СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВОЛОКНА Российский патент 1999 года по МПК D01F2/02 D01F11/02 D06M13/355 D06M13/41 D06M101/06 

Изобретение относится к способам обработки целлюлозного волокна и, более конкретно, касается усовершенствования способов обработки целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, для снижения его тенденции к фибриллированию.

Известно, что целлюлозное волокно можно получить путем экструзии раствора целлюлозы в подходящем растворителе в коагуляционную ванну. Один из примеров такого процесса описан в патенте США N 4246221. Целлюлоза растворяется в растворителе, таком как N-оксид третичного амина, например N-оксид-N-метилморфолина. Полученный раствор затем экструдируется через подходящую фильеру в водную ванну, образуя волокна, которые промываются в воде для удаления растворителя и затем высушиваются. Этот процесс называют "формованием из раствора", и получаемое в результате него целлюлозное волокно называют "целлюлозным волокном, полученным формованием из раствора". Целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора, отличается от целлюлозного волокна, полученного другими известными способами, которые основаны на образовании растворимого химического производства целлюлозы и его последующего разложения с регенерацией целлюлозы, например от волокна, полученного вискозным способом.

Волокно может проявлять тенденцию к фибриллированию, особенно когда оно подвергается механической нагрузке во влажном состоянии, фибриллирование происходит, когда структура волокна разрушается в направлении продольной оси, так что тонкие фибриллы частично отделяются от волокна, придавая ворсистость волокну и содержащим его тканям, например тканым или трикотажным материалам. Окрашенная ткань, содержащая фибриллированное волокно, имеет "матовый" вид, который нежелателен с эстетической точки зрения. Считается, что такое фибриллирование вызвано механическим истиранием волокон во время их обработки во влажном состоянии. В процессах мокрой обработки, таких как крашение, волокна неизбежно подвергаются механическому истиранию. Более высокие температуры и более продолжительное время обработки обычно приводят к большей степени фибриллирования. Целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора, оказывается особенно чувствительным к такому истиранию и, следовательно, часто оказывается более подверженным фибриллированию, чем другие типы целлюлозного волокна. Настоящее изобретение касается такой обработки целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, которая позволяет уменьшить или ингибировать его склонность к фибриллированию. Однако было обнаружено, что в некоторых случаях такая обработка может ухудшить механические свойства волокна, такие как прочность и растяжимость, например путем повышения хрупкости волокна, или ухудшить технологические свойства и ткани, в частности их окрашиваемость. Вызывает существенные трудности нахождение такого способа обработки, который обеспечил бы удовлетворительное снижение тенденции к фибриллированию и в то же время позволил избежать такого ухудшения свойств волокна.

В патенте Франции N 2273091 описан способ производства полинозного вискозного волокна искусственного шелка с пониженной тенденцией к фибриллированию. В этом способе волокно, находящееся в состоянии первичного геля, характерном для производства полинозного вискозного волокна, искусственного шелка, обрабатывают сшивающим агентом, содержащим по меньшей мере две акриламидные группы и щелочной катализатор. Этот первичный полинозный гель представляет собой гель с высокой степенью набухания, имеющий водопоглощение 190 - 200%; такое водопоглощение имеет только полинозное вискозное волокно искусственного шелка, которое ни разу не подвергалось сушке. Водопоглощение определяется как масса воды, удерживаемой в геле, на единицу массы абсолютно сухого материала. Для сравнения следует отметить, что никогда не подвергавшееся сушке известное вискозное волокно искусственного шелка обычно имеет водопоглощение в пределах 120 - 150%. В этом патенте в качестве предпочтительных сшивающих агентов указаны триакрилоилгексагидро-1,3,5-триазин и -N, N'-метилен-бис-акриламид.

В статье M.Dube & R.H.Blackwell "Осаждение и кристаллизация целлюлозы из растворов аминооксидов", опубликованной в материалах конференции TAPPI Proceedings, 1983 Dissolving and Speciality Pulps Conference, страницы 111 - 119, раскрывается, что тенденция к фибриллированию целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, может быть снижена за счет применения глиоксальной (диальдегидной) смолы. Однако известно, что глиоксальные смолы уменьшают окрашиваемость целлюлозных волокон, и обработку такими смолами обычно применяют в качестве последней стадии при отделке ткани. К этому моменту времени фибриллирование получаемых формованием из раствора целлюлозных волокон уже может произойти.

В основу изобретения положена задача такого способа обработки целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, для снижения его тенденции к фибриллированию, который обеспечил бы удовлетворительное снижение тенденции к фибриллированию и в то же время позволил избежать ухудшения свойств волокна.

Данная задача решается способом обработки целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, для снижения его тенденции к фибриллированию, включающем обработку предварительно высушенного волокна химическим реагентом, в котором согласно изобретению в качестве химического реагента используют реагент, имеющий по меньшей мере две функциональные группы с формулой -XCHCH₂, где X представляет собой электроноакцепторную группу, причем функциональные группы способны вступать в реакцию с целлюлозой посредством нуклеофильного присоединения с образованием алифатических простых эфирных групп с формулой -XCH₂CH₂O-целлюлоза.

Предпочтительно, чтобы химический реагент содержал по меньшей мере одну акриламидную или акрилатную эфирную группу в качестве функциональной группы, реагирующей с целлюлозой.

Целесообразно, чтобы химический реагент содержал по меньшей мере одну винилсульфоновую группу в качестве функциональной группы, реагирующей с целлюлозой.

Желательно, чтобы химический реагент содержал по меньшей мере одно кольцо, имеющее по меньшей мере три соединенные с ним функциональные группы, реагирующие с целлюлозой.

Полезно, чтобы химический реагент представлял собой триакрилоилгексагидротриазин.

Предпочтительно, чтобы химический реагент представлял собой N,N'-метилен-бис-акриламид.

Целесообразно, чтобы волокно обрабатывали водным раствором химического реагента.

Желательно, чтобы водный раствор являлся слабощелочным.

