SE459255B - Foerfarande foer framstaellning av cellulosakarbamatfibrer eller -filmer - Google Patents

Description

459 255 2 lösning av natriumhydroxid. Cellulosakarbamatet kan spinnas genom spinnmunstycken från lösningen i ett surt fällningsbad, vilket orsakar utfällning av cellulosa- karbamatet. Utfällningen kan även genomföras i lägre alkoholer; såsom t ex metanol, etanol eller butanol, eller i varma saltlösningar. Spinnbarheten för alkali- lösningen av cellulosakarbamat pâverkas bl a av lösníngens karbamathalt, viskositet och tilltäppningstal. Det sistnämnda är förknippat med mängden av gelliknande, ofullständigt lösta fiberpartiklar. Man har funnit att tilltäppningstalet väsentligen är beroende på polymerisatíonsgraden (DP) hos cellulosan som användes som utgângsmaterial vid karbamattillverkningsförfarandet.

Cellulosans DP inverkar på viskositeten hos alkali- lösningen av slutprodukten och pà hur mycket karbamat som tas upp i lösningen av alkalit. Det är högst betydelse- fullt för tilltäppningstalet hur enhetlig DP hos ut- gàngsmaterialet är.

En lämplig polymerisationsgrad (DP) för cellulosan har visat sig vara 800-400. För att reducera DP har traditionellt alkalibehandling använts. Vid förfarandet i den finska patentansökan nr 814208 ersätts alkali- behandlingen av bestrålning. Detta innebär att det ursprungliga cellulosamaterialet utsätts för en strål- ningsdos av 0,5-lß Mrad, varigenom cellulosans DP sänks till en lämplig nivå. När en effektiv strâlnings- källa används, sker depolymerisationen snabbt och regleras lätt genom ändring av intensiteten eller bestrålningstiden.

När fibrer för varierande ändamål framställs från cellulosakarbamat, är det nödvändigt att i varje fallfivälja en lämplig karbamatkvalitet. Detta innebär att det skulle vara önskvärt att för varje ändamål kunna välja ett karbamat med DP på en lämplig nivà med avseende pá både spinning och pà kvaliteten hos fibrerna som utgör slutprodukten. Emellertid skulle detta ha till följd att ett stort antal olika karbamat- 459 255 3 sorter skulle behöva tillverkas och lagras, ett för- farande som skulle kunna vara ekonomiskt osunt och olämpligt med hänsyn till karbamattillverkningsprocessen.

Det har nu observerats via föreliggande uppfinning att det vid tillverkning av en karbamatkvalitet som är lämplig för varje särskild användning är möjligt att förfara på ett omvänt sätt jämfört med ovannämnda förfaranden, varigenom betydande fördelar uppnås.

Man har funnit att om cellulosakarbamatet, som till- verkas med hjälp av reaktionen mellan urea och cellulosa, bestràlas tillräckligt, behöver inte polymerisations- graden hos cellulosan som används som utgångsmaterial vid tillverkning av karbamat vara lägre eller regleras alls, eller i vilket fall som helst, är behovet av att sänka den betydligt mindre. Ändamålet med uppfinningen är därför ett förfarande för tillverkning av cellulosakarbamatfibrer eller -filmer, vid vilket cellulosa och urea reageras med varandra vid en förhöjd temperatur för tillverkning av cellulosakarbamat, karbamatet upplöses i en alkalisk lösning och spinnlösningen spinns genom spinnmunstycken i en sur fällningslösning för utfällning av fibrer eller filmer. Förfarandet kännetecknas av att cellulosa- karbamatet före sin upplösning i alkali utsätts för en strálningsdos av 0,05-10 Mrad och, vid behov, efter- behandlas med mild bestrálning.

Med förfarandet enligt uppfinningen uppnås först fördelen att den dyra alkalibehandlingen för reglering av DP hos cellulosan i utgàngsmaterialet kan uteslutas.

Bestràlningssteget, som också används vid reglering av DP hos utgàngscellulosan, kan uteslutas om syftet endast är att tillverka nâgra få grundläggande sorter genom karbamatprocessen, och cellulosakarbamatet som krävs för varje slutprodukt behandlas genom bestrålning vid den intensitet som är erforderlig i varje fall.

Det regleringssteg som är karaktäristiskt för processen kan därför vid behov överföras från tillverkaren 459 255 4 av ràmaterialet till tillverkaren av produkten.

