PL188136B1 - Sposób wytwarzania włókien celulozowych oraz włókno celulozowe, cięte włókno celulozowe, przędza, tkanina, włókniny, dzianiny szydełkowe i dzianiny, otrzymane tym sposobem - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania wlókien celulozowych, z przeprowadzeniem etapu (A) rozpuszczania celulozonosnego materialu w wodnym, trzeciorzedowym tlenku aminy dla otrzymania przedliwego roztw oru celulozy i etapu (B) przedzenia z roztw oru celulozy i prowadzenia przez w odna kapiel koagulacyjna, wobec otrzymania zawierajacych wode, napecznialych filamentów, znamienny tym, ze prowadzi sie w etapie (C) zgniatanie zawierajacych wode, napecznialych filamentów w najrózniejszych miejscach tak, zeby na 1 milimetrze dlugosci filamentu srednio znajdowaly sie co najmniej dwa miejsca zgniatania, i prowadzi sie w etapie (D) suszenie zgniecionych filamentów na wlókna celulozowe, przy czym zgniatanie to nastepuje pod naciskiem, który wystarcza na to, zeby uzyskane na filamencie miejsca zgniecione zachowaly sie na wysuszonym wlóknie i byly w obserwacji w swietle liniowo spolaryzowanym widzialne jako zmiany zabarwienia. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania włókien celulozowych oraz włókno celulozowe, cięte włókno celulozowe, przędza, tkanina, włókniny, dzianiny szydełkowe i dzianiny, otrzymane tym sposobem.

Od kilkudziesięciu lat poszukuje się sposobu wytwarzania formowanych wyrobów celulozowych, który miałby zastąpić stosowaną w dużej skali obecnie metodę wiskozową. Pojawiła się przy tym nic tylko ze względu na lepszą tolerowalność przez środowisko, interesująca alternatywa rozpuszczania w rozpuszczalniku organicznym celulozy bez tworzenia pochodnej i wytłaczania z tego roztworu wyrobów formowanych, np. włókien, folii i membran. Tak wytłoczone włókna otrzymały od BISFA (The International Bureau for the Standarization of man made fibers) nazwę rodzajową Lyocell. Pod określeniem rozpuszczalnika organicznego jest przez BISFA rozumiana mieszanina organicznego związku chemicznego i wody.

Okazało się, ze do wytwarzania formowanych wyrobów celulozowych jako rozpuszczalnik organiczny świetnie nadaje się zwłaszcza mieszanina trzeciorzędowego aminotlenku i wody. Przy tym jako aminotlenek stosuje się przede wszystkim N-tlenek N-metylomorfoliny (NMMO). Inne aminotlenki są omówione np. w opisie EP-A - 0 553 070. Sposób wytwarzania formowalnych roztworów celulozy jest znany np. z opisu EP-A - 0 356 419. Wytwarzanie celulozowych wyrobów formowanych z zastosowaniem trzeciorzędowych aminotlenków nazywa się ogólnie metodą aminotlenkową.

W opisie US-A - 4,246,221 omawia się aminotlenkowy sposób wytwarzania roztworów celulozy, z których w urządzeniu kształtującym, np. w filierze, formuje się filamenty i następnie prowadzi je przez kąpiel koagulacyjną, w której koaguluje celuloza i otrzymuje się wodne, napęczniałe filamenty. Filamenty te można tradycyjną drogą, czyli drogą przemywania i następczej obróbki, przetwarzać na włókna celulozowe i na włókna cięte.

Wiadomo, ze włókna celulozowe, wytworzone z aminotlenkowych roztworów sposobem sucho/mokrym formowania, w przeciwieństwie do naturalnych, skędzierzawionych włókien celulozowych, takich jak bawełna, wykazują niepostrzępiony przekrój kolisty. Kolisty przekrój i dość gładka powierzchnia mogą podczas dalszego przetwarzania w przędze i wytwory

188 136 płaskie prowadzić do problemów, takich jakie omawia się np. w opisie EP-A - 0 574 870. Problemami tymi według tej publikacji patentowej są wadliwa przyczepność włókien w przypadku formowania przędzy z tych włókien przędnych, niedostateczne złączenie nitki w przypadku przędz filamentowych i zbyt mała wytrzymałość przeciwpoślizgowa wytworów płaskich z tych przędz włókiennych i filamentowych. W celu rozwiązania tych problemów proponuje się w tej publikacji patentowej wytłaczanie roztworu aminotlenkowego przez otwory przędzalnicze, których przekrój jest nie kolisty, lecz profilowany, przykładowo o kształcie litery-Y. Na tej drodze włóknom-Lyocell nadaje się przekrój o kształcie litery-Y.

