Способ получения целлюлозных волокон с пониженной склонностью к фибриллированию

 

Изобретение относится к технологии получения целлюлозных волокон с пониженной склонностью к фибриллированию. Раствор целлюлозы в третичном аминооксиде формуют в волокна. Свежеспряденные волокна контактируют с текстильно-вспомогательным веществом с двумя реактивными группами в щелочной среде. Текстильно-вспомогательным веществом может быть краситель или бесцветное вещество. Затем волокно промывают водным буферным раствором. Далее волокно можно подвергнуть термообработке облучением электромагнитными волнами или с помощью микроволн. Склонность волокна к фибриллированию снижается в несколько раз при сохранении его физико-механических свойств. 7 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к способу получения целлюлозного волокна с пониженной склонностью к фибриллированию.

В качестве альтернативы вискозному способу в последние годы был описано ряд способов, в которых целлюлоза растворяется без образования производного в органическом растворителе, сочетаний органического растворителя с неорганической солью или в водных растворах солей. Целлюлозное волокно, полученное из таких растворов, получило в BISFA (The International Bureau for the Standardisation of man made Fibres) название лиоцелль. Лиоцеллем, по определению BISFA, является целлюлозное волокно, получаемое способом прядения из органического растворителя. Под "органическим растворителем", по определению BISFA, понимают смесь из органического химиката и воды. "Прядение в растворе" обозначает растворение и прядение без образования производных. Однако до настоящего времени лишь один способ получения целлюлозного волокна типа лиоцелль нашел применение в промышленности. В этом способе в качестве растворителя применяется третичный аминоксид, в частности N-метилморфолин-N-оксид (NMMO). Такой способ описан, например, в патенте США N 4,246,221; он позволяет получать волокно, отличающееся высокой прочностью, высоким модулем увлажнения и высокой прочностью в петле.

Однако пригодность изделий плоской формы, например тканей, изготовленных из указанного волокна, сильно ограничена из-за выраженной склонности этого волокна к фибриллированию в мокром состоянии. Под фибриллированием понимают расщепление мокрого волокна в продольном направлении при механической нагрузке в мокром состоянии, вследствие чего волокно становится ворсистым. Изготовленная из этого волокна и окрашенная ткань сильно теряет после нескольких стирок интенсивность окраски. К тому же на потертых и смятых краях появляются светлые полосы. Предпочтительно причиной фибриллирования является то, что волокно состоит из расположенных в направлении волокна фибрилл, между которыми лишь в незначительной мере имеется образование полимерной сетки.

В WO 92/14871 описан способ получения волокна с пониженной склонностью к фибриллированию. Это достигается посредством того, что все ванны, с которыми контактирует свежеспряденное волокно перед первой сушкой, имеют величину pH максимум 8,5.

В WO 92/07124 также описан способ получения волокна с пониженной склонностью к фибриллированию, по которому свежеспряденное, т.е. еще не высушенное волокно, обрабатывается катионоактивным полимером. В качестве такого полимера применяется полимер с имидазоловыми и ацетидиновыми группами. Дополнительно еще может производиться обработка эмульгируемым полимером, например, полиэтиленом или поливинилацетатом, или также производиться сшивание глиоксалем.

В сделанном S.Mortimer на конференции CELLUCON в 1993 г. в Лунде, Швеция, докладе упоминалось, что склонность к фибриллированию повышается с увеличением вытягивания.

Задачей изобретения является создание способа, который может проводиться простым образом и позволяет получать целлюлозное волокно типа лиоцелль с пониженной склонностью к фибриллированию.

Согласно изобретению способ получения целлюлозного волокна с пониженной склонностью к фибриллированию состоит в том, что свежеспряденное, еще не высушенное волокно контактирует с текстильно-вспомогательным веществом, содержащим по меньшей мере две реактивные группы, и промывается водным буферным раствором.

В качестве текстильно-вспомогательных веществ хорошо зарекомендовали себя, в частности, красители, имеющие две реактивные группы. Согласно изобретению также могут применяться бесцветные текстильные вещества, т.е. те, которые не поглощают видимый свет.

