CN111655771A - 由含纤维素原材料构成的不溶性颗粒的重复使用 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产再生纤维素成型体(102)的方法，其中该方法具有：i)供应原材料(110)，原材料具有纤维素和不溶性颗粒，尤其是不溶于用于莱赛尔法和/或粘胶法中的溶剂的不溶性颗粒，其中原材料(110)是不溶性颗粒分散地存在于其中的固体；并且ii)基于原材料(110)产生(80)再生纤维素成型体(102)，使得再生纤维素成型体(102)包含不溶性颗粒中的至少一部分。

Description

由含纤维素原材料构成的不溶性颗粒的重复使用
技术领域
本发明涉及一种用于生产再生纤维素成型体的方法、该再生纤维素成型体和纺丝溶液。
本发明涉及重复使用(Recycling)技术领域，尤其是含纤维素的原材料的重复使用的技术领域。本发明还特别涉及重复使用这些原材料来生产还含有纤维素的成型体，尤其是其中该成型体的纤维素基本上以莱赛尔纤维和/或粘胶纤维为形式存在。
背景技术
通过被称为粘胶法的湿纺法生产的化学纤维或再生纤维被称为粘胶纤维。粘胶法的原材料是纤维素，它是由木材来制成。从这种原材料木材中获得以化学纸浆形式的高纯度纤维素。在连续的工艺步骤中，首先利用氢氧化钠溶液处理纸浆，由此形成碱性纤维素。该碱性纤维素与二硫化碳在随后反应中形成纤维素黄药。由此，通过进一步添加氢氧化钠溶液来生产粘胶纺丝溶液，将该粘胶纺丝溶液通过喷淋状喷丝头中的孔泵入到纺丝浴中。通过凝结会在每个喷丝头孔上形成粘胶长丝。然后将以此方式生产的粘胶长丝切成粘胶短纤维。
莱赛尔纤维是一种含纤维素的再生纤维类型，该含纤维素的再生纤维类型根据直接溶剂法生产的。从原材料木材中提取纤维素，用于莱赛尔法。紧接着，通过这种方式获得的纸浆可以通过不经过化学改性的脱水而溶解在溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，进行过滤，且随后被挤压通过喷丝头。以这种方式形成的长丝在经过气隙后在具有NMMO水溶液的浴中沉淀，然后被切成短纤维。
未改性的纤维素纤维(如莱赛尔纤维或粘胶纤维)可具有柔滑的光泽。通常在纺织领域，特别是在无纺布(纺织)领域，这种效果通常是不可接受的。因此，不溶性颗粒，尤其是金属氧化物，例如二氧化钛、氧化锌和氧化硅，但是也包括其它颜料，例如硫酸钡，由于它们在光折射/衍射方面的有利特性而在纤维工业中用作消光剂。
现在，一些原材料，例如用过的纺织品(已经被消费者使用/穿着，消费后的纺织品)或服装生产中的残留物(纺织品混合物、消费前的纺织品)通常包含多种聚合物纤维，例如棉和聚酯，因此也包含少量的不溶性颗粒。在这种情况下，这些颗粒主要来自合成纤维(例如二氧化钛颗粒，作为聚酯中的白色颜料)，而不是棉花。棉花虽然由非常纯净的纤维素构成，但是由于其内部结构(中空纤维)而固有地是哑光的。但是，这并不适用于莱赛尔纤维和粘胶纤维，它们同样由纤维素组成，但必须附加地进行消光处理。
当回收诸如旧衣服和/或服装生产中的残留物之类的原材料时，通常会尝试回收尽可能纯的纤维或聚合物。在现有技术的所有已知情况下，在回收步骤的过程中消除了诸如颜料、填料或矿物成分之类的其它物质，并且最终将其作为滤渣处理掉。总而言之，现有技术没有发现在回收过程中残留物例如不溶性颗粒的功能化。
相反，到目前为止，在使用回收材料作为纤维素生产的原材料时，一直存在这些原材料的纯度问题(再生材料)。这些原材料常常被非木材型材料污染。尤其是，例如如今使用过的纺织品和/或纺织品混合物被不溶性颗粒例如二氧化钛严重污染。这些材料相应地被消耗。在这种情况下，相应的消耗是昂贵且资源密集的。目前，没有用于将不溶性颗粒、尤其是金属氧化物的残留组分用于回收的具体方法。尤其是，没有适合于在工业规模上进行相应的回收利用的这种方法。
另一方面，如上所述，另外添加了不溶于莱赛尔纤维和/或粘胶纤维的颗粒，例如金属氧化物，尤其是二氧化钛。当然，这首先导致获得额外颗粒的费用更高。然而，颗粒的精细分布仍然是复杂且困难的，尤其是因为许多金属氧化物几乎不溶解或难以分散并且倾向于结块或聚集。
发明内容
本发明的目的是以节省资源、可持续且同时高效的方式在再生纤维素成型体中重复使用时提供不溶性颗粒。
该目的通过根据独立权利要求的主题来解决。优选的设计方案从从属权利要求中获得。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于生产再生纤维素成型体的方法，其中该方法具有：i)供应原材料，该原材料包含纤维素和不溶性颗粒；以及ii)基于该原材料来产生再生纤维素成型体，使得该再生纤维素成型体包含这些不溶性颗粒中的至少一部分。在这种情况下，该原材料是固体，其中不溶性颗粒分布在该原材料中。特别地，不溶性颗粒不溶于在莱赛尔法、尤其是溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和/或粘胶法中使用的溶剂。
根据本发明的另一方面，提供了一种可以根据上述方法生产的再生纤维素成型体。在这种情况下，该再生纤维素成型体选自由长丝、纤维、膜、织物、无纺布、微球、珠和海绵组成的组。此外，再生纤维素成型体所具有的不溶性颗粒、尤其是二氧化钛的比例在0.05％至3％，尤其是0.25％至1.5％。该成型体还具有下述特征中的至少一个特征。
再生纤维素成型体中的不溶性颗粒的比例占原材料的不溶性颗粒的超过30％，尤其是超过50％。
