СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКОН ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2001 года по МПК D01F2/02 

Изобретение относится к способу изготовления волокон из целлюлозы, базирующегося на аминооксидном способе, а также к целлюлозным волокнам, в частности целлюлозным штапельным волокнам.

Несколько десятилетий проводится поиск способов изготовления формованных изделий из целлюлозы, которые должны заменить широко применяемый ныне вискозный способ. В качестве альтернативы был предложен способ, вызывающий интерес не в последнюю очередь благодаря его повышенной экологической безопасности. Этот способ предполагает растворение целлюлозы в органическом растворителе без получения производных целлюлозы и прессование из этого раствора формованных изделий, например волокон, пленок, волокон и мембран. Прессуемые таким способом волокна получили по спецификации BISFA (Международного Бюро Стандартизации Искусственных Волокон) родовое наименование "лиоселл". Под органическим растворителем BISFA подразумевает смесь органического соединения с водой.

Как показала практика, наиболее подходящим органическим растворителем для производства формованных изделий из целлюлозы является смесь третичного аминооксида с водой. При этом в качестве аминооксида используется, в основном, N-метилморфолин-N-оксид. Применение других аминооксидов рассмотрено, например, в EP-A - 0553070. Само понятие "аминооксидный способ" относится в общем смысле к производству целлюлозных формованных изделий с применением третичных аминооксидов.

В US-A - 4246221 описан аминооксидный способ приготовления целлюлозных растворов, которые в формовочном приспособлении, таком как фильера, вытягиваются в элементарные нити, пропускаются через осадительную ванну, в которой осаждается целлюлоза, впитывают воду и набухают. Целлюлозные и штапельные волокна могут быть получены из таких водосодержащих набухших нитей обычным способом, например путем отмывки и отделки.

Известно, что целлюлозные волокна, получаемые из растворов аминооксидов сухим/мокрым способом, имеют в отличие от извитых целлюлозных, например хлопковых, волокон ровное и круглое поперечное сечение. Такая округлость сечения и относительная гладкость наружной поверхности при дальнейшей обработке волокон в нити и изделия плоской формы могут стать причинами разных проблем, описываемых, к примеру, в EP-A - 0574870. Согласно указанной публикации описания изобретения к этим проблемам относятся слабая сцепляемость волокон при прядении из них нитей, недостаточная компактность нити для элементарных нитей, а также слишком малая устойчивость к раздвижкам плоских изделий, изготовленных из такой пряжи и элементарных нитей. В данном описании изобретения в качестве решения этих проблем предлагается продавливать аминооксидный раствор через фильеру, отверстия которой имеют не круглое, а профилированное, например Y-образное, поперечное сечение. Таким способом лиоселловым волокнам придается Y-образная форма поперечного сечения.

В томе 45 "Chemical Fibers International" за февраль 1995 г. на страницах 27 и 30 представлен выполненный с помощью микроскопа снимок четырех целлюлозных волокон, каждое из которых получено аминооксидным способом. Примечательным на этом снимке является то, что волокна, полученные одним и тем же способом, не являются идентичными друг другу. Отличия этих четырех волокон заметны даже под микроскопом. В упомянутом источнике не сказано, каким способом, понятным специалисту, можно изготовить отличающиеся друг от друга целлюлозные волокна, другими словами, специалисту не поясняется способ, позволяющий изготовить внешне отличающиеся друг от друга волокна.

В номере 6 "Textilia Europe" за 1994 год также описано целлюлозное волокно, полученное аминооксидным способом, при этом опять же не приведено каких-либо понятных специалисту подробностей, касающихся процесса производства такого волокна. Из информации, приведенной в этом источнике, можно выделить то, что целлюлозные волокна, процесс получения которых не описан, имеют устойчивую извитость. Однако никаких конкретных сведений, открывающих сущность этой извитости и способ ее достижения, не приводится.

Существует ряд причин, по которым извитые элементарные волокна являются наиболее подходящим материалом для получения различных волокон, в частности штапельных волокон. Например, извитые волокна лучше поддаются прочесыванию, поскольку при этом для получения чесальной ленты необходима определенная степень взаимной сцепляемости волокон. Извитое волокно лучше, чем неизвитое, сцепляется в ленту, благодаря чему возможно повышение скорости прочесывания.

