CN113242917A - 从纤维素长丝纱线或纤维中去除液体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供以非常高的生产速度从莱赛尔纤维素连续长丝纱线中可行去除液体的方法。
Description
本发明涉及纤维素长丝纱线或纤维的生产，即涉及与脱水(例如去除洗涤液/凝固浴残余物等)有关的生产方法内的工艺步骤。
背景技术
连续长丝纱线广泛用于纺织工业中以生产与由使用短纤维制造的纱线生产的织物相比具有不同特性的织物。连续长丝纱线是其中所有纤维在纱线的整个长度上都连续的长丝纱线。连续长丝纱线通常将由10至300根或更多根单独长丝组成，这些单独长丝彼此全部平行并且在生产时平行于纱线的轴。所述纱线通过挤出聚合物或聚合物衍生物的溶液或熔体，然后将所生产的纱线卷绕到线轴或卷轴上或通过经由离心卷绕形成丝饼来生产。
合成聚合物连续长丝纱线是常见的。例如，尼龙、聚酯和聚丙烯连续长丝纱线用于各种织物中。它们通过将熔融聚合物通过喷丝头熔融纺丝而生产，所述喷丝头具有与生产的纱线中所需的长丝数目相对应的孔数目。在熔融聚合物开始固化之后，可拉伸纱线以使聚合物分子取向并改善纱线的性质。
连续长丝纱线也可由纤维素衍生物(如二乙酸纤维素和三乙酸纤维素)通过干纺纺成。将聚合物溶解在合适的溶剂中，然后通过喷丝头挤出。溶剂在挤出后迅速蒸发，导致聚合物以形成纱线的长丝形式沉淀。可拉伸新生产的纱线以定向聚合物分子。
连续长丝纱线也可使用粘胶法由纤维素生产。通过与氢氧化钠和二硫化碳反应将纤维素转化为黄原酸纤维素，然后溶解在氢氧化钠溶液中。纤维素溶液，通常称为粘胶，通过喷丝头挤出到酸浴中。中和氢氧化钠，导致纤维素沉淀。同时，黄原酸纤维素通过与酸反应而转化回纤维素。将新形成的长丝拉伸以使纤维素分子取向，洗涤以从长丝中去除反应物，然后干燥并卷绕到线轴上。在所述方法的早期形式中，使用离心卷绕机-Topham盒将湿纱线收集成饼。然后在卷绕到线轴上之前在烘箱中干燥纱线的饼。
连续长丝纤维素纱线也使用铜氨丝(cupro)法生产。将纤维素溶解在氢氧化铜铵溶液中。将所得溶液挤出到水浴中，在水浴中氢氧化铜铵被稀释并且纤维素沉淀。将所得纱线洗涤，干燥并卷绕到线轴上。
通过粘胶或铜氨丝法生产的纤维素连续长丝纱线可通过机织或针织或其他织物形成方法制成织物。所生产的织物用于各种应用，包括外衣、女士罩衫和上衣、女内衣和祈祷地毯的衬里。纱线还被生产用于轮胎和其他橡胶产品的增强。
由连续长丝纤维素纱线制造的织物可具有高光泽。它们善于处理湿气以增强穿着者的舒适性。它们不像使用连续长丝合成纱线制造的织物那样容易产生静电。
然而，由目前可用的连续长丝纤维素纱线制造的织物通常具有差的物理性质。与由合成聚合物(如聚酯)制造的织物相比，干强度和撕裂强度较差。由于纤维素和水之间的相互作用，湿强度比干强度低得多。耐磨性低。与水的相互作用还软化纤维素，导致由纱线制造的织物在润湿时不稳定。
由于这些缺陷，最初使用连续长丝纤维素纱线制造的产品现在主要使用合成聚合物连续长丝纱线(如聚酯和尼龙)生产。
然而，合成纱线确实显示出某些缺点。使用它们制造的织物不具有由纤维素纱线制造的织物的湿气处理能力。合成织物可产生静电。一些人认为由合成纱线制造的衣服与含纤维素的织物相比穿着起来不那么舒适。
因此，需要连续长丝纤维素纱线，其允许生产织物和其他纺织品，所述织物和其他纺织品具有由连续长丝纤维素纱线制造的目前可用的织物的积极特征但具有通常与使用连续长丝合成纱线制造的织物相关的性能。
令人惊奇地发现，由莱赛尔法(lyocell process)生产的连续长丝纱线具有比由粘胶法生产的长丝纱线显著更高的拉伸强度。这可产生具有更好强度、撕裂强度和耐磨性的织物。当莱赛尔长丝被润湿时，强度损失远低于粘胶长丝。这意味着，当潮湿时，莱赛尔织物更难以变形，从而赋予更好的织物稳定性。与等同的粘胶织物相比，莱赛尔织物在润湿时强度也更大。
还令人惊奇地发现，由莱赛尔连续长丝生产的织物可具有光泽、湿气处理性质和低静电产生，这些是连续长丝粘胶和铜氨丝织物的理想特性。
莱赛尔技术是基于将纤维素木浆或其他纤维素基原料直接溶解在极性溶剂(例如n-甲基吗啉n-氧化物，下文称为“氧化胺”)中以产生粘性的高剪切稀化溶液的技术，所述溶液可形成一系列有用的纤维素基材料。在商业上，所述技术用于生产广泛用于纺织和无纺工业的纤维素短纤维家族(可从Lenzing AG, Lenzing, Austria以商标TENCEL®商购获得)。还公开了来自莱赛尔技术的其他纤维素产品，例如长丝、薄膜、套管(casings)、珠粒和非织造网。
