Способ и устройство для изготовления формованных изделий

Способ и устройство для изготовления формованных изделий

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу изготовления формованных изделий из основного вещества, которое перемешивают с растворителем, а затем этот растворитель по меньшей мере частично удаляют из смеси и подают формовочный раствор в устройство формования. Изобретение также относится к устройству для осуществления этого способа.

Уровень техники

В данном случае под понятием «формованные изделия» понимают все возможные изделия, которые изготавливают из натурального или искусственного основного вещества. Как правило, для этого используют формовочный инструмент, посредством которого основное вещество переводят в форму формованного изделия. В качестве примера, который не ограничивает изобретения, следует упомянуть вискозное волокно.

Вискозные волокна состоят из основного материала - целлюлозы и в промышленном масштабе изготавливаются вискозным способом. Химическая природа вискозных волокон схожа с хлопковыми волокнами.

Продукцией, аналогичной вискозным волокнам, являются модальные вискозные волокна. Они тоже на 100% состоят из целлюлозы и изготавливаются, как и вискозные волокна, из натуральной целлюлозы. Однако благодаря несколько отличающемуся процессу изготовления эти волокна имеют более высокую прочность и лучшие свойства.

В класс целлюлозных волокон следует также включить волокна Тенцель и лиоцелловые волокна. Для получения лиоцелловых волокон целлюлозу непосредственно и без изменения растворяют в нетоксичном растворителе NMMO (N-метилморфолин-N-оксид) без предварительной реакции с раствором едкого натра и дериватизации с образованием ксантогената. Формование лиоцелловых волокон осуществляют в разбавленной водной ванне, содержащей NMMO, при этом предел растворимости целлюлозы превышается и вследствие этого образуется нить. С этой целью соответствующий прядильный раствор продавливают через фильеры. Этот способ получения лиоцелловых волокон описан, например, в DE 1713486, US-A-3447939 или в GB 8216566. Изготовление соответствующего прядильного раствора осуществляется, например, в горизонтально работающем месильном реакторе, как это описано в DE 19837210 или в WO 02/20885 A1.

В этих устройствах и согласно известным способам прядильный раствор изготавливается с вязкостью, необходимой для процесса формования и допускающей дальнейшую переработку, и с соответствующей концентрацией целлюлозы. Однако соответствующее оборудование для формования может перерабатывать лишь прядильный раствор с низкой вязкостью, что существенно уменьшает эффективность процесса изготовления прядильного раствора. Для специальных областей применения необходимы очень низкие значения вязкости и, таким образом, низкие значения содержания целлюлозы, а такой прядильный раствор уже нельзя эффективно изготавливать по известной технологии.

Задача

В основе настоящего изобретения лежит задача существенно улучшить эффективность изготовления формовочного раствора и формованных изделий.

Решение задачи

Указанная задача решена благодаря тому, что перед процессом формования формовочный раствор разбавляют.

Основная идея состоит в том, чтобы отделить друг от друга получение формовочного раствора, например прядильного раствора, и формование или прядение, и соответственно работать с оптимальной вязкостью или концентрацией целлюлозы. Так как известные месильные реакторы принципиально работают существенно эффективнее при высоких значениях вязкости, то эта стадия выполняется при большей концентрации целлюлозы и лишь после получения прядильного раствора его разбавляют концентрированным моногидратом аминоксида до достижения уровня вязкости или концентрации целлюлозы, которые требуются для формовочной установки.

С технологической точки зрения отделение процесса получения формовочного раствора от процесса формования осуществляется прежде всего благодаря тому, что между собственно месильным реактором и устройством формования установлен смеситель, в котором происходит разбавление высоковязкого формовочного раствора. Кроме того, отделение этих стадий способа становится более четким благодаря установленной между указанными устройствами буферной емкости.

Какие именно формованные изделия изготавливают, имеет второстепенное значение. Предпочтительно изготавливают элементарные волокна, нетканые материалы или филаментную нить. Однако можно также изготавливать пленки, полые волокна, мембраны и подобные изделия. Формование раствора с образованием требуемого целлюлозного формованного изделия можно осуществлять при помощи известных фильер для изготовления волокон, щелевых фильер или фильер для полых волокон. В завершение формования, то есть перед помещением полученного формованного раствора в коагуляционную ванну, он может также подвергаться вытягиванию.

В качестве растворителя предпочтительно используют третичный аминоксид, в частности моногидрат аминоксида. Однако изобретение этим не ограничено. Также изобретение не ограничено использованием целлюлозы и допускает использование таких веществ, как протеин, полилактид или крахмал или их смесь.