Согласно изобретению предпочтительно применяются текстильно-вспомогательные вещества, имеющие в качестве реактивных групп одну или две винилсульфоновые группы.

Целесообразная форма осуществления способа согласно изобретению отличается тем, что свежеспряденные волокна контактируют с текстильно-вспомогательным веществом в щелочной среде.

Оказалось, что склонность к фибриллированию особенно уменьшается тогда, когда щелочная среда создается щелочным карбонатом и щелочной гидроокисью.

Дальнейший предпочтительный вариант способа согласно изобретению состоит в том, что контактирующее с текстильным вспомогательным веществом волокно подвергается термообработке. Термообработка резко снижает длительность пропитки.

Европейская заявка EP-A-0538977, опубликованная 28 апреля 1993 г., описывает термообработку целлюлозных волокон, пропитанных красителем. Однако оказалось, что нагрев пропитанного текстильным вспомогательным веществом волокна горячим воздухом может сократить время пропитки, но при этом существует опасность, что волокно нагревается неравномерно. Так, например, расположенное снаружи волокно высушиваемого пучка волокна может быть уже частично сухим, в то время как волокно внутри еще не достигло необходимой температуры. Это неблагоприятно сказывается на качестве изготавливаемых волокон.

Было установлено, что этот возникающий при простой термообработке недостаток может быть устранен, если облучить волокно электромагнитными волнами, в частности микроволнами. При облучении микроволнами волокно, с одной стороны, нагревается равномерно, и, с другой стороны, можно устранить преждевременное высыхание волокна, так как облучение электромагнитными волнами предоставляет возможность заварить пучок волокна, например, в пластмассовую оболочку, и в заваренном виде подвергнуть действию электромагнитного поля.

Указанные выше преимущества также обеспечиваются, если волокно, например, в виде ровного изделия плоской формы расположено на ленточном конвейере и транспортируется по узкому каналу, в котором оно подвергается действию электромагнитных волн. Этот канал может выполняться таким образом, что над волокнами имеется лишь небольшое воздушное пространство, вследствие чего можно избежать частичного высыхания расположенного снаружи волокна. Одновременно этот вариант фиксации текстильно-вспомогательного вещества открывает также технически просто осуществляемую возможность промышленного производства.

В соответствии с этим изобретение относится далее к способу получения целлюлозного волокна с пониженной склонностью к фибриллированию, при котором раствор целлюлозы в третичном аминоксиде прядется в волокно и свежеспряденное волокно контактирует с текстильным вспомогательным веществом, имеющим по меньшей мере две реактивные группы, подвергается термообработке, и способ отличается тем, что термообработка проводится путем облучения электромагнитными волнами.

И согласно этому варианту, в способе согласно изобретению применяется предпочтительно текстильно-вспомогательное вещество, имеющее в качестве реактивных групп винилсульфоновые группы и являющееся предпочтительно красителем. Однако могут применяться также текстильно-вспомогательные бесцветные вещества, то есть те, которые не поглощают видимый свет.

Следующий предпочтительный вариант способа согласно изобретению состоит в том, что термообработка производится с помощью микроволн.

Изобретение поясняется детальнее с помощью следующих примеров. Все данные в % следует понимать как весовые %.

Получение целлюлозного волокна По описанному в европейской заявке EP-A-0356419 способу приготовлен раствор целлюлозы в NMMO, который экструдировался через фильеру. Полученное при этом элементарное волокно поступало через воздушный участок в водную осадительную ванну, в которой целлюлоза коагулирует. Полученное в осадительной ванне волокно промывалось и имело титр 1,72 dtex. Промытое волокно использовалось для описанных ниже примеров и представляет собой волокно, которое в данном описании в данных пунктах патентной формулы обозначается как свежеспряденное, еще не высушенное волокно.

1) Обработка текстильно-вспомогательными веществами без последующей термообработки.

