CS828584A2 - Method of fibres or foils production made of cellulose carbamate - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby vláken nebo foliíz karbamátu celulózy.

Ve finských patentových spisech č. 61 033 & č. U Ϊíř ká-pat-eut226) se popisuje způ- í - ' . / 1' sob výroby derivátu celulózy, rozpustného v alkáliích, z celu-lozy'a močoviny. Tento způsob je založen na skutečnosti, žekdyž se močovina zahřeje na svou teplotu tání nebo na vyšší řť teplotu, začíná se rozkládat v kyselinu isokyanatou a amoniak.Kyselina isokyanaté reaguje s celulózou za vzniku derivátucelulózy rozpustného v alkáliích, tedy karbamátu celulózy.

Tuto reakci je možno znázornit schématem cel - OH + HTTCO -> cel - 0 - C<- NH^ , ve kterém cel znamená celulózu.

Vzniklá celulózová sloučenina, tedy karbamátcelulózy, se po promytí může vysušit a skladovat i delší dobu,nebo se může rozpustit, například pro výrobu vláken, ve vod-ném roztoku alkálie. Ze vzniklého roztoku je možno vyrobitvlákna nebo fólie z karbamátu celulózy zvlákněním nebo vytla-čováním obdobně jako při zpracování viskózy. Dobré skladovétel-nost a schopnost přepravy karbamátu celulózy je velkou výhodouoproti xanthátu celulózy, vznikajícímu při výrobě viskózy,který nelze ani skladovat ani přepravovat, dokonce ani v podobě roztoku 2. '5 í - * - ...tóárli. se. vyrobit, .nepřetržité vlákno z karbamátucelulózy, vhodné pro. použití k výrobě textilií, rozpustí sekarbamát v alkálii, Dapríklad ve vodném roztoku hydro- xidu sodného· Ze vzniklého roztoku se karbamát celulózy můžezvláknit zvláknovačími tryskami do Kyselé srážecí lázně, v níždojde k vysréžení karbamátu celulózy. Vysrážení je možno rov-něž uskutečnit v nižších alkoholech, například v methanolu,ethanolu nebo butanolu, nebo v horkých vodných roztocích solí.

Zvláknitelnost alkalického roztoku karbamátucelulózy je ovlivněna, kromě jiných činitelů, obsahem karbamátuv roztoku, viskozitou roztoku a t*zv, stupněm (číslem) zanášení.'Tento stupen (číslo) zanášení souvisí's množstvím nedokonalerozpuštěných, gelu podobných vláknitých částic..Bylo zjištěno,že stupen (Číslo) zanášeni závisí vpodstatě na tom, jaký byl .stupen polymerace celulózy použité jako výchozí materiál provýrobu karbamátu celulózy. PolymereČní stupen celulózy mé vlivna viskožitu alkalického roztoku výsledného produktu a na ve-likost množství karbamátu přešlého do roztoku působením alká-lie. Pro stupen (číslo) zanášení má velký význam rovnoměrnostpólymeračního stupně výchozího materiálu.

Vhodná hodnota. polymeračního stupně celulózyse ukázala být v rozmezí 800 až 400. Pro snížení polymeračníhostupně se tradičně používá zpracování alkáliemi. Při postupupodle finkého patentu č. Ýfinská- pat-entová přihlááka· E142O£ý je zpracování alkáliemi nahraženo ozařováním. To K. znamená, že výchoz! celulózový materiál se podrobí ozáření - í t * I dávkou 0,5 až 10 iáradů, jejímž účinkem se polymerační stupen celulózy sníží na vhodnou úroveň· PouŽije-li se účinného zdroje'záření, probíhá depolymerace rychle a lze .ji snadno regulovatzměnou intenzity záření nebo změnou délky .doby ozáření· . Jestliže se vyrábějí z karbamátu celulózy vlákna pro různé účely^ je nutné zvolit v každém jednotlivém případěvhodnou jakost karbamátu. To značí, že by bylo žádoucí, abybylo možno vybrat pro každý jednotlivý účel karbamát o polyme-račním stupni vhodné výše se zřetelem jak ke zvláknovéní, takk jakostí vlákna tvořícího konečný produkt. To by však mělo * za -následek, že by se musel vyrobit a skladovat velký počet s , * různých druhů karbamátu, což by bylo v praxi ekonomicky neúnos-né a nevhodné s hlediska výroby karbamátu·

Nyní bylo zjištěno, že při výrobě karbamátu vjakosti, vhodné pro uvažované použití v daném případě, je možnopostupovat opačně než při výše popsaných postupech^ čímž sedosáhne značných výhod. Bylo zjištěno, Že jestliže karbamátcelulózy, vyrobený reakcí močoviny s celulózou, je dostatečněozářen, není nutno snížit nebo vůbec regulovat polymeračnístupen celulózy použité jako výchozí materiál při výrobě karba»mátu, nebo je potřebné snížení polymeračního stupně výrazněmenší.