W Chemical Fibers International (CFI), tom 45, luty 1995, strony 27 i 30, pokazano mikroskopowy obraz czterech włókien celulozowych, z których wszystkie wytworzono sposobem aminotlenkowym. Godne zauważenia jest to, że włókna te pomimo faktu, iż wszystkie są wytworzone sposobem aminotlenkowym, nie są identyczne. Różnica między tymi czterema włóknami jest stwierdzalna nawet pod mikroskopem. We wspomnianej literaturze nie podano, w jaki sposób specjalista może wytwarzać różne włókna celulozowe, innymi słowy nie zwierzono się specjaliście, w jaki sposób może on poszczególnym włóknom nadać ich różny wygląd.

W Textilia Europę 6/94, strony 6 i następne, opisano również włókno celulozowe, wytworzone sposobem aminotlenkowym, przy czym znów nie udzielono specjaliście szczegółowych informacji o wytwarzaniu. Z literatury tej można m.in. wywnioskować, że włókno celulozowe, którego wytwarzania nie podaje się, wykazuje trwałe skędzierzawienie, przy czym jednak bliżej nie zajęto się tym, co pod tym należy rozumieć i w jaki sposób można włóknom nadać skędzierzawienie.

Włókna, które wykazują skędzierzawienie, są z różnych powodów korzystne dla przetwarzania włókien, zwłaszcza włókien ciętych. I tak przykładowo udaje się lepiej zgrzeblenie włókien, gdyż pewna przyczepność włókien do siebie jest niezbędna po to, żeby w ogóle można było wytworzyć wstęgę zgrzebloną. Skędzierzawione włókno ma wyższą przyczepność wstęgową niż włókno nie skędzierżawione, wskutek czego można podwyższyć szybkość zgrzeblenia.

W stanie techniki znane są tak zwane sposoby karbikowania, za pomocą których można nanosić skędzierzawienie. Tak naniesione skędzierzawienie jednak znika przeważnie juz po zgrzebleniu, a najpóźniej po formowaniu przędzy i nie znajduje się juz w tkaninie włókienniczej. Skędzierzawienie nadałoby tkaninie włókienniczej miękki chwyt objętościowy.

Z publikacji WO 94/28220 i WO 94/27903 znany jest sposób, za pomocą którego włóknom-Lyocell można na drodze mechanicznej nadawać skędzierzawienie. Zgodnie z tym sposobem świeżo wytworzone filamenty w postaci linki najpierw prowadzi się przez szereg kąpieli płuczących w celu usunięcia rozpuszczalnika. Następnie tę linkę suszy się w temperaturze około 165°C i w stanie suchym wpycha do ruropodobnego urządzenia, w którym tę filamentową linkę zgniata się i tą drogą uzyskuje się pewien rodzaj skędzierzawienia. Dodatkowo tc skędzierzawione włókno poddaje się obróbce gorącą parą suchą i następnie tnie na włókna cięte. Te włókna mają tę wadę, ze mogą być wytwarzane tylko kosztownie, gdyż do skędzierzawienia potrzebne jest osobne urządzenie, i że skędzierzawienie wywołuje się przez zgniatanie włókien. Poza tym okazało się, ze tym znanym sposobem mechanicznie naniesione skędzierzawienie znika po kilku dalszych etapach obróbki następczej włókna.