Подлежащее растворению вещество перед началом осуществления способа должно содержать значительную долю воды, составляющую от 1% до 80%. Затем его растворяют растворителем. Содержание воды уменьшается до концентрации пределов растворимости.

Например, в конце первой стадии способа должен быть получен прядильный раствор с концентрацией подлежащего растворению вещества в моногидрате аминоксида, равной от 12% до 28%. Далее этот прядильный раствор хранят в промежуточной буферной емкости, но не обязательно. Если затем раствор нужно подготовить для формования, то его разбавляют, предпочтительно опять моногидратом аминоксида, до получения раствора, который может легко подвергаться формованию в формовочных устройствах. Согласно изобретению, для этого прядильный раствор транспортируют при помощи объемного насоса при избыточном давлении и в поток вещества подают в дозированном количестве моногидрат аминоксида при помощи второго объемного насоса. Эти два насоса согласованы друг с другом таким образом, что получается прядильный раствор с требуемой низкой концентрацией растворенного вещества в моногидрате аминоксида, равной от 4% до 14%. Разбавленный прядильный раствор обрабатывают в смесителе, который может иметь любое исполнение. При необходимости, этот смеситель дополнительно служит для промежуточного хранения.

При необходимости гомогенизированный прядильный раствор после смесителя продавливают при помощи насоса для повышения давления или без помощи этого насоса через фильтр прядильного раствора и еще раз гомогенизируют. Фильтр предпочтительно имеет ширину ячеек от 1 до 500 мкм.

Для контроля прядильного раствора измеряют оптический коэффициент (коэффициент преломления) и температуру прядильного раствора и моногидрата аминоксида перед смесителем и после него. Оптический коэффициент должен составлять от 1,48 до 1,49.

Чтобы предотвратить изменение консистенции прядильного раствора, все трубопроводы, насосы, смесители, то есть, по возможности все элементы установки, с которыми контактирует прядильный раствор, неважно в каком агрегатном состоянии, а также все трубопроводы для моногидрата аминоксида нужно нагревать. Диапазон рабочей температуры составляет от 80°C до 120°C.

Все элементы установки, в которых находится прядильный раствор, моногидрат аминоксида и/или разбавленный прядильный раствор, нужно контролировать при помощи датчиков давления и температуры и предохранять от недопустимого избыточного давления. Для этого можно использовать, например, предохранительные мембраны.

При хранении в промежуточной буферной емкости следует обратить внимание на то, чтобы она тоже нагревалась и чтобы прядильный раствор вводился и выводился без пузырей. Вывод раствора осуществляется предпочтительно при предварительном давлении, например, создаваемом азотом, на поверхность продукта. Азот дополнительно нужно слегка увлажнить.

Описание чертежей

Другие преимущества и особенности изобретения очевидны из последующего описания предпочтительного варианта его осуществления и чертежа, на котором представлена блок-схема устройства для осуществления способа изготовления формованных изделий из воспроизводимого сырья, согласно изобретению.

Необходимую целлюлозу подают через подводящий трубопровод 1 в месильный реактор 2. Месильные реакторы такого типа известны, например, из DE 19940521 A1 или из DE 4118884. Однако этими месильными реакторами изобретение не ограничено, так что может быть использовано любое обрабатывающее оборудование, в котором воспроизводимое сырье может подвергаться обработке с целью последующего формования.

В данном варианте воспроизводимое сырье обрабатывают растворителем, предпочтительно моногидратом аминоксида, который подают в месильный реактор через подводящий трубопровод 3.

В месильном реакторе 2 при нагревании происходит интенсивное перемешивание сырья с растворителем, а также испарение растворителя, так что образуется прядильный раствор с относительно высокой вязкостью. Затем этот прядильный раствор через разгрузочное устройство 4 подают в буферную емкость 5, где он временно хранится, при необходимости при нагревании. Когда возникает потребность в прядильном растворе, относительно высоковязкого прядильного раствора выводят из буферной емкости 5 при помощи объемного насоса 6, который транспортирует прядильный раствор в смеситель 7. На пути в смеситель или непосредственно в нем в поток вещества при помощи объемного насоса 8 добавляют растворитель, предпочтительно моногидрат аминоксида, из подводящего трубопровода 9.

В смесителе 7 благодаря добавлению моногидрата аминоксида прядильный раствор разбавляется, причем способ смешивания и сам смеситель имеют второстепенное значение.