Je proto předmětem vynálezu způsob výroby vláken nebo fólií, z karbamátu celulózy, při němž se k získání karba- mátu- celulózy nechá celulóza reagovat s močovinou za zvýšenéteploty, vzniklý karbamét se rozpustí v roztoku alkálie, zvlék-novací roztok se zvlákní vytlačováním zvláknovacími tryskamido kyselého srážecího roztoku za vzniku vláken nebo fólií,kterýžto způsob se vyznačuje tím, že se karbamét celuíózy předrozpuštěním v roztoku alkálie ozáří dávkou 0,05 až .10 ÍSradůa popřípadě se následně vystaví působení měkkého záření»

Jednou z výhod způsobu podle vynálezu je, že proregulování polymeračního stupně výchozí celulózy je možno vy-pustit nákladné zpracování alkáliemi. Ozáření, používané rovněžpro regulování polymeračního stupně výchozí celulózy, je možnoopominout, je-li cílem vyrobit při výrobě karbamétu pouze ně-kolik málo základních druhů karbamátu, a karbamát celulózy,potřebný pro ten který konečný produkt, se podrobí ozáření ointenzitě požadované v tom kterém případě. Postup.k regulovánípolymeračního stupně, jenž je charakteristickým význakem způ-sobu podle vynálezu, je tedy popřípadě možno přenést od výrobcesuroviny do výroby konečného produktu·

Ozáření se nejlépe provádí tak, že se vlákna zkarbamátu celulózy vedou kolem zdroje záření. Karbamát můžebýt v podobě volných vláken, rohože z vláken, tkaniny nebo fó-lie. Celkovou dávku potřebného ozáření je možno dodat buS na-jednou před rozpuštěním karbamátu celulózy v alkálii, nebo tak,že se dílčí dávka z celkového potřebného ozáření dodá před.vyrobením karbamátu celulózy, jak je to uvedeno ve finském pa- ί — á — "ř 'Jiné možné provedení spočívá v tom, že se karbamét podrobíozáření měkkým zářením po rozpuštění v alkélii. I minimálnídávka ozáření (0,05 až 0,5 Kradu) postačuje, aby umožnila, stáleještě v tomto stádiu, upravit vlastnosti roztoku na požadovanoumíru. Avšak důležité je ozáření před rozpuštěním karbamétu.,protože takto Zze dosáhnout podstatně koncentrovanějších roz-toků· Celkově potřebné dávka ozáření jev rozmezí 0,05 až 10Ifiradů a volí se podle požadovaných vlastností vláken nebo folie z karbamátu, vyrobených jako konečný produkt. ' · 1- Při způsobu podle vynálezu je možno použit ioni-začního záření, které zahrnuje elektronové paprsky a gammazáření. K vytvoření těchto záření je možno použít znáných za- ’řízení. Typické gamma zářiče zahrnují ochranný radiační štít,zařízení pro posun materiálu určeného k ozáření a zdroj záření,jímž je nejčastěji kobalt 60. Pro produkování elektronovýchpaprsků se obvykle používá wolframové, katody v podobě vlákna,jež produkuje elektrony, které se ve vakuu urychlí elektrický^polem na požadovanou míru energie, obvykle v rozmezí 0,1 až4 MeV. Výroba karbamátu celulózy z močoviny a celulózyza zvýšené teploty se může provádět například postupem podlefinského patentu Č. 61033 nebo 62318. Podle posledně uvedenéhozpůsobu se močovina rozpustí v kapalném amoniaku a vzniklýmroztokem se působí na celulózová vlákna při teplotě bu5 nižší - $ - nebo.vyšší,. .aež-.Je teplota varta amoniaku♦ V posledně uvedeném -případě se zpracování provádí v .tlakové nádobě.

