SK67697A3

SK67697A3 - Method of producing shaped cellulose bodies, and yarn made of cellulose filaments

Info

Publication number: SK67697A3
Application number: SK676-97A
Authority: SK
Inventors: Jurgen Pitowski
Original assignee: Akzo Nobel Nv
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-10-08
Also published as: CN1066214C; TW300924B; ES2120243T3; ES2120243T5; EP0795052B2; CA2205466A1; EP0795052B1; US6042944A; PL320507A1; HUT77266A; AU695212B2; JPH10510011A; PL183097B1; AU4117796A; ATE167709T1; CZ167497A3; US5902532A; CZ288742B6; HU220367B; DE59502659D1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby celulózových tvarovaných výrobkov, pri ktorom sa roztok celulózy v terciárnom amín-N-oxide a prípadne vo vode tvaruje v teplom stave a tvarovaný roztok sa pred zavedením do koagulačného kúpeľa chladí vzduchom a ďalej sa týka priadze z nekonečných celulózových vláken.

Doterajší stav techniky

Takýto spôsob je opísaný vo VO 93/19230, pričom chladenie sa má uskutočňovať priamo po tvarovaní. Týmto postupom má byť dosiahnuté to, že sa zníži lepkavosť čerstvo vytlačených tvarovaných výrobkov, takže pri výrobe celulózových vláken je možné použiť zvlákňovacie trysky s vysokou hustotou otvorov. Za účelom chladenia sa vytvarovaný roztok s výhodou vystaví prúdu plynu.

Chladenie teplého tvarovaného roztoku už nastáva, keď tvarovaný roztok opúšťa tvarovací člen, napríklad zvlákňovaciu trysku, v ktorej sú typicky teploty nad 90 °C a dostane sa tak do takzvanej vzduchovej štrbiny. Ako vzduchová štrbina je označovaná oblasť medzi tvarovacím členom a koagulačným kúpeľom, v ktorom sa celulóza zráža. Teplota vo vzduchovej štrbine je nižšia než vo zvlákňovanej tryske, je však v dôsledku tepelného sálania zvlákňovacou tryskou a zahriatia vzduchu, spôsobeného oddeľovacím prúdom tvarovacieho člena, značne vyššia než teplota miestnosti. V dôsledku trvalého vyparovania vody, ktorá sa zvyčajne používa ako koagulačný kúpeľ, panujú preto vo vzduchovej štrbine vlhké teplé pomery. Opatrením, navrhnutým vo VO 93/19230, aby tvarovaný roztok bol chladený priamo po tvarovaní, sa dosiahne rýchlejšie ochladenie, takže lepkavosť tvarovaného roztoku v dôsledku toho rýchlejšie klesá.

Vynález vychádza z úlohy zdokonaliť uvedený spôsob, najmä však aj vlastnosti tvarovaných výrobkov, nim vyrobených, s výhodou vláken, pripadne vláknovej priadze.

Podstata vynálezu

Táto úloha je vyriešená spôsobom výroby celulózových tvarovaných výrobkov, pri ktorom sa roztok celulózy v terciárnom amin-N-oxide a pripadne vo vode tvaruje v teplom stave a tvarovaný roztok sa pred zavedením do koagulačného kúpeľa chladí vzduchom, pričom sa na chladenie použije kondicionovaný vzduch, ktorý má obsah vody v hodnote 0,1 až 7 g vodnej pary na 1 kg vzduchu a jeho relatívna vlhkosť je menšia než 85 %.

S výhodou je obsah vody v kondiciovanom vzduchu 0,7 až 4 g vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu, najmä potom 0,7 až 2 g vodnej pary. Chladenie môže byť uskutočnené prúdiacim vzduchom, ktorý je buď fúkaný proti tvarovanému roztoku alebo ním odsávaný. Odsávanie môže byť uskutočňované tak, že sa pripraví kondiciovaný vzduch, ktorý sa napríklad saje cez zväzok čerstvo spradených vláken alebo nekonečných vláken. Zvlášť výhodná je kombinácia ofukovania a odsávania.

Tvarovaný roztok môže byť kondicionovanému vzduchu vystavovaný po celej jeho dráhe až k zavedeniu do koagulačného kúpeľa alebo len na časť tejto dráhy, pričom je výhodné uskutočňovať pôsobenie vzduchom v prvej časti, t.j. v tej časti vzduchovej štrbiny, ktorá nadväzuje priamo na tvarovací člen. Kondicionovaný vzduch by mal voči smeru pohybu tvarovaného roztoku prúdiť pod uhlom 0 až 120°, pričom uhol 0° zodpovedá smeru prúdenia proti smeru tvarovaného roztoku.

