PL191825B1

PL191825B1 - Sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy

Info

Publication number: PL191825B1
Application number: PL330518A
Authority: PL
Inventors: Harry Schleicher; Bodo Borrmeister; Hermann Lang
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung; Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2006-07-31
Also published as: AT406580B; US6590095B1; PL330518A1; DE19757958A1; ATA186898A

Abstract

1. Sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy droga rozpuszczania karbaminianu celulozy w lugu sodowym w temperaturze < 10°C, znamienny tym, ze w pierwszym etapie wytwa- rza sie 8-15% roztwór karbaminianu celulozy wobec stezenia lugu sodowego rzedu 7-12%, i ze nastepnie w drugim etapie droga rozcienczania za pomoca rozcienczonego lugu sodowego i/lub wody nastawia sie roztwór na stezenie lugu sodowego < 9% pod warunkiem, ze w obu eta- pach stosunek wagowy karbaminianu celulozy do alkaliów jest = 1. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy drogą rozpuszczania karbaminianu celulozy w ługu sodowym, przy czym wytwarzanie roztworu następuje dzięki celowemu procesowi dwuetapowemu.

Roztwory karbaminianu celulozy są potrzebne do wytwarzania włókien z celulozy regenerowanej i innych kształtowanych wytworów z celulozy regenerowanej. Wytwarzanie włókien z celulozy regenerowanej przy tym prowadzi się w wielu etapach. Pierwszy etap polega na reakcji celulozy z mocznikiem w podwyższonej temperaturze, prowadzącej do karbaminianu celulozy. Ten tak wytworzony karbaminian celulozy rozpuszcza się następnie w ługu sodowym i dzięki temu otrzymany roztwór poddaje się przędzeniu, przy czym karbaminian celulozy, występujący w postaci nici lub innych wytworów kształtowanych można drogą dalszych etapów postępowania rozkładać na celulozę.

Wytwarzanie roztworu karbaminianu celulozy odgrywa ważną rolę w poprzednio omówionym procesie. Z literatury fachowej wiadomo, że roztwory karbaminianu celulozy mogą dość łatwo bądź szybko koagulować i pod względem tej właściwości są wrażliwsze niż wiskoza, co również musi być uwzględnione przy kształtowaniu procesu przędzenia. Jakość roztworu i stabilność roztworu w przypadku roztworu karbaminianu celulozy, ważne dla procesu przetwarzania i jakości włókien bądź innych wytworów kształtowanych, są zależne od jakości oraz średniego stopnia polimeryzacji (DP) karbaminianu celulozy i od warunków wytwarzania roztworu, takich jak np. stężenie ługu sodowego, temperatura rozpuszczania, od sił ścinających, działających podczas rozpuszczania i od ewentualnych dodatków cynkanu lub mocznika do roztworu.

I tak np. z opisu patentowego DE PS 33 43 156 znane jest wywieranie wpływu na zdolność rozpuszczania przez dodatki mocznika jako polepszacza rozpuszczania. Dalszym polepszaczem rozpuszczania jest cynkan (O.T Turunen i współpracownicy: Some aspects in the spinning of the cellulose carbamate. Lenzinger Berichte 59 (1985) 111-177). Dla roztworu karbaminianu celulozy znane jest też dobieranie wagowego stosunku karbaminianu celulozy do alkaliów przeważnie plasującego się poniżej 1.

Dla ekonomicznego ukształtowania wytwarzania włókien jest jednak potrzebne przetwarzanie roztworów przędzalniczych o możliwie wysokiej zawartości celulozy i o możliwie niskiej zawartości alkaliów, jak to zwykle jest w procesie wiskozowym. Jednocześnie zawartość nierozpuszczonych cząstek w tych roztworach powinna być możliwie mała. Lepsze rozpuszczenie karbaminianu celulozy, tj. lepsza jakość roztworu dzięki wysokiemu stężeniu ługu sodowego i/lub dalszym dodatkom do ługu rozpuszczalnikowego przeciwstawiają się tym żądaniom ekonomicznym.

Wychodząc z tego celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania roztworów karbaminianu celulozy, przy czym możliwe bez dalszych dodatków stałoby się wytwarzanie przędzalniczych roztworów karbaminianu celulozy o wystarczająco dobrym stanie rozpuszczenia, i w którym występowałby stosunek stężenia karbaminianu celulozy do stężenia alkaliów większy od 1. Roztwór karbaminianu celulozy miałby przy tym nie wykazywać żadnej przedwczesnej koagulacji.

Osiąga się ten cel za pomocą sposobu wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy drogą rozpuszczania karbaminianu celulozy w ługu sodowym w temperaturze < 10°C, polegającego według wynalazku na tym, że w pierwszym etapie wytwarza się 8-15% roztwór karbaminianu celulozy wobec stężenia ługu sodowego rzędu 7-12%, i że następnie w drugim etapie drogą rozcieńczania za pomocą rozcieńczonego ługu sodowego i/lub wody nastawia się roztwór na stężenie ługu sodowego < 9% pod warunkiem, że w obu etapach stosunek wagowy karbaminianu celulozy do alkaliów jest > 1.

