СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА Российский патент 2009 года по МПК D01B1/00 D01G21/00 D01C1/02 

Изобретение может быть использовано в текстильной промышленности при получении очищенного льноволокна, пригодного для изготовления широкого ассортимента материалов технического назначения для утеплителей в стройиндустрии, элементов дизайна и шумоизоляционных панелей в автомобилестроении, для которых необходимы огнезащитные свойства.

Уровень техники

Очевидна мировая тенденция использования натуральных волокон для улучшения функциональных, потребительских и экологических свойств продукции [Грицев П., Лобачева Б. Товарная структура экспорта продукции льняной отрасли // Рынок легкой промышленности. 2004. - №39. - с.44-45]. Однако как волокна, так и изделия из них легко воспламеняются и поддерживают горение.

Отходы трепания, короткое волокно, очесы и т.д., доля которых в общем балансе льняного сырья превышает 70%, имеют значительно меньшую стоимость в сравнении с длинноволокнистым льном и сохраняют все его положительные природные свойства. Однако в настоящее время они используются крайне нерационально. Качественная же очистка и обработка позволит использовать их для изготовления более сложных и высокодоходных изделий технического назначения.

Отходы льнопереработки представляют собой хаотичную массу перепутанных волокон различной длины - 5-400 мм, различной тонины - линейная плотность 0.3-10 текс, с закостренностью до 50%, с высоким содержанием природных примесей. При получении волокна, пригодного для изготовления материалов технического назначения, используют механическую очистку. Она включает разрыхление волокнистой массы, частичное укорочение, разволокнение грубых комплексов (продольное их деление на более тонкие) и максимальное удаление костры и сорных примесей.

Известны способы получения короткого льноволокна при включении его в состав смесей льняного очеса для последующего изготовления технических тканей. Его очистка в этом случае включает разрыхление, очистку от костры и пыли, перемешивание и формирование потока волокон в виде ленты [Справочник по прядению льна./под ред. С.В.Тарасова. М.: 1979, - с.79]. При этом требуемая степень очистки достигается последовательной обработкой волокна на кардочесальных, ленточных и гребнечесальной машинах. Недостатками указанных способов являются большое (более 50%) выпадение волокна в угары и отсутствие свойств огнезащиты.

Известен способ получения котонизированного льноволокна при подготовке его для совместного прядения с хлопком и шерстью. В этом случае наряду с удалением костры, твердых примесей и пыли происходит укорочение и утонение льняного волокна до размеров, близких к хлопковому волокну. В этом способе льняное волокно подвергается операциям рыхления, чесания, удаления пыли [Живетин В.В., Горн И.В., Гинзбург Л.Н. / Текстильная промышленность, 1995, №3, с.6-9].

Иногда дополнительно используют операцию штапелирования (поперечного разрезания волокон) [Пат. РФ N 2109859].

Известен способ получения очищенного котонизированного короткого льняного волокна. Он включает рыхление, чесание, а для удаления сорных примесей и костры используют аэродинамическую систему [Пат. РФ N 2141545].

Перечисленные способы имеют ряд недостатков. Излишняя элементаризация волокон льна делает невозможным их использование для изготовления нетканых материалов. Предусмотренные в этих случаях последующие механические операции ведут к большой потере волокнистой массы из-за выпадения коротких волокон при механических воздействиях. Кроме того, следует отметить низкую экономичность процессов, а также отсутствие устойчивости к воздействию огня.

Наиболее близким по техническому существу к заявленному изобретению является способ получения льняного волокна на линии «Кардатекс» [Живетин В.В., Рыжов А.И., Гинзбург Л.Н. Моволен (модифицированное волокно льна). М.: РЗИТЛП, 2000. - с.97, 108]. Его осуществляют путем проведения следующих операций:

- рыхление с одновременным укорочением волокна на машине рыхления льна МРЛ-1;

- отделение твердых частиц в ОТЧ (отделителе твердых частиц) воздействием на волокно воздушного центробежного потока. Здесь удаляются сорные примеси и несвязанная с волокном костра, отделенная на МРЛ-1;

- отделение сорных примесей и костры, утонение и укорочение волокон на двухбарабанной чесальной машине ЧМД-РВЛ первого перехода;

- отделение костры, утонение и укорочение волокон на двухбарабанной чесальной машине ЧМД-РВЛ второго перехода.

Недостатками способа являются следующее.

1. Высокое - более 30% содержание короткого, до 15 мм волокна, вследствие излишнего утонения и укорочения волокон при двукратном прохождении их через двухбарабанные чесальные машины ЧМД-РВЛ (первого и второго переходов). Это приводит к большой потере волокнистой массы при последующих механических обработках.