如果通过莱赛尔法来生产成型体、尤其是作为纤维的成型体，则在条件状态下的工作能力至少为450cN％/tex。
如果通过粘胶法来生产成型体、尤其是作为纤维的成型体，则该工作能力至少为400cN％/tex。在本申请的上下文中，“工作能力”可以理解为纤维强度值(以cN/tex、即Centinewton/tex为单位(Centinewton：千牛顿))与纤维伸长率值(以百分比为单位)的乘积。
根据本发明的另一方面，提供了一种纺丝溶液，用于莱赛尔法和/或粘胶法中。纺丝溶液具有至少一种溶剂，尤其是N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)，并且至少部分地溶解在溶剂中的大量聚合物纤维，尤其是纤维素纤维。纺丝溶液还具有不溶性颗粒，尤其是二氧化钛，这些不溶性颗粒均匀地分布在纺丝溶液中。尤其是，基于纺丝溶液的总重量，纺丝溶液的不溶性颗粒具有大于0.01重量％，更特别地，大于0.1重量％。
在本申请的范围内，术语“纤维素”尤其可以被理解为是作为植物细胞壁的组分或可以合成产生的有机化合物。纤维素是一种多聚糖(即，多糖类)。纤维素是直链的，而且通常具有数百至数万个β-D-葡萄糖分子(β-1.4-糖苷键)或纤维二糖单元。纤维素纤维是由植物从纤维素分子中以受控方式构造的。可以使用一种技术方法来组装纤维素分子以形成再生纤维，例如形成为抗撕裂纤维。
在本申请的上下文，术语“成型体”尤其可以被理解为是二维或三维几何体，该二维或三维几何体是用于生产或回收纤维素的方法的结果。特别地，成型体可以理解为是指含纤维素或由纤维素组成并且由溶解的纸浆制成的二维或三维物体。成型体尤其可以是莱赛尔成型体、粘胶成型体或模态成型体。典型的成型体是长丝、纤维、海绵和/或薄膜。原则上，所有类型的纤维素成型体都适合于本发明的实施例。在此，连续长丝、具有常规尺寸(例如长度为38mm)的切段纤维以及短纤维都应理解为纤维。在此，为了生产纤维，可以考虑在一个或多个挤出喷丝头之后的具有引出装置的工艺以及其它工艺，例如尤其是熔喷工艺。作为纤维的替代物，含纤维素的膜即含纤维素或由纤维素构成的平坦且基本上均匀的薄膜也可以被制成成型体。尤其是，薄膜可以通过如下方式来生产：通过设置莱赛尔法的工艺参数，仅在长丝撞击接收面之后至少部分地引发凝结。膜可以理解为是指扁平的纤维素成型体，其中，这些膜的厚度是可调的(例如通过选择多个串联布置的喷丝头梁)。成型体的其它实施例是由纤维素丝或由纤维素纤维制成的织物和无纺布，尤其是由整体熔融(“合并(merging)”)基本连续的纤维素丝(“熔喷(melt blown)”)制成的纺黏型无纺布。在这种情况下，织物可以被理解为尤其是由至少两个(优选成直角或几乎成直角地)交叉的纱线系统(或纤维系统)，其中沿纵向的纱线(或纤维)可以被称为经线，而沿横向的纱线(或纤维)可以被称为纬线。无纺布或非织物可以被称为由有限长度的长丝或纤维或短切纱制成的无序(尤其是在缠结状态下)结构，它们结合并且彼此(尤其是摩擦配合地)连接在一起形成纤维层或纤维堆。成型体也可以制成球形。也可以提供含纤维素的颗粒、例如尤其是珠子(即颗粒或球珠)或薄片作为成型体，这些含纤维素的颗粒可以以这种形式进一步加工。即，可能的纤维素成型体也是颗粒结构，例如颗粒、球形粉末或纤条体。优选通过将含纤维素的纺丝溶液从挤出喷丝头挤出来使成型体成型，以这种方式可以以非常均匀的形式来生产大量的纤维素成型体。另一种可能的纤维素成型体是海绵或更一般地是多孔成型体。根据示例性的实施例，所提及的成型体可以被用于例如生产纱线、纺织品、凝胶或复合材料。
在本申请的上下文，术语“莱赛尔法”尤其可以被理解为指通过直接溶剂法来制备纤维素的方法。纤维素可以从莱赛尔法中由含该纤维素的原材料获得。在莱赛尔法中，可以将原材料溶解在适合的溶剂(尤其是包含叔胺氧化物，诸如N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和/或离子液体、即由阳离子和阴离子组成的低熔点盐)中。溶解尤其可以通过脱水和/或不经化学改性地来进行。在莱赛尔法中，然后可以通过一个或多个喷丝头将所得溶液(也称为浓液或纺丝溶液)进行挤压。由此所形成的长丝可以在它们自由或受控下落期间和/或之后通过含水的浴中(尤其是在具有NMMO水溶液的浴中)的气隙和/或在气隙中存在的空气湿度而沉淀。
在本申请的上下文中，术语“粘胶法”尤其可以被理解为通过湿纺法生产纤维素的方法。对于粘胶法，纤维素可以由含这种纤维素的原材料(尤其是木材或木浆)中获得。在粘胶法中，在连续的工艺步骤中，可以先使用碱(例如，氢氧化钠溶液)来处理原材料，由此形成碱性纤维素。然后该碱性纤维素与二硫化碳反应，形成纤维素黄药。由此，可以通过进一步添加碱(尤其是氢氧化钠溶液)来产生粘胶纺丝溶液，该粘胶纺丝溶液可以通过一个或多个喷丝头挤压。在纺丝浴中，通过凝结产生粘胶长丝。
在本申请的上下文中，术语“来自服装生产的残留物”尤其可以理解为指含纤维素或由纤维素组成的纺织品或纱线的残留物和/或共混物，其中这些残留物在服装生产过程中获得。例如，在服装生产中，将含纤维素的纺织品作为原材料，然后从中切出平坦的部分(例如以T恤衫的一半的形式)，剩下的是残留物，根据一个示例性实施例，这些残留物可以再次被供应到用于生产含纤维素的成型体的过程中。因此，服装生产过程中的残留物可以是含纤维素或由纤维素组成的原材料，该原材料可以在消费者将残留物用作服装或以其它方式使用之前被用于回收纤维素。服装生产中的残留物尤其可以由基本上纯的纤维素形成，尤其是没有单独的且不含纤维素的异物(诸如纽扣、纺织品印花或接缝)。
