СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН И ПЛЕНОК Российский патент 1996 года по МПК D01F6/00 

Изобретение касается способа изготовления формуемых из целлюлозы изделий, по которому аминоокисный раствор целлюлозы, продавливаемый через отверстия фильеры или щелеобразные отверстия, пройдя воздушную прослойку, коагулируется в осадительной ванне.

Известно, что волокна из высокополимерных соединений, обладающие хорошими потребительскими свойствами, получаются только в том случае, когда обеспечивается образование "волокнистой структуры" (Ульманн, 5 издание, том А 10, с.456). Необходимо это (среди прочего) для того, чтобы в волокне упорядочивались микроориентированные участки полимера, например фибриды. Такого рода ориентация определяется способом изготовления и основывается на физических и физико-химических процессах.

Решающими факторами, от которых зависят показатели получаемых волокон, являются стадия, на которой осуществляется вытягивание, и условия вытягивания. При формовании из расплава волокна подвергают вытягиванию в термопластичном состоянии, в котором молекулы обладают еще подвижностью. Из растворов полимеров изделия могут получаться сухим или мокрым способом формования. При формовании сухим способом вытягивание производят во время улетучивания или испарения растворителя; нити, экструдируемые в осадительную ванну, вытягиваются во время коагуляции. Такого рода методы известны и описаны в достаточной мере. Во всех этих случаях важно, чтобы при переходе (будь то расплава или раствора) из жидкого состояния в твердое в процессе образования нитей достигалась и ориентация полимерных цепочек или их агрегатов (фибридов, фибрилл и пр.).

Предотвратить мгновенное испарение растворителя из нитей в процессе их получения методом сухого формования можно различными способами.

Проблему же быстрой коагуляции полимера в процессе мокрого формования (например, в случае аминоокисных растворов целлюлозы) к настоящему времени удалось решить лишь путем комбинированного сухого и мокрого способов формования.

Известен способ формования, по которому раствор полимера поступает в осадительную ванну через воздушную прослойку. В заявке ЕР-А-295 672 описывается получение арамидного волокна, которое, пройдя воздушную прослойку, поступает в некоагулирующую среду, вытягивается, а затем коагулируется.

Предметом изобретения DD-PS 218 121 является получение волокон из растворов целлюлозы в аминоокисях путем формования через воздушную прослойку, причем предусматриваются мероприятия, предотвращающие склеивание волокон.

Согласно описанию изобретения US-PS 4 501 886 формованием через воздушную прослойку получают волокна из растворов триацетата целлюлозы.

Также по сухо-мокрому способу в US-PS 3 414 645 описывается формование волокна из растворов ароматических полиамидов.

Во всех указанных случаях в воздушной прослойке достигается определенная ориентация, так как частицы вязкотекучих растворов, даже если растворы вытекают сверху вниз из небольших отверстий, вынуждены ориентироваться под действием силы тяжести. Ориентацию под действием силы тяжести можно повысить, регулируя скорости экструзии и приема так, чтобы имело место вытягивание.

Такого рода способ излагается в описании изобретения AT-PS 387 792 (и аналогичных ему описаниях US-PS 4 246 221 и US-PS 4 416 698). Нити формуются из раствора целлюлозы в смеси ММО (N-метилморфолин-N-оксида) c водой, вытягиваются в воздушной прослойке, а затем высаживаются. Кратность вытяжки равна при этом по крайней мере 3.

Недостатком этого способа является незначительная его флексибельность (гибкость) в отношении возможностей изменения свойств формуемых изделий. Для обеспечения показателей, свойственных текстильным волокнам, необходимо минимальное соотношение скоростей формования и вытягивания. Показатели текстильных свойств волокон, получаемых при очень низкой фильерной вытяжке, весьма незначительны, что значит, например, что они обладают крайне низкой работоспособностью (представляющей произведение прочности волокна и его удлинения). Одним из дальнейших недостатков является то, что эффект так называемого резонанса скоростей приема и вытекания (Navarol, Haudin, Spinning of a Cellulose. N-Methylmorphline oxide solution. Polymer Process Engineering, 1985, 3(3), 291), ведущий к нерегулярности диаметров волокон, усиливается по мере возрастания фильерной вытяжки. Кроме того, формование может практически осуществляться только в воздушной прослойке. Дополнительное формование связано с значительными трудностями. Ввиду этого ограничивается, естественно, ассортимент вырабатываемых изделий. Желательно было бы иметь возможность дополнительно изменять характеристики вырабатываемых продуктов, в результате чего значительно бы повысилась флексибельность (гибкость) данного способа.