Množství močoviny v amoniakálním roztoku je možnovolit v dosti širokých mezích v závislosti na ostatních para-metrech způsobu. Obvykle bývá přiměřené hmotnostní množstvímočoviny v rozmezí 15 až 120 %, vztaženo na hmotnostní množstvícelulózy. Množství močoviny, kterého se v jednotlivých přípa-dech použije, závisí mezi jiným na reakční teplotě a na reakčnídobě. Doba potřebná pro nasáknutí kolísá od,asi 5 sekund doněkolika hodin.

Po zpracování celulózy amoniakálním roztokem mo-čoviny se amoniak oddělí od celulózy jakýmkoliv vhodným způso-bem. Močovina tím zůstane homogenně rozptýlena v celulóze.Amoniak se výhodně, zachycuje a znovu použije. Pro odpaření amo-niaku lze výhodně použít například vakuového a/nebo tepelnéhopostupu.

Vlastní reakce mezi celulózou a močovinou pro-bíhá za zvýšené teploty po odstranění amoniaku. Potřebná délkareakční doby závisí mezi jiným na množství močoviny, na pod-mínkách při nasakování a na teplotě. Zpravidla je nutná teplotav rozmezí 110 až 200 °C. Délka doby, potřebné pro proběhnutíreakce, činí zpravidla několik málo minut až několik málo ho-din. Zahřívání a reakce celulózy s močovinou se výhodně prová-dějí za sníženého tlaku, čímž amoniak, uvolněný při reakci,může rychle unikat z reakční zóny. L · . ·'··. ......· ' ; Výsledný reakční produkt se popřípadě vícekrát í · . t promyje, načež se vzniklý karbamát podrobí ozáření způsoben x ' podle vynálezu·

Rozpuštění karbamátu celulózy v alkálii po ozá-ření se výhodně-provádí tak, že se karbamát suspenduje ve vodě,

načež se přidá roztok alkálie potřebný pro rozpuštění karbamátu.. .... ' · K

Rozpuštění probíhá výhodně při nízké teplotě, přibližně -5 °C, .za stálého míchání a případného chlazení. Rozpouštění se můžepodpořit přidáním močoviny buS do vodné suspenze nebo do roz-toku alkálie. Obvykle trvá rozpouštění 1 až 3 hodiny. Provádí-li se rozpouštění při vyšší teplotě, snižuje se značně jehorychlost.

Vynález je podrobněji objasněn v dále uvedených příkladech.

Jednou z nejdůležitějších charakteristickýchvlastností roztoku derivátu celulózy, určeného pro výrobu vlá-ken, je jeho fitrovatelnost. V následujících příkladech je. filtrovatelnost charakterizována t^zv. stupněm (číslem)zanášení, ...... ' , ’ / ·. definovaným v pojednání od H. Sihtoly, uveřejněném v časopisuPaperi ja puu, ££ (1962) č. 5, str. 295 až 300. Při zkoušce,sloužící k definování stupně (Čísla) zanášení, se používá mini-filtru Q účinné filtrační ploše 3,8 cm^, přičemž filtračnímmateriálem je filtrační papír tóacherey-Nagel 616. Filtrovatel-nost se vypočte podle vztahu L- ^20,60 = 1/2 x 1C4 ! 60/Pé0 - 2C/F20) , , < - „ Z ' · ve kterém ?2Q znamená množství celulózy (v gramech) prošléfiltrem za 20 minut., ¥ , znamená množství celulózy (v gramech) prošléfiltrem za 60 minut, a KW2o 6Q znamená stupen (číslo) zanášení i

Chemicky čištěná btmičins o polymeračním stupni 1300 v podobědesek se napustí kapalným amoniakem, v němž byla předtím roz-puštěna močovina» Amoniak se pak nechá odpařit, Čímž deskabuničiny obsahuje 60 % močoviny, vztaženo na hmotnostní množ-ství celulózy· Pak se deska buničiny ponechá tři minuty mezihorkými deskami o teplotě 220 °C.

Vzniklý kerbamát celulózy se po skončení reakce třikrát pro-myje vodou a jednou methanolem. Karbamét má polymerační stupen950 a obsah dusíku 2,48 %. Z tohoto produktu se při teplotě. -5 °C připraví 2,1 %ní roztok v 10 £ním roztoku hydroxidueodného. Stupen (Číslo) zanášení vzniklého roztoku, zjištěnýměřením, je přibližně 100,000. .