Spôsobom podľa vynálezu je možné s výhodou vyrábať vlákna, najmä nekonečné vlákna, filmy, duté vlákna, membrány, napríklad na použitie pri dialýze, oxidáciou alebo filtráciou. Tvarovanie roztoku na žiadaný celulózový výrobok sa môže uskutočňovať známymi zvlákňovacími tryskami na výrobu vláken, štrbinovými tryskami alebo zvlákňovacími tryskami na výrobu dutých vláken. V nadväznosti na tvarovanie, t.j. pred zavedením tvarovaného roztoku do koagulačného kúpeľa, môže byť tvarovaný roztok vystavený dĺženiu.

Priadza z celulózových nekonečných vláken, vyrobená z roztoku celulózy v terciárnom amín-N-oxide a prípadne vo vode, má tú vlastnosť, že prierezové plochy vláken majú variačný koeficient menší než 12 %', s výhodou menší než 10 %.

Ako už bolo uvedené, je výhodné ochladiť čerstvo vytlačené tvarované výrobky vo vzduchovej štrbine, aby sa rýchlej šie znížila ich lepkavosť. Aby chladenie bolo vôbec možné, musí mať prúd plynu samozrejme teplotu, ktorá leží pod teplotou tvarovaného roztoku. Podľa VO 93/19230 sa použije prúd plynu, ktorý má teplotu -6 až 24 °C.

Teraz bolo zistené, že na vlastnosti celulózových tvarovaných výrobkov nemá podstatný vplyv teplota ako taká ale obsah vody vo vzduchu a jeho relatívna vlhkosť. Obsah vody vo vzduchu v gramoch vodnej pary na kilogram suchého vzduchu sa tiež často označuje ako zmiešavací pomer. V ďalšom opise bude na to na zjednodušenie používaná jednotka g/kg. Najmä pri výrobe nekonečných vláken sa ukázalo, že je dôležité, aby vo vzduchovej štrbine boli vytvorené čo najkonštantnejšie klimatické podmienky, t.j., aby bolo vylúčené zvyčajné vznikajúce kolísanie okolitej klímy. Pritom je najmä dôležité, aby bolo zabránené kolísaniu vlhkosti vo vzduchu a aby vzduch mal len malý obsah vody. Ani pri prítomnosti klimatizačných zariadení nie je možné dostatočne potlačiť kolísanie podľa ročnej doby a čiastočne ani kolísanie nastávajúce v priebehu jedného dňa. Okrem toho by kondicionovanie malo prebiehať čo najrovnomernejšie, pretože už nepatrná nestabilita, čo sa týka intenzity ofukovania a jeho smeru, ovplyvňujú u vláken negatívne ich pevnosť, predĺženie a stálosť titra.

Vplyv obsahu vody, prípadne zmiešavacieho pomeru sa pri výrobe nekonečných vláken prejavuje najmä nepravidelnosťami ich prierezu. Pri chladení vzduchom s teplotou 20 °C a s obsahom vody 14 g/kg a pri relatívnej vlhkosti 94 % je variačný koeficient u prierezových plôch vláken 30 % u priadze w» s 50 jednotlivými vláknami. Pri znížení obsahu vody na 1,2 g/kg a pri relatívnej vlhkosti 8,5 % zníži sa variačný koeficient pri rovnakej teplote na 5,8 %. Dokonca pri použití teplejšieho vzduchu napríklad na 40 ’C, avšak pri malom obsahu vody 3,4 g/kg a pri relatívnej vlhkosti 7,4 % vyjde variačný koeficient v hodnote 11,3 %, ktorý je teda o činiteľ

2,7 menší, ako pri použití chladnejšieho vzduchu pri vyššej vlhkosti. Podľa vynálezu je preto dôležité, aby sa kondicionovanie vzduchovej štrbiny uskutočňovalo suchým vzduchom. Teplota chladiaceho vzduchu má pritom skôr podradnú úlohu.

Vynález bude v ďalšom podrobnejšie vysvetlený a opísaný na príkladoch uskutočnenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Výrobky podľa vynálezu je možné získať tak, že sa roztok z 14 % hmotnostných z celulózy Viscokraft ELV (International Páper Company) s polymeračným stupňom 680, približne 76 % hmotnostných N-metylmorfolín-N-oxidu (NMMO), terciárneho amín-N-oxidu, 10 % hmotnostných vody a 0,14 % hmotnostných propylénesteru kyseliny galovej ako stabilizátora zvlákňuje doskou zvlákňovacie trysky s 50 otvormi a s priemerom 120 gm na vláknovú priadzu. Nekonečné vlákna, tvarované v zvlákňovacej tryske (T = 110 °C), boli ochladené vo vzduchovej štrbine s dĺžou 18 cm. Vo vzduchovej štrbine nastávalo ofukovanie vzduchom ofukovacou rýchlosťou 0,8 m/s kolmo ku zväzku vláken. Vzduch bol na zväzok fúkaný z jednej strany a homogénne rozloženie vzduchu bolo zaistené veľmi jemnozrnými sitami so šírkou 10 cm a ofukovanie bolo vykonávané na úseku 10 cm za výstupom trysky.