EP 823945 B1公开了一种制造纤维素纤维的方法，其包括根据莱赛尔法挤出和凝固纤维素纺丝溶液和拉伸长丝并将长丝切割成纤维素纤维，其可用于各种应用领域。
EP 0 853 146 A2公开了一种制备纤维素基纤维的方法。根据所述文献的教导，将两种具有广泛不同分子量的不同原料混合以获得纤维。WO 98/06754公开了类似的方法，其要求首先单独溶解两种不同的原料，然后混合制备的溶液以获得纺丝溶液。DE 199 54 152A1公开了一种制备纤维的方法，其中采用具有相对低温的纺丝溶液。
由莱赛尔纺丝溶液生产的纤维素长丝纱线的益处已有描述(Krüger, LenzingerBerichte 9/94, S. 49 ff.)。然而，由于对纺丝效率的要求不断提高，已经尝试将莱赛尔法中的纺丝速度提高到每分钟几百米的值。
另外，即使在高生产速度下，充分洗涤所生产的长丝/纱线/纤维也是重要的，即，尽可能多地去除不期望的残余量的加工材料，例如不需要保留在所生产的材料中的溶剂或其他添加剂。在这方面，典型的莱赛尔法包括去除残余量凝固浴的初始步骤以及随后的洗涤步骤。在这些步骤期间，存在从本领域中采用的长丝/纱线/纤维中去除液体的各种选择。用于去除液体的典型方法通常包括使用对长丝/纱线/纤维施加一定机械力的装置，例如用于擦除、剥离或挤压液体的装置。然而，由于对高生产速度的需求提高，这种用于去除液体的方法通常不再适合，因为这些可能导致高缺陷率。因此，所需的高纺丝和生产速度，当然在保持长丝质量的同时，还呈现用于去除液体的可靠且通常可用且商业上可行的方法尚未知的缺点，因为关于由其他加工技术(粘胶、合成长丝)生产纤维和长丝的现有技术教导不适用于莱赛尔法，这是由于在挤出之后直接进行高聚合物延伸，随后通过液体交换进行受控溶剂去除的苛刻要求。
因此，以高速制备连续长丝莱赛尔纱线提出了新的工艺挑战，主要是由于高得多的生产速度、长丝均匀性要求和对优越工艺连续性的需要：
• 典型的是长丝生产速度为短纤维生产的超过十倍，并且近来对进一步提高生产速度的需求增加了工艺控制的问题。
• 在连续长丝纱线产品中，所有单独长丝的性质必须在非常窄的可变性窗口内，例如以防止诸如上染率变化的问题。例如，旦尼尔分布的变异系数必须小于5%。另一方面，在短纤维方法中，由于每个纤维包由从已经被切割成所需长度并混纺的长丝获得的数百万根单独纤维组成，因此存在更大的范围来“平均”单独长丝之间的微小变化。莱赛尔短纤维的形成的实例公开于EP 823 945 B1中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够以非常高的生产速度从莱赛尔长丝和具有高质量的莱赛尔复丝纱中可靠地去除液体的方法，其中工艺控制使得整个方法在商业上可行。
因此，本发明提供了如权利要求1中所限定的方法。优选的实施方案在权利要求2至10和说明书中给出。
附图说明
图1显示本文公开的工艺步骤的示意图。
具体实施方式
通过本文公开的发明克服了现有技术的局限性。也就是说，本发明提供如权利要求1中所限定的从莱赛尔长丝和莱赛尔复丝纱中去除液体的方法。将参照与相关工艺步骤和要采用的参数有关的所需工艺控制来详细描述本发明。应当理解，这些工艺步骤及其各自的优选实施方案可适当组合，并且本申请涵盖这些组合并公开这些组合，即使本文没有明确描述。
本发明人已经确定，对于400 m/min或更高的生产速度，如果在具体条件下围绕辊引导长丝束或复丝纱，则能够实现所需的工艺控制，使得能够从长丝束或复丝纱良好地去除液体，而不需要使用擦拭、挤压或剥离装置。这些条件确保从束/纱线中去除大量的液体，即使这些液体被截留在束/纱线内的不同长丝之间或长丝本身内。这是重要的，因为任何洗涤过程的功效不仅要求从长丝的表面去除不期望的材料，而且要求从长丝内去除不期望的材料。这要求对于凝固浴液体的初始去除至洗涤液(通常为水)的任何后续去除，良好地去除尽可能多的液体。只有当与洗涤液接触后，残留在长丝束/纱线中的非常高比例的洗涤液被去除，随后的洗涤步骤才能实现产品的所需进一步纯化。因此，重要的是尽可能有效地去除液体，同时不影响形成的长丝。
也就是说，对于所需的高生产速度(400 m/min或更高)，本发明提供了一种通过将围绕辊引导的长丝的比加速度(a_sp)调节到每40 dtex至少296 m/s2，从而对于至少40dtex的长丝束/纱线有效去除液体的方法。所述比加速度可由以下方程(1)描述：
(1) a_sp = r x ω2 x 纤度/40
其中r是辊的半径(m)，ω是角速度(1/s)，并且纤度(dtex)是束/纱线纤度，条件是所述纤度至少为20。因此，对于任何给定的纤度和生产速度(其涉及角速度)的合适工艺条件可通过适当地选择变量来确定，使得液体去除过程在满足上述方程的条件下进行。
