Способ изготовления целлюлозных формованных изделий

 

Изобретение относится к технологии получения формованных изделий из растворов целлюлозы, в частности волокон и элементарных нитей. Способ включает растворение целлюлозы в водном растворе третичного аминоксида, в частности N-метилморфолин-N-оксида (НММО), экструдирование целлюлозного раствора с использованием формовочного инструмента через воздушную щель в осадительную ванну при осаждении формованных изделий. Раствор целлюлозы и/или раствор осадительной ванны содержит поверхностно-активное вещество с содержанием поверхностно-активного вещества в интервале 100 ррm>с≥5 ррm и с шириной щели в интервале от 2 до 20 мм. Несмотря на уменьшенную ширину щели удается избежать ухудшений или больших колебаний текстильно-физических свойств формованных волокон или элементарных нитей. 11 з.п.ф-лы, 1 табл.

Данное изобретение относится к способу изготовления целлюлозных формованных изделий, в частности волокон и элементарных нитей, посредством а) растворения целлюлозы в водном растворе третичного аминоксида, в частности N-метилморфолин-N-оксида (НММО), и b) экструдирования целлюлозного раствора с использованием формовочного инструмента через воздушную щель в осадительную ванну при осаждении формованных изделий, причем раствор целлюлозы и/или раствор осадительной ванны содержит поверхностно-активное вещество (тензид).

При формовании волокна опасность взаимного контактирования струй раствора в воздушной щели и склеивания отдельных волокон тем больше, чем больше расстояние фильеры от поверхности осадительной ванны. Этой тенденции можно противостоять уменьшением плотности отверстий фильеры, однако при этом ухудшается экономичность. Известно, что при формовании волокна с большой шириной воздушных щелей эту опасность склеивания преодолевают при помощи добавок к прядильному раствору и улучшают формуемость. Так, из описания к патенту ГДР DD 218121 известна добавка простого полиалкиленового эфира к раствору целлюлозы, причем используют ширину воздушных щелей 150 мм. В соответствии с описанием к патенту ГДР DD 286001 при приготовлении прядильного раствора добавляют поверхностно-активное вещество для повышения однородности и дисперсности нити. Из WO 95/16063 известен способ прядения, при котором для уменьшения склонности к фибриллизации (самопроизвольного процессу расщепления волокна) подвергаемых прядению волокон в осадительную ванну и/или в прядильный раствор добавляют поверхностно-активные вещества. При этом концентрация поверхностно-активного вещества в осадительной ванне составляет самое меньшее 100 ppm, а в прядильном растворе самое меньшее 250 ppm. Ширина воздушной щели составляет 40 мм.

Известно, что для устранения недостатков, возникающих при высокой ширине воздушных щелей, и для повышения плотности отверстий фильеры процесс формования волокон проводят с меньшей шириной щели. Так, из ЕР 0574870 известно формование целлюлозных волокон согласно аминоксидному способу с вытягиванием струй раствора в воздушной щели шириной в пределах от 2 до 20 мм и приемом при помощи прядильной воронки. При этих малых ширинах щели обнаруживается, что с уменьшающейся шириной щели ухудшаются определенные текстильно-физические показатели формуемых волокон и кардочесание приводит к неудовлетворительным продуктам. Следствием является то, что само по себе желательное уменьшение ширины щели ограничено снижением качеств продукта.

Задача изобретения состоит в создании способа для изготовления целлюлозных формованных изделий согласно аминоксидному способу, при котором устраняются вышеупомянутые обусловленные сужением воздушной щели нанесения ущерба качеству продукта. В частности, ширина воздушной щели должна быть уменьшена по сравнению с шириной от 2 до 20 мм в соответствии с известными способами без ухудшений или больших колебаний вследствие этого отдельных текстильно-физических свойств формуемых волокон или элементарных нитей. Целью этого способа является также повышение плотности отверстий без склеивании элементарных нитей в воздушной щели. Наконец, формуемые волокна должны обнаруживать лучшую пригодность для кардочесания.

