CN1100478A - 乙酸纤维素长丝，所用的光学各向同性纺丝液及其生产长丝的应用 - Google Patents

Abstract

所述及的长丝以可溶于丙酮的乙酸纤维素为基 料，而且该乙酸纤维素的聚合度(DP)介于约110和 210之间，取代度(DS)优选约介于2.2及2.7之间。 可以制得乙酸纤维素浓度约35-47％(质量)的光学 各向同性纺丝液。如果用这样一种光学各向同性纺 丝液进行纺丝，尤其是用干纺法，则可经济地制得长 丝。因为，可以显著降低与丙酮回收相关的费用，而 不会影响所需的长丝的，尤其是适于制造香烟过滤丝 束的性能。

Description

本发明涉及以溶于丙酮的乙酸纤维素为基料的长丝，生产长丝用的含有溶于丙酮的乙酸纤维素及必要时还含其它添加剂、光学各向同性的纺丝液，以及该纺丝液供制造所述长丝的应用。

德国专利申请公开说明书DE-OS2705382述及一大组纤维素衍生物，其中也包括乙酸纤维素。为了借助常规纺丝法来生产长丝，应当将这些纤维素衍生物转变成一种各向异性的纺丝液。按表1所示，乙酸纤维素的取代度（DS）应在1.89至2.45之间。作为适合此目的溶剂主要指出卤代化合物及酚类化合物。联系DE-OS2705382中所说明的其它纤维素衍生物，列举了大量的溶剂，其中也包括丙酮。为了满足光学各向同性的要求，纤维素衍生物应当以至少15%（体积）的量存在于纺丝液中。但是，DE-OS2705382中未提及“乙酸纤维素溶于丙酮”的这种组合物。况且，DEOS2705382中所述乙酸纤维素15%（体积）的丙酮溶液并不是光学各向异性的，而是光学各向同性的。

此外，取代度（DS）为1.89的乙酸纤维素不溶于丙酮。这个结论由Houben-Weyl所著“有机化学方法”（Methoden der organischen Chemie）第E20卷，第3部“大分子物质”（Makromolekuare Stoffe（斯图加特Georg Thieme 出版社，纽约，1987年）第2099页中得出。按DE-OS2705382所述，为了生态环境制造长丝，具有至少为100无水葡萄糖单位的中等聚合度（DP）的纤维素衍生物应具有足够大的分子量。DE-OS2705382中未准确说明取代度在1.89至2.45之间的乙酸纤维素的聚合度。Ullmann′s化工大全（Enzyklopedia of Industrial Chemistry）（5，全修订版，第5A卷第447/448页）联系溶于丙酮的“二乙酸酯”的纺丝问题，对此进行了深入讨论。对此应理解“纤维素-2.5-乙酸酯”。

“2.5”这个数表示每无水葡萄糖单元的乙酰基的平均数。为了生产纤维的香烟过滤丝束，要求纤维素-2.5-乙酸酯的聚合度（DP）为300（参见第447页，表15）。这种纤维素-2.5-乙酸酯应当能由一种丙酮溶液进行纺丝，在纤维素-2.5-乙酸酯浓度为20-30%及温度在45-55℃时，该溶液粘度介于300和500Pa·s之间（或也许指的是：…介于30和50Pa·s之间…）。以此所得长丝的物理性质如下：拉伸强度（cN/dtex）为1.0-1.5，延伸率（%）为25-30，密度（g/cm³）为1.33，熔点（℃）为225-250，以及如上所述，聚合度为300。

对现有技术的综合研究表明，联系到以丙酮作为纤维素-2.5-乙酸酯纺丝液的溶剂，要求聚合度高达300，其结果是，纺丝液只具有约20-30%的纤维素-2.5-乙酸酯的低浓度。对于具有这种聚合度的原料，它在为制备纺丝液所用丙酮中的浓度没有进一步提高，因为由此必然要联系到纺丝液粘度提高很多，以致纺丝液不能再用常规的纺丝装置进行纺丝（例如在提高40-50%时）。浓度的明显提高，会提供这样一个优点，即纺丝液中丙酮含量可大大减少，从而明显节约丙酮循环和回收时所需的能量。

