputerowej analizy obrazu (Quantimet 970). Określona została powierzchnia każdego filamentu. Z wartości średniej przekrojów poprzecznych filamentów dla każdej badanej wiązki, przy czym dla każdej wiązki oceniano dwa obrazy przekrojów oraz odchyleń od wartości standardowej, obliczono w procentach współczynnik zmiany powierzchni przekroju poprzecznego filamentów, jako stosunek odchyleń standardowych do wartości średniej.

Przy wytwarzaniu kondycjonowanego powietrza wychodzi się z powietrza pokojowego o temperaturze 21°C i o zawartości wody 9,2 g/kg oraz wilgotności względnej wynoszącej 60%, które najpierw oczyszcza się za pomocą filtru. Dla zwiększenia stosunku mieszania miesza się powietrze z powietrzem nasyconym parą wodną (względna wilgotność 100%) o temperaturze 80°C. Aby uzyskać przepływ masowy m(x) kondycjonowanego powietrza o zawartości wody x, miesza się przepływ masowy m_u powietrza otoczenia o zawartości wody x_u, ze strumieniem masowym powietrza m_h nasyconego parą wodną, o zawartości wody x_h, zgodnie z zależnością m_(x) = m_u + m_h. Stosunek mieszania m_u i mh oblicza się z następującego równania:

₌ (x_h~x) (l+x_u) ^mh (x-x_u) (l+x_h)

Powstający przy tym strumień powietrza ochładza się następnie do żądanej temperatury przy użyciu wymiennika ciepła. Wilgotność względną i zawartość wody określa się za pomocą

183 097 psychrometru (ALMEMO 2290-2 z czujnikiem psychrometrycznym AN 846, względnie czujnikiem wilgotności i temperatury AFH 9646-2).

W celu obniżenia zawartości wody powietrze otoczenia ochładza się, aż do momentu, gdy wykaże ono względną wilgotność wynoszącą 100%. Następnie prowadzi się dalsze ochładzanie, a skroploną wodę usuwa się. Przy takim postępowaniu, powietrze można osuszyć aż do zawartości wody wynoszącej 4 g/kg. Następnie przeprowadza się ponowne nagrzanie powietrza do żądanej temperatury. Wilgotność względną i zawartość wody mierzy się psychrometrem.

Aby uzyskać kondycjonowane powietrze o zawartości wody mniejszej od 4 g/kg, suszy się nadal poprzednio wstępnie wysuszone powietrze wykorzystując do tego osuszacz powietrza (model 120 KS firmy Munter GmbH). Ponowne nagrzanie suchego powietrza prowadzi się również za pomocą wymiennika ciepła. Określenie względnej wilgotności i zawartości wody w powietrzu, które zostało wysuszone do zawartości wody mniejszej od 4 g/kg, dokonuje się wilgotnościomierzem kondensacyjnym z chłodzonym lustrem.

W podanych poniżej tabelach podane są stany powietrza charakteryzujące się przez temperaturę (t/°C), zawartość wody (x/g/kg) i wilgotność względną (rH/%) oraz współczynnik zmiany powierzchni przekroju poprzecznego filamentów (V/%).

Tabela I

Przykłady według wynalazku

Przykład	t/°C	x/(g/kg)	rH/%	V/%
1	6	4,7	80	8,1
2	6	1,8	30	5,0
3	10	1,7	22	5,0
4	10	2,3	30	6,1
5	10	3,0	39	6,6
6	10	3,8	50	6,5
7	10	4,8	62	7,7
8	10	5,4	68	8,5
9	10	0,9	11	5,0
10	20	1,2	9	5,8
11	21	1,0	7	5,4
12	21	2,1	14	8,0
13	21	3,1	20	9,8
14	31	2,1	8	8,4
15	40	3,4	7	11,3

Tabela I wykazuje wyraźnie, że kwasi niezależnie od temperatury kondycjonowanego powietrza, wynikają najniższe współczynniki zmiany powierzchni przekroju poprzecznego filamentów, gdy kondycjonowane powietrze wykazuje mniejszązawartość wody, jak np. w przykładach 2,3,9,10 i 11, w których, przy zawartości wody poniżej 2 g/kg współczynnik zmiany zawiera się w rzędzie wielkości 5 do 6%. Względna wilgotność w tych przykładach wynosiła poniżej 30%. Przy dotrzymaniu warunków według wynalazku, współczynnik zmiany nawet przy wysokiej temperaturze (przykład 15) jest niższy niż poza obszarem według wynalazku przy znacznie niższych temperaturach.