Zadaniem wynalazku jest postawienie do dyspozycji sposobu wytwarzania nowych włókicn-Lyocell, które można by łatwiej przetwarzać dalej na przędze i tkaniny niż tradycyjne włókna-Lyoccll. Tych nowych włókien nie miałoby się wytwarzać drogą mechanicznego skędzierzawienia według publikacji WO 94/28220 lub WO 94/29703. Również tych włókien nie miałoby się wytwarzać za pomocą filier, które wykazywałyby otwory przędzalnicze o niekolistej postaci przekroju. Zgodnie z wynalazkiem wytwarzane włókna-Lyocell raczej powinny być wytwarzane za pomocą tradycyjnych filier, których otwory przędzalnicze wykazują przekrój kolisty.

Sposób wytwarzania włókien celulozowych, z przeprowadzeniem etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy dla otrzymania przędliwego roztworu celulozy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych

188 136 filamentów, polega według wynalazku na tym, ze prowadzi się w etapie (C) zgniatanie zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i prowadzi się w etapie (D) suszenie zgniecionych filamentów na włókna celulozowe, przy czym zgniatanie to następuje pod naciskiem, który wystarcza na to, żeby uzyskane na filamencie miejsca zgniecione zachowały się na wysuszonym włóknie i były w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym widzialne jako zmiany zabarwienia.

Dla celów niniejszego opisu i zastrzeżeń patentowych należy pod wyrażeniem „miejsca zgniatania” rozumieć też karbiki, skręcenia i inne zmiany postaci przekroju filamentów i włókien.

Wynalazek opiera się na stwierdzeniu, że filament, wytworzony sposobem aminotlenkowym, może w napęczniałym stanie zmieniać na drodze zgniatania swą postać przekroju, i że to zgniatanie zachowuje się po suszeniu, jeżeli zgniatanie przeprowadzi się z wystarczająco dużą siłą. Drogą tą można wytwarzać włókna celulozowe, których postać przekroju w miejscach zgniatania jest ukształtowana nie koliście lecz owalnie. Miejsca zgniatania można pod mikroskopem rozpoznać tez jako zatoki, rozszerzenia lub karbiki.

Wielkość siły, którą należy stosować podczas zgniatania, zależy naturalnie od wielu czynników, takich jak np. titr włókna, od stopnia napęcznienia i od rozmiaru żądanych zmian przekroju. Twórcy niniejszego wynalazku stwierdzili, ze siłę, potrzebną do uzyskania żądanych zmian przekroju, można łatwo określić drogą prób wstępnych.

Zgniatanie tych włókien można uzyskać, prowadząc napęczniałe filamenty przez odpowiednie urządzenie formujące, przykładowo przez prasę płytową, przy czym powierzchnia prasy płytowej ma strukturę wzniesień i wgłębień po to, aby napęczniałe filamenty w kierunku wzdłuznym wystawiać na różnie silny nacisk i tą drogą filamenty odkształcać niejednakowo silnie.

Napęczniałe filamenty można też zgniatać, prowadząc na walcu i wywierając na filamentach siłę zgniatania za pomocą walca przeciwbieżnego, którego powierzchnia ma odpowiednią strukturę.

Nadto możliwe jest zestawianie napęczniałych filamentów w linkę, która składa się z tysięcy filamentów, skręcanie w kierunku wzdłużnym i prowadzenie w tym stanie przez parę walców, które wywierają siłę w celu zgniatania.

Zgniatanie korzystnie prowadzi się tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu znajdowały się co najmniej trzy miejsca zgniatania, zwłaszcza sześć miejsc zgniatania.

Okazało się, że włókna wytworzone według wynalazku mogą być łatwiej zgrzeblone, gdyż miejsca zgniatania tym włóknom widocznie nadają pewną przyczepność do siebie, toteż łatwiej można wytworzyć wstęgę zgrzebloną. Wytworzone według wynalazku włókna mają wyższą przyczepność niż tradycyjne włókna-Lyocell o poprzecznym przekroju kolistym. Umożliwia to podwyższenie szybkości zgrzeblenia.

Korzystna postać wykonania sposobu według wynalazku polega na tym, że wyżej, w etapie (B) otrzymane, zawierające wodę, napęczniałe filamenty tnie się przed zgniataniem.