2. Большая потеря механической прочности волокон вследствие их излишнего утонения при многократных механических воздействиях.

3. Отсутствие огнезащитных свойств у волокна.

4. Низкая экономичность процесса, обусловленная:

- большой энергоемкостью оборудования (10 единиц основного оборудования) из-за необходимости установки 4 чесальных машин в каждом переходе из-за их невысокой производительности;

- большим расходом воздуха для обеспечения доставки волокна по разветвленной и сложной системе пневмотранспорта;

- высокими расходами на обеспыливание больших объемов воздуха, использованного для транспортировки волокна на линии;

- высокими затратами на содержание производственных площадей.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является поиск способа обработки льняного волокна, включающего рыхление с одновременным укорочением волокна и отделение твердых частиц воздействием на волокно воздушного центробежного потока, который позволил бы снизить содержание короткого волокна и потери его механической прочности, обеспечить огнезащитную устойчивость волокна, а также повысить экономичность его производства.

Поставленная задача решена способом обработки льняного волокна, включающим рыхление с одновременным укорочением волокна и отделение твердых частиц воздействием на волокно воздушного центробежного потока, при котором отделение твердых частиц осуществляют путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин, после чего проводят повторное рыхление с одновременным укорочением волокна до средней массодлины 35-55 мм с последующим отделением твердых частиц указанным выше образом, затем волокно обрабатывают придающим ему огнезащитные свойства водным раствором, содержащим оксиэтилидендифосфоновую кислоту в концентрации 30-120 г/л и соль аммония в концентрации 80-230 г/л, после чего волокно высушивают. Причем в качестве соли аммония используют или хлорид аммония, или моноаммонийфосфат, или диаммонийфосфат.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества.

1. Уменьшить количество коротких волокон - не выше 15% при достаточно малом остаточном содержании костры - не более 1%. Это дает возможность, во-первых, изготавливать из таких волокон нетканые материалы и, во-вторых, придавая самим волокнам свойства огнезащищенности, изготавливать из них высококачественные изделия с такими же свойствами.

2. Снизить потери механической прочности.

3. Придать волокну огнезащитные свойства.

4. Повысить экономичность процесса механической очистки за счет:

- снижения энергозатрат из-за уменьшения количества единиц основного технологического оборудования (не более 5). При этом установленная мощность основного оборудования снижается не менее чем в 2.2 раза по сравнению со способом-прототипом;

- уменьшения расхода воздуха для обеспечения доставки волокна вследствие уменьшения протяженности системы пневмотранспорта. Общий расход воздуха на транспортирование волокна, его обеспыливание и удаление угаров снижается не менее чем в 2.3 раза по сравнению со способом-прототипом;

- снижения расходов на обеспыливание воздуха, использованного для транспортировки волокна на линии;

- экономии расходов, связанных с уменьшением в 3.5-4 раза производственных площадей под технологическим оборудованием.

К тому же изобретение позволяет получить следующие преимущества:

- уменьшить концентрации антипирирующих веществ, по сравнению с традиционно применяемыми концентрациями, но получить при этом высокие качественные показатели огнезащиты;

- отсутствие «осыпания» наносимых антипиренов за счет повышенного сцепления и взаимодействия молекул антипиренов с целлюлозой льна.

Волокно, обработанное по предлагаемому способу, соответствует требованиям, предъявляемым к льносырью, направляемому на изготовление различных технических материалов и обеспечит при этом их высокие огнезащитные свойства.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В качестве исходного сырья можно использовать волокна льна в виде отходов чесания, отходов трепания, например короткого волокна, вытряски и т.д. Эти отходы при необходимости проходят подготовительную обработку, чтобы их качество было не хуже, чем у короткого льноволокна №3, например:

- отходы льнопроизводства с закостренностью более 27% подвергаются предварительной декортикации;

- волокна с влажностью меньшей, чем нормированная, кондиционируют (выдерживают при определенной влажности) или увлажняют;

- волокно в кипах разделяют на грубые клочки и равномерным слоем подают на питатель машины МРЛ-1;

- используют следующие химические реагенты:

а) Оксиэтилидендифосфоновая кислота (ТУ 2439-363-05763441-2002). Формула: СН₃С(ОН)[Р(O)(ОН)₂]₂, мол. масса 206,03; бесцветные кристаллы; Т_пл 198-200°С; растворимость в воде - 2300 г/л;

б) Хлорид аммония (ГОСТ 3773-72). Формула: NH₄Cl. Бесцветные кристаллы с запахом аммиака, хорошо растворимы в воде (37,2 г/100 г воды при 20°С); Т_пл 400°С;

в) Аммофос-моноаммонийфосфат (ТУ 2186-670-00209438-01). Гранулированный продукт; массовая доля общего азота - 12±1%; массовая доля общих фосфатов - 52±1%;

г) Диаммонийфосфат (ТУ У6-14005076.055-2000). Внешний вид: гранулы серого цвета.

