CN1172033C - 生产纤维素成形体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造纤维素成形体的方法：(a)将纤维素和含水氧化胺混合形成一悬浮液；(b)通过水的蒸发由该悬浮液产生纤维素溶液；(c)测量由此形成的纤维素溶液的第一性质，利用该测量值调整溶液的成分；以及(d)挤压纤维素溶液通过一空气间隙进入一含水再生槽，在那里，所述溶液被凝结形成成形体，这些成形体经受进一步的处理步骤。此外，在步骤(c)里，测量由此制造的纤维素溶液的第二性质，所述第二性质不同于第一性质。根据两种性质的测量值计算溶液的实际成分。利用它们与目标成分的偏差来调整溶液的成分。本发明的方法能够精确地控制纺丝溶液的成分。

Description

生产纤维素成形体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种方法，用于控制纤维素成形体生产中的溶液的成分，其中(a)纤维素和含水氧化胺混合形成悬浮液，(b)通过水的蒸发从该悬浮液产生纤维素溶液，(c)测量由此形成的纤维素溶液的第一性质或物理性质，利用测量值调整溶液的成分，以及(d)挤压纤维素溶液通过空气间隙进入一含水再生槽，在那里凝结形成成形体，它们可经受进一步的处理步骤。本发明还涉及一种实现这种方法的装置，它包括一装备有计量装置的形成悬浮液的装置，与该形成悬浮液的装置连接的溶解和蒸发装置，以及通过导管与溶解和蒸发装置连接的挤出装置，还具有一固定在下游的再生槽。无论在什么情况下，本申请的文件总的涉及测量纤维素溶液的性质，这应该被理解为，它包括可被测量的溶液的物理性质(被测变量)。
背景技术
利用氧化胺生产的纤维素成形体的性质、特别是作为切段纤维和长丝的纺织品的物理性质，在很大程度上取决于纺丝溶液的成分。因此，为了获得最佳的性质，最好监控纺丝溶液的成分和将变化控制在很小的公差范围内。从WO94/28212里可知道，从在挤出装置上游的纺丝溶液里取出样本，测量它的折射率。为了确保令人满意的挤出产品，折射率在60℃时应在1.4890和1.491之间。除了这种监控的不连续系统，还需要一种在导管里进行连续测量的装置，例如使用过程折射计。如果纺丝溶液呈现出超过引用的折射率的折射率，提供给预先混合器的供应料和/或蒸发条件必须重新设定。
纺丝溶液是纤维素、氧化胺和水的三元混合物；因此，它的成分不可能通过只测量纺丝溶液的一种性质而精确地确定。落入三元系统的三角形结构的溶液区域的许多溶液成分可被划归为一折射率。因此，它不可能单独根据折射率精确地控制纺丝溶液的浓度。特殊溶液的混合物不落入所示的折射率范围内的事实至今没有提出。
发明内容
本发明的目的是提供一种按照氧化胺方法制造纤维素成形体的方法，其中，纺丝溶液的成分可精确地监控。具体地说，纺丝溶液的成分被精确地监控，这样，即使与预定目标值很小的偏差也可用来校正溶液的成分。此外，提出一种按照氧化胺方法制造纤维素成形体的方法，其中，纺丝溶液的成分在最小可能的延迟或停滞时间内得到校正，这样，可迅速地消除在成分上的任何波动，或将波动维持在很窄的范围内。最后，还提供一种实施该方法的装置，利用该装置，由于混合材料成分的变化而引起的纺丝溶液成分里的变化可迅速地消除。其它的优点将在下面详细的描述中介绍。
该目的是通过按照本发明的方法解决的，该方法在介绍中显示，在步骤(c)中，测量不同于纺丝溶液的第一性质的第二性质，按照两个测量值计算溶液的实际成分，并利用实际成分与目标成分的偏差调整溶液的成分。
与WO 94/28212介绍的、已知的方法不同，测量纺丝溶液的两种性质，从而可从测量值精确地计算出成分。这要求纯组分、纤维素、氧化胺和水的两种性质是部分已知的。如果它们是不知道的，必须用实验方法予以确定，如果需要，也可以通过外推法确定。按照本发明进行的两种性质的测量产生溶液的准确成分。因此，如果即使溶液里发生与目标成分很小的偏差，也可对形成溶液的溶液成分的剂量作出调整，或对形成溶液的操作进行调整补偿偏差。因此，与仅仅监控折射率、并在该值超出折射率的预定公差范围后进行调整可能达到的程度相比，按照本发明的方法允许对溶液成分进行更严格的控制。
在按照本发明方法的一个较佳实施例里，溶液的两种性质从相对电容率、电导率、微波强度衰减和速度、折射率、密度、含水量和超声速中选择。溶液的折射率和密度特别适合用作测量的两种性质。密度可通过辐射测量方法或Coriolis力传感器测量。含水量可通过Karl Fischer方法测量。