183 097

Tabela II

Przykłady porównawcze

Przykład	t/°C	x/(g/kg)	rH/%	V/%
16	6	5,1	87	16,1
17	10	7,5	97	14,5
18	11	8,0	97	16,8
19	12	8,2	92	20,8
20	12	8,9	100	21,9
21	20	14,0	94	30,0
22	21	9,2	60	23,4
23	21	13,7	89	26,6
24	21	15,4	100	31,6

Tabela II wskazuje, że poza obszarem według wynalazku współczynniki zmiany powierzchni przekroju poprzecznego filamentów mająwielkość powyżej 14%, a nawet osiągają wielkości powyżej 30%. Tak wielkie wahania są niepożądane przy wytwarzaniu przędzy z włókien ciągłych, gdyż odbija się to ujemnie przy wytwarzaniu z niej powierzchniowych wyrobów tekstylnych, a zwłaszcza powoduje niejednolite barwienie tych wyrobów.

Ze względu na różną wytrzymałość poszczególnych filamentów oraz w odniesieniu do przędzy, mogą powstawać problemy podczas ich przerobu. Ponadto na przykładach 16 i 22 wykazano, że w niniejszym wynalazku muszą być spełnione oba wymagania, tzn. zawartość wody musi wynosić mniej niż 7 g pary wodnej na kilogram suchego powietrza, a wilgotność względna musi wynosić mniej niż 85%. W przykładzie 16 zawartość wody znajdowała się wprawdzie w żądanym zakresiejednakże powietrze miało większą wilgotność względną tak, że wynikiem tego był współczynnik zmiany 16,1%). W przykładzie 22 istnieją warunki, w których powietrze otoczenia ma temperaturę 21°C, wilgotność względną 60% i zawartość wody 9,2 g/kg. W przykładzie tym wilgotność względna znajduje się wprawdzie w żądanym zakresie, jednakże nie spełnia tego warunku zawartość wody tak, że wskutek tego współczynnik zmian wynosi 23,4%. Przykład ten wskazuje ponadto, że nie wystarcza prowadzenie chłodzenia przy użyciu powietrza otoczenia oraz, że aby uzyskać poprawę tekstylnych właściwości wyrobu nie wystarcza zwykłe nadmuchiwanie powietrza pokojowego, które jest chłodniejsze niż temperatura panująca zwykle w szczelinie powietrznej.

Claims

1. Sposób wytwarzania celulozowych elementów kształtowych, w którym kształtuje się roztwór celulozy w N-tlenku aminy trzeciorzędowej i ewentualnie wodzie w stanie gorącym, a ukształtowany roztwór, przed wprowadzeniem do kąpieli koagulacyjnej, chłodzi się powietrzem, znamienny tym, że do chłodzenia ukształtowanego roztworu stosuje się kondycjonowane powietrze, które przepływa pod kątem 0° do 120°, korzystnie 90°, względem kierunku ruchu ukształtowanego roztworu, przy czym kąt 0° odpowiada przepływowi skierowanemu przeciwnie do kierunku przebiegu ukształtowanego roztworu, zaś zawartość wody w tym kondycjonowanym powietrzu wynosi 0,1 do 7 g pary wodnej na każdy kilogram suchego powietrza, a jego wilgotność względna jest mniejsza niż 85%.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kondycjonowane powietrze o zawartości wody wynoszącej 0,7 do 4 g pary wodnej na każdy kilogram suchego powietrza, korzystnie 0,7 do 2 g.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że chłodzenie przeprowadza się przepływającym powietrzem, przy czym powietrze nadmuchuje się na ukształtowany roztwór i/lub odsysa się je od roztworu.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ukształtowany roztwór poddaje się działaniu kondycjonowanego powietrza na całym odcinku drogi roztworu, aż do wprowadzenia do kąpieli koagulacyjnej.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ukształtowany roztwór poddaje się działaniu kondycjonowanego powietrza na części drogi roztworu prowadzącej go do kąpieli koagulacyjnej.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że ukształtowany roztwór poddaje się działaniu kondycjonowanego powietrza, w pierwszej części drogi roztworu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ukształtowany roztwór, przed wprowadzeniem do kąpieli koagulacyjnej, orientuje się przez rozciąganie.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że z roztworu wytwarza się włókna, zwłaszcza filamenty i folie, włókna lumenizowane oraz membrany.