Zgodnie z wynalazkiem proponuje się zatem, po raz pierwszy dwuetapowy sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy. Wpierwszym etapie za pomocą wyższego stężenia ługu sodowego (7-12%) wytwarza się przy tym 8-15% roztwór karbaminianu celulozy. Korzystnym przy tym jest takie postępowanie, żeby stężenie karbaminianu plasowało się w zakresie 9-12%, a stężenie ługu sodowego w zakresie 8-10%.

W drugim etapie roztwór ten rozcieńcza się na drodze dodawania rozcieńczonego roztworu ługu sodowego i/lub wody tak, żeby końcowe stężenie w roztworze karbaminianu celulozy wynosiło poniżej 9% ługu sodowego (korzystnie < 8). Stężenie karbaminianu celulozy może wówczas plasować w zakresie około 6-9%. Przy tym istotnym jest, żeby w obu etapach stosunek wagowy karbaminianu celulozy do alkaliów był > 1, tzn. żeby każdorazowo stężenie roztworu karbaminianu celulozy było większe od stężenia ługu sodowego.

PL 191 825 B1

Tego rodzaju roztwory karbaminianu celulozy o tak wysokiej zawartości karbaminianu celulozy wobec ługu sodowego przy stężeniu ługu sodowego < 9% dotychczas nie były znane ze stanu techniki. Szczególnie należy w przypadku sposobu według wynalazku podkreślić to, że polepszona zdolność rozpuszczania jest niezależna od DP stosowanego karbaminianu celulozy. Zgłaszający mógł wykazać, że proces dwuetapowy dla Cuoxam-DP rzędu 200-400 daje we wszystkich przypadkach wyraźnie lepsze wyniki niż jednoetapowy sposób znany ze stanu techniki (patrz też przykłady porównawcze).

Rozcieńczanie od pierwszego do drugiego etapu przy tym przeprowadza się korzystnie za pomocą roztworu ługu sodowego o stężeniu £ 4% jako rozcieńczalnika. Alternatywnie z tym możliwe jest też, że jako rozcieńczalnik początkowo stosuje się rozcieńczony roztwór ługu sodowego, i że następnie dodaje się wodę aż do osiągnięcia żądanego stężenia końcowego. W przypadku sposobu według wynalazku jest dalej korzystne to, że proces rozpuszczania następuje w warunkach intensywnego mieszania. Nadto jako korzystne okazało się takie postępowanie, gdy dodawanie rozcieńczalnika na początku rozcieńczania następuje wolniej w porównaniu z końcową chwilą rozcieńczania. W tym przypadku zatem dodawanie rozcieńczalnika zwiększa szybkość, a wreszcie można ług zastąpić wodą. Przy bardzo wolnym dodawaniu rozcieńczalnika i intensywnym mieszaniu jest też możliwe stosowanie wody na początku rozcieńczania.

Proces rozpuszczania w obu etapach właściwie prowadzi się, tak jak w stanie techniki, w temperaturze < 10°C, a zwłaszcza w temperaturze < 5°C.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że w przypadku omówionej drogi postępowania nie dochodzi do koagulacji roztworu karbaminianu celulozy (patrz też tabela 1).

Podane niżej przykłady objaśniają bliżej sposób według wynalazku.

Przykład I jest przy tym przykładem porównawczym, tj. przykładem, w którym przeprowadza się sposób dotychczas znany ze stanu techniki, tzn. jednoetapowy sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy.

P r z y k ł a d I. Sposób porównawczy dla wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy na tradycyjnej drodze

Ilość, odpowiadającą 390 g bezwodnego karbaminianu celulozy (DP 239) o zawartości 3,2% azotu, którą uprzednio nawilża się za pomocą 1,8-krotnej ilości wody i wstępnie chłodzi, miesza się w aparacie do rozpuszczania z 4108 g wstępnie ochłodzonego 10,13% ługu sodowego i w warunkach intensywnego obciążenia ścinającego oraz wymuszonej cyrkulacji rozpuszcza w ciągu 2 godzin w temperaturze 2°C do postaci 5200 g roztworu karbaminianu celulozy o zawartości 7,5% karbaminianu celulozy i o zawartości 8% alkaliów. W celu scharakteryzowania jakości roztworu przeprowadza się konduktometryczne zliczanie cząstek po rozcieńczeniu tego roztworu karbaminianu celulozy. Oznaczone liczby cząstek są wyszczególnione w tabeli.

