CN118056039A

CN118056039A - 生产再生纤维素纤维的方法

Info

Publication number: CN118056039A
Application number: CN202280065054.9A
Authority: CN
Inventors: T·雷德; F·苏乔梅尔; C·迈尔霍弗-胡贝尔; M·杜什鲍尔
Original assignee: Lenzing AG
Current assignee: Lenzing AG
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2022-07-22
Publication date: 2024-05-17
Also published as: TW202319603A; WO2023006603A1; CA3226602A1; EP4377504A1; EP4124682A1

Abstract

用于生产再生纤维素纤维的方法和生产设施。将纺丝溶液挤出到含有盐和优选碱的凝固浴中。所述纺丝溶液包含溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中的纤维素，并且所述凝固浴具有至少7的pH值。在未干燥状态下切割成短纤维之前将所述纤维丝束中的纤维固定并拉伸至基本它们的最终纤维素比直径。

Description

生产再生纤维素纤维的方法

发明领域

本公开涉及人造纤维素纤维的生产、使用和应用领域中的创新。特别地，本公开涉及根据冷碱法生产的再生纤维素纤维的生产方法、由此生产的纤维及其用途。

相关技术描述

人造纤维素纤维是基于纤维素物质作为源材料制造的纤维。

在本公开的上下文中，术语“纤维素”表示衍生自植物细胞壁或合成生产的有机化合物。纤维素是一种多糖并且无支链。通常，纤维素分别包含几百至上万个β-D-葡萄糖分子(β-1,4-糖苷键)或纤维二糖单元。植物用以生产纤维素纤维的纤维素分子也在技术方法中用于生产再生纤维素。

术语“再生纤维素”表示通过将天然或再循环纤维素转化成可溶性纤维素衍生物或直接溶解的纤维素溶液并随后再生、形成成型体，如纤维(例如人造丝)、膜或箔(例如赛璐玢(cellophane))或块状固体(例如珠粒、粉末或丸粒)而制成的一类材料。

如本文所用，术语“纤维”表示连续长丝以及任何所需长度的经切割短纤维。

纤维素纤维也可以是包含纤维素纤维的机织织物、针织织物或非织造物的形式。机织织物包含由可称为经纱和纬纱的至少两股交叉纱线系统(crossed thread systems)制成的纺织平面织物。相比之下，针织织物中的纱线遵循曲折路径(纬圈(course))，在纱线的平均路径的上方和下方对称地形成对称线圈(loop)(也称为绳圈(bight))。

术语“非织造物”表示既非机织也非针织的织物。非织造物可以是包含随机取向的纤维和/或有限长度的切割纱线的织物形式。非织造物还可以包含例如通过熔喷法制成的环状纱线(endless yarns)。

粘胶纤维是指借助被称为粘胶法的湿纺法制成的再生纤维素纤维。粘胶法的起始原材料是通常基于木材提供的纤维素。由这种起始原材料获得化学浆形式的高纯度纤维素。附加地或作为替代，其它纤维素材料，如竹、棉短绒、再循环纤维素材料、芦苇等，或这些材料的混合物可用作起始原材料。在后续方法阶段中，该纸浆首先用苛性钠(NaOH)处理，由此形成碱纤维素。在所述碱纤维素用二硫化碳的后续转化中，形成纤维素-黄原酸盐。由此，通过进一步供应NaOH，生成粘胶纺丝溶液，其经由喷淋式纺丝喷嘴的孔泵送到凝固浴(也称为纺丝浴)中。在此，每纺丝喷嘴孔通过凝固生成一根粘胶长丝。为了使纺丝溶液凝固，使用酸性凝固浴。随后对由此生成的粘胶长丝进行后加工。后加工通常包括几个洗涤和拉伸步骤，并将长丝切割成粘胶短纤维。可以对未切割和/或切割的纤维进行几个其它后加工步骤，如卷曲、漂白和/或整理(“柔软整理”)。在本文中，术语“粘胶法”表示这样的黄原酸盐法(xanthogenate process)。