На современном уровне техники применяется так называемый способ извивания волокна, позволяющий придавать волокнам извитость. Извитость, достигнутая таким способом, обычно исчезает уже после прочесывания, самое позднее - после прядения нитей, и текстильные ткани уже не содержат признаков извитости волокон. Если бы извитость волокон сохранялась, то текстильные ткани были бы объемными на вид и мягкими на ощупь.

Из WO 94/28220 и WO 94/27903 известен способ механического придания извитости лиоселловым волокнам. В соответствии с этим способом элементарные волокна, находящиеся в форме жгута, с целью удаления растворителя сразу после изготовления проводятся через несколько отмывочных ванн. Затем при температуре около 165^oC жгуты сушатся и после сушки вводятся в трубчатое устройство, где элементарные волокна сминаются, приобретая таким образом извитость. Дополнительно, извитые волокна подвергаются обработке горячим сухим паром, после чего нарезаются в штапельные волокна. Недостатком таких волокон является сложная технология их производства, требующая отдельной оснастки для извивания волокон, а также то, что извитость волокна достигается в результате его смятия. Кроме того, практика показала, что механически приданная извитость волокна, достигнутая этим известным способом, снова исчезает после нескольких следующих этапов отделки волокна.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления нового лиоселлового волокна, из которого нити и ткани могут быть изготовлены более легким способом, чем из обычного лиоселлового волокна. Это новое волокно должно изготавливаться способом, отличным от описанного в WO 94/28220 или WO 94/27903 способа механического извивания. Также для производства этого волокна не должны требоваться фильеры с некруглыми профилированными отверстиями. Наоборот, лиоселловое волокно, полученное предложенным в изобретении способом, должно изготавливаться в обычных фильерах с круглыми отверстиями.

Предложенный способ изготовления целлюлозного волокна включает в себя следующие этапы:
a) растворение целлюлозосодержащего материала в водном растворе третичного аминооксида для получения прядильного целлюлозного раствора;
b) формование этого целлюлозного раствора и проведение получаемых при этом элементарных волокон через водную осадительную ванну для получения водосодержащих набухших элементарных волокон;
c) отжим этих водосодержащих набухших элементарных волокон в различных точках, распределенных по длине волокна так, что на один миллиметр длины волокна приходится в среднем по крайней мере две таких точки отжима;
d) сушка отжатых элементарных волокон для получения целлюлозных волокон;
при этом давление отжима достаточно велико для того, чтобы точки отжима элементарного волокна остались различимы после сушки этого волокна и могли быть распознаны визуально в лучах линейно поляризованного света по изменению цвета.

В рамках данного описания и формулы изобретения под "точками отжима" следует также понимать места изгиба, скручивания и других изменений формы поперечного сечения элементарных и составных волокон.

Замысел изобретения основывается на открытии того, элементарное волокно, полученное аминооксидным способом и находящееся в набухшем состоянии, в результате отжима может измениться в поперечном сечении, и если отжим проведен с достаточно большим усилием, то изменения в точке отжима сохраняются после сушки этого волокна. Таким образом можно деформировать поперечное сечение целлюлозных волокон в точках отжима из круглой, например, в овальную форму. Такие точки отжима под микроскопом выглядят как впадины, уширения или перегибы.

Величина усилия, необходимого для отжима волокна, зависит, естественно, от ряда факторов, таких как титр волокна, степень набухания и требуемая степень деформации поперечного сечения. Авторами настоящего изобретения установлено, что усилие, необходимое для отжима с заданной степенью деформации поперечного сечения, может быть весьма просто определено опытным путем.

Отжим волокна может выполняться путем проведения набухших элементарных волокон через соответствующее формовочное приспособление, например обжимной пресс, при этом наружная поверхность такого пресса выполнена с выступами и углублениями для того, чтобы давление формования набухших элементарных волокон было переменным в продольном направлении и, таким образом, степень деформации этих волокон была также переменной.