А) Общий метод. По 1 г полученного по описанному выше способу волокна пропитывали в 190 мл водного раствора (ванна), содержащего текстильно-вспомогательное вещество, имеющее две реактивные группы, и Na₂SO₄, в течение 30 мин при 40^oC. Затем для фиксации текстильного вспомогательного вещества добавляли NaOH (3%), Na₂CO₃ (4%) или смесь из NaOH, Na₂CO₃ (4% Na₂CO₃ и 0,2 г/л NaOH).

Через следующие 60 мин при 40^oC волокно несколько раз промывалось для удаления незакрепленного на волокне текстильно-вспомогательного вещества. Затем промытое волокно обрабатывалось 30 мин водным буферным раствором и затем снова промывалось водой (15 мин) и высушивалось при 60^oC. После этого волокно исследовалось на склонность к фибриллированию и другие данные.

Оценка фибриллирования Трение волокон друг о друга при промывке или отделке в мокром состоянии моделировали с помощью следующего теста: 8 волокон длиной 20 мм с 4 мл воды помещали в 20 мл бутылочку для проб и в течение 9 часов подвергали вибрации в лабораторном вибрационном приборе типа RO-10 фирмы Gerhardt, Бонн (ФРГ) до показателя шкалы 12. Поведение фибриллирования волокна оценивалось затем под микроскопом путем подсчета количества фибрилл на 0,276 мм длины волокна.

Другие характеристики волокна Прочность и растяжение волокна проверялись по предписаниям BISFA "Internationally agreed methods for testing viscose, modal, cupro, lyocell, acetat and triacetate staple fibres and tows", издание 1993 г.

Б) Примеры. По описанному выше способу обрабатывали волокно красителем Remazol Черный В и Remazol Красный RB в качестве текстильного вспомогательного вещества (изготовитель: фирма Hoechst AG). Краситель Remazol Черный В имеет две винилсульфоновые группы и краситель Remazol Красный RB имеет одну винилсульфоновую группу и одну монохлортиазиновую группу. Раствор содержал 3% Remazol Черный В или 0,5% Remazol Красный RB. В каждом примере pH раствора был 4,6. Применяемый водный буферный раствор был водным раствором, содержащим 3% уксусной кислоты и 7% натрийацетата. Величина pH этого раствора была 4,6. После обработки буферным раствором волокна промывались водой 15 мин и затем исследовались. В таблице 1а приведены применяемое фиксирующее вещество, фибриллирование (количество фибрилл), титр (dtex), прочность волокна (cN/tex) и растяжение волокна (%). Примеры 1, 2 и 3 проводились с красителем Remazol Красный RB. В таблице 1б приведены результаты сравнительных экспериментов, проведенных без красителя.

Сравнение результатов таблиц 1a и 1б показывает, что текстильно-вспомогательное вещество, в данном случае красители Remazol Черный В и Remazol Красный RB, резко снижают склонность волокна к фибриллированию и что сочетание NaOH+Na₂СО₃, применяемое для фиксации текстильно-вспомогательного вещества, также уменьшает существенно склонность к фибриллированию.

Оказалось, что приведенные выше результаты были также получены при применении других текстильно-вспомогательных веществ, имеющих две реактивные группы, Remazol Черный В и Remazol Красный RB заменяют таким образом другие текстильно-вспомогательные вещества, которые также имеют, по меньшей мере, две реактивные группы.

2) Обработка текстильно-вспомогательными веществами с последующей термообработкой.

Соответственно 1 г полученного по приведенному выше способу волокна пропитывали в 190 мл раствора, содержащего 0,2% Remazol Черный В, 2% Na₂CO₃, 0,2% NaOH, pH 11,5, 3 раза по 30 секунд, причем волокно после каждой пропитки отжимали. Затем каждый образец 2 раза по 40 секунд подвергался термообработке в печи с циркуляцией воздуха при 180^oC. После этого каждый подвергнутый термообработке образец обрабатывался в течение 30 минут указанным выше ацетатным буферным раствором (pH 4,6), 15 минут промывался водой, высушивался при 60^oC и исследовался. Результаты приведены в табл. 2, причем пример 10 был контрольным (для примера 10 повторялся пример 9, причем, однако, текстильно-вспомогательное вещество не применялось).