如本文所用，术语“莱赛尔(lyocell)”表示根据直接溶剂法制成的包含纤维素的再生纤维类型。用于莱赛尔法的纤维素提取自含有纤维素的原材料。由此获得的纸浆可以随后在未经化学改性的情况下在脱水下溶解在合适的溶剂中。在大规模工业实施中，目前使用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)作为溶剂，尽管已知其它溶剂，如离子液体也可用于该方法。然后将该溶液过滤，并且为了生产纤维，随后经由纺丝喷嘴挤出到气隙中，在此它们被拉伸并借助湿空气流凝固，然后进给到含有NMMO水溶液的凝固浴中。随后，纤维可以进一步加工，例如洗涤、漂白、整理、卷曲、切割成短纤维等。

用于制造再生纤维素纤维的另一种众所周知的方法是氨基甲酸酯法，其类似于粘胶法，但使用脲代替二硫化碳。又一种被称为莫代尔法(modal-process)的方法是用于生产更高品质纤维的改良粘胶法。对于这些方法，也使用酸性凝固浴。

此外，可使用包含盐的碱性纺丝浴的用于制造纤维素产品的方法是已知的。为了制备纺丝溶液，将纤维素在受控温度下溶解在水性碱性介质中。这样的方法在本文中通常被称为“冷碱法”。

WO2018/169479公开了通过冷碱法生产的纤维的一个实例。该方法包括：提供包含纤维素和添加剂在碱性溶剂中的溶液的纺丝原液，在所述溶剂中纤维素以约5至12重量％的浓度存在，添加剂以基于纤维素计算0.1-10重量％的范围存在；使所述纤维素纺丝原液与pH值高于7并包含盐的水性凝固浴流体接触；形成再生纤维素纤维组合物；以及在一个或多个洗涤和拉伸浴中拉伸和洗涤所述纤维组合物。

EP3231901A1公开了一种类似的方法，其中通过将纤维素溶解在水性NaOH溶液中而制备纺丝原液。纺丝浴包含含有水性钠盐溶液的凝固液。

EP3231899A1公开了一种通过纤维素直接溶解在冷碱中来制备纺丝原液的方法。

WO2020171767A1公开了一种涉及湿式纺丝程序的形成纤维丝束的方法，其包括以下步骤：将纤维素浆溶解在碱性水性溶剂中以形成纤维素纺丝原液组合物，将所述纤维素纺丝原液组合物在pH大于7.0，优选pH至少10的凝固浴中纺丝以产生纤维丝束，和使产生的纤维丝束通过一系列连续的拉伸和洗涤步骤，其中形成的纤维丝束通过逆流洗涤程序用洗涤液洗涤。

根据冷碱法制成的纤维尤其对纤维的后加工提出许多挑战。后续生产步骤，如梳理、纺纱、纺织品生产或绒头织物生产(fleece production)，需要具有例如足够高的韧性、低脆性和适当卷曲的短纤维。

发明内容

本公开描述了用于生产根据冷碱法生产的再生纤维的方法和装置。

在第一个方面，本公开涉及一种生产再生纤维素纤维的方法，其包含将纺丝溶液挤出到含有盐和优选碱的凝固浴中以生产纤维丝束，所述纺丝溶液包含溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的pH值，其中在未干燥状态下切割成短纤维之前，将所述纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。

令人惊讶地发现，在调理浴内将纤维拉伸至它们的最终纤维素比直径和状态并在未干燥状态下切割纤维使得能够经济且可控地生产具有适当性质的纤维以便能够例如将纤维纺成纱线。

了解本文公开的教导的本领域技术人员能够选择用于凝固浴的合适的盐。该盐促进纺丝溶液的凝固，并且优选可以以10重量％至30重量％的比率存在于凝固浴中。优选地，该盐是钠盐，例如碳酸钠或硫酸钠。可以通过考虑以其沉淀能力的顺序对离子进行分类的霍夫迈斯特序列(Hofmeister series)(也称为感胶离子序(lyotropic series))来选择其它合适的盐。该盐首先应该能够实现快速凝固，其次应该促进化合物的回收和再循环。替代性的但不太优选的凝固钠盐包括其中抗衡离子为羧酸根(例如甲酸根、乙酸根、丙酸根、丁酸根或苯甲酸根)、脂族或芳族磺酸根(例如苯磺酸根、甲苯磺酸根或甲磺酸根)、脂族或芳族膦酸根离子或其混合物的钠盐。优选地，阴离子抗衡离子具有致密电荷，以使其位于霍夫迈斯特序列(Hofmeister series)的开始。由于它们提高表面张力和将水分子组织在其周围的溶剂化壳中的能力，具有致密电荷的阴离子抗衡离子被表征为强“盐析(saltingout)”蛋白质。此外，凝固钠盐优选是作为水合物沉淀的钠盐。优选地，沉淀的水合物中的水与钠盐的摩尔比为至少4:1。