在本申请的上下文中，术语“旧衣服”尤其可以被理解为在回收至少一部分纤维素时已经被消费者使用(尤其是穿着)的含纤维素的衣物。因此，旧衣服可以是含纤维素的原材料，其可能(但不一定)含有大量的异物，并且可以在消费者已经将这些旧衣服用作衣服或以其它方式使用之后被用于回收纤维素。尤其是，旧衣服可以由纤维素和一种或多种异物组成的混合物形成，尤其是具有合成塑料(诸如聚酯和/或弹性纤维)(尤其是常常用于服装)和/或单独的且不含纤维素的异物(诸如钮扣、纺织品印花或接缝)。聚酯尤其被理解为在其主链中具有酯官能团(R-[-CO-O-]-R)的聚合物。聚酯包括聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二酯。弹性纤维尤其被理解为具有高弹性的可拉伸化学纤维。弹性纤维所基于的嵌段共聚物可包含质量比例为至少85％的聚氨酯。
在本申请的上下文中，术语“颗粒”尤其可以被理解为通过相界面与周围的连续介质区别开的分散材料。这例如可以是气溶胶的固体成分、悬浮液的固体成分或者粉末颗粒。在本申请的上下文中，术语“不溶性”尤其可以被理解为是一种物质，尤其是一种颗粒，难以溶解在多种溶剂中。在此，溶解性可以指物质/颗粒在溶剂中以均匀分布混合，即溶解的特性。例如，低于0.1mol/L溶解的物质/颗粒可被称为难溶，在0.1到1mol/L之间可被称为中度溶解，而高于1mol/L的溶解度可被称为易溶。此外，物质在液体中例如小于10g/L、特别是小于1g/L、更特别是小于0.1g/L可以被视为是难溶的(不溶的)。在一个简单的实施例中，例如颗粒可能不溶于水。在另一实施例中，例如，颗粒在莱赛尔法中可能不溶于纺丝溶液的溶剂，尤其是N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)。在本申请中，术语“不溶性”尤其可以指正常的工作状态。例如，颗粒例如二氧化钛在莱赛尔法的正常操作条件下不溶于纺丝溶液(即分布不均匀)。
根据示例性的实施例，克服了在回收原材料期间另外添加不溶性颗粒、尤其是诸如二氧化钛的金属氧化物的通常的做法。到目前为止，例如在莱赛尔或粘胶法中将颗粒另外添加到纺丝溶液。在这种情况下的问题在于：颗粒必须非常精细地分布，以便例如在材料量微少时实现所希望的消光。过量的不溶性颗粒会使纤维变脆并且易断，因为不溶性颗粒的聚集或团块在纤维中产生杂质。细颗粒的附聚趋势是已知的表面现象，并且在技术实践中、特别是在大规模应用中需要大量的努力来克服。
根据示例性的实施例，还克服了如下常见的做法：在回收过程中在很大程度上将不溶性颗粒、诸如二氧化钛除去。为了生产用于在莱赛尔法或粘胶法中使用的纤维素，可以使用诸如旧衣服的原材料。在对这些原材料进行加工时，出现各种不符合期望的异物(见不溶性颗粒)，直到现在必须将其除去，使再生纤维的物理/化学特性变得类似于非再生纤维。
然而，令人惊讶的是，来自固体原材料(例如旧衣服和/或纺织废料)的不溶性颗粒在溶解时被很好地吸收到纺丝溶液中。这是因为这些颗粒非常均匀地分布，非常细，且尤其是未附聚。
令人惊讶地，现已发现，在重新使用(包括回收过程或原材料的制备)的情况下通过有针对性地控制固体原材料中不溶性颗粒的浓度，可以在待生产的再生纤维素成型体或其纺织后续产物中实现新的有利特性。来自固体原材料的不溶性颗粒的残留浓度的这种有利的功能化首先基于直接来自固体原材料、例如在纺丝溶液的实际不溶性颗粒的出乎意料的良好的精细分布和均匀分布。
因此，本发明的实施例可以基于以下思想：不溶性颗粒在莱赛尔/粘胶纺丝溶液中或在由此所得的再生纤维素成型体中的精细分布可以通过直接使用固体含纤维素原材料来实现，在这些固体含纤维素原材料中掺入这些不溶性颗粒。
本发明的使用已经分散的来自固体原材料中的不溶性颗粒的实施方案通过由此已经存在的颗粒的精细分布解决了许多已知的供应问题，在大规模设施中，这些供应问题在不溶性颗粒(例如二氧化钛)的供应和(初始)分布方面出现。
在下文，描述了该方法和用途的附加的示例性实施例。
根据一个实施例，原材料具有聚合物纤维、尤其是纤维素纤维，并且不溶性颗粒被掺入原材料的聚合物纤维中。这样做具有如下优点：通过使用掺入纤维中的不溶性颗粒，可以以节省资源的方式毫不费力地实现非常好的精细分布(和均匀分布)。这样，即使不溶性颗粒的量大大减少，也实现了所希望的消光效果。
诸如二氧化钛的不溶性颗粒可能是难以分散并且可能趋于形成团块/聚集物的物质。通过例如在莱赛尔或粘胶法中添加具有聚合物纤维和嵌入在其中的颗粒的原材料，可以以特别简单的方式将不溶性颗粒精细进行分布。因此，可以实现在纺丝溶液和待生产的成型体中的特别均匀的分布。
不溶性颗粒可以被掺入纤维素纤维中。莱赛尔纤维或粘胶纤维尤其如此。但是，在特殊情况下，不溶性颗粒也可以被掺入棉花纤维中。此外，不溶性颗粒例如可以被掺入塑料纤维，例如聚酯、聚酰胺、聚氨酯或弹性纤维中。
根据另一示例性实施例，再生纤维素成型体的生产有莱赛尔法或粘胶法。这具有如下优点：可以将所描述的方法直接集成到所建立和验证的过程中。在本文献中，所提到的方法详细地予以描述。