Из табл. 2 следует, что термообработка пропитанного текстильно-вспомогательным веществом волокна, резко снижает время пропитки и что, несмотря на это, склонность к фибриллированию уменьшается.

С красителем Remazol Красный RB были получены аналогичные хорошие результаты.

3. Обработка с текстильно-вспомогательными веществами с последующим облучением микроволнами.

10 г полученного по описанному выше способу волокна пропитывали в 900 мл раствора (10% Remazol Черный В, 10% Na₂SO₄, 8% Na₂СО₃; pH с помощью NaOH доводился до 11,5) в течение 9 минут. Затем волокно отжималось и делилось на 2 одинаковые большие части (примеры 12, 13). Пример 11 служил контролем и показывал свойства волокна, не обработанным текстильно-вспомогательным веществом. Для примеров 12 и 13 волокно после пропитки раствором отжималось и нагревалось 180 секунд до 180^oC (пример 12) или облучалось в течение 50 секунд микроволнами мощностью 90 Вт (пример 13). Затем волокно 30 минут обрабатывалось в указанном выше ацетатном буферном растворе при pH 4,6, 15 минут промывалось водой и высушивалось при 60^oC. Результаты теста приведены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что облучение микроволнами сокращает время нагрева и что склонность к фибриллированию уменьшается далее. Аналогичные хорошие результаты относительно уменьшения склонности к фибриллированию были получены, когда вместо Remazol Черный В применялись другие текстильные вспомогательные вещества с по меньшей мере двумя реактивными группами. В частности, оказалось, что благоприятное воздействие на склонность к фибриллированию выражено так же сильно, как и при глиоксале. Далее оказалось, что указанный выше благоприятный эффект, который дает облучение микроволнами, наблюдается и при глиоксале и других диальдегидах, что видно из нижеследующего примера.

2 г волокна, полученного описанным в разделе 1 способом, пропитывали два раза по 3 минуты в 140 мл раствора, содержащего 2% глиоксаля и 0,66% сшивающего катализатора (например, Condensol FB, смесь из ZnCl₂ и MgCl₂, изготовитель: BASF). Затем раствор отжимали, волокно делили на 2 части (примеры 15, 16). Пример 14 служил контролем, для примера 15 волокно обрабатывали 10 мин в печи с циркуляцией воздуха при 100^oC, и для примера 16 волокно два раза в течение 60 секунд подвергалось действию микроволны мощностью 500 Вт. Результаты фибриллирования приведены ниже в табл. 4.

Описанный выше образ действий повторялся, причем, однако, вместо глиоксаля применялся глутардиальдегид (3,4%). Результаты фибриллирования полученного волокна также приведены в табл. 4 (примеры 17, 18 и 19 соответствуют примерам 14, 15 или 16).

Формула изобретения

1. Способ получения целлюлозных волокон с пониженной склонностью к фибриллированию, при котором раствор целлюлозы в третичном аминооксиде прядут в волокна, отличающийся тем, что свежеспряденные волокна контактируют с текстильно-вспомогательным веществом, имеющим по меньшей мере две реактивные группы, в щеточной среде и промывают водным буферным раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве текстильно-вспомогательного вещества применяют краситель или бесцветное вещество.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяют текстильно-вспомогательное вещество, имеющее по меньшей мере одну винилсульфоновую группу в качестве реактивной группы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочную среду создают щелочным карбонатом и щелочной гидроокисью.

5. Способ по одному или нескольким из пп.1-4, отличающийся тем, что контактирующее с текстильно-вспомогательным веществом волокно подвергают термообработке.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что термообработку волокон проводят путем облучения электромагнитными волнами.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что термообработку проводят с помощью микроволн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4