因此，本发明的任务在于，提供一种以溶于丙酮的乙酸纤维素为基料的长丝和特别适用于制造该长丝的纺丝液，该长丝和纺丝液消除了上述现有技术的缺点，尤其是差的经济效果，与已知产品相比，不影响长丝的性质，尤其是拉伸强度及延伸率。

上述任务由以溶于丙酮的乙酸纤维素为基料的长丝来解决，该长丝的特征在于，乙酸纤维素的聚合度（DP）介于110和210之间。尤其优选择的聚合度范围介于约150和180之间，尤其是介于约160和180之间。

为使所提及的乙酸纤维素能溶于丙酮，将其取代度（DS）首先调节在2.2与2.7之间。特别优选的是，取代度（DS）在约2.4和2.6之间，极为优选的是在约2.4和2.5之间。

凡下面提及“纤维素-2.5-乙酸酯”时，则此概念应当抽象地来理解。这意味着，取代度会或多或少地低于或高于2.5，并且只要满足要求，这样一种纤维素-2.5-乙酸酯在这室温（约20℃）下能溶于丙酮。在任何情况下，化学命名“纤维素-2.5-乙酸酯”中的“2.5”这个数，应包括前面以优选取代度为特征的乙酸纤维素。

本发明长丝的纤度并不至关重要。纤度优先介于约1及14dtex之间，尤其是介于约1.5至9dtex之间。这涉及丝的纤度名称，即以dtex作单位的单位长度丝的重量。

首先要将本发明长丝的参数调节得使其抗强度介于约0.9及1.2cN/dtex之间，尤其介于约1.0及1.2cN/dtex之间，以及使其延伸率介于约10%及30%之间，尤其是介于约15%及25%之间。以此，本发明长丝满足了对这种类型的已知长丝所提出的各项要求，使本发明的长丝适合下述应用领域。

事实表明，构成本发明核心并可溶于丙酮的纤维素-2.5-乙酸酯，适于转化成一种供纺制长丝用的光学各向同性的纺丝液，该纺丝液是将这种纤维素-2.5-乙酸酯溶于丙酮中，并在必要时含有其它添加剂。按照本发明，这种光学各向同性纺丝液的特征在于，该纺丝液中所述纤维素-2.5-乙酸酯的浓度约为35-47%（质量），且该纤维素-2.5-乙酸酯的聚合度（DP）介于约110及210之间。此时，优选的是，所述纤维素-2.5-乙酸酯具有上面已联系本发明长丝进行说明所提及的聚合度和取代度。

考虑到本发明光学各向同性纺丝液中纤维素-2.5-乙酸酯的最佳浓度，当其在纺丝液中的浓度（C）最高低于室温（约20℃）时所测临界浓度（C^＊）的8%（质量），且尤其6%（质量）时，该纺丝液的优点特别明显。如果在没有外力如剪切力的影响下，纺丝浓度超过纤维素-2.5-乙酸酯的临界浓度太多（C＞C^＊），纺丝液就会从各向同性状态变为各向异性状态。

为进一步改善本发明的光学各向同性纺丝液，可在其中添加不同的添加剂，例如颜料和水。本发明光学各向同性纺丝液优选含最多约6%（质量）的水，而尤其是含约2%至4%（质量）的水。添加水的优点是，丝纺液粘度下降，从而改善了可纺性。

如果使用本发明光学各向同性纺丝液来纺制供生产香烟过滤嘴所用（香烟）过滤丝束的长丝，纺丝液就优选含有细碎的颜料，尤其是白色颜料，例如优先选用二氧化钛。此时，根据所要达到的目的，颜料的粒度在约0.3μm至0.5μm的范围内。纺丝液中细碎颜料的量，以纺丝液中纤维素-2.5-乙酸酯的量为准计，优选为约0.4%至0.8%（质量）。极其优选的是该质量百分数范围为约0.4-0.6。