根据另一示例性实施例，原材料可具有全部或部分来自服装生产和/或旧衣服(例如混合纺织品)中的残留物。换句话说，纺织品、尤其是来自服装生产中的残留物和/或旧衣服可以被用作原材料的至少一部分。特别优选地，使用服装生产中的残留物，因为这些废料或废品常常具有很高的纯度。尤其是，这种消费前纺织品可能没有异物，诸如纽扣、接缝或纺织品印花。例如，来自服装生产中的残留物可具有基本上织造的(并且任选地染色的)纤维素，使得这种残留物如果需要则也可以直接转化为溶液，以便通过莱赛尔法从中回收纤维素。在旧衣服或消费后纺织品的情况下，可以在机械粉碎过程中或之后清除较大的异物，例如纽扣、印花和接缝。在溶解相应的原材料以形成浓液或纺丝溶液之前，可以将残留物或旧衣服中的其它异物、诸如染料和合成塑料(例如聚酯和弹性纤维)完全或部分去除，但是也可至少部分留在纺丝溶液中。
根据另一示例性实施例，不溶性颗粒具有无机颗粒，或者由无机颗粒组成，尤其是金属氧化物。
根据另一示例性实施例，无机颗粒具有如下的组的至少一种：二氧化钛TiO2，氧化铝Al2O3，氧化镁MgO，氧化硅SiO2，氧化铈CeO2，氢氧化镁Mg(OH)2，氢氧化铝Al(OH)3，氮化硼BN，硫酸钡BaSO4和氧化锌ZnO。这具有如下优点：在大量固体原材料中已经存在的、具有所希望的物理/化学特性的与行业相关的物质可以直接被供应给回收过程。
二氧化钛是难以分散并且趋于形成团块的物质。通过将含二氧化钛的固体原材料添加到再循环方法(例如莱赛尔法)中，可以以特别简单的方式来进行对二氧化钛颗粒的精细分布。因此，可以实现在纺丝溶液中特别均匀的分布。
类似于以二氧化钛为例所表现出的关系，所描述的使用已经包含在原材料、尤其是纺织品中的金属氧化物的方法也可以应用于其它化合物。这种金属化合物上文已经提到。那么，这些氧化物的功能化可适合于在所获得的成型体上构造不同的特性。这些特性例如可具有阻燃或杀菌作用。
根据另一示例性实施例，不溶性颗粒具有合成塑料、尤其是聚酯和/或弹性纤维，或者由合成塑料、尤其是聚酯和/或弹性纤维组成。
已经令人惊讶地发现，残留的异物、例如聚酯或弹性纤维，不会干扰该方法，并且不会对所回收的(莱赛尔)纤维素的质量产生不利影响。相反，一定量的氨纶可以保留在所生产的纤维素纤维中，而不损害其特性。甚至一定量的残留的聚酯也不干扰所得到的产物，甚至可以增强待生产的成型体的机械完整性。这也可以适用于合成塑料，例如聚酰胺。
根据另一示例性实施例，不溶性颗粒具有在下文所描述的特性中的至少一种特性。
在原材料中所使用的不溶性颗粒、例如二氧化钛的量约为0.05％至3％，尤其是0.25％至1.5％，其中可以追求直径小于2.0微米的晶粒尺寸，以便使纤维结构中的干扰保持得尽可能低。
不溶性颗粒不溶于在莱赛尔法、尤其是N-甲基吗啉-N-氧化物、即NMMO和/或粘胶法中使用的溶剂。此外，不溶性颗粒可以不溶于水。此外，不溶性颗粒作为被溶剂、尤其是水包围的分子的分散附聚物存在。尽管不溶性颗粒不溶于所使用的溶剂，但这些不溶性颗粒仍可以在所描述的方法中以精细分布分散地存在。除了溶剂之外，纺丝溶液例如可具有NMMO、水。因此，不溶性颗粒的分子可以被水分子包围。
根据另一实施例，该方法进一步包括：i)供应至少一种纤维素和不溶性颗粒的其它原材料，其中不溶性颗粒在该原材料和该其它原材料中的比例不同；以及ii)基于该原材料和该其它原材料来产生再生纤维素成型体，使得再生纤维素成型体包含预定比例的不溶性颗粒。这具有如下优点：基本上在不额外使用化学方法的情况下就可以相应地设定或影响所需的不溶性颗粒的比例。
在一个优选的实施方式中，将原材料中所包含的诸如二氧化钛的不溶性颗粒的残留量调节到特定量。在添加多种特定的原材料之后产生的再生纤维素成形体然后可具有所需的颗粒浓度和相应地特定的化学/物理特性。例如，这可以是与未回收的莱赛尔纤维的特性相对应的特性。
特别地，通过混合不同成分的原材料、如旧衣服和/或来自服装生产中的残留物，可以调节特定的特性，例如二氧化钛的浓度，并且因此可以有针对性地控制后续使用和/或功能化。
根据另一实施例，该方法还包括：从再生纤维素成型体中洗去不溶性颗粒，使得不溶性颗粒在再生纤维素成型体中的比例降低0.1％，尤其是降低1％。这具有如下优点：可以有针对性地控制待生产的成型体的物理/化学特性。
例如，不溶性颗粒、诸如二氧化钛可以在成型体的生产期间作为在纤维形成过程中的杂质引入来实现功能化。在生产后，至少一部分的颗粒已实现其功能并且可以相应地除去。此外，可以通过减少不溶性颗粒的比例来有针对性地控制某些特性。例如，可以改变光学特性，尤其可以减少消光。
根据另一实施例，不溶性颗粒均匀地分布在纺丝溶液中，其中该纺丝溶液的不溶性颗粒(基于纺丝溶液的总重量)超过0.01重量％、进一步尤其是超过0.1重量％。这具有如下优点：可以将出乎意料的高比例的不溶性颗粒在纺丝溶液中分散并且同时将其精细分布。
不溶性颗粒难以分散并且趋于形成团块。相应地，很难将这些颗粒以更高的比例分散在纺丝溶液中，更不用说这些颗粒也应同时精细分布地存在。
到目前为止，在莱赛尔生产中，为了生产纺丝溶液的哑光纤维，添加约0.75％的二氧化钛。但是，该标准过程(没有回收材料)由于颗粒分布而并非易事。一方面，这些颗粒必须小到可以穿过喷丝头的程度。那么，这导致已知的问题，例如在随后的纺丝过程中的绝对必要的拉伸中的缺陷。否则，这些颗粒本身足够小，但随后趋于附聚。还应注意：在颗粒通过喷丝头挤出期间，这些颗粒与尚未拉伸的液体材料横截面处于平衡比例。在随后的拉伸中，将纤维元件制成长度相对于直径长得多的形状。但是，一并集成的二氧化钛颗粒不改变其尺寸，而且这样由于尺寸比例的变化而成为预设断裂位置的征兆。因此，为了将如二氧化钛的固体材料添加到纺丝溶液中来生产莱赛尔成型体，这种颜料的均质化特别重要，因为否则会在长丝中产生不希望的弱点。这种均质化或精细分布通常只能通过巨大的剪切力或其辅助选项(如超声波破坏)来实现。