Vlákna boli vo vzduchovej štrbine dĺžené o činiteľ 16 a po prechode vodným kúpeľom za účelom koagulácie a ďalej zaradenými pracími kúpeľmi za účelom odstránenia NMMO boli vysušené. Rýchlosť odťahovania bola 420 m/minútu.

Získané zväzky vláken boli v odstupe jedného metra dvakrát prerezané kolmo na os zväzku. Prierezové plochy vláken boli pomocou optického mikroskopu (zväčšenie 570:1) a zobrazovacie kamery prenesené do počítačovej sústavy na analýzu zobrazenia (Quantimet 970) a vyhodnotené. Bola určená plocha každého vlákna. Z priemernej hodnoty prierezu vláken každého vyšetrovaného zväzku, pričom na každý zväzok boli vyhodnotené dva obrazy rezu, a z odchýlky od štandardnej hodnoty bol vypočítaný variačný koeficient prierezovej plochy vlákna v percentách ako pomer štandardnej odchýlky k strednej hodnote.

Pri výrobe kondicionovaného vzduchu sa vychádzalo z okolitého vzduchu, ktorý mal teplotu 21 C, obsah vody

9,2 g/kg a relatívnu vlhkosť 60 %, a ktorý bol najskôr vyčistený cez filtre. Na zvýšenie zmiešavacieho pomeru bol vzduch zmiešaný so vzduchom, nasýteným vodnou parou (relatívna vlhkosť 100 %) a s teplotou 80 °C. Aby sa získal hmotový prúd m(x) kondicionovaného vzduchu s obsahom vody x, bol hmotový prúd m_u okolitého vzduchu s obsahom vody x_nzmiešaný s hmotovým prúdom rn^ vzduchu nasýteného vodnou parou s obsahom vody podľa rovnice m(x) = m_u + m^. Zmiešavací pomer m_u a m^ sa vypočíta podľa nasledujúcej rovnice:

^mu (^xh ^x) (^{1 + x}u> ^mh <^x - ^xu) (^{1 + x}h)

Výsledný prúd vzduchu bol potom ochladený na žiadanú teplotu výmenníka tepla. Relatívna vlhkosť a obsah vody boli určené psychometrom (ALMENO 2290-2 so snímačom AN 846, prípadne s činidlom vlhkosti a teploty AFH 9646-2).

Na zníženie obsahu vody bol okolitý vzduch ochladzovaný, až vykázal relatívnu vlhkosť 100 %. Potom nasledovalo ďalšie ochladenie, potom bola kondenzovaná voda oddelená. Týmto postupom mohol byť vzduch vysušený až na obsah vody približne 4 g/kg. Na to nadväzovalo opätovné ohriatie vzduchu na žiadanú teplotu. Relatívna vlhkosť a obsah vody boli zmerané psychometrom.

Aby bol získaný kondicionovaný vzduch s obsahom vody pod 4 g/kg, bol vzduch, vopred vysušený vykondenzovaním, ďalej sušený odvlhčením vzduchu (model 120 KS firmy Munters GmbH).

Opätovné zahriatie suchého vzduchu bolo tiež uskutočnené výmenníkom tepla. Určenie relatívnej vlhkosti a obsahu vody vo vzduchu, ktorý bol vysušený až na obsah vody menší ako 4 g/kg, bolo uskutočnené zrkadlovo ochladeným meračom rosného bodu (S400, firmy MICHELL Instruments).

V nasledujúcich tabuľkách sú udané vyšetrované stavy vzduchu, charakterizované teplotou (T/°C), obsahom vody (x/(g/kg)) a relatívnou vlhkosťou (rH %) , ako aj variačnými koeficientmi prierezových plôch vláken (V/%).