část karbamátu se vede kolem zdroje gamma zářenítak, že vzorek obdrží celkovou dávku záření 0,75’.Mra du. Poly-merační stupen karbamátu je 480 a obsah dusíku v karbamátu činí 2,3 %· Karbamát se rozpustí při teplotě -5 °C v .10 %ním roztokuhydroxidu sodného- Obsah karbamátu ve vzniklém :roztoku je 4,5 $a stupen (číslo) zanášení KW^q je 860. PJ?jí k~1 a_^d 2

Jako v příkladu 1 se bělená sulfitová buničinao polymeračním stupni 800 napustí močovinou. Obsah močovinyv listu buničiny je 50 %, vztaženo na hmotnostní množství buni-činy» Napuštěný list se vloží na dvě minuty mezi horké deskyo teplotě 220 °C. ^o prosytí má karbamát polymerační stupen650 a obsaž dusíku 2,15.%· Při teplotě -5 °C se připraví roz-tok karbamátu o koncentraci 3 % v 10^%ním roztoku hydroxidusodného. Stupeň (číslo) zanášení, zjištěné měřením, činí při-

1 " I bližně 5000. Část karbamátu celulózy se 02áří elektronovýmipaprsky ze zdroje elektronových paprsků tak, že vzorek obdržídávku 0,5 Mradu. £0 ozáření Činí polymerační stupeň karbamátu390 s jeho obsah dusíku 2,20 %. Při teplotě -5 °C se připravíroztok karbamátu o koncentraci 5,3 % ve 20 %ním roztoku hydro-xidu sodného. Stupen (Číslo) zanášení tohoto roztoku, zjištěnýměřením, Činí 570. - l£> .--- - jM^íJe J; jrji ----3---:------.---........ • Jako v příkladu 2 se vyrobí karbamát ze sulfito-; vé buničiny, přičemž množství močoviny činí 25 2, vztaženo na hmotnostní množství buničiny- před tepelným zpracováním. Ostat-ní parametiy jsou uvedeny v následující -tabulce: T. a b u 1 k a . bez ozáření po ozáření dávkou.0,5 Mradu polymerační stupen 670 1 ΐ -obsah dusíku (%) 1,7 j stupen (číslo) zanášení (E^) 490 1,7 480 PJ? j£_k JL_a ji 4 ! 2 bělené sulfátové buničiny o polymeračním stupni | 800 se za použití 38 % močoviny, vztaženo na hmotnostní množ- í f štvi buničiny, vyrobí, karbamát celulózy. Teplota při této re-akci je 220 °C a reakčni doba činí 2 minuty 35 sekund. . Vzniklý karbamát celulózy má polymerační stupen 690 a obsah dusíku 2,1 Stupen (číslo) zanášení 3,2 %ního roztoku-karbamátu v 10 %ním roztoku hydroxidu sodného je 18,000a viskozita, zjištěná kuličkovým viskozimetrem, je 17 'sekund.

Po ozáření karbamátu celulózy dávkou 0,5 Kraduelektronových paprsků je jeho polyE®rační stupen 410. Z karba-mátu se připraví roztok o koncentraci 5,4 % v '10 %nim roztokuhydroxidu sodného. Stupen (číslo) zanášení' tohoto roztoku je305 a viskozita 17 sekund. .'· x.

Claims (2)

1. r1 í __ ·** . -* j* 7· *p ** t · —- η tt I , PATE N T Oř V E N A ROKYTU 1· Způsob výroby.vláken nebo folií z karbanetucelulózy, při němž se nechají 2a zvýšené teploty spólu reagovatcelulóza a močovina 2a vzniku karbamétu celulózy}, získaný kar-bamát celulózy se rozpustí v roztoku alkólie za vzniku zvlákno- vacího roztoku a tento roztok se zvlókní vytlačováním zvlók- <í* j novacími tryskami do kyselého srážecího roztoku za vytvořenívláken nebo fólií, vyznačující se tím, ze.se karbamát· celulózypřed rozpuštěním v roztoku alkálie ozáří dávkou Ó.O5 až 10 • I * Jdradů záření^ ÍPLIS^Í po.případěj/následně vystaví působení měkkého záření.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, žekarbamát celulózy je během ozařování v podobě,volných vlákennebo tkaniny. . ·//'