СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ ПРЯЖИ ИЛИ ВОЛОКОН С ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМИ НИТЯМИ Российский патент 2022 года по МПК D01D5/06 D01D5/00 D01D5/16 

Настоящее изобретение относится к производству пряжи или волокон с целлюлозными нитями, а именно к этапам способа в рамках процесса производства, связанного с удалением воды (например удалением промывочной жидкости/остатков от коагуляционной ванны и так далее).

Предпосылки изобретения

[0001] Пряжа с непрерывными нитями широко применяется в текстильной промышленности для изготовления тканей с особыми свойствами, в отличие от тканей, произведенных из пряжи, изготовленной из штапельных волокон. Пряжа с непрерывными нитями представляет собой пряжу, в которой все волокна являются непрерывными по всей длине пряжи. Пряжа с непрерывными нитями обычно состоит из от 10 до 300 или более отдельных нитей, все из которых расположены параллельно относительно друг друга и оси пряжи при производстве. Пряжу производят путем экструзии раствора или расплава полимера или производного полимера и затем наматывания производимой пряжи на бобину или катушку или путем образования комка с помощью центробежного наматывания.

[0002] Пряжа с непрерывными полимерными синтетическими нитями является широко распространенной. Например, пряжа с непрерывными нейлоновыми, полиэстеровыми или полипропиленовыми нитями применяется в широком ряде тканей. Их получают путем прядения расплавленного полимера через фильеру с количеством отверстий, соответствующим количеству нитей, требуемых в производимой пряже. После начала отверждения расплавленного полимера пряжа может быть подвергнута натяжению для придания ориентации молекулам полимера и улучшения свойств пряжи.

Пряжа с непрерывными нитями также может быть намотана из производных целлюлозы, например диацетата целлюлозы и триацетата целлюлозы с помощью сухого прядения. Полимер растворяют в подходящем растворителе и затем экструдируют через фильеру. После экструзии растворитель быстро испаряется, вызывая осаждение полимера в форме нитей, образующих пряжу. Полученная пряжа может быть подвергнута натяжению для придания ориентации молекулам полимера.

[0003] Пряжа с непрерывными нитями также может быть произведена из целлюлозы с помощью процесса производства вискозы. Целлюлозу превращают в ксантогенат целлюлозы путем реакции с гидроксидом натрия и дисульфидом углерода и затем растворяют в растворе гидроксида натрия. Раствор целлюлозы, обычно называемый вискозой, экструдируют через фильеру в ванну с кислотой. Гидроксид натрия нейтрализуется, вызывая осаждение целлюлозы. В то же время ксантогенат целлюлозы превращается обратно в целлюлозу за счет реакции с кислотой. Полученные нити подвергаются натяжению для придания ориентации молекулам целлюлозы, промываются для удаления реагентов с нитей и затем сушатся и наматываются на бобину. В рамках более ранних версий данного способа влажную пряжу собирали в комок с помощью устройства для центробежной намотки - прядильной кружки. Комок пряжи затем сушили в печи перед наматыванием на бобину.

Пряжу с непрерывными целлюлозными нитями также получают с помощью процесса производства купро. Целлюлозу растворяют в растворе аммиачного раствора гидроксида меди. Полученный раствор экструдируют в водную баню, где аммиачный раствор гидроксида меди разбавляется и осаждается целлюлоза. Полученную пряжу промывают, сушат и наматывают на бобину.

Пряжа с непрерывными целлюлозными нитями, полученная с помощью процесса производства вискозы или купро, может быть превращена в ткань путем производства ткани, или вязания, или других процессов производства ткани. Полученные ткани применяются в рамках множества вариантов использования, включая подкладки верхней одежды, женские кофты и топы, нижнее белье, и молитвенные коврики. Пряжу также производят для армирования шин и других резиновых изделий.

[0004] Ткани, изготовленные из пряжи с непрерывными целлюлозными нитями, могут иметь высокий уровень глянца. Они хорошо справляются с влагой, повышая комфорт владельца. Они не генерируют статическое электричество настолько же легко, как ткани, изготовленные из пряжи с непрерывными синтетическими нитями.