在按照本发明方法的一个较佳实施例里，纤维素溶液的温度在两种指定的性质被测量的过程中、或稍前或之后测量，两种溶液性质或物理性质的测量值被调整，且测量值根据测量温度调整。由于纺丝溶液的温度可能变化，因此测量值必须转换到参考温度，对于参考温度目标成分的纺丝溶液的性质值是已知的，所以测量值可与它们比较。测量值必须转换到的参考温度(例如)是50℃或60℃。
纺丝溶液两种性质中的至少一种较佳的是在线测量。在线测量不仅允许快速计算溶液成分，而且还限制了由于溶液分解的趋势而可能发生的不可控制的失控反应的安全隐患。
在按照本发明方法的一个实施例里，在上述步骤(a)所述的组分配料中调整溶液成分。例如，如果看到纺丝溶液里的纤维素浓度有变化，就必须改变配料系统。其理由可归结于所使用的纤维素的含水量有变化，或在溶剂混合物N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)/水中有变化。
在另一个实施例里，对溶液成分的调整是在步骤(b)中的操作条件下进行的。如果测量显示NMMO/水的比例有变化，可在步骤(b)里进行校正，例如通过增加或降低在该点的水蒸发的速度。
此外，按照本发明的装置提供一种针对本发明目的的方案，其中，测量装置安装在溶解和蒸发装置及挤出设备之间的导管里，以便测量溶液的两种不同性质，并构成控制纺丝溶液的成分的至少一控制回路的一部分。在溶液制造和溶液挤出之间的导管里的测量装置输出信号，诸如溶液的折射率和密度，依靠该信号，发生针对校正参数、例如纤维素和/或溶剂的配料速率、或溶解装置里的水蒸发速率发生变化。测量装置包括用来测量不同溶液性质的两个仪器。这些测量仪器可以串联或并联方式连接。它们安装在导管里，即时提供测量结果，这样，控制回路里的停滞时间、从而在溶液成分上的波动减至最低程度。本发明还涉及测量装置的在线布置。
测量装置较佳的是包括一测量溶液温度和补偿指定的测量仪器的测量值的装置。这样，测量装置返回对于两种性质的测量值，这两个性质已经被调整来补偿温度，这样，这些值可与相对预定温度具有目标成分的纺丝溶液的性质值比较。
如果该测量装置与微机和计量装置或溶解和蒸发装置引起形成至少一个控制回路，本发明的目的是可实现的。在这种情况下，校正参数可以是(例如)计量装置的配料速率或溶解装置里的水蒸发速率。
附图说明
下面，将参考附图和许多试验来详细介绍本发明。
图1显示了按照本发明的装置的一个实施例的示意流程图。
具体实施方式
将含水纤维素和NMMO/H2O混合物通过计量系统1导入一连续的形成悬浮液的装置2。装置2可是如德国专利DE-C 198 37 210.8所述的多轴装置。一溶解装置3连接在装置2的下游，其中，形成于装置2中的悬浮液通过加热和负压使水蒸发而转换成溶液。为此目的而设计的适当方法可见德国专利DE-A 4441 468.8。挤出设备4通过导管8与溶解装置3连接。纺丝溶液在挤压设备4的挤压下经过空气间隙进入再生槽5。按照挤压设备4的型号和设计和后步工序，可制造出薄膜、纤维、长丝或其它形状的本体。由此获得的成形体6通过输出装置7至后续处理步骤，诸如洗去氧化胺、二次处理、切割、干燥等。
本发明提供在溶解装置3和挤压设备4之间的导管中设置测量装置9-11。它包括用来测量溶液的第一性质的测量仪9，用来测量不同于第一性质的第二性质的测量仪10，以及测量在测量仪9和10之间的导管8里的纺丝溶液的温度的仪器11。如图所示，测量仪9和10连续地设置在流道中。测量仪9和10将信号传送给微机12，而微机已经根据仪器11提供的温度被校正。通过接受来自测量仪9和10的信号，微机12计算在导管8里的溶液的实际成分，取得与纺丝溶液的预定目标成分的偏差，并由此偏差计算用于计量装置1a、1b的校正变量和/或用于溶解装置3的操作条件。将来自微机12的校正指令传送经过信号电路13、14、15之一或其它的信号电路，以便调整相关的机构。由此证明，如果导管8里的溶液成分偏离目标值，控制机构、具体地说是按照本发明的两个测量值的直接温度补偿将可用于快速校正，特别是由于为了进行温度调整样本不必取出。
试验1
将Risens GmbH，Jena制造的RIS 60-3辐射过程折射计和EG&G Berthold，Bad Wildbad制造的LB 386辐射测量比重计组装而成的测量装置以连续运转的方式直接安装在溶解装置下游的纺丝溶液导管里，以便按照附图纺出Lyocell批量纤维。折射率和密度的测量被调整，以便在任何情况下反映50℃的温度。从由此获得的测量值，计算出纺丝溶液的成分百分比。在测量装置之后，通过一喷嘴从导管里取出一试样，并测试纤维素含量(沉淀方法)和水含量(KarlFischer滴定)。对由此获得的成分的计算值、通过分析确定的纤维素和水的值显示在下表里。一个良好的对应出现在由两个测量性质计算出的成分和通过分析确定的成分之间。
试验2