Эта задача в случае упомянутого вначале способа решается таким образом, что в стадии b) работают с содержанием поверхностно-активного вещества с раствора целлюлозы и/или осадительной ванны в интервале 100 ppm>с≥5 ppm. Неожиданно было обнаружено, что при добавке поверхностно-активного вещества в соответствии с данным изобретением ширина воздушной щели, при которой не наблюдается никакого нанесения ущерба качеству волокон/элементарных нитей или других формованных изделий, может быть значительно уменьшена. Минимальная ширина щели, при которой еще не наблюдают никакого нанесения ущерба текстильно-физическим показателям, может быть уменьшена приблизительно на 33-50%, таким образом, например, с 6 до 3 мм.

Предпочтительно раствор целлюлозы экструдируют через формовочный инструмент с плотностью отверстий в интервале от 1,8 до 20 мм^-2. В частности плотность отверстий находится в интервале от 2,0 до 15 мм^-2. Таким образом, в сравнении со способом ЕР 0574870 при одинаковой ширине воздушной щели может достигаться значительное повышение плотности отверстий без ухудшения качества волокна.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способа данного изобретения содержание поверхностно-активного вещества с лежит в интервале от 8 до 70 ppm. В частности, работают с раствором целлюлозы с содержанием поверхностно-активного вещества 70>с≥30 ppm. Ширина щели находится предпочтительно в интервале от 2 до 8 мм. Взаимное расстояние между струями раствора на выходе формовочного инструмента может быть также уменьшено. Оно находится предпочтительно в интервале от 0,22 до 0,7 мм, в частности от 0,5 до 0,6 мм. Таким образом, при помощи способа данного изобретения может быть повышена производительность.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способа данного изобретения поверхностно-активное вещество добавляют к целлюлозе перед стадией а) или в стадии а), или между стадиями а) и b). Таким образом, поверхностно-активное вещество может вводиться уже в стадиях приготовления целлюлозы или приготовления раствора. При этом добавление поверхностно-активного вещества может происходить с добавлением других вспомогательных компонентов (добавок), которые и без того вносят в процесс, таких как, например, стабилизаторы.

В другом варианте осуществления поверхностно-активное вещество добавляют в стадии b) или после стадии b). Поверхностно-активное вещество может, например, впрыскиваться в форме аэрозолей в воздушную щель между формовочным инструментом и осадительной ванной. Поверхностно-активное вещество может также добавляться в саму осадительную ванну или при обработке осадительной ванны.

Предпочтительно используют неионогенное поверхностно-активное вещество. Пригодными неионогенными поверхностно-активными веществами являются, например, полиоксиалкилированные жирные кислоты или полиоксиалкилированные спирты жирного ряда и эфиры сахарозы и жирных кислот. Пригодными анионогенными поверхностно-активными веществами являются, например, соединения замещенных остатками жирных кислот аминов или алкиламинов, сульфаты глицеридов жирных кислот, соли N-(C_10-20-ацил)саркозина, сульфосукцинаты жирных кислот и сульфосукцинаты амидов жирных кислот, сульфаты спиртов жирного ряда и этоксилированные производные этих соединений. Катионогенными поверхностно-активными веществами, которые пригодны, являются, например, соединения четвертичного (С_10-20-алкил)аммония. Пригодными амфотерными поверхностно-активными веществами являются, например, N-(С_10-20-алкил)-β-аминопропионат и производные жирной кислоты-имидазолина.

Предпочтительно осадительную ванну регенерируют из стадии b) до очищенного содержащего воду аминоксида, который в стадии а) опять используется. При этом содержащееся в осадительной ванне поверхностно-активное вещество может также подвергаться рециклизации, если оно является стабильным при химических и термических условиях регенерации и стадии а). Если это не имеет места, можно добавленное поверхностно-активное вещество в ходе регенерации осадительной ванны отделить от раствора аминоксида и в стадии b) снова использовать. Используемый для отделения способ зависит, среди прочего, от типа поверхностно-активного вещества. Например, отделение можно производить при помощи мембраны из ионообменной смолы, мембраны для обратного осмоса или перегонки с водяным паром. Если поверхностно-активное вещество подвергается рециклизации с аминоксидом, это может не требовать применения разрушения аминоксида или разложения целлюлозы, и температура, при которой это наступает, может не понижаться. Кроме того, растворяющая способность аминоксида или его гидрата в отношении целлюлозы не должна уменьшаться.