Dalsza korzystna postać wykonania sposobu według wynalazku polega na tym, że przed zgniataniem z ciętych, zawierających wodę, napęczniałych filamentów tworzy się włókninę, w której cięte filamenty są zorientowane statystycznie, i że tę włókninę sprasowuje się. Okazało się, ze w tym przypadku powierzchnia prasująca nie potrzebuje mieć specjalnej struktury, gdyż konieczny w razie odciskania nieregularnej powierzchni, różnie wysoki nacisk realizuje się dzięki temu, że włókna w następstwie swego statystycznego zorientowania układają się jedno na drugim, wskutek czego podczas prasowania w tych miejscach, gdzie włókna te układają się na sobie, naturalnie występuje większy nacisk niż w innych miejscach. Prowadzi to do różnego odkształcenia przekroju.

Sprasowanie to można w tej postaci wykonania sposobu według wynalazku prowadzić w ramach znanego z metody wiskozowej, zwykłego odciskania wody płuczącej z włókniny z włókna ciętego. To usuwanie wody zwykle prowadzi się za pomocą jednej lub kilku par walców, przez które włókninę z włókna ciętego prowadzi się na sicie taśmowym. Rozstrzygającym jest jednak to, ze za pomocą par(y) walców wywiera się dostatecznie wysoki nacisk na włókninę, który nie tylko obniża zawartość wody, lecz także zmienia postać przekroju ciętych, napęczniałych filamentów.

188 136

Wynalazek dotyczy również włókna celulozowego, zwłaszcza ciętego włókna celulozowego, wyróżniającego się według wynalazku tym, ze zawiera filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia, i otrzymywanego sposobem według wynalazku. Włókno według wynalazku wyróżnia się tym, ze zachowuje się wywołana zmiana przekroju włókna, tzn. nie znika po zgrzebleniu lub po wytworzeniu przędzy. Ułatwia to dalsze przetwarzanie włókien-Lyocell według wynalazku.

Nadto okazało się nieoczekiwanie, ze przez zmianę przekroju nie doznaje uszczerbku wytrzymałość włókna i wydłużenie włókna w przypadku włókien wytworzonych sposobem aminotlenkowym.

Cięte włókno celulozowe według wynalazku korzystnie zawiera filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia, i jest otrzymane sposobem według wynalazku, polegającym na tym, że otrzymane w etapie (B), zawierające wodę, napęczniałe filamenty tnie się przed zgniataniem albo na tym, ze przed zgniataniem z ciętych, zawierających wodę, napęczniałych filamentów tworzy się włókninę, w której cięte filamenty są zorientowane statystycznie, i że tę włókninę sprasowuje się.

Wynalazek ponadto obejmuje przędze, tkaniny, włókniny, dzianiny szydełkowe i dzianiny, które wyróżniają się tym, ze składają się one z ewentualnie ciętych włókien celulozowych, zawierających filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia.

Podany niżej przykład jeszcze bliżej objaśnia wynalazek.

Przykład 1

Najpierw wytworzono przędliwy roztwór celulozy w zawierającym wodę NMMO, przy czym zastosowano sposób omówiony w opisie EP-A - 0 356 419.

Z tego przędliwego roztworu uformowano filamenty według sposobu opisanego w publikacji WO 93/19230, przy czym stosowano dyszę z kolistymi otworami przędzalniczymi. Filamenty po zwłoce w szczelinie powietrznej prowadzono w wodnej kąpieli koagulacyjnej, w której celuloza koagulowała. Otrzymane, zawierające wodę filamenty, które występowały w napęczniałym stanic i były hydroplastyczne, pocięto na długość 4 cm.

Pocięte filamenty pławiono w mieszalniku w wodzie i zawirowane w wodzie, pocięte filamenty nanoszono na sito taśmowe, na którym tworzyła się włóknina z pociętych włókien, przy czym włókna te były zorientowane we wszystkich kierunkach.

Sito taśmowe prowadzono przez parę walców, przy czym na włókninę wywierano nacisk około 1 MPa w ciągu około 0,1 sekundy. Następnie włókninę przemyto i prowadzono jeszcze przez dalszą parę walców, za pomocą której ponownie na włókninę wywierano nacisk około 1 MPa. Otrzymane włókna cięte następnie suszono.