Возможно, чтобы волокно обрабатывали таким образом, что количество химического реагента, реагирующего с волокном, составляет от 0,2 до 5% от веса волокна.

Полезно, чтобы волокно обрабатывали таким образом, что количество химического реагента, реагирующего с волокном, составляет от 1 до 2% от веса волокна.

Предпочтительно, чтобы обработке подвергали волокна, содержащиеся в ткани.

Целесообразно, чтобы обработке подвергали волокна, содержащиеся в трикотажном полотне.

Желательно, чтобы химическим реагентом обрабатывали трикотажное полотно в виде жгутов.

Возможно, чтобы после обработки волокно окрашивали.

Полезно, чтобы химический реагент являлся по существу бесцветным.

Предпочтительно, чтобы волокно имело по существу один и тот же цвет до и после обработки химическим реагентом.

Целесообразно, чтобы волокно получали путем экструзии раствора целлюлозы в N-оксиде третичного амина в водную ванну, с последующим промыванием и сушкой.

Неожиданно было обнаружено, что выбор такой комбинации отличительных признаков настоящего изобретения дает преимущество в снижении тенденции к фибриллированию по сравнению со всеми способами обработки, описанными ранее.

Химический реагент предпочтительно содержит электрофильные углерод-углеродные двойные связи в качестве функциональных групп, реагирующих с целлюлозой. Электрофильные углерод-углеродные двойные связи активированы к присоединению нуклеофильных агентов и поляризованы путем замещения по меньшей мере одной электроноакцепторной группой. Целлюлоза содержит гидроксильные группы, которые реагируют с электрофильными углерод-углеродными двойными связями в химическом реагенте по реакции Михаэля с образованием простых эфирных групп. Обычно предпочтительными являются электрофильные углерод-углеродные двойные связи, замещенные одной электроноакцепторной группой. Примерами подходящих электроноакцепторных групп являются карбонильные группы, например амидные или эфирные группы, а также сульфоновые группы. Предпочтительными примерами таких функциональных групп являются акриламидные и акрилатные эфирные группы. Вещество, образующее электрофильные углерод-углеродные двойные связи, включает бета-сульфатоэтилсульфоновые и бета-хлорэтилсульфоновые группы. Углерод-углеродная двойная связь предпочтительно является двойной связью в винильной группе. Предпочтительным примером такой функциональной группы является винилсульфоновая группа. Дополнительное замещение у двойной связи обычно снижает реакционную способность связи к присоединению нуклеофила. Гидроксильные группы в целлюлозе реагируют с такими реагентами с образованием групп XCH₂CH₂O, где X - это электроноакцепторная группа, такая как CO или SO₂, а O - атом кислорода из гидроксильной группы целлюлозы.

Химический реагент в других случаях может содержать электрофильные трехчленные гетероциклические кольца в качестве функциональных групп, реагирующих с целлюлозой. Примерами таких колец являются азиридиновые кольца, в которых углеродные атомы предпочтительно являются незамещенными, а атом азота является третичным атомом азота. Гидроксильные группы в целлюлозе реагируют с азиридиновыми кольцами в таких реагентах для раскрытия кольца с образованием группы NHCH₂CH₂O, где целлюлоза связана с реагентом через простую эфирную группу. Примерами веществ, образующих азиридиновые кольца являются 2-хлорэтиламино, -2-сульфатэтиламино-, 2-хлорэтиламидо- и 2-хлорэтил-сульфонамидогруппы.

Связи в химическом реагенте предпочтительно должны быть устойчивыми к химическому гидролизу в условиях, обычно существующих при обработке и стирке тканей, и поэтому предпочтительны химические реагенты, в которых функциональные группы представляют собой винилсульфоновые или в особенности акриламидные группы. Функциональные группы в молекуле реагента могут быть одинаковыми или различными. Химический реагент может дополнительно содержать одну или более функциональных групп других типов, кроме электрофильных углерод-углеродных двойных связей, например химически активные атомы галогенов, соединенные с полиазиновым кольцом.

Способ обработки волокна, предложенный в этом изобретении, имеет то преимущество, что связи, образованные между реагентом и целлюлозой, устойчивы к химическому гидролизу в условиях, обычно существующих при обработке и стирке тканей, в особенности к гидролизу под действием слабых щелочей. Эти связи являются алифатическими простыми связями. Было обнаружено, что когда целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора, обрабатывают реагентом типа галогенированного полиазина, достигнутое в результате обработки снижение тенденции к фибриллированию теряется, когда ткань, содержащую обработанное волокно, подвергают промывке или стирке. Такие реагенты реагируют с целлюлозой с образованием большого числа ароматических-алифатических простых групп, которые, как известно, легче подвергаются химическому гидролизу в ходе обработки или стирки тканей.

Известно, что реагирующие с волокном активные красители, содержащие винилсульфоновые и в особенности акриламино-(акриламидо) группы, менее активны по отношению к целлюлозе, чем красители, которые представляют собой активные кислые хлориды (имидохлориды), в частности дихлортриазиновые и дихлорпиримидиновые активные красители. Поэтому было неожиданным обнаружить, что такие менее активные группы являются высокоэффективными для обработки, снижающей тенденцию к фибриллированию.

Химический реагент обычно содержит в качестве функциональных групп, реагирующих с целлюлозой, от двух до шести, предпочтительно от трех до шести, часто три или четыре, обычно три электрофильных углерод-углеродных двойных связей или трехчленных гетероциклических колец, либо вещества, их образующие. Химический реагент предпочтительно содержит по меньшей мере одно кольцо, имеющее по меньшей мере три, в частности три, присоединенные к нему функциональные группы, реагирующие с целлюлозой. Примерами таких колец являются полиазиновые кольца, например диазиновые или триазиновые кольца, которые могут быть гидрированными. Предпочтительным примером такого реагента является триакрилоилгексагидротриазин (1,3,5-трипропеноилпергидро-1,3,5-триазин, сокращенно ТАНТ), который ранее был предложен в качестве фиксатора окраски. Другие примеры реагентов включают продукты реакции двух молекул ТАНТ с одной с молекулой бифункционального реагента, способного реагировать с ТАНТ, например алифатического диола. Другим примером реагента является 2,4,6-трис(1-азиридинил)-1,3,5-триазин. Еще одним примером реагента является N, N'-метиленбисакриламид.