如本文所用，术语“拉伸至基本纤维素比最终直径(cellulose specific finaldiameter)”应该解释为在这一拉伸步骤的下游不对纤维丝束进行进一步拉伸步骤的效果，即纤维的直径保持基本恒定，直至纤维被切割(此后少量松弛是不可避免的，并且有时甚至是有意的)或干燥(其中实际测得的纤维直径由于液体损失而减小，通常纤维的拉伸没有任何变化)。

如本文所用，术语“纤维素比直径”表示在基本洗过和干燥状态下的直径，即仅包含干燥纤维素。与纤维结合使用的纤维素比直径的一个实例是纤维纤度，其被定义为每单位长度纤维的纤维素含量的重量。

在纤维具有圆形横截面的情况下，直径对应于圆形横截面的直径。作为一般定义，如本文所用，直径对应于可内切到纤维横截面(跨过主轴)中的最大圆的直径。例如，具有椭圆形直径的纤维的直径对应于椭圆的短轴的长度。

如本文所用，术语“取向为基本它们的最终状态”应该解释为纤维中的纤维素的分子取向在下游加工步骤中不会主动改变，即保持恒定的效果，可能自然发生或作为其它下游后加工步骤的(通常不想要的)副作用的微小变化除外。

如本文所用，术语“未干燥”定义了其中湿纤维仅用机械手段(即通过挤压)脱水而尚未经历任何干燥步骤的状态。更具体地，该术语表示从未干燥(never-dried)的纤维，即在挤出后尚未经历任何干燥步骤的纤维。

根据一个实施方案，在离开凝固浴之后，将纤维丝束送入至少一个调理浴(conditioning bath)，所述调理浴包含10重量％至30重量％的促进纺丝溶液的进一步凝固的盐，所述调理浴优选与下游洗涤线路流体分离，其中所述纤维丝束中的纤维在所述至少一个调理浴中拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。该方法能够实现成本有效的纤维生产，并降低在生产启动时将纤维丝束铺线(threading)的复杂性。令人惊讶地发现，在调理浴内将纤维拉伸至它们的最终纤维素比直径和状态使得能够经济且可控地生产具有适当性质的纤维以便能够例如将纤维纺成纱线。该方法可扩展到大型工业规模。

调理浴中的盐可优选与凝固浴中使用的盐相同，或其可以根据与上文概述的凝固浴中的盐相同的要求进行选择。

根据进一步实施方案，凝固浴和调理浴可以流体连接，其中凝固浴的温度和调理浴的温度可优选独立地设定、调节和/或维持。这有助于设置优化的工艺条件，以实现纤维在调理浴中的完全和有利的取向以及强拉伸。

如本文所用，术语“流体连接”表示与同一循环系统相关联的单元(例如浴，如凝固浴或调理浴，或洗涤单元)，在它们之间没有插入显著改变液体性质(例如通过向液体中添加物质和/或从液体中除去物质或通过浓缩或稀释液体)的装置。例如，一个单元可以串联连接到另一个单元并且被液体料流穿过，例如以逆流布置或并流布置。在另一方法中，流体连接的单元可以从相同的储器独立地进料。

如本文所用，术语“流体分离”表示与完全分离的循环系统相关联的系统，或经由显著改变液体性质(例如通过向液体中添加物质和/或从液体中除去物质或通过浓缩或稀释液体)的装置连接的系统。

也可以采用一系列的两个或更多个调理浴，而非仅一个调理浴。这使得能够单独调节凝固液的温度并在不同温度下逐步拉伸纤维。一方面，这将增加生产工艺的成本和复杂性，另一方面，其有可能改进纤维性质。