Способ реализуют последовательным проведением следующих операций:

- рыхление с одновременным укорочением волокна. Оно может осуществляться, например, на машине рыхления льна марки МРЛ-1. В процессе обработки происходит разделение грубых клочков и прядей волокна на более мелкие, их перемешивание, частичное отделение костры от грубых волокнистых комплексов и частичное удаление костры и сорных примесей, не связанных с волокном. При этом происходит частичное разволокнение и укорочение только волокон, находящихся в поверхностных слоях клочков и прядей;

- отделение твердых частиц. Его осуществляют путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин, например, в машине для рыхления и очистки волокнистых хлопковых и льняных материалов марки РО, выпускаемой ИПФ «Текс Инж». Очистка от костры обеспечивается как за счет удаления костры, выделенной из волокна на предыдущей стадии обработки в машине рыхления льна, так и выделяемой непосредственно при одновременном воздействии на волокно воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия;

- повторное рыхление с одновременным укорочением волокна. Оно может осуществляться, например, на машине рыхления льна марки МРЛ-2. Мелкие клочки, пряди и отдельные волокна, частично очищенные от костры, сорных примесей и пыли, перемешиваются и формируются в более равномерную и упорядоченную волокнистую массу. При этом происходит отделение костры от сравнительно небольших волокнистых комплексов и частичное ее удаление. На этой операции происходит также дополнительное частичное разволокнение и утонение волокон, а именно тех, которые на 1-ой стадии рыхления находились внутри клочков и прядей и потому не подвергались механическим воздействиям рабочих органов МРЛ-1. На этой стадии осуществляется укорочение волокна до средней массодлины 35-55 мм;

- повторное отделение твердых частиц путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин. Оно может осуществляться, например, в машине для рыхления и очистки волокнистых хлопковых и льняных материалов марки РО, выпускаемой ИПФ «Текс Инж». Здесь воздействию подвергаются сравнительно небольшие, но не освобожденные еще полностью от костры, волокна. Одновременное воздействие воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия позволяет удалить как костру, несвязанную с волокном, т.е. выделенную на предыдущей стадии, так и костру, отделяемую непосредственно на этой операции;

- обработка придающим волокну огнезащитные свойства водным раствором, содержащим оксиэтилидендифосфоновую кислоту в концентрации 30-120 г/л и соль аммония в концентрации 80-230 г/л, причем в качестве соли аммония используют или хлорид аммония, или моноаммонийфосфат, или диаммонийфосфат. При этом составы могут содержать различные вспомогательные соединения, обеспечивающие технологичность процесса их нанесения на волокно и синергический эффект огнезащиты. Обработка может осуществляться, например, методами пропитки волокнистой массы в аппаратах периодического или непрерывного действия, или аэрозольного нанесения на нее антипирирующих составов. В примерах 1-10 приведены условия обработки волокнистой массы составами, придающими волокну огнезащитные свойства;

- высушивание.

Пример 1

Очищенное короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 55 мм в виде волокнистой массы обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 10 при температуре 60°С в течение 30 минут водным раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 30

хлорид аммония - 80,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 100% и высушивают.

Пример 2

Очищенное короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 35 мм в виде волокнистой массы обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 10 при температуре 60°С в течение 30 минут водным раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 70

моноаммонийфосфат - 130,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 100% и высушивают.

Пример 3

Очищенные отходы трепания льна в виде вытряски со средней массодлиной 55 мм обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 10 при температуре 50°С в течение 40 минут раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 50

диаммонийфосфат - 100,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 100% и высушивают.

Пример 4

Очищенные отходы трепания льна в виде вытряски со средней массодлиной 35 мм обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 10 при температуре 70°С в течение 60 минут раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 70

диаммонийфосфат - 80,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 120% и высушивают.

Пример 5

Очищенное короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 53 мм обрабатывают в аппарате непрерывного действия при жидкостном модуле 50 при температуре 50°С в течение 15 секунд раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 70

хлорид аммония - 130,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 100% и высушивают.

Пример 6

Очищенное короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 54 мм обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 20 при температуре 50°С в течение 30 минут раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 30

хлорид аммония - 130,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 100% и высушивают.

Пример 7

Очищенные отходы трепания льна в виде вытряски со средней массодлиной 53 мм обрабатывают в аппарате периодического действия при жидкостном модуле 20 при температуре 60°С в течение 30 минут раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 50

моноаммонийфосфат - 80,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 150% и высушивают.