起始条件与试验1相同。然而，在溶解装置3里的蒸发条件被改变，以便使水更快蒸发。为此，溶解装置里的真空度增加，同时悬浮液里的温度分布和纤维素/NMMO/H2O的比例保持稳定。对从纺丝溶液里获得的性质的测量值，由此而得出来的纤维素、NMMO和水含量的值，及通过分析确定的水和纤维素含量的值显示在下表里。它显示了，蒸发条件的变化不仅反映在直接分析获得的值之中，而且也反映在从溶液性质计算出的数据之中。
试验3
随试验2建立的条件并在溶解装置里稳定条件下开始，悬浮液配制的参数被临时改变，这样，在纤维素/NMMO/H2O比例中的纤维素的比例增加。存在于溶解装置出口处的这个比例在35、45和50分钟后通过直接分析确定，和如在试验1中在来自测量装置的性质测量的基础上计算的那样通过百分比含量确定。这些结果显示在下表的行3a、3b和3c中。从显示的数据可看出，在纺丝溶液的成分里的临时改变可根据两溶液性质的测量精确地计算出来。
试验的结果表明，溶液成分可从纺丝溶液的两性质的测量值中高精度地计算出来，这样，纺丝溶液成分的精确控制是可能的。由于计算出的值实际上不延迟的直接获得，因此该方法可获得在成分上的精确公差和在由此形成的成形体的物理性质上的相应降低的波动。
试验号 通过测量装置测出的值，温度调整至50℃     从测量值计算出的值％/质量 通过分析确定的值％/质量
  折射率   密度g/ml   纤维素   NMMO     水   纤维素   水
    1   1.4847   1.2073   12.00   73.11   14.89   11.95   15.02
    2   1.4885   1.2127   12.30   74.90   12.80   12.32   12.75
    3a   1.4890   1.2144   12.69   74.56   12.75   12.70   12.72
    3b   1.4895   1.2162   13.13   74.18   12.69   13.17   12.70
    3c   1.4897   1.2168   13.28   74.05   12.67   13.25   12.68

Claims (7)

1.一种控制在制造纤维素成形体中的溶液成分的方法，其中：
(a)将纤维素和含水氧化胺混合形成一悬浮液；
(b)通过水的蒸发由该悬浮液产生纤维素溶液；
(c)测量由此形成的纤维素溶液的第一性质，利用该测量值调整溶液的成分；以及
(d)挤压纤维素溶液通过一空气间隙进入一含水再生槽，在那里，它们被凝结形成成形体，这些成形体经受进一步的处理步骤；
其特征在于，
在步骤(c)里，测量不同于第一性质的纤维素溶液的第二性质；
根据关于两种性质的测量值计算溶液的实际成分，利用它们与目标成分的偏差来调整溶液的成分；
此外，纺丝溶液的两种性质从相对电容率、电导率、微波吸收、折射率、密度、含水量和超声速中选择。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在测量两种性质过程中或稍前或之后测量纤维素溶液的温度，根据测量的温度调整两种性质的测量值。
3.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，两种性质的至少一种是在线测量的。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过人工干预步骤(a)中的悬浮液组分的配料调整溶液成分。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过人工干预步骤(b)中的操作条件调整操作条件。
6.一种实施控制在制造纤维素成形体中的溶液成分的方法的装置，具有：
装备有计量装置(1a，1b)的形成悬浮液的装置(2)；
一与形成悬浮液的装置(2)连接的溶解和蒸发装置(3)；以及
一通过导管(8)与溶解和蒸发装置(3)连接的挤出装置(4)，并具有固定在下游的再生槽(5)；
其特征在于，还包括：安装在导管(8)里的测量装置，所述测量装置包括测量溶液的不同性质的两种仪器(9，10)；以及一测量溶液温度和补偿上述两种仪器(9，10)的测量值里温度的仪器(11)，
纺丝溶液的两种性质从相对电容率、电导率、微波吸收、折射率、密度、含水量和超声速中选择。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测量装置与一微机(12)和计量装置(1a，1b)或溶解和蒸发装置(3)一起形成控制回路。
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