根据另一个实施方案，将纤维丝束传送经过洗涤线路，所述洗涤线路包含至少一个洗涤步骤，其中所述洗涤线路优选布置在所述至少一个调理浴的下游，并且其中纤维丝束的张力和纤维的纤维素比直径优选在洗涤线路中保持基本恒定。这进一步“固定”模制体的取向和伸长率，并且实现模制体的好的性能，例如在强度和可延展性方面。

根据进一步实施方案，该方法进一步包括步骤：悬浮所述切割纤维并以非织造纤维层的形式收集它们，压制所述非织造纤维层，由此在所述纤维上施加自然卷曲。该方法能够生产具有改进的后加工性质的自然卷曲纤维。对于许多应用，更自然的卷曲是优选的。如本文所用，术语“自然卷曲”表示包含具有不同且随机分布的曲率和长度的波纹的纤维卷曲图案。这样的纤维更接近于一些天然纤维的卷曲，如棉或羊毛。

可以通过一个或多个以下步骤的任何技术上可行的组合进一步改进本文所述的方法：

-优选用水洗涤非织造纤维层。洗涤非织造纤维层形式的已切割纤维与未切割的纤维丝束相比可以以更经济的方式实现。

-用酸性液体中和切割或未切割的纤维，其中所述酸性液体优选选自稀乙酸、乳酸、硫酸等。可以由此中和碱性残留物。优选可以在中和步骤之后进行第二洗涤步骤以洗出在中和步骤的过程中形成的盐。

-漂白切割或未切割的纤维。

-在切割或未切割的纤维上施加交联剂，以例如减少原纤化。

-将整理剂，特别是柔软整理剂施加到切割或未切割的纤维上。(柔软)整理例如改进纤维的可纺性和由此制成的产品的品质。

-干燥纤维，优选在转鼓式干燥机或传送带式干燥机中。已切割的纤维在干燥过程中没有受到拉伸应力(在干燥切割前的纤维丝束的情况下将会受到拉伸应力)，这可以改进纤维品质。

-在任何其它加工步骤之前和/或之后挤压纤维丝束和/或非织造纤维层。挤压可以例如通过使切割纤维的非织造纤维层运行通过压辊而容易地完成。尤其在非织造纤维层的后加工开始时，额外的压制可以改变并进一步改进卷曲的程度和品质。

上列步骤可以以任何技术上合理和有用的顺序实现，并且了解本教导的本领域技术人员能够实施许多配置而不脱离本公开。

在另一个优选实施方案中，后加工可进一步包括至少一个开松非织造纤维层以松解和/或至少部分分离纤维的步骤。该开松可以改进下游后加工步骤，如干燥和打包，并且促进成捆纤维的打开。另一方面，该开松使得能够在上游后加工步骤中提供具有更高密度的纤维层，其因此可以以更经济的方式实施。

在第二个方面，本公开涉及一种用于生产再生纤维素纤维的加工设施，其包含用于将纺丝溶液挤出到含有盐和优选碱的凝固浴中以生产纤维丝束的喷丝头，所述纺丝溶液包含溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的pH值，其中所述设施进一步包括至少一个拉伸装置，其用于将纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并使纤维中的纤维素取向为基本它们的最终状态，以及用于在未干燥状态下切割成短纤维的切割机。该加工设施使得本文公开的方法能够工业实施和规模化。

在一个优选实施方案中，该设施可进一步包括在凝固浴下游的至少一个调理浴，所述调理浴包含10重量％至30重量％的促进纺丝溶液的进一步凝固的盐，所述调理浴优选与下游洗涤线路流体分离，以及至少一个拉伸装置，其用于在所述至少一个调理浴内将纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并使纤维中的纤维素取向为基本它们的最终状态。

根据另一个实施方案，凝固浴和调理浴流体连接，其中凝固浴的温度和调理浴的温度可优选独立地设定、调节和/或维持。通过设定这些参数，可以优化凝固速度以提供足够强和可延展的纤维。