Волокно, получаемое формованием из раствора, которое было обработано по способу, предложенному в данном изобретении, предпочтительно имеет практически ту же окраску, что и необработанное волокно. Это может быть достигнуто путем использования химического реагента, который является практически бесцветным и поэтому не изменяет цвет волокна в результате обработки, например ТАНТ. Таким образом, обработанное волокно после этого пригодно для крашения любым известным способом, применяемым для целлюлозных волокон, пряжи или тканей.

Химический реагент предпочтительно применяется в виде водного раствора. Химический реагент может содержать одну или более растворяющих групп для повышения его растворимости в воде. Растворяющая группа может быть ионной, как, например, сульфокислотная группа, или неионной, как, например, олигомерные цепи полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля. Неионные группы обычно оказывают меньшее влияние на основные характеристики целлюлозного волокна при крашении, чем ионные группы, и по этой причине являются предпочтительными. Растворяющая группа может быть связана с химическим реагентом лабильной связью, например связью, которая расщепляется в результате гидролиза, после того как химический реагент прореагировал с целлюлозным волокном.

Известные процессы производства целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, включают следующие стадии:
/I/ растворение целлюлозы в растворителе, в частности в N-оксиде третичного амина с образованием раствора, причем растворитель способен смешиваться с водой;
/II/ экструзию раствора через фильеру с образованием предшественника волокна;
/III/ пропускание предшественника волокна по меньшей мере через одну водную ванну для удаления растворителя и формования волокна и промывание волокна; и
/IV/ сушку волокна.

Влажное волокно в конце стадии /III/ - это волокно, еще не подвергавшееся сушке, и оно обычно имеет водопоглощение в пределах 120 - 150%. Высушенное волокно после стадии /IV/ обычно имеет водопоглощение около 60 - 80%. Целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора, обрабатывают по способу, предложенному в настоящем изобретении, после сушки, то есть после стадии /IV/.

Процесс, предложенный в этом изобретении, можно проводить, используя обычную методику, применяемую для крашения целлюлозы активными красителями, в которой химический реагент используется так же или аналогично тому, как используется активный краситель. Процесс обработки может проводиться для волокна в виде жгутов или штапельного волокна, для пряжи, либо для тканей или трикотажного полотна. Предпочтительно процесс проводят для ткани перед процессом крашения и более предпочтительно во время промывки, хотя альтернативно его можно проводить одновременно или после процесса крашения, или в процессе промывки и затем в процессе крашения.

В таком процессе могут быть использованы известные красители, применяемые при крашении целлюлозы, например прямые красители или активные красители. Процесс, предложенный в этом изобретении, можно проводить, используя красильную ванну, которая содержит как обычный активный краситель, так и химический реагент. Функциональные группы в любых таких красителях и реагентах могут быть одинаковыми или различными.

Тенденцию к фибриллированию целлюлозного волокна можно снизить, применяя способ, предложенный в этом изобретении, без заметного снижения окрашиваемости волокна. Было выявлено, что возможно удалять краситель с окрашенного волокна или ткани, обработанной в соответствии с настоящим изобретением, и затем снова окрашивать их, и при этом не происходит значительного фибриллирования. Волокно или ткань по-прежнему проявляют малую тенденцию к фибриллированию после относительно жесткой химической обработки, которая требуется для удаления красителя с волокна или ткани.

Электрофильные углерод-углеродные двойные связи в химическом реагенте, используемые в способе, предложенном в настоящем изобретении, могут реагировать с целлюлозой с наибольшей скоростью в щелочной среде. Поэтому предпочтительно обрабатывать волокно, полученное формованием из раствора, слабощелочным водным раствором химического реагента, например водный раствор сделать щелочным путем добавления карбоната натрия (кальцинированной соды) или гидроксида натрия. Когда в качестве химического реагента используется ТАНТ, pH раствора предпочтительно должно быть в пределах от 10 до 13, более предпочтительно от 10,5 до 11,5. Альтернативно волокно может обрабатываться по двухстадийному методу: на первой стадии волокно обрабатывается слабой водной щелочью, а на второй стадии - раствором химического реагента, хотя вообще это менее предпочтительно. Такая предварительная обработка волокна или ткани щелочью известна в красильном деле как "предварительное подкрепление красильной ванны". Раствор химического реагента, используемый на второй стадии при двухстадийной обработке может содержать или не содержать добавляемую щелочь.

Электрофильные группы в химическом реагенте могут реагировать с целлюлозой при комнатной температуре, но, как правило, предпочтительно применять нагревание, чтобы существенно ускорить реакцию. Например, реагент может быть нанесен на волокно в горячем растворе или волокно, смоченное раствором реагента, может быть нагрето или обработано водяным паром, или смоченное реагентом волокно может быть нагрето до высыхания. Если волокно или ткань обрабатывают паром, то предпочтительно используется пар низкого давления, например с температурой от 100 до 110^oC, и время обработки паром может составлять, например, от 5 до 20 мин.

Волокно может быть промыто слабокислым водным раствором, например слабым раствором уксусной кислоты, после реакции химического реагента с целлюлозой, для того чтобы нейтрализовать всю добавленную щелочь.

Волокно может быть обработано так, чтобы весовое количество химического реагента, реагирующего с волокном, составляло от 0,1 до 10%, предпочтительно 0,2 - 5%, более предпочтительно 0,5 - 3%, еще более предпочтительно 1 - 2% от веса волокна. Химический реагент может реагировать с целлюлозным волокном так, чтобы он занимал менее 10% и предпочтительно менее 5% места (площади), занимаемого красителем на целлюлозном волокне, так чтобы можно было проводить последующее крашение волокна красителями, которые могут быть активными красителями или могут не быть ими.