Badanie włókien według wynalazku pod mikroskopem polaryzacyjnym (powiększenie: 400-krotne) ukazało, ze na 1 milimetrze długości włókna przeciętnie było 7 miejsc zgniatania, dla których rozpoznawana była zmiana zabarwienia światła spolaryzowanego. W miejscach zgniatania włókna posiadały przekrój, który był ukształtowany nie koliście, lecz mniej lub bardziej nieregularnie. Zmianę zabarwienia przechodzących promieni światła należy sprowadzić do różnej grubości włókien w każdorazowych miejscach zgniatania.

Z otrzymanych włókien wytworzono przędzę i według normy DIN 53834, część 1, zmierzono długości przyczepnościowe tych wstęg. Włókna wytworzone według wynalazku wykazywały w porównaniu większą długość przeczepnościową niż nie według wynalazku wytworzone włókna o zasadniczo kolistym przekroju.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania włókien celulozowych, z przeprowadzeniem etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy dla otrzymania przędliwego roztworu celulozy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, znamienny tym, ze prowadzi się w etapie (C) zgniatanie zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i prowadzi się w etapie (D) suszenie zgniecionych fi lamentów na włókna celulozowe, przy czym zgniatanie to następuje pod naciskiem, który wystarcza na to, żeby uzyskane na filamencie miejsca zgniecione zachowały się na wysuszonym włóknie i były w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym widzialne jako zmiany zabarwienia.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zgniatanie przeprowadza się tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu znajdowały się średnio co najmniej trzy miejsca zgniatania.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze zgniatanie przeprowadza się tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu znajdowało się średnio co najmniej sześć miejsc zgniatania.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymane w etapie (B), zawierające wodę, napęczniałe filamenty tnie się przed zgniataniem.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ze przed zgniataniem z ciętych, zawierających wodę, napęczniałych filamentów tworzy się włókninę, w której cięte filamenty są zorientowane statystycznie, i ze tę włókninę sprasowuje się.
6. 6. Włókno celulozowe, znamienne tym, ze zawiera filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia, i stanowi produkt etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, oraz etapu (C) zgniatania zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i etapu (D) suszenia zgniecionych filamentów na włókna celulozowe.
7. 7. Cięte włókno celulozowe, znamienne tym, ze zawiera filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia, i stanowi produkt etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koągulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, z następnym cięciem tych filamentów lub utworzeniem włókniny ze zorientowanych statystycznie tych filamentów ciętych przed etapem zgniatania oraz etapu (C) zgniatania zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach lub włókniny tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i etapu (D) suszenia zgniecionych filamentów.
8. 8. Przędza, znamienna tym, ze składa się ona z ewentualnie ciętych włókien celulozowych, zawierających filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia i stanowiących produkt etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, oraz etapu (C) zgniatania zawierających wodę, napęczniałych filamentów

   188 136 w najróżniejszych miejscach tak, zęby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i etapu (D) suszenia zgniecionych filamentów na włókna celulozowe.
9. 9. Tkaniną znamienna tym, że skłaże się ona z ewentuelnie ciętych \·ν1(Άίοη celulozowych, zawierających filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia i stanowiących produkt etapu (A) rozpuszczania celulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, oraz etapu (C) zgniatania zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i etapu (D) suszenia zgniecionych filamentów na włókna celulozowe.
10. 10. Włókniny, dzianiny szydełkowe i dzianiny, znamienne tym, ze składają się one z ewentualnie ciętych włókien celulozowych, zawierających filamenty o co najmniej dwóch miejscach zgniatania na 1 milimetrze długości filamentu, widzialnych w obserwacji w świetle liniowo spolaryzowanym jako zmiany zabarwienia i stanowiących produkt etapu (A) rozpuszczania kelulozonośnego materiału w wodnym, trzeciorzędowym tlenku aminy i etapu (B) przędzenia z roztworu celulozy i prowadzenia przez wodną kąpiel koagulacyjną, wobec otrzymania zawierających wodę, napęczniałych filamentów, oraz etapu (C) zgniatania zawierających wodę, napęczniałych filamentów w najróżniejszych miejscach tak, żeby na 1 milimetrze długości filamentu średnio znajdowały się co najmniej dwa miejsca zgniatania, i etapu (D) suszenia zgniecionych filamentów na włókna celulozowe.