根据进一步实施方案，将纤维丝束传送经过洗涤线路，所述洗涤线路包括至少一个洗涤步骤，其中所述洗涤线路优选布置在所述至少一个调理浴的下游，并且其中纤维丝束的张力和纤维的纤维素比直径优选在洗涤线路中保持基本恒定。在张紧状态下洗涤纤维丝束(并且优选没有进一步拉伸它们)可以改进纤维性质。

在另一实施方案中，该加工设施可进一步包含用于悬浮所述切割纤维并以非织造纤维层的形式收集它们的绒头织物成型装置，和至少一个用于压制所述非织造纤维层的压制装置，由此在所述纤维上施加自然卷曲。不需要纤维丝束生产线中的卷曲设施。

根据另一些实施方案，该设施可进一步包括一个或多个处理设施，其独立地选自：

-一个或多个洗涤装置，其用于洗涤纤维丝束或非织造纤维层，

-一个或多个另外的压制装置，其用于挤压纤维丝束或非织造纤维层，

-中和器，其用于用酸性液体中和切割或未切割的纤维，

-漂白设施，其用于漂白切割或未切割的纤维，

-交联设施，其用于在切割或未切割的纤维上施加交联剂，

-整理设施，其用于将整理剂，特别是柔软整理剂施加到切割或未切割的纤维上，

-开松机，其用于开松非织造纤维层以松解和/或至少部分分离切割纤维，

-干燥机，优选转鼓式干燥机或传送带式干燥机，其用于干燥纤维。

这改进了可扩展性并允许大规模工业应用。上列设施可以以任何技术上合理和有用的顺序实现，并且了解本教导的本领域技术人员能够实施许多配置而不脱离本公开。

在第三个方面，本公开涉及在如本文所述的加工设施中生产和/或通过如本文所述的方法生产的再生纤维素纤维。考虑到对进一步加工步骤的要求以及就包含该纤维的中间产品和最终产品的性质而言，该纤维可以满足增强的品质标准。

在另一个方面，本公开涉及一种产品，特别是消费品或中间产品，其包含如本文公开的再生纤维素纤维。优选地，该产品可选自纱线、织物、纺织品、家用纺织品、服装、非织造物、卫生产品、室内装潢品、技术应用，如过滤材料、纸。

附图简述

下面参考附图描述本发明的示例性实施方案，其中

图1是根据本公开的纤维生产方法的示意性和示例性图示，其着重于纺丝原液制备，和

图2是根据本公开的加工设施的示意性和示例性图示，其着重于纺成纤维的后加工。

附图详述

图1显示代表根据本公开的示例性纤维生产方法的流程图。该图是一种简化表示并且以图式性方式显示该方法。

该方法可以分成以下基本步骤，其在图1中用罗马数字表示：

I.供应原材料

对于根据本公开的方法，可以使用宽范围的可能的纤维素原材料。通常，用作原材料的纤维素的固有粘度和聚合度低于粘胶法或莱赛尔法中常见的。例如，可以使用具有约200mL/g至700mL/g(聚合度DP为500至1900)，优选在约250至约400mL/g之间(DP为600至950)的固有粘度(根据SCAN-CM 15:99以Cuen测量)的溶解浆(牛皮纸浆或亚硫酸盐浆)。此外，可以使用再循环纸浆或棉短绒(优选具有与上述相同的DP)。再循环纸浆可以例如源自废纸、再循环粘胶纺织材料、再循环莫代尔纺织材料、再循环莱赛尔纺织材料和/或再循环棉纤维纺织材料。不同来源的纸浆的共混物，如原木浆与再循环纸浆的共混物是可能的并且甚至可能是合意的。

在图1中，将溶解浆1的主要部分示例性描绘为原材料。

II.原材料的预处理

可以对纤维素原材料施以预处理，其中将聚合度调节至所需DP以将纺丝原液的粘度调节至允许过滤和纺丝的值。预处理可包括对原材料施以酸性纸浆处理，其中DP值主要受预处理的持续时间和酸浓度影响。在另一些情况下，如果DP值已经处于所需值，可以省略预处理。例如，衍生自纤维素再生纤维的纸浆可具有允许直接溶解而无需预处理的DP。