Способ, предложенный в настоящем изобретении, применим к обработке волокна, содержащегося в трикотажном полотне или в тканях. Вообще было определено, что трикотажное полотно более подвержено фибриллированию, чем ткани. Ткани и трикотаж, обработанные способом, предложенным в настоящем изобретении, могут затем обрабатываться, в частности окрашиваться, в виде расплавленных полотнищ или такими методами, в которых ткани подвергаются более сильному истиранию, например в виде жгутов, включая метод эжекторного крашения. Трикотажное полотно лишь в редких случаях обрабатывается в расправленном виде и предпочтительно обрабатывается в виде жгутов. Ткани обычно обрабатываются в виде расплавленных полотнищ, а не в виде жгутов, чтобы избежать образования дефектных пятен и складок.

Преимущество этого изобретения состоит в том, что волокно или ткань может обрабатываться во время обычной стадии мокрой обработки и что поэтому не требуется никакого дополнительного времени или дополнительной стадии обработки. Стоимость машинной обработки времени составляет значительную часть стоимости обработки волокна или ткани и может превосходить стоимость используемых химических реагентов.

Целлюлозное волокно, в частности в виде тканей, изготовленных из такого волокна, может быть обработано ферментом целлюлoзой, чтобы удалить поверхностные фибриллы. Фермент целлюлоза может применяться в виде водного раствора, и его концентрация может быть в пределах 0,5 - 5%, предпочтительно 1 - 3% по весу, а pH раствора может быть в пределах 4 - 6. В растворе может присутствовать неионный детергент. Ткань может обрабатываться при температуре от 20 до 70^oC, предпочтительно от 40 до 65^oC в течение промежутка времени от 15 мин до 4 ч. Эта обработка целлюлoзой может использоваться для удаления фибрилл с волокон, полученных формованием из раствора, пряжи и тканей, которые были обработаны химическим реагентом по способу, предложенному в настоящем изобретении.

Это изобретение иллюстрируется следующими ниже примерами. Во всех случаях использовалось полученное формованием из раствора целлюлозное волокно, поставляемое фирмой "Кортолдс Файбес лимитед" под товарным знаком "Тенсел". Степень фибриллирования применяемых материалов оценивали, используя методику, описанную ниже под названием "метод испытаний 1", и тенденцию к фибриллированию оценивали при помощи методик, описанных ниже как "методы испытаний 2 - 4".

Метод испытаний 1 (оценка степени фибриллирования).

Для оценки фибриллирования нет общепринятого универсального стандарта, и поэтому, чтобы определить индекс фибриллирования (F.I) использовали следующий метод. Идентифицировали ряд образцов волокна, имеющих различные (начиная от нуля) и возрастающие степени фибриллирования. Затем отмеряли стандартную длину волокна у каждого образца и подсчитывали число фибрилл (тонких волосоподобных ворсинок, отходящих от основного волокна), приходящееся на стандартную длину. Измеряли длину каждой фибриллы и определяли для каждого волокна условное число, равное произведению числа фибрилл на среднюю длину каждой фибриллы. Волокно, имеющее наибольшую величину этого произведения, было идентифицировано как наиболее фибриллированное волокно, и ему был приписан условный индекс фибриллирования, равный 10. Волокну, у которого полностью отсутствовало фибриллирование, был приписан индекс, равный нулю, а остальные волокна были равномерно распределены по индексам от 0 до 10 на основе условных чисел, полученных путем микроскопических измерений.

Измеренные волокна затем были использованы для создания стандартной градуировочной шкалы. Чтобы определить индекс фибриллирования для любого другого образца волокна, пять или десять волокон визуально сравнивали под микроскопом со стандартными градуировочными волокнами. Визуально определенные числа для каждого волокна затем усредняли, и получали индекс фибриллирования для испытываемого образца. Следует отметить, что визуальная оценка и усреднение во много раз быстрее, чем измерение, и оказалось, что такие оценки волокон опытными специалистами-технологами согласуются между собой.

Индекс фибриллирования для тканей определяли на волокнах, взятых поверхности тканей. Ткани, у которых F.I. составляет более 2,0 - 2,5, имеют некрасивый внешний вид.

Метод испытаний 2 (промывка, отбеливание, крашение)
(I) Промывка.

1 г волокна помещали в цилиндр из нержавеющей стали длиной приблизительно 25 см и диаметром 4 см, имеющий емкость приблизительно 250 мл. Добавляли 50 мл обычного промывочного раствора, содержащего 2 г/л Детергил FS 955 (анионный детергент производства фирмы "Ай. Си. Ай.") (Детергил - товарный знак) и 2 г/л карбоната натрия, цилиндр закрывали завинчивающейся крышкой, и закрытый цилиндр взбалтывали путем переворачивания со скоростью 60 раз в минуту в течение 60 мин при 95^oC. После промывки волокно прополаскивали горячей и холодной водой.

(II) Отбеливание.

К волокну добавляли 50 мл отбеливающего раствора, содержащего 15 м/л 35%-ного пероксида водорода, 1 г/л гидроксидa натрия, 2 г/л Престогенa РС (стабилизатор отбеливания, производства фирмы BASF AG) (Престоген - товарный знак) и 0,5 мл/г Иргалонa РА (секвестрант, производства фирмы "Сиба-Гейги" AG) (Иргалон - товарный знак) и закрывали цилиндр завинчивающейся крышкой. Затем цилиндр многократно взбалтывали, как описано выше, в течение 90 мин при 95^oC. Отбеленное волокно затем прополаскивали горячей и холодной водой.

(III) Крашение.

Добавляли 50 мл красильного раствора, содержащего 8% (от веса волокна) активного красителя Процион Нэйви НЕР 150 (Процион - товарный знак фирмы "Ай. Си. Ай.") и 55 г/л глауберовой соли, и цилиндр закрывали крышкой и многократно взбалтывали, как описано выше, в течение 10 мин при 40^oC. Температуру повышали до 80^oC и добавляли карбонат натрия до концентрации 20 г/л. Затем цилиндр снова закрывали и взбалтывали, как описано выше, в течение 60 мин. Волокно промывали водой. Затем добавляли 50 мл раствора, содержащего 2 мл/л детергента Сандопур SR (производства фирмы "Сандоз" AG) (Сандопур - товарный знак) и цилиндр закрывали крышкой. Затем цилиндр взбалтывали, как описано выше, в течение 20 мин при 100^oC. Окрашенное волокно затем прополаскивали и сушили. После этого оценивали степень фибриллирования по методу испытаний 1.