Пример 8

На очищенные отходы чесания льна в виде очесов со средней массодлиной 37 мм аэрозольно наносят водный раствор (в количестве 25% от массы волокна), содержащий (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 120

диаммонийфосфат - 230,

и высушивают.

Пример 9

Очищенное короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 55 мм обрабатывают в аппарате непрерывного действия при жидкостном модуле 50 при температуре 70°С в течение 20 секунд раствором, содержащим (г/л):

оксиэтилидендифосфоновая кислота - 30

хлорид аммония - 130,

отжимают до остаточного содержания раствора на волокне 150% и высушивают.

Пример 10

Очищенное по способу-прототипу короткое льняное волокно №3 со средней массодлиной 23 мм обрабатывают в аппарате непрерывного действия как в примере 5.

В таблице приведены условия обработки волокнистой массы и показатели качества волокна, полученного после механической очистки и после сообщения ему огнезащитных свойств.

Анализ качественных показателей волокна, очищенного по заявляемому способу и способу-прототипу, осуществляли одинаково:

- остаточное содержание костры - в соответствии с ГОСТ 9394;

- содержание коротких волокон длиной до 15 мм - на основании ручного разбора волокон по группам длин. При ручном разборе навеску волокна, предварительно очищенного от костры и взвешенного, тщательно, без усилий разделяли на отдельные элементарные и комплексные волокна. После измерения длины волокна относили к соответствующей группе и в пределах каждой группы определяли их массу (г). Содержание волокон длиной менее 15 мм рассчитывали в мас.%;

- среднюю массодлину и среднюю линейную плотность рассчитывали согласно [Текстильное материаловедение / Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И. М.: Легпромбытиздат, 1989. - с.82-85] на основании полученных данных по распределению волокон в группах длин;

- потерю механической прочности рассчитывали по степени снижения разрывной нагрузки волокон, определяемой на разрывной машине FM 27;

- кислородный индекс и потерю массы при горении определяли согласно ГОСТ 12.1.044-89.

Данные таблицы (сравнить примеры 5 и 10) показывают, что у волокна, прошедшего стадию механической очистки по предлагаемому способу, достигаются более высокие огнезащитные свойства, чем у волокна, прошедшего механическую очистку по способу-прототипу, при одинаковых условиях пропитки и концентрации огнезащитных препаратов в обрабатывающем составе. При механической обработке волокна по способу-прототипу без последующей обработки водным раствором антипиренов (пример 11) волокно не обладает огнезащитными свойствами и под воздействием открытого пламени сразу загорается.

ТаблицаКачественные показатели льняного волокна№ примераПараметры обработкиОгнезащитные свойства волокнаСодержание короткого волокна, %Степень снижения разрывной нагрузки после механической очистки, %Скорость вращения колковых барабанов, об/минСредняя массодлина, ммКислородный индекс, %Потеря массы при горении в течение 15 с, %первый переходвторой переход170012005529,0209.131.1211008003536,5913.837.438007005532,5148.227.5412008003533,01112.434.4570011005332,0139,231,9680011005430,017,59.231.279008005331,0158.527.687008003731,51214.639.5970012005530,511,59.131.110--2328,527,0; наблюдается остаточное тление31.155.511 прототип--2316,0; загорается сразу≈9031.155.5

Способ обработки льняного волокна включает рыхление с одновременным укорочением волокна и отделение твердых частиц воздействием на волокно воздушного центробежного потока. Отделение твердых частиц осуществляют путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин, после чего проводят повторное рыхление с одновременным укорочением волокна до средней массодлины 35-55 мм с последующим отделением твердых частиц указанным выше образом, затем волокно обрабатывают придающим ему огнезащитные свойства водным раствором, содержащим оксиэтилидендифосфоновую кислоту в концентрации 30-120 г/л и соль аммония в концентрации 80-230 г/л, после чего волокно высушивают. Изобретение позволяет уменьшить количество коротких волокон, снизить потери механической прочности, придать волокну огнезащитные свойства и повысить экономичность процесса. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.

1. Способ обработки льняного волокна, включающий рыхление с одновременным укорочением волокна и отделение твердых частиц воздействием на волокно воздушного центробежного потока, отличающийся тем, что отделение твердых частиц осуществляют путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин, после чего проводят повторное рыхление с одновременным укорочением волокна до средней массодлины 35-55 мм с последующим отделением твердых частиц указанным выше образом, затем волокно обрабатывают придающим ему огнезащитные свойства водным раствором, содержащим оксиэтилидендифосфоновую кислоту в концентрации 30-120 г/л и соль аммония в концентрации 80-230 г/л, после чего волокно высушивают.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли аммония используют или хлорид аммония, или моноаммонийфосфат, или диаммонийфосфат.