在一个更具体的实例中，可以使用在50℃至95℃用1-10重量％硫酸处理5分钟至2小时的持续时间的酸性纸浆处理作为预处理。由于这一处理步骤的长持续时间降低了该方法的盈利能力，通常优选使预处理的持续时间尽可能最小化。了解本公开的教导的本领域技术人员能够找出合适的参数并优化它们而没有不必要的负担。

预处理进一步包括用水洗涤纤维素材料并压制以降低水分含量，例如降低至按纤维素材料的重量计约50％。

在图1中，示例性描绘了预处理化学品来源2，例如硫酸，和预处理容器3。在预处理容器3中预处理之后，可以挤压和洗涤纤维素材料以减少输送到下一步骤的酸的量。

III.纺丝原液的制备

为了制备纺丝原液(也称为纺丝溶液)，首先将湿的和预处理过的纸浆冷却至约0℃(同时应该避免纸浆冻结)，并制备包含NaOH和ZnO的水性溶剂。优选调节该溶剂以提供包含5至10重量％的NaOH和0.8至3重量％的ZnO的纺丝溶液。将溶剂冷却至优选位于-5℃至-10℃之间的工艺温度。

将纸浆和溶剂共混以将纤维素溶解在溶剂中。为了改进可加工性，纺丝原液的制备包括混合步骤，随后均质化步骤。在混合步骤的过程中，该共混物用高剪切应力混合，这可以在高剪切混合器中进行。这种高剪切应力混合优选仅进行相当短的时间段，例如该混合可以进行1-2分钟。在后续均质化步骤中，该共混物在较低剪切强度下搅拌。均质化步骤可以持续比混合步骤长的时间，例如约5分钟。

在混合和均质化步骤的过程中，控制混合物的温度，尤其是冷却。优选将温度保持低于0℃。工艺温度不应该超过5℃，因为溶液可能随之增稠并发生无法挽回的损失。

然后将由此制成的纺丝溶液过滤并脱气。例如，纺丝原液可以通过具有15微米筛目尺寸的KK过滤器(Kolben-Korb-Filter,Lenzing Technik)过滤至少两次。

对于脱气，使纺丝溶液暴露于减压。这一步骤本身是粘胶法中已知的。用于将纺丝原液过滤和脱气的其它技术是本领域技术人员已知的。

制备的纺丝原液应该不含空隙，具有均匀稠度和适当的粘度，以便在随后的挤出步骤中使用的喷丝头中挤出。

在一个优选实施方案中，纺丝原液的落球粘度应该在约30至200s。落球粘度可以根据DIN 53015-2019测量。纺丝原液的粘度可以通过几种不同手段调节。例如，可以通过改变纤维素的DP值、通过改变溶剂的组成和/或纺丝原液中的纤维素浓度来调节粘度。例如，纤维素的浓度可以在约4重量％至约12重量％，特别是在约5重量％至约8重量％，优选约6重量％至约7重量％。

了解本公开的本领域技术人员通过常规工作和实验可以找到混合、均质化和过滤步骤的具体参数。

在图1中，示例性描绘了用于储存溶剂成分的化学品储器4、用于冷却至少一部分溶剂的溶剂冷却装置5、纸浆冷却装置6、混合容器7和除气过滤器8。混合容器7设有冷却夹套9。

IV.挤出到凝固浴中

纺丝原液可经由喷嘴直接挤出到凝固浴中。在将添加剂添加到纺丝原液中的情况下，可以通过静态混合器将纺丝原液均质化以并入添加剂。在挤出步骤之前，可以优选将纺丝原液回火至纺丝温度，例如至5℃至30℃的温度。对于纤维生产，一种直接的方法可以是使用喷丝头作为挤出喷嘴，该喷丝头包含例如至多150个直径为12.5至16mm的杯，其包含至多3000个直径为约40至75微米的孔，这对应于本身已知的并且通常与粘胶纺丝法结合使用的尺寸。尽管如此，令人惊讶地发现，与冷碱法相关，较宽的直径可以改进方法稳定性并促进纤维的凝固和拉伸。根据本公开，因此建议使用包含直径为约80-120μm，优选90至110μm的孔的喷丝头。例如，在工业规模生产装置中，一个喷丝头可包含至多150个直径为12.5至16mm的杯，其包含约600至1400个直径为约80-120μm，优选90至110μm的孔。纺丝孔的相对粗直径导致不同的凝固进程，即，新挤出的纤维首先仅在外表面凝固，而纤维的中间保持液态更长时间。这能够实现更高的拉伸，并且可以以更稳定的方式维持拉伸条件。