Tabuľka I: Príklady podľa vynálezu

Príklad	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
Tabuľka I zreteľne ukazuje, že	nezávisle na teplote
kondicionovaného vzduchu vychádzajú najnižšie	variačné koe-
ficienty	prierezových	plôch vláken,	keď kondicionovaný
vzduch má	nízky obsah	vody, ako u príkladov	2, 3, 9, 10
a 11, au	ktorých pri obsahu vody pod	2 g/kg	leží variačný
koeficient	len vo veľkostnom poriadku	6 až 6	%. Relatívna

Ί vlhkosť ležala u týchto príkladov pod 30 %. Pri dodržaní podmienok podlá vynálezu je variačný koeficient aj pri vysokej teplote (príklad 15) nižší než mimo oblasti podľa vynálezu pri značne nižších teplotách.

Tabuľka II. Porovnávacie príklady

Príklad	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
Tabuľka	II zrejme ukazuje, že mimo oblasti	podľa vyná-
lezu ležia	variačné	koeficienty	prierezových	plôch vláken
nad 14 % a	dosahujú	dokonca hodnoty nad 30 %.	Také vysoké
kolísania sú	pri výrobe vláknovej	priadze nežiadúce, pretože

pri spracovaní na textilné plošné útvary pôsobia negatívne a najmä vedú k nejednotnému zafarbeniu plošných útvarov. Taktiež preto môže v dôsledku rôznych pevností jednotlivých vláken navzájom aj s ohľadom na priadzu dochádzať k problémom pri spracovaní. Okrem toho je príkladmi 16 a 22 dokázané , že pre tento vynález musia byť zaručené obe požiadavky, t.j. obsah vody pod 7 g vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu a relatívna vlhkosť pod 85 %. V príklade 16 bol síce obsah vody v nárokovanej oblasti, avšak vzduch mal vyššiu relatívnu vlhkosť a výsledkom bol variačný koeficient 16,1 %. Príklad 22 ukazuje podmienky okolitého vzduchu pri teplote 21 °C, pri relatívnej vlhkosti 60 % a obsahu vody 9,2 g/kg. V tomto príklade ležT síce relatívna vlhkosť v nárokovanej oblasti, nie však obsah vody a výsledkom je variačný koeficient 23,4 %. Tento príklad okrem toho zreteľne ukazuje, že nepostačí uskutočňovať chladenie okolitým vzduchom, a že nie je dostatočné uskutočňovať jednoduché ofukovanie vzduchom v miestnosti, ktorá je chladnejšia než teplota zvyčajná vo vzduchovej štrbine, aby sa dosiahlo zlepšenie textilných vlastností.

Claims

1. Spôsob výroby celulózových tvarovaných výrobkov, pri ktorom sa roztok celulózy tvaruje v terciárnom amín-N-oxide a prípadne vo vode v teplom stave a tvarovaný roztok sa pred zavedením do koagulačného kúpeľa chladí vzduchom, v y ž nadujúci sa tým, že chladenie sa uskutočňuje kondicionovaným vzduchom, ktorý má obsah vody v rozmedzí 0,1 až 7 g vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu a jeho relatívna vlhkosť je menšia než 85 %.

2. Spôsob podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsah vody je 0,7 až 4 g vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu a je s výhodou 0,7 až 2 g.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačuj úci sa t ý m, že chladenie sa uskutočňuje prúdiacim vzduchom, ktorý je pritom fúkaný proti tvarovanému roztoku a/alebo je týmto roztokom odsávaný.

4. Spôsob podľa nároku 1, 2 alebo 3, vyznačuj úci sa tým, že tvarovaný roztok je pôsobením kondicionovaného vzduchu vystavovaný na celej dráhe až k zavedeniu do koagulačného kúpeľa.

5. Spôsob podľa nároku 1, 2 alebo 3, vyznačuj úci sa tým, že tvarovaný roztok je pôsobením kondicionovaného vzduchu vystavený na časti dráhy až do zavedenia do koagulačného kúpeľa.

6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že tvarový roztok sa vystavuje pôsobeniu kondicionovaného vzduchu v prvej časti dráhy.

7. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že kondicionovaný vzduch prúdi proti smeru pohybu tvarovaného roztoku pod uh10 lom 0° až 120°, s výhodou 90°, pričom uhol 0° zodpovedá prúdeniu proti smeru postupu tvarovaného roztoku.

8. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých z nárokov 1 až

7, vyznačujúci sa tým, že sa tvarovaný roztok pred zavedením do koagulačného kúpeľa dlži.

9. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých z nárokov 1 až

8, vyznačujúci sa tým, že sa z roztoku vyrábajú vlákna, najmä nekonečné vlákna, duté vlákna a membrány.

10. Priadza z celulózových nekonečných vláken, vyrobená z roztoku celulózy v terciárnom amín-N-oxide a prípadne vode, vyznačujúca sa tým, že prierezové plochy vláken majú variačný koeficient menší než 12 %, s výhodou menší než 10 %.