В качестве третичного аминоксида используют, в частности, N-метилморфолин-N-оксид.

Способ данного изобретения обсуждается более подробно при помощи примеров и сравнительных примеров.

Сравнительный пример 1.

12%-ный раствор целлюлозы в моногидрате N-метилморфолин-N-оксида (НММО-МГ) формовали при температуре 85^oС со скоростью формования 30 м/мин из водной осадительной ванны с 20 мас.% НММО. Использовали фильеру с промежутком между отверстиями 0,6 мм и плотностью отверстий 2,77 мм^-2. Воздушную щель при этом уменьшали до тех пор, пока не получали заметное отрицательное действие. Оно было установлено при ширине щели 6 мм и проявилось, среди прочего, нарушением процесса формования вследствие возникающих турбулентностей, что в конце концов приводило к обрыву отдельных элементарных нитей. Полученные при этой ширине щели волокна подвергали после полного промывания, препарации и высушивания при 100^oС текстильно-физическим испытаниям. Далее проводили карбочесание и считали обнаруживаемые при этом склеивания волокон. Полученные результаты суммированы в таблице.

Пример 1.

В осадительную ванну сравнительного примера 1 добавляли конденсат из 1 моля изотридецилового спирта (ITDA) и 10 молей этиленоксида (ЕО) в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества в концентрации 10 ppm. Формование проводили при тех же самых условиях, что и в сравнительном примере 1. Оказалось, что ширина щели могла быть дополнительно уменьшена. Минимальную регулируемую ширину щели определяли как 3 мм, без нанесения ущерба процессу формования.

Пример 2.

Обрабатывали, как в примере 1, но конденсат ITDA/EO во время приготовления раствора добавляли в количестве 30 ppm в расчете на раствор. При этом также смогли в сравнении с режимом процесса без поверхностно-активного вещества уменьшить критическое минимальное расстояние между фильерой и поверхностью ванны с 6 до 3 мм.

Пример 3.

Обрабатывали, как в примере 1, но расстояние между фильерой и поверхностью ванны оставляли таким же, как в сравнительном примере, 1,6 мм. На полученных волокнах после полного промывания, препарации (обработки волокна специальным составом) и высушивания при 100^oС проводили испытания, как на волокнах сравнительного примера 1. Полученные цифровые показатели суммированы в таблице.

Из сравнения этих показателей с показателями сравнительного примера 1 очевидно, что однородность текстильно-физических свойств, которые отражаются в полученных в каждом случае коэффициентах вариации, увеличивается посредством добавления поверхностно-активного вещества. Лучше всего преимущество способа данного изобретения заметно по повышению прочности волокна в петле. В то время как в пробах волокна сравнительного примера были констатированы волокна с показателем прочности в петле 0, такие волокна не были определены в случае волокон этого примера. Это влияло на средний показатель прочности в петле, а также на коэффициенты вариации. Получаемое при помощи способа данного изобретения улучшение качества продукта является очевидным из склеиваний подвергнутого кардочесанию материала.

Сравнительный пример 2.

13%-ный раствор целлюлозы в моногидрате N-метилморфолин-N-оксида (НММО-МГ) формовали со скоростью формования (скоростью приема волокна) 36 м/мин из водной осадительной ванны с 25 мас.% НММО. Использовали фильеру с промежутком между отверстиями 0,3 мм и плотностью отверстий 11,1 мм^-2. Воздушную щель при этом уменьшали до тех пор, пока не получали заметное отрицательное действие. Оно было установлено при ширине щели 6 мм и выражалось склеиванием время от времени нескольких элементарных нитей и нарушениями процесса формования вследствие возникающих турбулентностей, что в конце концов приводило к обрыву отдельных элементарных нитей. На сформованных волокнах проводили такие же испытания, что и в сравнительном примере 1. Результаты приведены в таблице.