Однако ткани, изготовленные из доступной в настоящее время пряжи с непрерывными целлюлозными нитями, в целом обладают низкими физическими свойствами. Прочность в сухом виде и прочность на разрыв являются низкими по сравнению с тканями, изготовленными из синтетических полимеров, таких как полиэстер. Прочность во влажном виде является намного более низкой, чем прочность в сухом виде, вследствие взаимодействия между целлюлозой и водой. Устойчивость к истиранию является низкой. Взаимодействие с водой также размягчает целлюлозу, делая ткань, изготовленную из такой пряжи, нестабильной при намокании.

Вследствие данных недостатков товары, которые ранее производили из пряжи с непрерывными целлюлозными нитями, теперь в основном производят из пряжи с непрерывными полимерными синтетическими нитями, такой как полиэстер или нейлон.

[0005] Однако синтетическая пряжа также демонстрирует определенные недостатки. Изготовленные из них ткани не обладают способностью справляться с влагой, присущей тканям, изготовленным из целлюлозной пряжи. Синтетические ткани могут генерировать статическое электричество. Некоторые люди считают одежду, изготовленную из синтетической пряжи, менее удобной для ношения по сравнению с содержащими целлюлозу тканями.

Соответственно, существует потребность в пряже с непрерывными целлюлозными нитями, которая обеспечит возможность производства тканей и других текстильных продуктов, обладающих положительными свойствами доступных в настоящее время тканей, изготовленных из пряжи с непрерывными целлюлозными нитями, но с характеристиками, которые обычно присущи тканям, изготовленным из пряжи с непрерывными синтетическими нитями.

[0006] Было неожиданно обнаружено, что пряжа с непрерывными нитями, получаемая с помощью процесса производства лиоцелла, обладает значительно более высокой прочностью при растяжении, чем пряжа из нитей, получаемая с помощью процесса производства вискозы. Это может обеспечивать возможность производства тканей с повышенной прочностью, прочностью на разрыв и сопротивляемостью истиранию. Потеря прочности лиоцелловых нитей при намокании является намного более низкой, чем у вискозных нитей. Это означает, что лиоцелловые ткани намного сложнее деформируются при намокании, что обеспечивает большую стабильность ткани. Лиоцелловые ткани также являются более прочными при намокании по сравнению с аналогичными вискозными тканями.

Также было неожиданно обнаружено, что ткани, произведенные из непрерывных лиоцелловых нитей, обладают глянцем, хорошо справляются с влагой и вызывают слабое генерирование статического электричества, что является желаемыми характеристиками, присущими тканям в виде купро и вискозы с непрерывными нитями.

[0007] Технология производства лиоцелла представляет собой технологию на основе прямого растворения древесной массы целлюлозы или другого сырья на основе целлюлозы в полярном растворителе (например n-метилморфолин-n-оксиде, здесь и далее обозначаемым как "аминоксид") для производства густого высокопсевдопластичного раствора, из которого может быть изготовлен ряд полезных материалов на основе целлюлозы. В коммерческом плане данная технология применяется для производства семейства целлюлозных штапельных волокон (коммерчески доступных от Lenzing AG, Lenzing, Austria под товарным знаком TENCEL®), которые широко применяются в текстильной и нетканой промышленности. Также были описаны другие целлюлозные продукты на основе технологии лиоцелла, такие как нити, пленки, покрытия, шарики и нетканые сетки.

[0008] В патенте ЕР 823945 В1 описан способ производства целлюлозных нитей, который включает экструзию и коагулирование прядильного раствора целлюлозы в соответствии с способом производства лиоцелла и придание натяжения нитям и резку нитей на целлюлозные волокна, которые могут использоваться в различных областях применения.

В патенте ЕР 0853146 А2 описан способ производства нитей на основе целлюлозы. В соответствии с данным документом, для получения нитей смешивают два различных исходных материала с сильно отличающейся молекулярной массой. В заявке WO 98/06754 описан аналогичный способ, который требует, чтобы два различных исходных материала были сначала по отдельности растворены перед смешиванием с подготовленным раствором для получения прядильного раствора. В патенте DE 19954152 А1 описан способ производства волокон, в рамках которого используются прядильные растворы с относительно низкой температурой.