然而，根据上述方法，可以提供一种纺丝溶液，该纺丝溶液具有不寻常的高浓度并且同时均匀分布的不溶性颗粒。
即，本发明的使用来自固体原材料的不溶性颗粒的实施方案已经包含在原材料中(并且因此在纺丝溶液中)颗粒的高程度精细分布，使得可以省去复杂的用于均质化的附加过程。替选地，在保留这些附加过程的情况下，可以实现更好的精细分布。
根据一个实施例，该方法可以包括：在将原材料溶解在溶剂中之前将原材料粉碎，尤其是机械粉碎，进一步尤其是切碎。例如，粉碎可以将原材料的尺寸减小到纤维尺寸。尤其是，这样制备的原材料也可以不经化学预处理而直接转化为溶液，以便产生粘性纺丝块。
根据一个实施例，该方法可包括：对沉淀的纤维素进行后处理，以从成型体的预成型坯中获得成型体。这种可选的后处理例如可包括对所得到的纤维素丝进行干燥、浸渍和/或成型。通过相应的后处理使得有可能在该方法结束时特定地完成成型体生产。
根据一个实施例，原材料的纤维和/或成型体的纤维可具有光滑的圆形外表面。如图3所示，通过莱赛尔法提取的纤维素纤维的特征在于这种形状，因此与其它纤维形状例如天然棉中或借助于粘胶法得到的纤维形状相比显得突出。
根据本发明生产的成型体可以用作例如：包装材料，纤维材料，纺织品复合材料，纤维复合材料，纤维无纺布，针刺毡，室内装饰棉，织物，针织物，以及作为家用纺织品，例如床单、衣物、填充物、植绒材料，医院纺织品，例如衬里、尿布或床垫，也可以用作隔热毯、鞋垫以及伤口敷料的材料。本发明的实施例可以广泛应用于技术领域以及医学、化妆品和保健品。在医学中，例如，用于伤口处理和伤口愈合的材料可以由决定机械特性的载体和与皮肤以及伤口表面特别相容的生物相容性涂层材料来构造。许多其它应用也是可能的。
附图说明
在下文，参阅以下附图详细地描述本发明的示例性的实施例。
图1示出了根据本发明的示例性的实施例的用于生产再生纤维素成型体的方法的流程图。
图2示出了根据本发明的示例性的实施例的用于通过莱赛尔法生产再生纤维素成型体的设备。
图3示出了通过莱赛尔法生产的纤维素纤维。
图4示出了通过粘胶法生产的纤维素纤维。
图5示出了来自棉花植物的天然纤维素纤维。
具体实施方式
在不同附图中的相同或相似的部分具有相同的附图标记。
在参考附图来描述示例性的实施例之前，应总结一些基本的考虑因素，本发明的示例性的实施例是基于这些基本考虑因素得出的。
根据本发明的示例性的实施例，调节原材料中的二氧化碳所需的比例。以这种方式生产的纤维素或由具有所需的比例的二氧化钛的混合物的不同纤维素组成的混合物被加工以产生莱赛尔和/或粘胶成型体。在接下来的加工步骤之后，所得到的短纤维包含所需的比例的二氧化钛。这样的纤维现在允许其中所包含的二氧化钛起作用的不同的特殊应用。例如，通过其中所包含的二氧化钛来生产具有防晒功能的最终产物。此外，可以产生弹性较小的纤维(工作能力更低)。这是通过嵌入的二氧化钛颗粒充当纤维形成中的杂质并因此降低了工作能力的方式来实现的。
根据另一示例性的实施例，将根据本发明的纤维与不含二氧化钛的纯莱赛尔纤维素混合。由此，通过混合来调节所得到的产物(例如纱线)的适合的机械、光学和化学特性。在这种情况下，具有二氧化钛含量的再循环纤维素用作“消光源”。
根据另一示例性的实施例，将根据本发明的来自原材料制备的含二氧化钛的残留物溶解并与不含二氧化钛的纸浆一起在NMMO中纺丝。在这种情况下，具有二氧化钛含量的再循环纤维素用作“消光源”。
根据另一示例性的实施例，可以在+/-10％的精度内检测所描述的在成品(莱赛尔)成型体上的二氧化钛浓度。
根据另一示例性的实施例，来自粘胶法或莱赛尔法并且包含多达2％的二氧化钛的纤维素纤维对于在再循环方法中的重新使用来说特别有价值。当原材料重新溶解在NMMO中时，来自这些纤维中的二氧化钛很好地被吸收到纺丝溶液中。这是因为这些颗粒非常均匀地分布，非常细且尤其是未附聚。细颗粒的附聚趋势是已知的表面现象，并且在技术实践中、特别是在大规模应用中需要大量的努力来克服。非织物产物中的典型材料混合物例如由75％的PET和25％的莱赛尔组成，其中两者例如都包含0.75％的TiO2。在回收时，将两种纤维分开：PET要么选择性地溶解在溶剂中，要么在碱性条件下皂化。在两种情况下，纤维素纤维和来自两种纤维中的TiO2的总量均保持落后。从回收的意义上讲，其中含TiO2的纤维素再次溶解在NMMO中并且被供应到莱赛尔过程。这样，示例性地以最佳分布形成具有约四倍量的TiO2的莱赛尔纤维。
根据另一示例性的实施例，通常用于消光目的的二氧化钛结构通过回收又可以被用于所有在二氧化钛的情况下可能的物理和化学特性变化，因为它们不会由于回收过程而受到任何耗损。这些特性包括：i)光催化特性，ii)消光，iii)防紫外线，iv)可调的(通过粒径和分布)、选择性的(取决于波长的)透明度/反射率，以及vi)更好地适合用作标记。
根据另一示例性的实施例，用于提高精细分布的另一变型方案是多次溶解。在这种情况下，制成的纤维重新溶解在NMMO/水中，再次通过纺丝过程被漏过，因此可以实现更好的精细分布。由于多次溶解，还导致二氧化钛颗粒的更好的精细分布。
图1示出了根据本发明的一个示例性的实施例的用于生产再生纤维素成型体102(参见图2)的方法的流程图50。
原材料110(参见图2)具有纤维素和不溶性颗粒，并且以旧衣服和/或服装生产中的残留物为形式存在。