Пример 4.

Обрабатывали, как в сравнительном примере 2, но в осадительную ванну добавляли 50 ppm диметилдиоктадециламмонийхлорида (DMDDAC) в качестве катионогенного поверхностно-активного вещества. Формование проводили при описанных для сравнительного примера 2 условиях, при которых уменьшали ширину щели. Оказалось, что минимальная регулируемая ширина щели, при которой еще не наблюдали ухудшения процесса формования, была равна 4 мм.

Сформованные волокна подвергали тем же самым испытаниям, что и в случае сравнительного примера 2. Результаты приведены в таблице.

Сравнительный пример 3.

11%-ный раствор целлюлозы в моногидрате N-метилморфолин-N-оксида (НММО-МГ) формовали со скоростью формования (скоростью приема волокна) 30 м/мин из водной осадительной ванны с 30 мас.% НММО. Использовали фильеру с промежутком между отверстиями 0,6 мм и плотностью отверстий 2,77 мм^-2. Воздушную щель при этом уменьшали до тех пор, пока не получали заметное отрицательное действие. Оно было установлено при ширине щели 8 мм и выражалось нарушениями процесса формования вследствие возникающих турбулентностей, что в конце концов приводило к обрыву отдельных элементарных нитей. На еще не испытавших отрицательного воздействия волокнах проводили такие же испытания, что и в сравнительном примере 1. Результаты приведены в таблице.

Пример 5.

Обрабатывали, как в сравнительном примере 3, но в осадительную ванну добавляли 50 ppm натриевой соли додецилбензолсульфоновой кислоты (DDBSS) в качестве анионогенного поверхностно-активного вещества. Во время формования непрерывно уменьшали ширину щели. Было определено, что минимальная регулируемая ширина щели, при которой еще не было ухудшения процесса формования, была равна 4 мм. Проводили те же самые исследования волокна, что и в сравнительном примере 3. Результаты приведены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ изготовления целлюлозных формованных изделий - волокон и элементарных нитей, посредством a) растворения целлюлозы в водном растворе третичного аминоксида и b) экструдирования целлюлозного раствора с использованием формовочного инструмента через воздушную щель шириной от 2 до 20 мм в осадительную ванну при осаждении формованных изделий, причем раствор целлюлозы и/или раствор осадительной ванны содержит поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что в стадии b) работают с содержанием поверхностно-активного вещества с раствора целлюлозы и/или осадительной ванны в интервале 100 ррm>с≥5 ррm.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание поверхностно-активного вещества с находится в интервале от 8 до 70 ррm.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что работают с раствором целлюлозы с содержанием поверхностно-активного вещества с в интервале 70 ррm>c≥30 ppm.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что ширина щели находится в интервале от 2 до 8 мм.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что работают с взаимным промежутком между струями раствора на выходе формовочного инструмента в интервале от 0,22 до 0,7 мм.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество добавляют к целлюлозе перед стадией а), или в стадии а), или между стадиями а) и b).

7. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество добавляют в стадии b) или после стадии b).

8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что используют неионогенное поверхностно-активное вещество.

9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что раствор осадительной ванны из стадии b) регенерируют до очищенного содержащего воду аминоксида, который снова используют в стадии а).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что поверхностно-активное вещество в ходе регенерации осадительной ванны отделяют от раствора аминоксида и опять используют в стадии b).

11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что раствор целлюлозы экструдируют с использованием формовочного инструмента с плотностью отверстий в интервал от 1,8 до 20 мм^-2.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве третичного аминоксида используют N-метилморфолин-N-оксида.

РИСУНКИ

Рисунок 1