Метод испытаний 3.

Ткани подвергали истиранию во влажном состоянии, используя для этого типичный цикл стирки - сушки в барабане, применяемый в домашних условиях (цикл W/T). Ткань подвергали стирке в растворе DAZ (детергент для домашней стирки, производства фирмы "Проктор энд Гэмбл") (DAZ - товарный знак) в течение 45 мин при 60^oC.

Метод испытаний 4 (смеситель).

Если образец испытываемого волокна не был до этого промыт, его промывали, используя метод испытаний 2 /II/.

0,5 г волокна, разрезанного на кусочки длиной 5 - 6 мм и диспергированного в 500 мл воды при комнатной температуре, помещали в домашний смеситель (ликвидайзер) и смеситель включали на 2 мин при скорости 12000 об/мин. Затем волокно собирали, высушивали, и оценивали степень фибриллирования, используя метод испытаний 1. Метод 4 создает более жесткие условия для фибриллирования, чем метод 2.

Сравнительный пример 1.

Не подвергавшееся сушке целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора (жгут волокна с линейной плотностью 1,7 децитекс, длиной 30 см) плюсовали раствором водной щелочи (100 мл), содержащим N,N'-метилен-бис-акриламид (10 г) и сульфат натрия (100 г/л), в различных условиях промывали 0,1%-ной (по объему) уксусной кислотой и высушивали. F.I. определяли после обработки по методу испытаний 4. Условия каждой обработки и результаты определения F.I. приведены в табл. 1.

Пропаривание проводили при 100^oC и относительной влажности 98%. Волокно обесцвечивалось, если в качестве щелочи использовали NaOH. Во всех случаях наблюдалось умеренное улучшение F.I.

Сравнительный пример 2.

Никогда не подвергавшееся сушке целлюлозное волокно, полученное формованием из раствора (линейная плотность 1,7 текс, длина 30 см), плюсовали водным щелочным раствором (100 мл), содержащим ТАНТ (20 г/л), в различных условиях, споласкивали 0,1%-ной (по объему) уксусной кислотой и высушивали. F. I. определяли после обработки по методу испытаний 4. Условия обработки и результаты определения F.I. приведены в табл. 2.

Заметное улучшение F.I. наблюдалось почти во всех случаях. Однако длительность нагревания, необходимая для такой обработке, неприемлема при непрерывном производстве волокна, получаемого формованием из раствора.

Сравнительный пример 3.

Три образца не подвергавшегося сушке целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, обрабатывали растворами ТАНТ различными способами, как описано ниже. Затем их промывали, отбеливали, окрашивали в соответствии с методом 2 и измеряли F.I. после каждой стадии по методу 4.

Образец 1 плюсовали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Na₃PO₄ (10 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л) и затем нагревали при 70^oC 6 мин.

Образец 2 плюсовали раствором, содержащим ТАНТ (30 г/л) и затем пропаривали при 100^oC 20 мин.

Образец 3 сначала плюсовали раствором, содержащим Na₂CO₃ (2 г/л), при 70^oC и затем плюсовали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Na₂CO₃ (8 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л) при 70^oC.

Были получены следующие средние величины для F.I. (см. табл. 3); в скобках указано число параллельных экспериментов, проведенных в каждом случае.

Хотя для образца 1 были получены хорошие результаты, требуемое время нагревания неприемлемо при проведении непрерывного процесса производства волокна, получаемого формованием из раствора.

Пример 1.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора (ткань стандартного переплетения 123 gm - 2 из пряжи 20 текс с кольцепрядильной машины, состоящей из волокна с линейной плотностью 1,7 децитекс) плюсовали водным раствором ТАНТ (20 г/л), Na₂CO₃ (10 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л) и нагревали 15 мин при 70^oC (образец 1). Контрольный образец обрабатывали таким же образом, за исключением того, что ТАНТ не добавляли. Другой образец ткани плюсовали водным раствором ТАНТ (20 г/л) и NaOH (20 г/л) и нагревали 30 мин при 40^oC (образец 2). Образцы ткани затем окрашивали в следующих условиях. Образец погружали в ванну, содержащую Процион Нэйви H4R (4% от веса ткани) (монохлортриазиновый активный краситель производства фирмы "Ай. Си. Ай.") (Процион - товарный знак), Мэйтексил PAL (3 г/л) (слабый окислитель - нитробензосульфокислота, производства фирмы "Ай. Си. Ай".) (Мэйтексил - товарный знак) и Депсолюб АСА (1 г/л) (стойкий к щелочам замасливатель для эжекторного крашения фирмы "Ай. Си. Ай.") (Депсолюб - товарный знак) при 25^oC. Температуру повышали до 80^oC и одновременно прибавляли тремя порциями NaCl до концентрации 70 г/л. Температуру поддерживали в течение 20 мин, добавляли Na₂CO₃ в течение 10 мин до концентрации 20 г/л и температуру поддерживали еще 60 мин. Затем ткань споласкивали и промывали в мыльном растворе (из мыльных стружек, 2 г/л) 20 мин при кипячении. Окрашенные и высушенные ткани подвергали стирке и сушке в барабане пять раз и определяли F.I. Были получены следующие результаты (среднее из двух экспериментов):
Контрольный образец - 3,7
Образец 1 - 0,8
Образец 2 - 1,8
Трикотажное полотно из целлюлозного волокна (кругловязанный трикотаж 193 gm - 2, из пряжи 20 текс с роторно-прядильной машины, из волокна с линейной плотностью 1,7 децитекс) обрабатывали и окрашивали так же, как описано выше, и после двух и четырех циклов стирки и сушки в барабане определяли F.I., что дало следующие результаты (см. табл. 4).