Bestràlningen genomföres bäst genom att leda cellu- 7 losakarbamatfibrerna förbi en stràlningskälla. Karba- matet kan vara i form av lösa fibrer, en fibermatta, en bana, eller ark. Den erforderliga bestràlningen kan tillföras antingen helt och hållet före upplösandet ' av cellulosakarbamatet i alkalit, eller så att en del av den erforderliga bestrålningen genomförs före till- verkningen av cellulosakarbamat, såsom föreslås i den finska patentansökan nr 814208. Även sådana förfaranden som att karbamatet utsätts för svag bestrâlning efter att ha upplösts i alkalit är genomförbara. Även minimala strålningsdoser (0,0S-0,5 Mrad) är tillräckliga för att ännu vid detta steg erbjuda en möjlighet att justera lösningens egenskaper. Bestràlningen före upplösningen är emellertid väsentlig, eftersom härigenom betydligt mer koncentrerade karbamatlösningar kan uppnås- Den erforderliga totala strålningsdosen ligger i området 0,05-10 Mrad, och den är vald i enlighet med de önskade egenskaperna hos karbamatfibern eller -filmen som framställs som slutprodukt.

Vid förfarandet enligt uppfinningen kan joniserande strålning utnyttjas, vilken inkluderar elektronstrålning och gammastrålning. Vid alstring av dessa kan hjälpmedel enligt känd teknik användas. Typiska gammastrålare inbegriper i regel en strålningsskärm, transport- arrangemang för materialet som skall bestràlas och en strálningskälla, oftast bestående av kobolt 60.

Vid alstring av elektronstrålning, är det vanligt att använda en volframtràdkatod för att alstra elek- troner, som accelereras i vakuum med hjälp av ett elektriskt fält till en önskad energinivå, vanligtvis i området 0,1-4 MeV.

Tillverkningen av cellulosakarbamat från urea och cellulosa vid förhöjd temperatur kan t ex ske genom ett förfarande enligt det finska patentet nr 61033 eller 62318. Vid sistnämnda förfarande upplöses 459 255 urea i flytande ammoniak och cellulosafibrerna behandlas vid en temperatur som är lägre eller högre än ammoniaks kokpunkt. I det senare fallet genomförs behandlingen i ett tryckkärl.

Mängden urea i ammoniaklösningen kan väljas inom ett ganska brett område, beroende på de andra process- variablerna. Normalt ligger den tillräckliga urea- kvantiteten i området 15-120 vikt%, räknat på cellu- losavikten. Mängden urea som ska väljas i varje fall beror bl a på den använda reaktionstemperaturen och reaktionstiden. Den erforderliga blötläggníngstiden varierar från ungefär 5 sekunder till flera timmar.

Efter ammoniak~ureabehandlingen avlägsnas ammoniaken från cellulosan pà något lämpligt sätt. Urean kommer då att förbli i homogen fördelning i cellulosan. Ammoniaken àtervinns och áteranvänds företrädesvis. För förångning kan t ex vakuumbehandling och/eller upphettning an- A vändas. ' Den faktiska reaktionen mellan cellulosa och urea genomförs vid förhöjd temperatur efter avlägsnande av ammoniaken. Den erforderliga reaktionstiden beror bl a på ureakvantiteten, på blötläggningsbetingelserna och pá upphettningsbetingelserna. I allmänhet krävs en temperatur mellan ll0°C och 200°C. Den erforder- liga reaktionstiden varierar i regel frán ett par minuter till några timmar. Upphettningen, och reaktionen mellan cellulosa och urea, genomförs företrädesvis i vakuum, varigenom den vid reaktionen bildade ammoniaken snabbt lämnar reaktionsutrymmet.

Reaktionens slutprodukt tvättas en eller flera gånger, varefter bestrålning av karbamatet genomförs på det sätt som utläres av uppfinningen.

Upplösningen av cellulosakarbamatet i alkali efter bestrálningssteget sker företrädesvis så att karbamatet suspenderas i vatten, varefter den alkalilösning som krävs för upplösningen tillsätts. Upplösningen genomförs företrädesvis vid en låg temperatur, ungefär 459 255 6 -5°C, med omblandning hela tiden och kylning vid behov.

Upplösningen kan förbättras genom tillsättning av urea antingen till vatten eller till alkalit- Vanligtvis genomförs upplösningen inom 1-3 h. Om en högre upp- lösningstemperatur används, minskar upplösningshastig- heten avsevärt.

Uppfinningen beskrivs mera i detalj i de följande exemplen.