本发明获得的优点可说明如下：在纺丝厂中，可制备一种纤维素-2.5-乙酸酯含量很高的、光学各向同性的丙酮纺丝液，该纺丝液可纺丝，尤其是以常规的干纺法进行纺丝。在制造例如（香烟）过滤嘴丝束时，高纺丝液浓度每单位重量生产的过滤嘴丝束须回收比迄今条件下少很多的丙酮。以此方法，在譬如生产同样的过滤嘴丝束时，与回收丙酮相关的费用显著减少。因此，在纺丝厂内使用本发明的纺丝液，在粘度相同的情况下，可以制备浓度比迄今高得很多的纺丝液并用它来纺丝。

因此，上述诸优点是借助一种纤维素-2.5-乙酸酯浓度高的光学各向同性的丙酮纺丝液来实现的。各向异性或各向同性，可用肉眼观察来确定。各向异性相看起来混浊和/或珍珠母状，而各向同性相始终是透明的。纺丝液的各向同性或各向异性状态也可在显微镜上用交叉尼科尔镜来确定。如果譬如将一份各向异性纺丝液的样品置于显微镜的载物片和盖片之间，下压盖片后在交叉尼科尔镜之间对样品进行观察，此时至少一部分溶液是透光的。此时，温度也起着一定作用;当各向异性的乙酸纤维素溶液温度从室温开始升高时，各向异性相就能逐渐变成各向同性相。如果温度继续升高，整个纺丝液就变成各向同性系。发生这种转变的温度范围，因纤维素衍生物的种类、纺丝液中纤维素衍生物的浓度及纤维素衍生物的取代度而异。

本发明所得长丝的应用可能性，与已知的这类长丝相比，没有受到限制。所以，它可用来生产烟草烟滤器，尤其香烟滤嘴用的过滤嘴丝束（联成带条的丝束），但也可用来譬如生产织物一衬里用纱线，或用来生产与棉混纺的织物。

本发明在技术上可阐明如下：出发点是所述种类的纤维素-2.5-乙酸酯的各向同性丙酮溶液，其浓度可提高到接近临界浓度值（C^＊），从该临界浓度起，形成各向异性相。如果这样一种各向同性的溶液被引入纺丝喷嘴通道（毛细管），那就由流动力所产生的剪切力在纺丝喷嘴通道中发生作用，使定向占优势，并从而产生各向异性。各向同性相在毛细管区域中和从毛细管出来后，与真正的各向异性相并无区别。由于这种原因，在这两种情况下得到几乎相同的纤维强度。如果纺丝液离开纺丝喷嘴通道，则产生两种相互竞争的过程，一方面定向的聚合物链发生松弛，另一方面是丙酮蒸发。由于浓度高，仅比前面已提及的临界浓度（C^＊）稍低一点，已定向聚合物链的松弛时间长于因丙酮蒸发而达到临界浓度（C^＊）所需的时间。换句话说，蒸发速度大于松弛速度。当纤维素-2.5-乙酸酯的DP值约为150，而其DS值约为2.45时，譬如在纤维素-2.5-乙酸酯浓度约为47-48%（质量）的丙酮溶液中产生各向异性状态。此种说明仅是举例性的。因此，纤维素-2.5-乙酸酯的丙酮纺丝液借助尽可能快的蒸发，应转变到一种使体系呈各向异性的浓度范围。因此产生出乎预料的结果，即按本发明可以使用一种各向同性的纺丝液，并可用它以最经济的方法获得迄今只能用各向异性纺丝液才能制得的长丝。

下面根据两个实施例来更详细地阐述本发明：

实施例1

使用组成如下的纺丝液：

                                            ％（质量）

乙酸纤维素（DP∶150;DS∶2.45)                 43.2

水                                            3

丙酮                                          53.8

在具有125个喷嘴通道的喷丝板的常规干纺设备中将该纺丝液纺丝。所述喷嘴通道的载面呈三角形。该三角形的边长为45μm。喷嘴温度为47℃，喷嘴出口压力为88巴。在拉伸系数为1.6时，纺丝速度为340m/min。在位于喷嘴下面总长为4m的纺丝筒道中，控制温度为70℃。每小时抽出10m³丙酮-空气混合物。

