57563 KI. 12 o, 6 MKP «¦**¦* eo8fc 9/ Opublikowano: 15.VII.1969 Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Miroslaw Kopa, mgr inz. Waclaw So- piela, mgr inz. Tadeusz Leosz, mgr inz. Hen¬ ryk Lisik Wlasciciel patentu: Instytut Wlókien Sztucznych i Syntetycznych, Lódz (Polska) Sposób przygotowania wiskozy do wytwarzania wysokowytrzymalych wlókien cietych, zblizonych wlasciwosciami do bawelny Przedmiotem wynalazku jest sposób przygoto¬ wania wiskozy sluzacej do wytwarzania wysoko¬ wytrzymalych wlókien cietych o wlasciwosciach zblizonych do wlasciwosci wlókien bawelnianych.W celu wyeliminowania wad zwyklych cietych wlókien wiskozowych, a przede wszystkim nie¬ dostatecznej wytrzymalosci na sucho i na mokro, nadmiernego pecznienia i niedostatecznej trwalo¬ sci ksztaltu — stosuje sie dotychczas rózne spo¬ soby.W ostatnim okresie szczególnie dwa kierunki wytwarzania uszlacheniania wlókien wiskozowych znalazly zastosowanie w przemysle.Kierunek pierwszy to otrzymywanie wlókien wiskozowych o zwiekszonej wytrzymalosci na su¬ cho powyzej 3 G/den i o wzglednej wytrzyma¬ losci na mokro powyzej 65% i o znacznie obni¬ zonym pecznieniu w stosunku do wlókien stan¬ dartowych, które charakteryzuja sie wysoka orien¬ tacja oraz przekrojami poprzecznymi o pogrubio¬ nej skórce lub nawet o przekrojach pelnoskórko- wych. Podstawa wytwarzania tych wlókien jest uzycie wiskozy zawierajacej zwiazki chemiczne o dzialaniu modyfikujacym i formowanie wló¬ kien w kapielach przedzalniczych o wysokiej za¬ wartosci siarczanu cynku, jak równiez zwieksze¬ nie orientacji wlókna przez stosowanie duzych rozciagów tasmy wlókna w goracych kapielach plastyfikacyjnych. 10 25 30 Tak wytworzone wlókna nie wykazuja jednak dostatecznej trwalosci ksztaltu i odpornosci na lug sodowy, sa wiec surowcem o ograniczonej przy¬ datnosci dla wlókiennictwa, a w zastosowaniach technicznych nie zawsze wytrzymuja konkuren¬ cje z wlóknami syntetycznymi.Drugi kierunek wytwarzania uszlachetnionych wlókien wiskozowych prowadzi do otrzymywania produktu koncowego o wlasciwosciach zblizonych do bawelny. Charakterystyczna cecha tych wló¬ kien jest znacznie wyzszy stopien polimeryzacji zregenerowanej celulozy w stosunku do trady¬ cyjnych wlókien wiskozowych. Wiadomo, ze pod¬ wyzszenie stopnia polimeryzacji celulozy w go¬ towym wlóknie wplywa bardzo korzystnie na obnizenie pecznienia wlókna, zwiekszenie wytrzy¬ malosci w stanie mokrym, jak równiez na popra¬ wienie wspólczynnika sprezystosci.Wysoki stopien polimeryzacji celulozy w pola¬ czeniu ze specjalnymi warunkami formowania wlókna pozwalaja ponadto na uzyskanie produktu charakteryzujacego sie wysokim modulem elas¬ tycznosci na mokro. Jak z powyzszego wynika, wytwarzanie wlókien wiskozowych o wysokim stopniu polimeryzacji, z celulozy regenerowanej, ma na celu upodobnienie tych wlókien do wló¬ kien kawelny naturalnej i wszystkie sposoby zmierzaja w ostatecznym celu do uzyskania pro¬ duktu, który bylby odporny na odksztalcenia oraz 575633 wytrzymywal obróbke chemiczna stosowana w przerobie bawelny naturalnej.Wysoki stopien polimeryzacji celulozy we wlók¬ nie tekstylnym wymaga oczywiscie uzycia do pro¬ dukcji surowca wyjsciowego równiez o wysokim stopniu polimeryzacji i niskiej zawartosci frakcji o DP ponizej 200. Jednakze uzycie celulozy o wy¬ sokim stopniu polimeryzacji nie gwarantuje uzys¬ kania wlókna o wymaganych wlasciwosciach, a daje tylko podstawe i stwarza mozliwosc tech¬ nologicznego uksztaltowania pozadanej struktury