Задача изобретения устранение перечисленных недостатков.

Согласно изобретению задача решается по указанному в начале способу, заключающемуся в том, что соотношение скорости приемки и вытекания из отверстий составляет не более 1 и что формуемое изделие подвергается вытягиванию или глубокой вытяжке после коагуляции.

Итак, согласно изобретению скорость приема ниже (или в крайнем случае равна) скорости вытекания прядильной массы из отверстий, вследствие чего не может иметь место вытягивание. Поэтому целлюлоза остается до коагуляции в осадительной ванне в сравнительно неориентированном состоянии. Этот факт благоприятен, ибо чем ниже степень ориентации до и при коагуляции, тем шире возможности последующего изменения характеристик изделия. Благодаря незначительной ориентации коагулированная (высаженная) целлюлоза обладает эластичностью, почти равной эластичности резины. Согласно изобретению вырабатываемое изделие можно теперь с целью придания ему требуемых характеристик подвергнуть вытягиванию или глубокой вытяжке. Таким образом, обеспечивается желаемая флексибельность метода.

Еще одно преимущество состоит в том, что, поскольку не имеет места фильерная вытяжка, величину воздушной прослойки можно значительно сократить даже и в случае очень плотного расположения отверстий фильеры, не опасаясь при этом образования склеек. Поскольку в крупномасштабном производстве за счет повышения плотности отверстий можно значительно увеличить производительность, указанный факт является также существенным преимуществом предлагаемого изобретения.

П р и м е р 1. Получение волокна при соотношении скорости приема и скорости вытекания прядильного раствора из отверстий, составляющем менее 1 (сравнительный пример).

13% -ный раствор целлюлозы в ММО (целлюлоза типа Viskokraft фирмы ICP, 10% воды, 77% ММО, 0,1% щавелевой кислоты в качестве стабилизатора) продавливался через фильеру с 100 отверстиями (диаметр отдельных отверстий 130 мкм). Расход раствора составлял 16,5 г/мин, а соответствующая скорость вытекания 10,35 м/мин. Вырабатываемые нити проходили в воздушной прослойке путь в 8 мм, а затем в осадительной ванне (температура ванны 2^оС, концентрация ММО 5% ) путь длиной 15 см. Итак, отношение скорости приема к скорости вытекания составляло 0,58.

Волокно обладало прочностью 11,8 сН/текс при удлинении 77,5% Удлинение волокна чрезвычайно высоко, что свидетельствует о сравнительно низкой степени упорядоченности целлюлозы.

П р и м е р 2. Вытягивание волокна на воздухе после коагуляции.

Этот опыт проводился в тех же условиях, как и опыт, описанный в примере 1. Однако нити, выходящие из осадительной ванны, т.е. после коагуляции, принимались на прядильный диск со скоростью 6 м/мин; обвивая последний, жгутик волокон поступал на второй диск со скоростью 13 м/мин. Вытяжка составляла таким образом 117% (в рамках предлагаемого изобретения под степенью вытяжки волокна следует понимать выражаемое в процентах отношение разности конечной и начальной длины к начальной длине волокна). Получаемые волокна обладали прочностью 22,4 сН/текс, их удлинение составляло 15,3%
П р и м е р 3. Вытягивание волокон в воде после коагуляции. Как и в примере 1 формуемые волокна протягивались через осадительную ванну со скоростью 6 м/мин (отношение скорости приема к скорости вытекания составляло 0,58), а затем проходили в водяной вытяжной ванне, имевшей температуру 77^оС, путь длиной 80 см. Второй прядильный диск вращался с двумя различными скоростями V. Получаемые волокна имели следующие показатели, представленные в таблице.