Пример 2.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, которую использовали в примере 1, промывали в расправленном по ширине виде раствором, содержащим Детергил (2 г/л), щелочь (2 г/л), ТАНТ (20 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л), и нагревали при 95^oC 1 ч. Измеряли содержание азота в промытом и высушенном волокне по методу Кьельдаля, и из этих данных рассчитывали весовое содержание ТАНТ в ткани. Образец ткани, обработанный аналогичным способом, но без ТАНТ, использовали в качестве контроля. Образцы ткани затем окрашивали прямым красителем Солофенил Ред ЗВL (производства фирмы "Сиба-Гейги" AG) (Солофенил - товарный знак) в форме жгута на красильной барке, как описано ниже. Волокно погружали в ванну, содержащую краситель (4% от веса ткани) при 50^oC, температуру повышали до 100^oC в течение 30 мин и выдерживали при этой температуре 15 мин, прибавляли Na₂SO₄ до концентрации 20 г/л, и температуру поддерживали еще 45 мин, после чего ткань промывали и сушили. Образцы ткани затем несколько раз стирали и сушили в барабане, определяя F. I. после каждого цикла стирка/сушка, и получили следующие результаты (см. табл. 5).

Образец 3 имеет более тусклую окраску, чем другие образцы, и можно полагать, что этот образец содержал слишком большое количество ТАНТ.

Пример 3.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, такую же, как в примере 1, в расправленном виде промывали раствором Детергила (2 г/л) и Na₂CO₃ (2 г/л) в течение 1 ч при 95^oC. Затем ткань в виде жгута подвергали последовательной обработке на красильной барке. Первую обработку проводили, используя раствор, содержащий ТАНТ (20 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л) и N₂SO₄(30 г/л) при 20^oC в течение 10 мин. Затем добавляли краситель Драймарен Оранж КЗR (дихлорфторпиримидиновый активный краситель фирмы "Сандоз") (Драймарен - товарный знак) в количестве 4% от веса волокна. Через 10 мин температуру ванны повышали до 50^oC в течение 50 мин и поддерживали эту температуру еще 20 мин. Затем добавляли Na₂CO₃ (18 г/л), и обработку продолжали еще в течение 60 мин при 50^oC. После этого ткань промывали в мыльном растворе и сушили. Контрольный образец обрабатывали так же, но без добавления ТАНТ. Затем образцы ткани подвергали стирке и сушке в барабане (несколько циклов). Были получены следующие величины F.I. (см. табл. 6).

Пример 4.

Образцы ткани из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, аналогичной той, которую использовали в примере 1, промывали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Детергил (2 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л) и Na₂SO₄ (20 г/л) при 95^oC в течение 1 ч. Контрольные образцы промывали таким же образом, но в отсутствие ТАНТ. Промывку осуществляли либо на роликовой машине в расправленном виде, либо на красильной барке (на машине с барабанчиком) в виде жгута. Затем образцы тканей окрашивали в виде жгутов на красильной барке следующим способом. Ткань обрабатывали в ванне, содержащей краситель Процион Грин Н4G (монофункциональный активный краситель производства фирмы "Ай. Си. Ай. ", 4% от веса ткани), Депсолюб АСА (1 г/л/)(стойкий к щелочам замасливатель, поставляемый фирмой "Ай. Си. Ай." для использования при эжекторном крашении, Депсолюб - товарный знак) и Мэйтексил PAL (слабый окислитель - нитробензосульфокислота, используется как вспомогательное вещество для предотвращения восстановления красителя) (Мэйтексил - товарный знак фирмы "Ай. Си. Ай. "), 3 г/л. Ткань пропускали через ванну в течение 10 мин при 20^oC, затем температуру повышали до 80^oC и одновременно добавляли порциями NaCl (70 г/л); температуру поддерживали при 80^oC 20 мин, добавляли Na₂CO₃ (20 г/л) в течение 10 мин, и температуру поддерживали при 80^oC 60 мин. Затем ткань прополаскивали и промывали в мыльном растворе, содержащем Сандопур SR (2 г/л) (детергент производства фирмы "Сандоз", Сандопур - товарный знак), в течение 20 мин при 95^oC. Затем ткани подвергали несколько раз стирке и сушке в барабане (несколько циклов), были получены следующие величины F.I. (см. табл. 7).

Можно полагать, что результат, полученный для ткани при промывании на красильной барке с использованием ТАНТ, после 5 циклов стирки-сушки в барабане, был аномальным.

Пример 5.

Трикотажное полотно однониточного вязаного переплетения из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, полностью обрабатывали на красильной машине для эжекторного крашения. Этот тип машины дает наиболее жесткие условия обработки и поэтому, вероятно, вызывает наиболее сильное истирание волокна. Ткань сначала промывали в ванне, содержавшей ТАНТ (20 г/л), Na₂SO₄ (25 г/л), Депсолюб АСА (1 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л) и Сандопур SR (2 г/л) при 50^oC в течение 10 мин. Температуру повышали до 95^oC и поддерживали на этом уровне 60 мин. После этого ткань промывали водой и затем обрабатывали в ванне, содержавшей Na₂SO₄ (70 г/л) и Теболан UF (3 г/л) - неионный замасливатель, полученный от фирмы "Д-р Т.Бем", Германия (Теболан - товарный знак) при 25^oC в течение 15 мин, после чего добавляли в течение 10 мин Процион Ред НЕ-7В (4% от веса ткани) (бис-монохлортриазиновый активный краситель фирмы "Ай. Си. Ай."). Температуру повышали до 80^oC и поддерживали на этом уровне 20 мин. Добавляли Na₂CO₃ (2 г/л) в течение 10 мин, и ткань обрабатывали в машине в течение 1 ч, после чего ее споласкивали и промывали мыльным раствором. Ткань содержала 5,16% вес. ТАНТ (рассчитано по содержанию азота, определенному методом Кьельдаля). Поверхность ткани со стороны, обращенной к формунке, имела величину F.I., равную 0,2, и эта величина оставалась неизменной после 35 циклов стирки - сушки в барабане. Сторона ткани, обращенная к формунке, подвергается наиболее жесткой обработке, и одежды из этой ткани обычно шьют так, чтобы эта сторона была внутренней.