wlókna. a _Nie tylko sposób przyrzadzania wiskozy z celu¬ lozy ó wysokim stopniu polimeryzacji, ale przede wszystkim odpowiednio dobrane warunki formo¬ wania wlókna decyduja o wlasciwosciach wlókna.Liczne opisy patentowe, glównie japonskie, po¬ daja sposoby wytwarzania wlókien o wysokim stopniu polimeryzacji. Tak na przyklad opis ja¬ ponski nr 2.592.355 z roku 1952 zaleca dla wytwo¬ rzenia wlókien o wysokim stopniu polimeryzacji uzywanie celulozy o poczatkowym DP powyzej 800 i o niskiej zawartosci frakcji ponizej 200.Zgodnie z tym rozwiazaniem alkalizacje celulozy nalezy prowadzic w lugu sodowym o stezeniu oA 13% do 17%, zmieniajaych sie w stosunku odwrotnym do DP celulozy, okreslonej granicami od 800 do 1400.Równiez stopien odprasowania celulozy uzalez¬ niony jest od DP celulozy i wynosi 2,8—2,4. W ce¬ lu zmniejszenia degradacji celulozy podczas ope¬ racji technologicznych poleca sie równiez szarpa¬ nie alkalicelulozy oraz siarczkowanie niedojrza¬ lej alkalicelulozy w atmosferze gazu obojetnego, np. azotu.Dotychczas znane sposoby wytwarzania cietych wlókien wiskozowych o wysokim stopniu polime* ryzacji "jakkolwiek stanowia niewatpliwy postep i pozwalaja na wytworzenie wlókien o znacznie poprawionych parametrach fizyko-chemicznych, nie gwarantuja jednak jeszcze otrzymania pro¬ duktu, który tak z punktu widzenia mozliwosci przerobowych, jak równiez wartosci uzytkowych, stanowilby pelny odpowiednik bawelny natural¬ nej.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu przygotowania wiskozy do wytworzenia wysoko¬ wytrzymalych -wlókien cietych, zblizonych wla¬ sciwosciami do bawelny. Charakterystyczne cechy takiego wlókna okreslaja ponizsze parametry.Wytrzymalosc na sucho od 3,2 do 4,8 G/den Wzgledna wytrzymalosc na mokro — powyzej 70% Wydluzenie na sucho od 8 do 16% Modul elastycznosci na mokro ) w G/den przy wydluzeniu 5% J od °'65 do 1}3 Wytrzymalosc wzgledna w petli od 12 do 40% Dla wytworzenia wlókna o powyzszych wlasci¬ wosciach w sposobie wedlug wynalazku uzywa sie celulozy o stopniu polimeryzacji od 600 do 1200, przy czym proces przygotowania wiskozy prowa¬ dzi sie w dwu odmianach. 57563 4 W odmianie pierwszej wiskoze otrzymuje sie z calkowitym pominieciem procesu alkalizacji ce¬ lulozy. Poszarpana celuloze o stopniu polimeryza¬ cji od 600 do 1200 wprowadza sie do gniotownika 5 i poddaje bezposrednio dzialaniu mieszaniny dwu¬ siarczku wegla i lugu sodowego. Ilosc uzytego dwusiarczku wegla w stosunku do alfacelulozy wynosi 50—65% wagowych w zaleznosci od cha¬ rakterystyki uzytej celulozy oraz od temperatury io siarczkowania. Ilosc lugu sodowego w stosunku do alfacelulozy wynosi 50—90% wag. w zaleznosci od warunków formowania wlókna, a szczególnie od stezenia kwasu siarkowego w kapieli koagu- lacyjnej, temperatury i szybkosci przedzenia wlók- 15 na. Tak otrzymana wiskoze odfiltrowuje sie wstep¬ nie w celu usuniecia nieprzereagowanych czastek . celulozy, poddaje procesowi homogenizacji, odpo¬ wietrza i przeprowadza wlasciwa filtracje. Liczba gamma uzyskanej wiskozy jest nie nizsza niz 55, 20 a lepkosc jej waha sie w granicach 120—400 sek.Dla ulatwienia koagulacji zelu w malo agre- • sywnych kapielach przedzalniczych, do wiskozy dodaje sie do 10% wagowych tiosiarczanu sodo¬ wego. Nastepnie tak przygotowana wiskoze for- 25 muje sie w kapieli koagulacyjnej zawierajacej od 55 g/l kwasu siarkowego, do 80 g/l siarczanu so¬ dowego i do 0,5 g/l siarczanu cynkowego w tem¬ peraturze nie przekraczajacej 