Затем разбавленный прядильный раствор выводят из смесителя 7 и при помощи насоса 13 пропускают через фильтр 10 прядильного раствора. В результате еще раз происходит гомогенизация прядильного раствора. После этого прядильный раствор можно, при необходимости, хранить в следующей промежуточной буферной емкости 11. Затем осуществляют собственно формование в устройстве 12.

Обозначения

1 подводящий трубопровод

2 месильный реактор

3 подводящий трубопровод

4 разгрузочное устройство

5 буферная емкость

6 насос

7 смеситель

8 насос

9 подводящий трубопровод

10 фильтр прядильного раствора

11 буферная емкость

12 устройство формования

13 насос.

1. Способ изготовления волокон из воспроизводимого сырья, в особенности из целлюлозы, в котором воспроизводимое сырье перемешивают с растворителем для получения прядильного раствора, а затем этот растворитель по меньшей мере частично удаляют из смеси и подают прядильный раствор в устройство для прядения, отличающийся тем, что прядильный раствор перед прядением разбавляют растворителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют третичный аминоксид.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют моногидрат аминоксида.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что воспроизводимое сырье представляет собой целлюлозу, протеин, полилактид или крахмал, или смесь указанных веществ.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что воспроизводимое сырье в начале осуществления способа имеет значительную долю воды, составляющую от 1% до 80%, и его растворяют при помощи растворителя.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что прядильный раствор содержит от 12% до 28% сырья в моногидрате аминоксида.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что прядильный раствор перед прядением снова разбавляют моногидратом аминоксида.

8. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после получения прядильного раствора его транспортируют при помощи объемного насоса (6) при избыточном давлении, а при помощи второго объемного насоса (8) в поток сырья вводят в дозированном количестве моногидрат аминоксида.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что два объемных насоса (6, 8) согласуют между собой таким образом, что образуется прядильный раствор с желаемой низкой концентрацией сырья в моногидрате аминоксида, составляющей от 4% до 14%.

10. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что разбавленный прядильный раствор обрабатывают в статическом или динамическом перемешиваемом смесителе (7), который или непосредственно вмонтирован в последующий распределительный трубопровод, или расположен отдельно от него, причем этот смеситель (7) при необходимости дополнительно служит для буферизации.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что гомогенизированный прядильный раствор после смесителя (7) пропускают при помощи насоса для повышения давления или без него через фильтр (10) прядильного раствора и при этом еще раз гомогенизируют, причем фильтр (10) имеет ширину ячеек от 1 до 500 мкм.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что перед смесителем (7) и после него контролируют в реальном времени оптический коэффициент (коэффициент преломления) и температуру прядильного раствора, а также моногидрата аминоксида.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что оптический коэффициент составляет от 1,48 до 1,49.

14. Способ по п.3 или 7, отличающийся тем, что по меньшей мере часть трубопроводов, насосов, смесителей и т.д., в которых находится концентрированный прядильный раствор, моногидрат аминоксида или разбавленные прядильные растворы, нагревают до температуры примерно от 80°C до 120°C.

15. Способ по п.3 или 7, отличающийся тем, что по меньшей мере часть элементов установки, в которых находится прядильный раствор, моногидрат аминоксида или разбавленные прядильные растворы, контролируют при помощи датчиков давления и температуры и/или предохраняют от недопустимого избыточного давления при помощи предохранительных мембран.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрированный прядильный раствор хранят в буферной емкости (5) или подают непосредственно в смеситель при помощи насоса (6).

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что разбавленный прядильный раствор хранят в буферной емкости (11) или подают непосредственно в устройство (12) для прядения.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что прядильный раствор в буферной емкости (11) нагревают.

19. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что разбавленный прядильный раствор вводят в буферную емкость (5, 11) без пузырей снизу, сбоку или сверху, а выводят без пузырей вниз.

20. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что уровень заполнения буферной емкости (5, 11) измеряют в реальном времени предпочтительно при помощи радиолокационного датчика.

21. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что поверхность прядильного раствора в буферной емкости (5, 11) подвергают предварительному давлению.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что предварительное давление создают при помощи азота.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что азот увлажняют.

24. Устройство для осуществления способа по меньшей мере по одному из пп.1-23, отличающееся тем, что между месильным реактором (2) и устройством (12) для прядения прядильного раствора установлен смеситель (7) для уменьшения вязкости прядильного раствора.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что между месильным реактором (2) и/или смесителем (7) и устройством (12) для прядения прядильного раствора предусмотрена буферная емкость (6, 8).

26. Устройство по п.24 или 25, отличающееся тем, что за смесителем (7) установлен фильтр (10) прядильного раствора.