如用框60所示，在旧衣服的情况下，这样生产的原材料110可以被消费者使用，例如用作衣物。如果消费者处置该衣物，该衣物可用作后续的莱赛尔法或粘胶法的消费后的原材料110，其中前者在下文详细地予以描述。
替代地或附加地，也可以使用含纤维素的消费前的原材料110，例如来自服装生产中的残留物，只要这些残留物具有不溶性颗粒即可。
此外，描述了根据本发明的实施例，如何基于至少部分地含纤维素的原材料110来生产纤维素成型体102。为此，将原材料110供应到用于进行莱赛尔法的设备100(参见图2)，参见附图标记78。
在那里，首先可以进行对原材料110的机械粉碎62。尤其是，由此可以从原材料110去除大的、非纤维素的污染物，例如已经至少部分地被用于产生原材料110的旧衣服的纽扣、接缝和印花。机械粉碎62，例如可以将原材料110分离成单个纤维。
也可以(参见框64)将含纤维素的原材料110与其它含纤维素的材料一起用于随后的莱赛尔法。因此，原材料110可以与具有纤维素和不溶性颗粒的其它原材料混合，参见框64。被供应的其它原材料所具有的不溶性颗粒的比例不同于在原材料110中的不溶性颗粒的比例。现在，可以基于原材料110和其它原材料来实施再生纤维素成型体的产生，使得再生纤维素成型体102包含预定比例的不溶性颗粒。替代地或附加地，其它原材料也可以具有来自服装生产的残留物。
在机械粉碎62之后或在混合64之后，可以立即将(纯的或混合的)原材料110直接溶解68在另一种溶剂116中(例如叔胺氧化物，诸如N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)))，而有利地无需化学预处理。更具体地，可以将机械粉碎的(和可选地混合的)原材料110直接转化为溶液，尤其是无需化学清洗并且无需调节粘度。以这种方式可以极其简单和快速且对环境友好地进行生产或再循环工艺。令人惊讶地发现，在机械粉碎62之后残留在原材料110中的异物(例如聚酯或弹性纤维)并不干扰莱赛尔法并且不会对所回收的莱赛尔纤维素的质量产生不利影响。相反，一定量的氨纶可能留在所生产的纤维素纤维中，而不使其特性变差。甚至一定量的残留的聚酯也不干扰所获得到的产物，甚至可以增强待生产的成型体102的机械完整性。
可选地，该方法可以包括：在机械粉碎62之后(或在混合64之后)并且在溶解68之前，对原材料110进行可选的化学清洗66。这种可选的清洗66例如可包括通过漂白来至少部分地去除染料。由此可能在随后将原材料110溶解68在溶剂116中之前使原材料110完全或部分地脱色，例如以便生产白色或灰色成型体102。可选地或附加地，也可能的是：对于作为可选的化学清洗66的一部分，原材料110(在其溶解68之前或在其溶解68之后)至少部分地不含使原材料110的纤维交联的交联剂。在原材料110的纤维之间存在这种交联剂的应用中，原材料110例如可以通过碱或酸预处理而完全或部分地不含这些交联剂。另外，这改善了原材料110的溶解性。可选地，如果需要的话，通过清洗66可以将至少一部分不溶性颗粒去除。例如，以这种方式可以调节或影响待生产的成型体102中的不溶性颗粒的比例。
在将原材料110溶解68在溶剂(优选为NMMO)中之后，可以将所获得的莱赛尔纺丝溶液104通过一个或多个喷丝嘴进行挤压，从而产生粘性高的线或长丝(参见框70，与该纺丝有关)。
在这些线或长丝掉落期间和/或之后，这些线或长丝与水性介质有效连接并由此被稀释。由此，在水雾或水浴中，这些线或长丝的溶剂116的浓度被降低到使得莱赛尔纺丝溶液被转化为由纤维素长丝构成的固相的程度。换言之，纤维素长丝发生沉淀、沉降或凝结，参见附图标记72。由此获得成型体102的预成型坯。
因此，基于具有纤维素和不溶性颗粒的原材料110来进行通过莱赛尔法对含纤维素和不溶性颗粒的成型体102的生产80，尤其是溶解68、纺丝70和随后沉淀72。
该方法还可包括：对沉淀的莱赛尔纤维素进行后处理74，以从成型体110的预成型坯中获得成型体102。这种后处理例如可包括：对所获得的长丝进行干燥、浸渍和/或成型来得到最终成型体102。例如，可以通过所述的生产方法将成型体102加工成纤维、薄膜、机织织物、套毛、球、多孔海绵或珠，然后将其进一步用于其他目的(参见附图标记76)。
有利地，在使用成型体102之后，通过执行与附图标记78与74之间的方法步骤相对应的另一种方法(参见框80)，可以回收该成型体的纤维素和不溶性颗粒。可选地，可以在另一种方法(参见另一框80)、例如粘胶法中回收成型体102的纤维素和不溶性颗粒。借助于重复的工序的回收，这种多次可重复性是可能的，因为知道通过回收能够令人惊讶地良好地实现不溶性颗粒的精细分布。
图2示出了根据本发明的示例性的实施例的用于借助于莱赛尔法基于含纤维素和不溶性颗粒的原材料来生产再生纤维素成型体102的设备100，该设备100已参考图1进行了描述。
即图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于生产含纤维素成型体102的设备100，该成型体例如可以以无纺布(非织物)的形式制成为纤维、膜、球、织物、海绵或者珠状或薄片状。根据图2，成型体102直接从纺丝溶液104制成。后者是通过凝结流体106(尤其是来自空气湿度的)和/或凝结浴191(例如水浴，该水浴可选地具有叔胺氧化物、诸如N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO))在纤维素纤维108中转化为成型体102而形成。莱赛尔法可以通过设备100实施。以这种方式，例如，基本上无尽的长丝或纤维108或者基本上无尽的长丝和离散长度的纤维108的混合物可制成成型体102。设置多个喷丝头，每个喷丝头具有一个或多个开口126(也可被称作纺丝孔)，以喷射出莱赛尔纺丝溶液104。