Были описаны преимущества пряжи из целлюлозных нитей, производимой из лиоцеллового прядильного раствора (Kruger, Lenzinger Berielite 9/94, S. 49 ff.). Однако вследствие повышающихся требований к эффективности прядения были предприняты попытки повысить скорость прядения в рамках способа производства лиоцелла до значений несколько сотен метров в минуту.

Кроме того, даже при высоких скоростях производства является важным, чтобы производимые нити/пряжа/волокна подвергались достаточному промыванию, то есть нежелательные остаточные количества связанных с производством материалов, таких как растворители или другие добавки, которые не должны оставаться на производимом материале, удаляются насколько это возможно. В этом плане стандартный способ производства лиоцелла включает первый этап удаления остатков коагуляционной ванны, а также последующие этапы промывания. В рамках данных этапов существуют различные способы удаления жидкостей из нитей/пряжи/волокон, которые используются в данной области. Стандартные способы удаления жидкостей зачастую включают применение устройств, которые прилагают определенную механическую силу к нитям/пряже/волокнам, например устройства для вытирания, удаления или отжима жидкости. Однако вследствие повышенных требований в плане высоких скоростей производства, подобные способы удаления жидкости зачастую более не могут использоваться, поскольку они могут приводить к высокой вероятности возникновения дефектов. Соответственно, требуемые высокие скорости прядения и производства с одновременным сохранением качества нитей создают недостаток, заключающийся в том, что надежные и в целом применимые, а также коммерчески эффективные способы удаления жидкости пока являются неизвестными, поскольку концепции из уровня техники, относящиеся к производству волокон и нитей в рамках других технологий производства (вискозы, синтетических нитей), не применимы к способу производства лиоцелла вследствие высоких требований в плане сильного удлинения полимера сразу после экструзии с последующим управляемым удалением растворителя путем обмена жидкостями.

[0009] Таким образом, производство пряжи с непрерывными лиоцелловыми нитями при высоких скоростях связано с новыми производственными вызовами, в основном вследствие намного более высоких скоростей производства, требований к однородности нитей и потребности в крайне высокой непрерывности способа:

• Являются типичными скорости производства нитей, в десять раз превышающие скорости при производстве штапельных волокон, при этом недавние требования к дальнейшему повышению скоростей производства усугубляют проблемы, связанные с контролем процесса.

• В рамках продукта на основе пряжи с непрерывными нитями свойства всех отдельных нитей должны находиться в очень узком диапазоне вариативности, например для предотвращения проблем, таких как неоднородное поглощение красителя. Например, коэффициент дисперсии распределения денье должен составлять менее 5%. С другой стороны, в рамках процесса производства штапельных волокон существует намного больше возможностей для "усреднения" незначительных отклонений между отдельными нитями, поскольку каждый тюк волокон состоит из нескольких миллионов отдельных волокон, полученных из нитей, которые были нарезаны для требуемой длины и смешаны. Пример получения лиоцелловых штапельных волокон описан в патенте ЕР 823945 В1.

Цель изобретения

[0010] Соответственно, целью настоящего изобретения является предоставить способ обеспечения надежного удаления жидкости из лиоцелловых нитей и мультифиламентной лиоцелловой пряжи с высоким качеством при очень высоких скоростях производства с контролем процесса, делающим весь способ коммерчески эффективным.

Краткое описание изобретения

[0011] Соответственно, в рамках настоящего изобретения предусмотрен способ, определенный в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в пунктах 2-10 формулы изобретения и описании.

Описание фигуры

[0012] На Фиг. 1 показано схематическое изображения этапа описанного здесь способа.

Подробное описание изобретения

[0013] В рамках описанного здесь изобретения были преодолены недостатки, связанные с уровнем техники. Более конкретно, в рамках настоящего изобретения предусмотрен способ удаления жидкости из лиоцелловых нитей и мультифиламентной лиоцелловой пряжи, как определено в пункте 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение будет описано подробно со ссылкой на требуемый контроль процесса в отношении соответствующих этапов способа и применяемых параметров. Следует понимать, что данные этапы способа и соответствующие им предпочтительные варианты осуществления могут быть скомбинированы подходящим образом и что настоящее изобретение охватывает и данные комбинации и раскрывает их, даже если это явно не описано здесь.