När det är fråga om en cellulosaderivatlösning som är avsedd för framställning av fibrer, är en av de viktigaste utmärkande egenskaperna dess filtrerbar- het. Filtrerbarheten beskrivs i exemplen genom det så kallade tilltäppningstalet, som är definierat i skriften: H Sihtola, Paperi ja puu 44 (1962) nr 5, sidorna 295-300. Vid förfarandet används ett minifilter med en effektiv area av 3,8 cmz, och filtreringsmate- rialet är Macherey-Nagel MN 616 papper. Filtrerbar- heten beräknas med formeln: _ 4 _ xw20'60 _ 1/2 X 10 (so/P60 20/P ) där P ll mängd cellulosa (i g) som runnit genom filtret på 20 minuter P mängd cellulosa (i g) som runnit genom filtret på 60 minuter, och 60 KW20'60 = tilltäppningstalet Exempel l Kemiskt renad bomull i arkform, (DP 1300) impreg- nerades, med flytande ammoniak, vari urea hade lösts.

Ammoniaken fick avdunsta, varvid arket innehöll urea med 60 % av cellulosans vikt. Därefter behandlades arket mellan varma plattor vid 220°C under tre minuter.

Cellulosakarbamatet, som framställdes efter reak- tionen, tvättades tre gånger med vatten och en gång 459 255 7 med metanol. Karbamatet hade en DP av 950, och kväve- halten var 2,48 %. Av produkten tillverkades en 2,1 % lösning i 10 % natriumhydroxid vid -5° C. Lösningens till- täppningstal befanns genom mätningar vara ungefär 100000.

En del av karbamatet fördes förbi en gammastrâlare på ett sådant sätt att provet utsattes för en total stràlningsdos av 0,75 Mrad. Karbamatet hade en DP av 480, och kvävehalten var 2,3 %. Karbamatet upplöstes i 10 % natriumhydroxidlösning vid -5° C. Lösningens karbamat- halt var 4,5 % och tilltäppningstalet KW20 60 var 860.

I Exempel 2 Liksom i exempel 1 impregnerades blekt sulfit- cellulosa, som hade en DP av 800, med urea. Ureahalten i arket var 50 % av cellulosavikten. Arket behandlades mellan varma plattor vid 220° C under två minuter. Efter tvättning hade karbamatet en DP av 650, och kvävehalten var 2,15 %. En 3 % karbamatlösning gjordes i en 10 % NaOH-lösning vid -5° C. Lösningens tílltäppningstal befanns vara ungefär 5000.

En del av cellulosakarbamatet utsattes för bestràl- ning från en elektronstràlare på ett sådant sätt att provet gavs en dos på 0,5 Mrad. Efter bestràlningen var DP 390 och kvävehalten 2,20 %. En 5,3 % karbamatlösning tillverkades i en 20 % natriumhydroxid vid -5° C. Till- täppningstalet i denna lösning uppmättes till 570.

Exempel 3 Liksom i exempel 2, framställdes karbamat fràn sul- fítcellulosa, och ureakvantiteten var 25 % av cellulosa- vikten före värmebehandling. Resultaten presenteras i följande tabell: Utan bestrålning Bestràlning: 0,5 Mrad DP 670 490 KVäVehalt 117 1r7 Tilltäppningstal (Kq) _ 480 459 255 Exemgel 4 Cellulosakarbamat framställdes från blekt sulfit- cellulosa (DP 800), genom användning av urea i en mängd av 38 % av cellulosavikten. Reaktionstemperaturen var 220° C och reaktionstiden 2 minuter och 35 sekunder.

Cellulosakarbamatet hade en DP av 690 och en kvävehalt av 2,1 %, och tilltäppningstalet hos en 3,2 % lösning gjord i 10 % natriumhydroxidlösning var 18000 och viskositeten vid mätning med kula l7 sekunder.

Efter det att cellulosakarbamatet hade utsatts för en 0,5 Mrad stràlningsdos från en elektronstràlare, var dess DP 410. En 5,4 % lösning tillverkades av karbamat i 10 % natriumhydroxidlösning. Lösningens tilltäppningstal var nu 305 och viskosíteten 17 sekunder.

Claims (2)

10 15 PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av cellulosakarbamat- fibrer eller -filmer, varvid cellulosa och urea reagerar med varandra vid förhöjd temperatur för tillverkning av cellulosakarbamat, cellulosakarbamatet upplöses i en alkalisk lösning för framställning av en spinnlös- ning, och spinnlösningen spinns med hjälp av spinnmun- stycken i en sur fällningslösning för bildning av fibrer eller filmer, k ä n n e t e c k n a t därav, att cellulosakarbamatet före upplösningen utsätts för en 0,05-10 Mrad stràlningsdos, varefter karbamatet upplöses i alkali och, vid behov, efterbehandlas med hjälp av mild bestrålning.

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att cellulosakarbamatet under bestràlning har formen av lösa fibrer eller av en bana.