Пример 6.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора (115 gm - 2, основное плетение из пряжи 20 текс, полученной на кольцепрядильной машине из волокна с линейной плотностью 1,7 децитекс) промывали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Детергил (2 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л), в течение 1 ч при 95^oC. Контрольный образец промывали таким же образом, но без добавления ТАНТ. Образцы ткани затем окрашивали красителем Процион Браун НЗР (4% от веса ткани) (монохлортриазиновый активный краситель производства фирмы "Ай. Си. Ай.", Процион - товарный знак) следующим образом. Ткань обрабатывали раствором, содержащим краситель, Мэйтексил РАL (3 г/л) и Депсолюб АСА (1 г/л) при 25^oC. Затем температуру повышали до 80^oC и одновременно добавляли NaCl тремя порциями до концентрации 70 г/л. Поддерживали температуру 80^oC 20 мин, после чего добавляли Na₂CO₃ в течение 10 мин до общей концентрации 22 г/л. Крашение продолжали еще 60 мин, и в течение этого времени отбирали на анализ пробы из красильной ванны и образцы ткани. Общее количество красителя на каждой из двух тканей оценивали по величине Q. Сравнение обработанной ткани с контрольной дало Q = 100,2% (стандарт = 100%).

Результаты приведены в табл. 8, где цифры в столбцах "краситель в ванне" выражены в процентах от количества красителя первоначально находившегося в ванне; цифры в столбцах "краситель на волокне" выражены в процентах от величины Q, которая достигается через 60 мин после начала крашения.

Можно видеть, что обработанная ткань окрашивается с удовлетворительной скоростью.

Пример 7.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, промывали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Детергил (2 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л), Na₂SO₄ (25 г/л), в течение 1 ч при 95^oC. Контрольный образец промывали таким же образом за исключением того, что ТАНТ отсутствовал. Обработанный и контрольный образцы затем окрашивали либо прямым, либо активным красителем, обрабатывали, чтобы удалить краситель с ткани, вновь окрашивали тем же красителем, что и в первый раз, и подвергали несколько раз циклам стирки и сушки в барабане (циклы W/T). На каждой стадии определяли индекс фибриллирования.

Для крашения ткани были использованы следующие два метода.

Прямой краситель, метод нейтральной ванны; погружают ткань в раствор, содержащий краситель Сириус Супер Виолет F 28LL (4% от веса ткани, Сириус - товарный знак фирмы "Байер") и Na₂SO₄ (18 г/л), при комнатной температуре; повышают температуру до 97^oC в течение 45 мин; поддерживают температуру 1 ч; промывают и сушат.

Активный краситель, стандартный метод: погружают ткань в раствор красителя Процион Ред МХ-8В (4% от веса ткани) производства фирмы "Ай. Си. Ай." (Процион - товарный знак) при 40^oC; поддерживают температуру в течение 10 мин, добавляют NaCl до концентрации 60 г/л, поддерживают температуру 30 мин, добавляют Na₂CO₃ до 5 г/л, поддерживают температуру 30 мин, споласкивают, промывают в мыльном растворе, приготовленном из мыльных стружек (2 г/л) 15 мин при 100^oC, сушат.

Для удаления красителя с ткани были использованы следующие три метода; в каждом случае ткань по окончании обработки споласкивали и сушили.

Метод A: обрабатывали ткань раствором Na₂CO₃ (6 г/л) и гипосульфита натрия (6 г/л) 1 ч, при 100^oC.

Метод B: обрабатывали ткань раствором гипосульфита натрия (10 г/л) 20 мин на холодe и затем добавляли такое количество раствора биосульфита или тиосульфата натрия (2,5 г/л), которое достаточно для разложения остатка гипохлорита.

Метод C: применяет метод A и затем метод B. Полученные результаты определения F.I. показаны в табл. 9.

Можно видеть ткань после повторного крашения проявляет в каждой случае значительно меньшую тенденцию к фибриллированию, чем контрольный образец ткани.

Пример 8.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, такую же как в примере 1, промывали при различных значениях pH в растворе, содержащем ТАНТ (10 г/л), Детергил FS955 (2 г/л), Na₂SO₄ (5 г/л) и щелочь, при 95^oC 1 ч. Соотношение жидкости и ткани составляло 10 : 1. Затем образцы обрабатывали раствором, содержащим Процион Ред НЕ7В (4% от веса ткани) (от фирмы "Ай. Си. Ай."), Мэйтексил РА (3 г/л) и Депсолюб АСА (1 г/л), при 25^oC; температуру повышали до 80^oC в течение 30 мин и одновременно добавляли NaCl до концентрации 70 г/л; температуру поддерживали в течение 20 мин; добавляли Na₂CO₃ до 20 г/л; температуру поддерживали 60 мин; затем ткань прополаскивали и промывали в мыльном растворе, содержащем Сандопур SR (2 г/л), 20 мин при 95^oC. Соотношение жидкости и ткани составляло 70 : 1. После сушки ткань подвергали стирке и сушке в барабане (5 циклов).

Определяли индекс фибриллирования образцов ткани и содержание ТАНТ в образцах, которое рассчитывали, исходя из содержания азота, определенного по методу Кьельдаля. Были получены следующие результаты (см. табл. 10).

Можно видеть, что уровень фиксации ТАНТ был больше и тенденция к фибриллированию меньше, чем pH ванны при промывке, - больше 10, и что самые лучшие результаты по величине F.I. были получены при значениях pH от 10,5 до 11,5.

Пример 9.