凝固浴包含碱(优选NaOH)和盐(优选碳酸钠Na₂CO₃或硫酸钠Na₂SO₄)。作为一个实例，凝固浴可包含10重量％至30重量％的Na₂CO₃或Na₂SO₄和0至7.5重量％的NaOH，优选0.1至3％，更优选0.2至0.7重量％的NaOH。在一个具体实例中，凝固浴可包含约22重量％的Na₂CO₃和约0.5重量％的NaOH。凝固浴的温度可以例如调节至10℃至30℃之间，并且优选在约20℃回火。

新挤出的纤维穿过凝固浴的最佳距离(即凝固浴距离)尤其取决于挤出速度、牵拉速度(pull-off speed)、纺丝原液的组成和稠度、凝固浴的组成和温度。不限于这些值，在大多数参数条件下，可以发现最佳凝固浴距离在约10cm至约100cm。凝固浴距离的优选值为约15cm至约60cm。

将纤维丝束从凝固浴拉出到输送段，其可包含几个导丝辊和/或滑轮，它们将纤维丝束输送通过一系列后加工阶段。施加在新挤出的纤维上的牵拉力(pull-off force)可通过挤出速度和优选可安置在凝固浴外的第一输送单元(或导丝辊)的速度调节。由于通过第一输送单元施加在新挤出的纤维上的牵拉力，纤维在凝固浴内已经被拉伸。进一步的拉伸步骤可以在纤维的后续后加工过程中。

在图1中，示例性描绘了包含凝固液11的凝固浴10、喷丝头12和第一导丝辊13。喷丝头12将多根纤维14(对应于喷丝头12的孔的数量)挤出到凝固液11中。新挤出的纤维14被第一导丝辊13聚集成纤维丝束15。通过调节喷丝头12处的挤出速度和导丝辊13的速度，可以设定在凝固浴10内挤出后直接完成的拉伸量。尽管图1中显示了喷丝头12(和新挤出的纤维14)的倾斜角，但是了解本教导的技术人员能够应用本身为本领域中已知的，例如从粘胶生产中已知的其它纺丝配置。

V.纤维丝束的后加工

如本公开通篇所用，术语“后加工”包括在挤出纤维已经从凝固浴中取出之后对挤出纤维进行的所有加工步骤。可以在纤维丝束在输送单元上输送的同时对其施加后加工步骤。另外，可以在切割装置中切割纤维丝束，并且可以对切割的纤维进行进一步的后加工步骤。

在图1中，后加工仅示意性地由各自的附图标记V表示。

纤维的后加工可包括但不限于一个或多个以下步骤的任何组合：

-洗涤纤维丝束和/或切割纤维，

-挤压纤维丝束和/或切割纤维以减少其中的液体量，

-用酸性液体中和纤维丝束和/或切割纤维，

-漂白纤维丝束和/或切割纤维，

-通过在所述纤维上施加交联剂而使纤维丝束和/或切割纤维交联，

-将整理剂(“柔软整理剂”)施加到纤维丝束和/或切割纤维的纤维上，

-干燥切割纤维。

在纤维丝束中的纤维刚从凝固浴中取出后，它们已经拉伸至一定程度，但可能尚未达到它们的最终伸长率(和最终纤维素比直径)。

在不同的方法中，可以在后加工过程中实施几个相继拉伸步骤。例如，可以在后加工中实施逆流洗涤，其中纤维丝束中的纤维在几个洗涤步骤期间和/或之间逐渐拉伸，直至它们达到其最终伸长。

根据另一种方法，可以将纤维丝束引入调理浴，所述调理浴包含10重量％至30重量％的促进纺丝溶液的进一步凝固的盐，所述调理浴优选与任何下游洗涤设施流体分离，并在调理浴内拉伸至纤维的基本最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。调理浴可包含与凝固浴液体类似或相同的凝固液。调理浴中的凝固速度可通过其中液体的温度调节，这优选可以独立于凝固浴进行控制。