[0014] Авторы определили, что для скоростей производства 400 м/мин или более требуемый контроль процесса, обеспечивающий хорошее удаление жидкости из пучка нитей или мультифиламентной пряжи, может быть достигнут без применения устройств для вытирания, отжима или удаления жидкости, если пучок нитей или мультифиламентная пряжа проходит вокруг ролика при определенных условиях. Данные условия обеспечивают удаление значительного количества жидкости из мотка/пряжи, даже если она заключена между разными нитями в мотке/пряже или в самих нитях. Это является важным, поскольку эффективность любого процесса промывания требует удаления нежелательных материалов не только с поверхности нитей, но также изнутри нитей. Это требует хорошего удаления как можно большего количества жидкости от начального удаления жидкости коагуляционной ванны и вплоть до любого последующего удаления промывочной жидкости (обычно воды). Последующие этапы промывания могут обеспечивать достижение дальнейшей степени очистки продукта только в случае удаления очень большой доли промывочной жидкости, оставшейся на пучке нитей/пряже после контактирования с промывочной жидкостью. Соответственно, является необходимым, чтобы удаление жидкости было максимально эффективным, при этом не затрагивая образующиеся нити.

[0015] Более конкретно, для требуемых высоких скоростей производства (400 м/мин или более) настоящее изобретение предусматривает средство для эффективного удаления жидкости из пучков нитей/пряжи с плотностью, по меньшей мере, 40 дтекс, путем задания определенного ускорения (a_sp) нитей, проходящих вокруг ролика, в виде значения, по меньшей мере, 296 м/с² на 40 дтекс. Данное определенное ускорение может быть описано следующим уравнением (1):

где r обозначает радиус ролика (м), ω обозначает угловую скорость (1/с), а титр (дтекс) представляет собой титр мотка/пряжи, при условии, что он составляет, по меньшей мере, 20. Соответственно, подходящие условия способа для любого значения титра и скорости производства (которая соответствует угловой скорости) могут быть определены путем подходящего выбора переменных, так что способ удаления жидкости осуществляется при условиях, удовлетворяющих указанному выше уравнению.

[0016] Было неожиданно обнаружено, что путем регулирования параметров способа как указано выше может быть обеспечено удаление жидкости с высокой эффективностью. В этом плане было обнаружено, что описанный здесь способ может применяться при скоростях производства 400 м/мин или более, в частности для скоростей производства от 400 до 2000 м/мин. Даже при столь высоких скоростях производства, которые требуют высокой скорости прохождения пучков нитей/пряжи вокруг ролика для удаления жидкости, негативного влияния на производимые нити не оказывается. Однако при этом достигается требуемое эффективное удаление жидкости при условии удовлетворения указанного выше уравнения.

[0017] В соответствии с настоящим изобретением является предпочтительным, чтобы радиус ролика, вокруг которого проходят пучки нитей/пряжа, был в диапазоне от 10 до 200 мм, предпочтительно от 12,5 до 150 мм. Титр пучка нитей/пряжи предпочтительно должен быть в диапазоне от 20 (минимально необходимый титр) до 500 дтекс, более предпочтительно - в диапазоне от 40 до 400 дтекс.

[0018] Кроме того, было обнаружено, что является полезным контактирование пучка нитей/пряжи, по меньшей мере, с 12,5% окружности ролика (45°), более предпочтительно - по меньшей мере, с 25% (90°). Это обеспечивает контактирование пучка нитей/пряжи с поверхностью ролика в течение достаточного длительного времени, так что большое количество жидкости перемещается изнутри нитей или пучка нитей/пряжи на их внешнюю сторону, так что она затем удаляется (отбрасывается/удаляется центробежным образом).

[0019] Соответственно, настоящее изобретение предусматривает эффективный способ удаления жидкости из пучков нитей/пряжи даже при высоких скоростях производства за счет приведения корреляции между скоростью производства, титром мотка/пряжи и радиусом ролика для обеспечения эффективного и простого удаления жидкости.