35°C.Formowanie wlókien prowadzi sie z jedno lub 30 wielostopniowym rozciagiem. Uformowany w ka¬ pieli koagulacyjnej zel poddaje sie rozciagowi, na przyklad czesciowo w kapieli koagulacyjnej, cze¬ sciowo w powietrzu, lub tylko w powietrzu, albo w powietrzu i drugiej kapieli rozciagajacej. Cal- 35 kowita. wielkosc rozciagu w zaleznosci od para¬ metrów wiskozy kapieli przedzalniczej oraz poza¬ danych wlasciwosci wlókna wynosi najkorzystniej 100—250%.Pominiecie w sposobie wedlug w7ynalazku pro- «ic cesu alkalizacji celulozy pozwala na uzycie jako surowca wyjsciowego celulozy o znacznie nizszym stopniu polimeryzacji, jak na przyklad 600, dla uzyskania wlókna o wlasciwosciach charaktery¬ stycznych dla celulozy wyjsciowej o znacznie wyz- 45 szym stopniu polimeryzacji, na przyklad 800, po¬ niewaz unika sie jej degradacji. Ponadto unika sie szeregu skomplikowanych czynnosci zmierza¬ jacych do zabezpieczenia celulozy przed degra¬ dacja, jak na przyklad szarpania alkalicelulozy t 50 w atmosferze azotu.Pominiecie procesu alkalizacji i dojrzewanie alkalicelulozy stwarza ekonomiczna podstawe ta¬ niej produkcji wysokoszlachetnego wlókna, zbli¬ zonego wlasciwosciami do bawelny. 55 W odmianie drugiej sposobu wedlug wynalazku celuloze o stopniu polimeryzacji powyzej 750 pod¬ daje sie procesowi alkalizacji, przy czym proces ten prowadzi sie za pomoca lugu sodowego o nis¬ kim stezeniu wynoszacym 9,5—13%, a nastepnie 60 dziala na alkaliceluloze dwusiarczkiem wegla z po¬ minieciem procesu dojrzewania alkalicelulozy. Da¬ lej proces prowadzi sie znanymi sposobami z uwzglednieniem dodatku do wiskozy tiosiarczanu sodowego w ilosci do 10% wagowych, podobnie 65 jak w odmianie pierwszej.57563 Wiskoza otrzymana tym sposobem, nadaje sie szczególnie do wytwarzania wlókien o specjalnie wysokich wskaznikach fizyko-mechanicznych.Sposób wedlug wynalazku wyjasniaja blizej przyklady: 5 Przyklad I. Celuloze o DP = 700 i zawar¬ tosci alfacelulozy 97,25'% rozdrabnia sie w mlynie lub szarpaczu i nastepnie bez alkalizowania i doj¬ rzewania wprowadza do gniotownika. Siarczko- 10 wanie przeprowadza sie emulsja dwusiarczku we¬ gla w roztworze lugu sodowego w obecnosci emul¬ gatora w temperaturze 22°C. Ilosc dodanego dwu¬ siarczku wegla w stosunku do alfacelulozy wy¬ nosi 55%. Czas przyrzadzania wiskozy 5 godzin. 15 Otrzymuje sie wiskoze o skladzie: Przyklad II. Celuloze o DP = 970 i zawar¬ tosci alfacelulozy = 95% poddaje sie alkalizacji w lugu sodowym o stezeniu 10,5*%. Otrzymana alkaliceluloze o stopniu odprasowania powyzej 34% wprowadza sie do gniotownika bez dojrze¬ wania i dozuje sie lug sodowy o stezeniu 260 g/l w calkowitej ilosci ustalonej skladem wiskozy.Nastepnie siarczkuje sie w temperaturze 19°C dwusiarczkiem wegla w ilosci 60% w stosunku do alfacelulozy, powszechnie stosowanym sposobem.Czas przyrzadzania wiskozy 5 godzin. 20 Zawartosc tiosiarczanu sodowego 5%, z której przedzie sie wlókna znanymi metodami. 25 lepkosc liczba gamma 280 sek. 65 alfaceluloza NaOH lepkosc liczba gamma 4,8—5,0% 4,2—4,3% 280 sek. 62 Otrzymuje sie wiskoze o skladzie: alfaceluloza NaOH 35 40 z której przedzie sie wlókna znanymi metodami.Przyklad III. Celuloze o DP = 1100 alkali- zuje sie 10%-owym lugiem sodowym i po odpraso¬ waniu siarczkuje jak w przykladzie I w tempera¬ turze 22°C. Czas przyrzadzania wiskozy 5 godzin.Otrzymuje sie wiskoze o skladzie: alfaceluloza NaOH lepkosc liczba gamma 4,0% 3,8% 320ssek. 60. 5,5% 5,0% z której przedzie sie wlókna znanymi metodami. PL