П р и м е р 4. Получение волокна при соотношении скорости приема и скорости вытекания прядильного раствора из отверстий, превышающем 1.

13% -ный раствор целлюлозы в ММО (целлюлоза типа Viskokraft фирмы ICP, 10% воды, 77% ММО, 0,1% щавелевой кислоты в качестве стабилизатора) продавливался через фильеру с 100 отверстиями (диаметр отдельных отверстий 70 мкм). Подаваемое количество раствора составляло 5,1 г/мин, что отвечает скорости вытекания 11,1 м/мин. Скорость приема на первый прядильный диск составляла 33,3 м/мин, а отношение скорости приема к скорости вытекания было, следовательно, равно 3. Формуемые волокна протягивались со скоростью, отвечавшей скорости 1-го прядильного диска, через осадительную ванну, имевшую температуру 33^оС и содержавшую 10% ММО. Температура последующей вытяжной ванны, содержащей 9% ММО, составляла 79^оС. Скорость приема на расположенный за вытяжной ванной 2-й диск была равна 46,9 м/мин, т.е. степень вытяжки составляла 41%
Получаемые волокна имели следующие показатели: Линейная плотность, дтекс 3,5 Прочность в кондициони- рованном состоянии, сН/текс 25 Удлинение в кондициони- рованном состоянии, 8,8
Принципиально волокна, получаемые при отношении скорости приема к скорости вытекания из отверстий, превышающем 1, могут еще подвергаться вытягиванию, однако, в меньшей степени, о чем свидетельствуют примеры 2 и 4.

П р и м е р 5. Получение пленки. 9%-ный раствор целлюлозы в ММО (целлюлоза типа Buckeye V5 фирмы Procter Gamble: 12% воды, 79% ММО, 0,1% щавелевой кислоты в качестве стабилизатора) продавливался через щелевую фильеру (ширина зазора 50 мкм, длина 30 мм). Расход прядильного раствора составлял 21,3 г/мин, что соответствует скорости вытекания 11,7 м/мин. Экструдируемый раствор проходил через воздушную прослойку в 8 мм, а затем через осадительную ванну (температура 24^оС, концентрация ММО 20%), длина пути в которой составляла 15 см, и принимался со скоростью 6 м/мин на 1-й прядильный диск. Итак, отношение скорости приема к скорости вытекания было равно 0,51. На последующей стадии процесса пленка поступала в вытяжную ванну (температура ванны 90^оС, концентрация 20%), длина пути в которой составляла 80 см, а затем вытягивалась 2-м диском (со скоростью 11 м/мин). Степень вытяжки составляла таким образом 83% Отмытая и высушенная пленка обладала следующими показателями: толщина 10 мкм, прочность 200 Н/мм², удлинение 6,5%
П р и м е р 6. Изготовление формованного изделия. По схеме, описанной в примере 5, получалась пленка, которая, однако, не подвергалась вытягиванию, т. е. снималась с 1-го прядильного диска. Невытянутая пленка подвергалась глубокой вытяжке посредством стеклянной палочки, глубина выдавливания составляла 3 мм. Затем пленка отмывалась и сушилась. В результате получалось устойчивое сформованное изделие.

Использование: производство целлюлозных волокон и пленок. Сущность изобретения: способ характеризуется формованием целлюлозного аминокислотного раствора путем его продаливания через фильеру или щель. Продавленные струйки раствора пропускают через воздушный зазор. В осадительной ванне осуществляют коагулирование струек раствора. После коагуляции осуществляют вытягивание волокон или глубокую вытяжку пленок. Фильерная вытяжка не превышает единицу. 1 табл.

Способ производства целлюлозных волокон и пленок, при котором осуществляют формование путем продавливания целлюлозного аминокислого раствора через фильеру или щель, пропускание продавленных струек раствора через воздушный зазор, коагулирование в осадительной ванне, отличающийся тем, что фильерная вытяжка не превышает единицу, а после коагуляции осуществляют вытягивание волокон или глубокую вытяжку пленок.