[0020] Концепции настоящего изобретения могут применяться для первоначального удаления жидкости коагуляционной ванны и/или для любого последующего удаления промывочной жидкости. В соответствии с настоящим изобретением, один или несколько роликов для удаления жидкости, как описано здесь, могут присутствовать в рамках процесса производства лиоцелловой мультифиламентной пряжи с/без дополнительных этапов промывания (то есть нового контактирования с промывочной жидкостью) между двумя роликами для удаления жидкости.

[0021] Тип ролика не является критически важным, включая материал поверхности и так далее, при условии, что ролики обеспечивают прохождение пучков нитей/пряжи вокруг ролика при необходимой скорости производства, как описано выше. Могут применяться обычные ролики, используемые в рамках процесса производства лиоцелла. Скорость ролика обычно является приблизительно равной скорости пучка нитей/пряжи, при этом ролики могут включать средства для вращения ролика (приводной ролик) или вращение ролика может обеспечиваться движением нитей. Условие, согласно которому скорость ролика и скорость нитей являются по существу одинаковыми в соответствии с настоящим изобретением, означает, что данные скорости отличаются друг от друга на ±10%, более предпочтительно - на ±5%. Что касается натяжения нитей, то было обнаружено, что является полезным, если оно составляет 2 сН или более.

Нижеследующие примеры дополнительно иллюстрируют настоящее изобретение:

[0022] Мультифиламентную пряжу, полученную в рамках процесса прядения лиоцелловых нитей, подвергали этапу удаления жидкости после контактирования с промывочной водой в соответствии с настоящим изобретением. В таблице далее приведены соответствующие параметры способа (V обозначает скорость производства). Пометка "А" обозначает отсутствие проблем/дефектов после удаления жидкости, а также то, что из пучка нитей/пряжи была удалена большая доля жидкости.

Изобретение относится к способу эффективного удаления жидкости из пряжи с непрерывными целлюлозными лиоцелловыми нитями в водном третичном аминоксиде. При этом мотки или пряжу с целлюлозными нитями на основе лиоцелла направляют вокруг ролика при условиях, обеспечивающих соблюдение уравнения ускорения нити a_sp = r x ω² x титр/40, притом что a_sp составляет, по меньшей мере, 296 м/с², где r обозначает радиус ролика (м), ω обозначает угловую скорость (1/с), а титр (дтекс) представляет собой титр мотка/пряжи, при условии, что он составляет, по меньшей мере, 20. Способ позволяет удалять жидкости из пучков нитей/пряжи даже при высоких скоростях производства за счет приведения корреляции между скоростью производства, титром мотка/пряжи и радиусом ролика для обеспечения эффективного и простого удаления жидкости. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ удаления жидкости из мотков или пряжи с целлюлозными нитями на основе лиоцелла из лиоцеллового прядильного раствора целлюлозы в водном третичном аминоксиде, при этом мотки или пряжу с целлюлозными нитями на основе лиоцелла направляют вокруг ролика при условиях, обеспечивающих соблюдение уравнения (1), притом что ускорение нитей a_sp составляет, по меньшей мере, 296 м/с²:

(1) a_sp = r x ω² x титр/40,

где r обозначает радиус ролика (м), ω обозначает угловую скорость (1/с), 40 (дтекс), а титр (дтекс) представляет собой титр мотка/пряжи, при условии, что он составляет, по меньшей мере, 20.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что r составляет от 0,010 до 0,200 м, предпочтительно от 0,0125 до 0,150 м.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что титр составляет от 20 до 400 дтекс.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ролик представляет собой приводной ролик.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ролик приводится в движение за счет движения нитей.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что мотки или пряжа с целлюлозными нитями на основе лиоцелла контактируют, по меньшей мере, с 12,5% поверхности окружности ролика (45°), предпочтительно — по меньшей мере, с 25% (90°).

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что имеются два или более ролика для удаления жидкости без промежуточных этапов контактирования мотков или пряжи с целлюлозными нитями на основе лиоцелла со свежей промывочной жидкостью.

8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что имеются два или более ролика для удаления жидкости с промежуточными этапами контактирования мотков или пряжи с целлюлозными нитями на основе лиоцелла со свежей промывочной жидкостью.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что натяжение нитей при удалении жидкости составляет 2 сН на одну нить или более.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что натяжение нитей составляет 0,4 сН/дтекс или менее.