从图2可以看出，基于纤维素的原材料110可以经由计量装置113供应到储罐114。
根据一个实施例，可以通过下面详细地描述的溶剂116(尤其是NMMO)将水引入到基于纤维素的原材料110中。基于纤维素的原材料110本身也已经可以含有一定的残留水分(例如，干燥的纤维素通常具有5重量％至8重量％的残留水分)。尤其是，根据所描述的实施例，可以将原材料110直接添加到由水和溶剂116构成的混合物中，而无需预先润湿。那么，可以省略图2中示出的可选的水箱112。
根据一个替代的实施例，含纤维素的原材料110可以另外被润湿，以便由此提供潮湿的纤维素。为了该目的，水可以通过计量装置113从可选的水箱112被供应到储罐114。因而，借助于控制装置140控制，计量装置113可以向储罐114供应可调节相对量的水和原材料110。
在溶剂容器中包含适当的溶剂116，优选叔胺氧化物，诸如N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)，或溶剂116的水性混合物，例如水中76％的NMMO溶液。溶剂116的浓度可以在浓缩装置118中通过添加纯溶剂来调节或通过添加水来调节。然后，可以在混合单元119中以可限定的相对量将溶剂116与原材料110混合。也可以借助于控制单元140来控制混合单元119。由此，含纤维素的原材料110在溶解装置120中以可调节的相对量溶解在浓的溶剂116中，由此得到莱赛尔纺丝溶液104。如本领域技术人员已知的那样，用于根据莱赛尔法来生产再生纤维素成型体的纺丝溶液104中的原材料110、水和溶剂116的成分的相对浓度范围(也被称作纺丝窗)是可以适当地调节的。
莱赛尔纺丝溶液104被供应到纤维发生器124(该纤维发生器可以由多个喷丝头或喷嘴122来构造)。
当莱赛尔纺丝溶液104被引导经过喷嘴122的开口126时，该莱赛尔纺丝溶液被分成由莱赛尔纺丝溶液104构成的多个平行线。所描述的过程控制将莱赛尔纺丝溶液104转换为越来越细长的线，这些线的特性可以通过相对应地调节过程条件来控制控制单元140来进行调节。可选地，气流可以在其从开口126到纤维接收单元132的途中使莱赛尔纺丝溶液104加速。
在莱赛尔纺丝溶液104已移动经过喷嘴122并继续向下之后，莱赛尔纺丝溶液104的细长的线与凝结流体106相互作用。
在与凝结流体106(例如水)相互作用时，莱赛尔纺丝溶液104的溶剂浓度降低，使得使原材料110的纤维素至少部分地凝结或沉淀为细长的纤维素纤维108(这些纤维素纤维仍始终可包含溶剂和水的残留物)。
在由被挤出的莱赛尔纺丝溶液104初始形成单个纤维素纤维108的过程中或之后，纤维素纤维108被吸收在纤维接收单元132上。纤维素纤维108可浸入到图2中所示出的凝结浴191(例如水浴，可选地具有如NMMO那样的溶剂)中并且可以在于凝结浴191的液体相互作用时完成它们的沉积。纤维素可以形成纤维素纤维108(如所示出的那样，其中纤维素纤维108可以一体化地或整体地彼此融合(“合并”)或者可以作为分离的纤维素纤维108存在)，或者可以在纤维接收单元132上形成由纤维素构成的膜或薄膜(未在图2中示出)均取决于凝结的工艺设置。
因此，纤维素纤维108从喷嘴122的喷丝头中被挤出，并且被引导经过纺丝浴或凝结浴191(例如含有低浓度的水和NMMO，以用于沉淀/凝结)，在此，纤维素纤维108在凝结浴191中被引导围绕相应的转向辊193，并且引导向凝结浴191的外部至导丝辊195。导丝辊195提供纤维素纤维108的继续运输和后拉伸，以便实现所希望的纤度。在导丝辊195之后，将来自纤维素纤维108中的纤维束在洗涤单元180中洗涤，必要时进行光泽处理并且最后被切割(未示出)。
尽管这在图2中未示出，但是在凝结和随后在洗涤单元180中的洗涤期间，已经从纤维素纤维108中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂116可以至少部分地被回收或再循环，并且可以在随后的循环中重新被转移回储罐114中。
在沿着纤维接收单元132运输的过程中，成型体102(这里以纤维素纤维108的形式)可以通过洗涤单元180被洗涤，因为后者供应用于去除溶剂残留物的洗涤液。然后可以对成型体102进行干燥。
成型体102还可进行后处理，参见示意性示出的后处理单元134。例如，这种后处理可具有水力缠结、针刺处理、浸渍、利用在压力下供应的蒸汽进行的蒸汽处理和/或压延等等。
纤维接收单元132可以将成型体102供应给卷绕装置136，在该卷绕装置上可以对成型体102进行卷绕。然后，可以将成型体102作为卷绕物供应给如下实体，该实体基于成型体102来生产诸如擦拭物或纺织品的产品。
为了可以借助于根据图2的设备100来执行根据图1的根据本发明的一个示例性的实施例的方法，将源自先前的莱赛尔法(同样能利用根据图2的设备100来执行)的全部或部分的材料地作为原材料110进行输送。
图3示出了通过莱赛尔法来生产的纤维素纤维200的横截面。借助于莱赛尔法来生产的纤维素纤维200具有光滑的圆形外表面202，并且均匀地且填充有纤维素材料，并且没有肉眼可见的孔。因而，本领域技术人员可以清楚地将其与借助于粘胶法来生产的纤维素纤维(参见图4中的附图标记204)以及来自棉花中的纤维素纤维(参见图5中的附图标记206)区分开。