P r z y k ł a d II. Ilość, odpowiadającą 468 g bezwodnego karbaminianu celulozy (DP 239) o zawartości 3,2% azotu, którą uprzednio nawilża się za pomocą 1,8-krotnej ilości wody i wstępnie chłodzi, miesza się z 3890 g wstępnie ochłodzonego 10,7% ługu sodowego i w takim samym, jak w przykładzie I, aparacie do rozpuszczania rozpuszcza w ciągu 30 minut w temperaturze 2°C do postaci 5200 g roztworu karbaminianu celulozy o zawartości 9% karbaminianu celulozy i o zawartości 8% alkaliów. W ciągu następnych 30 minut do roztworu w ciągłym aparacie do rozpuszczania wobec ciągłego chłodzenia dodaje się 1040 g 4% ługu sodowego. Następnie proces rozpuszczania kontynuuje się w ciągu dalszej godziny. Z otrzymanego roztworu, wykazującego 7,5% karbaminianu celulozy i 7,3% alkaliów, odpowiednio do przykładu I określa się zawartość cząstek wyszczególnioną w tabeli.

P r z y k ł a d III. Ilość, odpowiadającą 587,6 g bezwodnego karbaminianu celulozy (DP 239) o zawartości 3,2% azotu, którą uprzednio nawilża się za pomocą 1,8-krotnej ilości wody i wstępnie chłodzi, miesza się z 3555 g wstępnie ochłodzonego 13,2% ługu sodowego i rozpuszcza w ciągu 30 minut w temperaturze 2°C do postaci 5200 g roztworu karbaminianu celulozy o zawartości 11,3% karbaminianu celulozy i o zawartości 9% alkaliów. W ciągu następnej godziny do roztworu w ciągłym aparacie do rozpuszczania wobec ciągłego chłodzenia dodaje się 2700 g wody, po czym proces rozpuszczania kontynuuje się w ciągu dalszej godziny. Z otrzymanego roztworu o zawartości 7,4% karbaminianu celulozy i o zawartości 5,9% alkaliów określa się odpowiednio do przykładu I zawartość cząstek wyszczególnioną w tabeli.

P r z y k ł a d IV. Ilość, odpowiadającą 598 g bezwodnego karbaminianu celulozy (DP 239) o zawartości 3,2% azotu, którą uprzednio nawilża się za pomocą 1,8-krotnej ilości wody i wstępnie chłodzi, miesza się z 3526 g wstępnie ochłodzonego 14% ługu sodowego i rozpuszcza w ciągu 30 minut w temperaturze 2°C do postaci 5200 g roztworu karbaminianu celulozy o zawartości 11,5%

PL 191 825 B1 karbaminianu celulozy i o zawartości 9% alkaliów. W ciągu następnych 30 minut do roztworu w nieprzerwanie działającym aparacie do rozpuszczania dodaje się w warunkach ciągłego chłodzenia 1800 g 3% ługu sodowego. Po tym proces rozpuszczania kontynuuje się w ciągu dalszej godziny. Z otrzymanego roztworu o zawartości 8,5% karbaminianu celulozy i o zawartości 7,8% alkaliów określa się odpowiednio do przykładu I zawartość cząstek wyszczególnioną w tabeli.

Tabe la

Roztwór według	> 5 mm	Średnica cząstek
> 10 mm	> 20 mm	> 30 mm
Liczba cząstek/mg celulozy
Przykład I	565823	77177	3561	331
Przykład II	419528	42613	2145	358
Przykład III	54537	4121	210	30
Przykład IV	927	224	39	11

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób wytwarzania roztworu karbaminianu celulozy drogą rozpuszczania karbaminianu celulozy w ługu sodowym w temperaturze < 10°C, znamienny tym, że w pierwszym etapie wytwarza się 8-15% roztwór karbaminianu celulozy wobec stężenia ługu sodowego rzędu 7-12%, i że następnie w drugim etapie drogą rozcieńczania za pomocą rozcieńczonego ługu sodowego i/lub wody nastawia się roztwór na stężenie ługu sodowego < 9% pod warunkiem, że w obu etapach stosunek wagowy karbaminianu celulozy do alkaliów jest > 1.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie w pierwszym etapie nastawia się tak, żeby roztwór zawierał 9-12% karbaminianu celulozy wobec stężenia ługu sodowego 8-10%, i żeby w drugim etapie stężenie alkaliów było £ 8%.

3. Sposób według zastrz. 1albo 2, znamienny tym, że rozcieńczanie prowadzi się za pomocą roztworu ługu sodowego o stężeniu £ 4% jako rozcieńczalnika.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas pierwszego i drugiego etapu utrzymuje się temperaturę < 5°C.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że proces rozpuszczania prowadzi się w warunkach intensywnego mieszania.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że jako rozcieńczalnik początkowo stosuje się rozcieńczony roztwór ługu sodowego o stężeniu £ 4%, i że następnie dodaje się wodę aż do osiągnięcia żądanego stężenia końcowego.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dodawanie rozcieńczalnika na początku rozcieńczania jest spowolnione w porównaniu z końcem rozcieńczania.