已经出乎意料地发现，通过如上所示调节工艺参数，可确保高效的液体去除。在这方面，已经发现，如本文所述的方法适用于400 m/min或更高的生产速度，特别是400 m/min至2000 m/min的生产速度。即使在需要围绕辊高速传送长丝束/纱线以去除液体的如此高的生产速度下，也没有对所生产的长丝施加不利影响。然而，只要满足上述方程，就可获得期望的液体有效去除。
根据本发明，优选地，引导长丝束/纱线所围绕的辊的半径在10 mm至200 mm的范围内，优选地在12.5 mm至150 mm的范围内。长丝束/纱线的纤度优选在20 dtex(所需的最小纤度)至500 dtex的范围内，更优选在40 dtex至400 dtex的范围内。
此外，已经确定，有利的是长丝束/纱线与辊圆周的至少12.5% (45°)，更优选与辊圆周的至少25% (90°)接触。这确保了长丝束/纱线与辊表面接触足够长的时间，使得大量的液体从长丝或长丝束/纱线的内部移动到其外部，从而随后将其纺出(弹射/离心分离)。
因此，本发明提供了一种通过提供生产速度、束/纱线纤度和辊半径之间的相互关系以能够有效和简单地去除液体而即使在高生产速度下也能从长丝束/纱线中去除液体的有效方法。
本发明的教导可用于凝固浴液的初始去除和/或用于洗涤液的任何后续去除。根据本发明，在莱赛尔复丝纱的生产方法中可存在一个或多个如本文所述的用于去除液体的辊，在两个用于去除液体的辊之间具有或不具有另外的洗涤步骤(即，与洗涤液的新接触)。
辊的类型不是关键的，包括表面材料等，只要辊能够以如上所解释的给定生产速度围绕辊引导长丝束/纱线。可使用莱赛尔法中所采用的常用辊。辊速度通常与长丝束/纱线的速度大致相同，并且辊可包括用于产生辊运动的装置(从动辊)或长丝运动产生辊运动。根据本发明，术语辊速度和长丝速度基本上相同是指速度在彼此的±10%内，更优选在±5%内。关于长丝张力，已经发现张力为2 cN或更大是有利的。
以下实施例进一步阐述了本发明：
根据本发明，来自莱赛尔长丝纺丝方法的复丝纱在与洗涤水接触之后经历液体去除步骤。下表总结了相关的工艺参数(v是生产速度)。条目“A”表示在去除液体之后没有检测到问题/缺陷，并且另外实际上从长丝束/纱线中去除了高比例的液体。
Claims (10)
1. 用于从来自纤维素在含水叔胺氧化物中的莱赛尔纺丝溶液的莱赛尔型纤维素长丝束或纱线中去除液体的方法，其中在使得满足方程(1)的条件下将所述莱赛尔型纤维素长丝束或纱线引导围绕辊，条件是a_sp至少为296 m/s2：
(1) a_sp = r x ω2 x 纤度/40
其中r是辊的半径(m)，ω是角速度(1/s)，并且纤度(dtex)是束/纱线纤度，条件是所述纤度至少为20。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中r为0.010 m至0.200 m，优选为0.0125 m至0.150m。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述纤度为20 dtex至400 dtex。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述辊是从动辊。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述辊由长丝运动驱动。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述莱赛尔型纤维素长丝束或纱线与所述辊的圆周表面的至少12.5% (45°)，优选至少25% (90°)接触。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中提供两个或更多个用于液体去除的辊，而没有使所述莱赛尔型纤维素长丝束或纱线与新鲜洗涤液接触的间歇步骤。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中提供两个或更多个用于液体去除的辊，具有使所述莱赛尔型纤维素长丝束或纱线与新鲜洗涤液接触的间歇步骤。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在去除液体期间的长丝张力为2 cN/长丝或更大。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述长丝张力为0.4 cN/dtex或更小。
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