图4示出了通过粘胶法生产的纤维素纤维204的横截面。纤维素纤维204是云状的，并且沿其外周具有多个弓形结构208。
图5示出了来自棉花植物的天然纤维素纤维206的横截面。纤维素纤维206是肾形的，并且在内部具有无材料的内腔210作为完全封闭的腔。
基于根据图3至图5中纤维明显的几何或结构差异，本领域技术人员可以例如在显微镜下明确地确定纤维素纤维是通过莱赛尔法、通过粘胶法还是在在棉花植物中天然形成的。
另外，应指出的是，“具有”不排除其它元件或步骤，而“一个”或“一”不排除多个。还应指出的是，已参阅上述实施例描述的特征或步骤也可以与上面描述的其它实施例的其它特征或步骤组合使用。权利要求书中的附图标记不应被视为限制。

Claims (12)

1.一种用于生产再生纤维素成型体(102)的方法，其中所述方法具有：
供应(78)原材料(110)，所述原材料具有纤维素和不溶性颗粒，尤其是不溶于用于莱赛尔法和/或粘胶法中的溶剂的不溶性颗粒，
其中所述原材料(110)是不溶性颗粒分散地存在于其中的固体；并且
基于所述原材料(110)来产生(80)再生纤维素成型体(102)，使得所述再生纤维素成型体(102)包含不溶性颗粒中的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述原材料(110)具有聚合物纤维、尤其是纤维素纤维，并且
其中不溶性颗粒被混合到所述原材料(110)的聚合物纤维中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中所述再生纤维素成型体(102)的产生具有莱赛尔法或粘胶法。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中所述原材料(110)具有完全或部分来自服装生产中的残留物和/或旧衣服。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中所述不溶性颗粒具有无机颗粒、尤其是金属氧化物，或者由无机颗粒、尤其是金属氧化物组成。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中所述无机颗粒具有选自二氧化钛TiO2、氧化铝Al2O3、氧化镁MgO、氧化硅SiO2、氧化铈CeO2、氢氧化镁Mg(OH)2、氢氧化铝Al(OH)3、硫酸钡BaSO4、氮化硼BN和氧化锌ZnO中的至少一种。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中不溶性颗粒具有合成塑料、聚酯和/或氨纶或者由合成塑料、聚酯和/或氨纶组成。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中不溶性颗粒具有如下特性中的至少一种：在所述原材料中的浓度在0.05％至3％的范围内、尤其是在0.25％至1.5％的范围内；
粒度小于2.0pm；
不溶性颗粒作为被溶剂尤其是水包围的分子的分散附聚物存在。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，所述方法进一步包括：
供应(64)至少一种其它原材料，所述其它原材料具有纤维素和不溶性颗粒，
其中不溶性颗粒在所述原材料(110)和其它原材料中的比例不同；并且
基于所述原材料(110)和其它原材料来产生(80)所述再生纤维素成型体(102)，使得所述再生纤维素成型体(102)包含预定比例的不溶性颗粒。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，所述方法还具有：
从所述再生纤维素成型体(102)中洗去(74)不溶性颗粒，使得不溶性颗粒在所述再生纤维素成型体(102)中的比例降低至少0.1％，尤其是降低至少1％。
11.一种再生纤维素成型体(102)，所述再生纤维素成型体根据权利要求1至10之一所述的方法来制造，
其中所述再生纤维素成型体(102)选自由长丝、纤维、膜、微球和珠组成的组，
其中所述再生纤维素成型体(102)所具有的不溶性颗粒尤其是二氧化钛的比例在0.05％至3％，尤其是0.25％至1.5％的范围内，并且
其中所述再生纤维素成型体(102)还具有如下特征中的至少一个：
在所述再生纤维素成型体(102)中的不溶性颗粒的比例占所述原材料(110)的不溶性颗粒的30％以上，尤其是50％以上；
如果通过莱赛尔法来生产所述再生纤维素成型体(102)，则所述再生纤维素成型体(102)的工作能力在条件状态下至少为450cN％/tex；
如果通过粘胶法来生产所述再生纤维素成型体(102)，则所述再生纤维素成型体(102)的工作能力在条件状态下至少为400cN％/tex。
12.一种用于莱赛尔法和/或粘胶法的纺丝溶液(104)，其中所述纺丝溶液(104)具有：
至少一种溶剂(116)，尤其是N-甲基吗啉-N-氧化物、即NMMO；
大量聚合物纤维，尤其是纤维素纤维，所述聚合物纤维至少部分地溶解在所述溶剂(116)中；和
不溶性颗粒，尤其是二氧化钛，
其中不溶性颗粒均匀地分布在所述纺丝溶液(104)中，尤其是其中所述纺丝溶液(104)的不溶性颗粒占所述纺丝溶液的总重量的0.01重量％以上，更特别是0.1重量％以上。
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