Набухшие элементарные волокна могут также отжиматься путем их пропускания через двухвалковый пресс, оказывающий отжимающее действие, при этом наружная поверхность формовочного валка имеет заданный профиль.

Кроме того, можно соединить набухшие элементарные волокна в жгут, состоящий из тысяч таких волокон, закрутить этот жгут вокруг продольной оси и пропустить его через двухвалковый пресс, оказывающий отжимающее действие.

Отжим предпочтительно выполняется так, чтобы на миллиметр длины элементарного волокна приходилось по крайней мере три точки отжима, а еще лучше - по крайней мере шесть точек отжима.

Практика показала, что волокна, изготовленные предложенным в изобретении способом, легче поддаются кардному прочесыванию, так как такие волокна, благодаря наличию точек отжима, приобретают лучшую сцепляемость друг с другом, что облегчает процесс изготовления кардной ленты. Волокна, изготовленные предложенным в изобретении способом, обладают более высокой сцепляемостью в ленте по сравнению с обычными лиоселловыми волокнами, имеющими по всей длине круглое поперечное сечение. Это позволяет осуществлять более скоростное кардное прочесывание таких волокон.

Предпочтительный вариант предложенного в изобретении способа отличается тем, что получаемые на этапе (b) водосодержащие набухшие элементарные волокна перед отжимом нарезаются.

Еще один предпочтительный вариант предложенного в изобретении способа отличается тем, что эти нарезанные водосодержащие набухшие элементарные волокна превращаются в волокнистую массу, в которой отдельные элементарные волокна имеют хаотическую ориентацию, а также тем, что эта волокнистая масса подвергается прессованию. Практика показала, что в этом случае не требуется специального профилирования формовочных поверхностей, поскольку эффект прессования под переменным давлением, обеспечивающий неравномерность профиля формуемой поверхности, достигается благодаря неупорядоченному взаимному расположению волокон. Это означает, что в тех точках, где волокна перекрывают друг друга, на поверхность волокнистой массы действует большее давление. А это ведет к неравномерной деформации поперечного сечения.

В таком варианте предложенного способа прессование может выполняться в процессе обычного отжима промывочной воды из массы штапельных волокон, характерного для вискозного способа. Как правило, такое обезвоживание выполняется на одном или нескольких двухвалковых прессах, через которые пропускается масса штапельных волокон, уложенная на ленточное сито. При этом, однако, необходимо, чтобы давление, создаваемое одним или несколькими двухвалковыми прессами, обеспечивало не только выдавливание воды из волокнистой массы, но и в достаточной мере изменяло поперечное сечение нарезанных и набухших элементарных волокон.

Настоящее изобретение относится также к целлюлозному волокну, в частности, целлюлозному штапельному волокну, которое может быть получено предложенным в данном изобретении способом. Предложенное волокно отличается тем, что достигнутое в процессе формования изменение его поперечного сечения сохраняется, т. е. не исчезает после прочесывания или прядения нити. Это качество облегчает отделку предложенного лиоселлового волокна.

При исследовании волокон, полученных аминооксидным способом, на прочность и эластичность неожиданно было установлено, что изменение поперечного сечения волокон не влияет на эти качества волокон.

Кроме того, настоящее изобретение относится к нитям, тканям, нетканым, вязаным и трикотажным материалам, отличающимся тем, что они содержат предложенные в изобретении волокна.

Сущность изобретения более подробно поясняется на следующем примере.

Пример 1. Сначала согласно способу, описанному в EP-A - 0356419, был приготовлен прядильный раствор целлюлозы в водосодержащем N-метилморфолин-N-оксиде.

Способом, описанным в WO 93/19230, из этого прядильного раствора были изготовлены элементарные волокна, при этом использовалась фильера с круглыми отверстиями. После вытяжки в воздушном зазоре эти элементарные волокна были проведены через водную осадительную ванну, в которой целлюлоза коагулировала. Из полученных водосодержащих элементарных волокон, находившихся в набухшем и гидропластичном состоянии, были нарезаны штапели длиной 4 см.

В роторном смесителе из нарезанных элементарных волокон и воды был получен водяной шлам, завихренные нарезанные элементарные волокна укладывались на ленточное сито, на котором образовывалась волокнистая масса, волокна в этой массе имели хаотическую ориентацию.