Ткань или трикотажное полотно из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, аналогичные тем, которые были использованы в примере 1, обрабатывали в красильной барке раствором, содержащим ТАНТ (различные количества), Детергил (2 г/л), Na₂CO₃ (10 г/л) и Na₂SO₄ (5 г/л), в течение 1 ч при 95^oC. Контрольный образец промывали раствором, содержащим Детергил (2 г/л) и Na₂CO₃ (2 г/л) 1 ч при 95^oC. Соотношение жидкости и ткани составляло 15 : 1. Затем образцы окрашивали красителем Процион Ред НЕ-7В так же, как в примере 8, и подвергали стирке и сушке в барабане (1 цикл). Были получены следующие значения F.I. (см. табл. 11).

Можно видеть, что тенденция к фибриллированию значительно снижается даже при самых низких концентрациях ТАНТ.

Пример 10.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, такую же, как в примере 1, промывали раствором, содержащим ТАНТ (20 г/л), Детергил (2 г/л), Na₂CO₃ (2 г/л) и Na₂SO₄ (25 г/л), при 95^oC 1 ч. Контрольный образец промывали таким же раствором, но без ТАНТ. Образцы ткани затем отбеливали, помещая их в раствор, содержащий пероксид водорода (15 мл 35%-ного раствора на литр), Престоген РС (1 г/л) - стабилизатор отбеливания, производства фирмы BASF AG (Престоген - товарный знак), Трилон C (0,5 г/л) (Трилон - товарный знак фирмы BASF) и NaOH (1 г/л/, при 50^oC, после чего температуру повышали до 85^oC и поддерживали на этом уровне 60 мин, и после этого образцы прополаскивали. Затем образцы окрашивали красителем Процион Браун НЗR так же, как описано в примере 6. После различного числа циклов стирки и сушки в барабане были получены следующие значения F.I. (см. табл. 12).

Можно видеть, что снижение тенденции к фибриллированию, достигнутое в результате обработки ТАНТ, сохраняется даже после отбеливания.

Пример 11.

Ткань из целлюлозного волокна, полученного формованием из раствора, такую же, как в примере 1, загружали в красильную машину, где содержалась ванна - водный раствор при 50^oC, содержавший анионный или неионный замасливатель. Ткань пропускали через ванну, чтобы смочить ее этим раствором, и затем в ванну добавляли ТАНТ (4 г/л), после чего добавляли Na₂CO₃ (10 г/л) и Na₂SO₄ (5 г/л), чтобы величина pH достигла 10,5 - 11,5. Температуру ванны повышали до 95^oC, одновременно продолжая пропускать ткань через ванну, и эту температуру поддерживали 1 ч. Было найдено, что эти условия обработки дают хорошую фиксацию на ткани и устойчивость к фибриллированию. Требуемый уровень фиксации ТАНТ составлял более 1%, предпочтительно 1,2 - 1,5% от веса ткани. Ткань затем промывали в мыльном растворе и сушили, и в результате получали ткань с низкой тенденцией к фибриллированию.

Изобретение относится к технологии получения искусственных волокон, в частности к обработке целлюлозного волокна для снижения его тенденции к фибриллированию. Волокно формуют из раствора целлюлозы в N-оксиде третичного амина в водную ванну, промывают и высушивают. Затем обрабатывают химическим реагентом, в частности в виде слабощелочного водного раствора. Реагент имеет по меньшей мере две функциональные группы -ХСНС₂ где Х - электроноакцепторная группа. Эти группы способны вступать во взаимодействие с целлюлозой путем нуклеофильного присоединения с образованием алифатических простых эфирных групп формулы -ХСН₂СН₂О-целлюлоза. По меньшей мере одна из групп может быть акриламидной, акрилатной эфирной или винилсульфоновой. Реагент может содержать по меньшей мере одно кольцо с по меньшей мере тремя соединенными с ним функциональными группами, реагирующими с целлюлозой. Волокно можно обрабатывать в виде ткани, трикотажного полотна, жгутов. Технический результат состоит в снижении тенденции к фибриллированию при сохранении полезных свойств волокон. 17 з.п. ф-лы, 12 табл.

1. Способ обработки целлюлозного волокна, получаемого формованием из раствора, для снижения его тенденции к фибриллированию, включающий обработку предварительно высушенного волокна химическим реагентом, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют реагент, имеющий по меньшей мере две функциональные группы формулы - ХСНСН₂, где Х представляет собой электроноакцепторную группу, причем функциональные группы способны вступать в реакцию с целлюлозой посредством нуклеофильного присоединения с образованием алифатических простых эфирных групп формулы - ХСН₂СН₂О - целлюлоза. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химический реагент содержит по меньшей мере одну акриламидную или акрилатную эфирную группу в качестве функциональной группы, реагирующей с целлюлозой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что химический реагент содержит по меньшей мере винилсульфоновую группу в качестве функциональной группы, реагирующей с целлюлозой. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что химический реагент содержит от двух до шести функциональных групп, реагирующих с целлюлозой. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что химический реагент содержит по меньшей мере одно кольцо, имеющее по меньшей мере три соединенные с ним функциональные группы, реагирующие с целлюлозой. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что химический реагент представляет собой триакрилоилгексагидротриазин. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что химический реагент представляет собой N,N^'-метилен-бис-акриламид. 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что волокно обрабатывают водным раствором химического реагента. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что водный раствор является слабощелочным. 10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что волокно обрабатывают таким образом, что количество химического реагента, реагирующего с волокном, составляет от 0,2 до 5% от веса волокна. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что волокно обрабатывают таким образом, что количество химического реагента, реагирующего с волокном, составляет от 1 до 2% от веса волокна. 12. Способ по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что обработке подвергают волокна, содержащиеся в ткани. 13. Способ по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что обработке подвергают волокна, содержащиеся в трикотажном полотне. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что химическим реагентом обрабатывают трикотажное полотно в виде жгутов. 15. Способ по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что после обработки волокно окрашивают. 16. Способ по любому из пп.1 - 15, отличающийся тем, что химический реагент является, по существу, бесцветным. 17. Способ по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что волокно имеет, по существу, один и тот же цвет до и после обработки химическим реагентом. 18. Способ по любому из пп.1 - 17, отличающийся тем, что волокно получают путем экструзии раствора целлюлозы в N-оксиде третичного амина в водную ванну с последующим промыванием и сушкой.