所得长丝的物理性质如下：

纤度：3.1dtex

拉伸强度：1.0cN/dtex

延伸率：19.4%

用本实施例所述方法制得的125根长丝被汇合成丝束。将80个这样的丝束合起来成为一个香烟滤嘴丝束。

实施例2

使用下列组成的纺丝液：                                                                              ％（质量）

乙酸纤维素（DP∶170;DS∶2.47)             42.1

水                                         3

丙酮                                       54.9

将该纺丝液用如实施例1所述的同样干纺设备进行纺丝，但喷丝板上有240个喷丝通道。喷丝通道的截面呈三角形，其边长为45μm。喷嘴温度调节到52℃，喷嘴出口压力为80巴。在拉伸系数为1.3时，喷丝速度为310m/min。在总长为4m的、位于喷嘴下面的纺丝筒道中，温度为70℃。每小时抽出10m³丙酮-空气混合物。所得长丝的物理性质如下：

纤度：3.6dtex

拉伸强度：1.1cN/dtex

延伸率：20.5%

Claims (19)

1、以可溶于丙酮的乙酸纤维素为基料的长丝，其特征在于，所述乙酸纤维素的聚合度(DP)介于约110和210之间。

2、权利要求1所述的长丝，其特征在于，所述聚合度（DP）介于约150和180之间，尤其介于约160和180之间。

3、权利要求1或2所述的长丝，其特征在于，所述乙酸纤维素的取代度（DS）介于约2.2和2.7之间。

4、权利要求3所述的长丝，其特征在于，所述乙酸纤维素的取代度（DS）介于约2.4和2.6之间，尤其介于约2.4及2.5之间。

5、上述各权利要求中任何一项所述的长丝，其特征在于，其纤度介于约1和14dtex之间。

6、权利要求5所述的长丝，其特征在于，其纤度介于约1.5及9dtex之间。

7、上述权利要求1至6中至少一项所述的长丝，其特征在于，其拉伸强度介于约0.9及1.2cN/dtex之间。

8、上述权利要求1至7中至少一项所述的长丝，其特征在于，其延伸率介于约10%和30%之间。

9、上述权利要求1至8中至少一项所述的长丝，其特征在于，其中含有一种细碎的颜料，颜料的含量尤其为0.1-0.8%（质量）。

10、生产长丝用的光学各向同性纺丝液，其中含有可溶于丙酮的乙酸纤维素及必要时的其它添加剂，其特征在于，该纺丝液中乙酸纤维素的浓度约为35-47%（质量），并且乙酸纤维素的聚合度（DP）介于约110和210之间。

11、权利要求10所述的纺丝液，其特征在于，所述乙酸纤维素的聚合度介于约150和180之间，尤其介于约160及180。

12、权利要求10或11所述的纺丝液，其特征在于，乙酸纤维素的取代度（DS）介于约2.2及2.7之间。

13、权利要求12所述的纺丝液，其特征在于，乙酸纤维素的取代度（DS）介于约2.4及2.6之间，尤其介于约2.4及2.5之间。

14、上述权利要求10至13中至少一项所述的纺丝液，其特征在于，乙酸纤维素在丙酮中的浓度最多低于室温（约20℃）下所测临界浓度（C^＊）的8%（质量），尤其是最多低于6%（质量），在该浓度超过某个更高的乙酸纤维素浓度时，该纺丝液在没有外力作用的条件下，会从各向同性状态转变成各向异性状态。

15、上述权利要求10至14中至少一项所述的纺丝液，其特征在于，其中含有最多约6%（质量）的水，尤其约2-4%（质量）的水。

16、上述权利要求10至15中至少一项所述的纺丝液，其特征在于，其中含有一种细碎的颜料。

17、权利要求16所述的纺丝液，其特征在于，其中所含的细碎颜料为一种白色颜料，尤其是二氧化钛。

18、权利要求16或17中任何一项所述的纺丝液，其特征在于，其中以纺丝液中乙酸纤维素为准计，含有约0.4-0.8%的（质量）细碎颜料。

19、权利要求10至18中至少一项所述纺丝液在以常规干纺法制造权利要求1至9中至少一项所述长丝中的应用。