Это ленточное сито проводилось через двухвалковый пресс, в котором на волокнистую массу действовало давление порядка 10⁶ Па в течение около 0,1 с. Затем волокнистая масса промывалась и пропускалась через еще один двухвалковый пресс, в котором на волокнистую массу снова действовало давление порядка 10⁶ Па. После этого полученные штапельные волокна осушались.

Исследование предложенных волокон с помощью поляризационного микроскопа с 400-кратным увеличением показало, что на одном миллиметре длины волокна имелось в среднем 7 точек отжима, заметных по изменению цвета в поляризованном свете. В этих точках отжима форма поперечного сечения волокон была не круглой, а в большей или меньшей степени неправильно деформированной. Упомянутое изменение цвета излучаемого света обусловлено отличием толщины волокна в каждой из точек отжима от нормальной толщины волокна.

Из полученных волокон были изготовлены нити, и, в соответствии с промышленным стандартом ФРГ DIN 53834, часть 1, были измерены величины длин сцепления этих волокнистых лент. Значения длин сцепления, полученные для волокон, изготовленных предложенным в настоящем изобретении способом, превышали значения аналогичного параметра для волокон с примерно круглым сечением, изготовленных обычным способом.

Изобретение относится к технологии получения целлюлозных волокон, в частности к целлюлозным штапельным волокнам, полученным аминооксидным способом, и может быть применено в производстве нитей, нетканых, вязаных или трикотажных материалов. Водосодержащие набухшие элементарные волокна формуют из раствора, содержащего целлюлозный материал. Отжимают эти волокна в различных точках, распределенных по длине волокна так, что на 1 мм длины волокна приходится в среднем по крайней мере две такие точки отжима, и сушат. Отжим проводят при давлении, достаточном для того, чтобы точки отжима элементарного волокна остались заметны после сушки этого волокна и при рассмотрении в лучах линейно поляризованного света могли быть распознаны по изменению цвета. Способ прост в исполнении и не требует замены обычно используемого в производстве волокон оборудования. 6 с. и 4 з.п.ф-лы.

1. Способ изготовления целлюлозных волокон, включающий растворение целлюлозосодержащего материала в водном растворе третичного аминоксида для получения прядильного целлюлозного раствора, формование этого целлюлозного раствора и проведение получаемых при этом элементарных волокон через водную осадительную ванну для получения водосодержащих набухших элементарных волокон, отжим этих водосодержащих набухших волокон в различных точках, распределенных по длине волокна так, что на 1 мм длины волокна приходится в среднем по крайней мере две такие точки отжима, сушку сжатых элементарных волокон для получения целлюлозных волокон, отжим которых осуществляется при давлении, достаточном для того, чтобы точки отжима элементарного волокна остались заметны после сушки этого волокна и при рассмотрении в лучах линейно поляризованного света могли быть распознаны по изменению цвета. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжим волокон выполняется так, что на 1 мм длины волокна приходится в среднем по крайней мере три точки отжима. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжим волокон выполняется так, что на 1 мм длины волокна приходится в среднем по крайней мере шесть точек отжима. 4. Способ изготовления целлюлозных волокон по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что получаемые на этапе формования водосодержащие набухшие элементарные волокна перед отжимом нарезаются. 5. Способ изготовления целлюлозных волокон по п.4, отличающийся тем, что нарезанные водосодержащие набухшие элементарные волокна превращают в волокнистую массу, в которой отдельные элементарные волокна имеют хаотическую ориентацию, причем эта волокнистая масса подвергается прессованию. 6. Целлюлозное волокно, которое может быть получено способом, соответствующим любому из пп.1 - 3. 7. Целлюлозное штапельное волокно, которое может быть получено способом, соответствующим п.4 или 5. 8. Нить, отличающаяся тем, что она содержит целлюлозные волокна, соответствующие п.6 или 7. 9. Ткань, отличающаяся тем, что она содержит целлюлозные волокна, соответствующие п.6 или 7. 10. Нетканый, вязаный или трикотажный материал, отличающийся тем, что он содержит целлюлозные волокна, соответствующие п.6 или 7.