在第二个浴之后，纤维丝束可以在下游洗涤线路中洗涤，在此没有对纤维施加额外的拉伸。

视情况而定(并且根据技术要求)，可以根据任何技术上有用的配置在加工线路中设置其它后加工步骤。

图2是显示用于处理例如通过图1中描绘的设施根据本公开生产的纤维丝束的后加工设施的示例性配置的示意性框图。

纤维14通过喷丝头12挤出到凝固浴10内的凝固液11中，并通过第一导丝辊13聚集成纤维丝束15(类似于图1)。从第一导丝辊13将纤维丝束引导至第二导丝辊18。在第一导丝辊13和第二导丝辊18之间，纤维丝束15经由引导件16，例如辊、棒等转向，并浸没到含有凝固液11’的调理浴17中。该凝固液可以与凝固浴10中的凝固液11相同或相似。优选地，凝固浴10中的凝固液11和调理浴17中的凝固液11’在共同的流体循环中循环。优选地，调理浴17中的凝固液11’的温度可独立于凝固浴10中的凝固液11的温度进行控制。通常，较高的温度对于调理浴17中的凝固液11’是优选的。例如，可以将凝固浴10中的凝固液11的温度调节至约10℃至约20℃之间的值，并且可以将调理浴17中的凝固液11’的温度调节至约20℃至约40℃之间的值。

在第一导丝辊13和第二导丝辊18之间并且基本在调理浴17内，将纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。

在图2中，仅显示一个调理浴。尽管如此，有可能安装多于一个调理浴，例如两个相继的调理浴或一系列连续的调理浴。优选地，调理浴与凝固浴共用同一个流体回路，并且具有基本相同或至少相似的盐和/或碱含量。调理浴的温度可以相同或独立控制，视情况而定。根据配置，纤维可以例如以级联方式拉伸，即连续的调理浴具有递增的拉伸率。纤维也可以在上游调理浴(或几个上游调理浴)中拉伸至基本它们的最终状态，然后在一个(或多个)下游调理浴内以恒定的速度和拉伸进一步凝固和“定型”。了解本文公开的教导的本领域技术人员能够优化通过常规测试和实验评定的调理浴数量、它们的温度和伸长而不脱离本公开的范围。因此可以以有条理的方式优化纤维参数，如拉伸强度、伸长率、结晶度等。

从第二导丝辊18将纤维丝束15引导至洗涤线路19，其可包括几个洗涤步骤，这些在图2中示例性地描绘为洗涤步骤20和20’。视情况而定，洗涤线路19也可以包括仅一个洗涤步骤20或超过两个的任何数量的洗涤步骤。此外，本身为本领域中已知的用于洗涤纤维丝束的任何洗涤技术可用于洗涤线路19。

在洗涤线路中用于纤维丝束的输送工具，如辊和导丝辊等，以恒定速度运行以使张力保持基本恒定，并且没有发生纤维丝束中的纤维的进一步拉伸。这也使纤维的取向基本保持在它们在调理浴内拉伸之后离开第二导丝辊18时的状态。

在洗涤线路19之后，将纤维丝束15引导至切割机21，其将纤维丝束切割成短纤维22。在洗涤步骤20的过程中，纤维的坚实度(consistency)已经足够稳定，以使纤维基本保持它们的纤维素比直径、伸长率和取向，即使它们在湿状态或从未干燥的状态下切割。因此，在切割之前不必干燥纤维丝束15，这可以降低成本并且能够实现更高效的后加工步骤。

在图2的下部，显示切割短纤维(cut staple fibers)的示例性后加工设施。将切割短纤维从切割机21输送(或下落)到绒头织物成型装置23，其具有填充有液体(例如水)的槽24和传送带25。传送带25是液体可透的，并且在槽中保持流动(current)以将悬浮在槽的液体中的纤维输送至传送带25，在此将它们收集并在传送带25的顶面上形成非织造纤维层26。传送带的表面倾斜并将新成型的非织造纤维层26从液体中输出到另外的输送设备(为了简明起见，在图2中未示出)。新切割的短纤维22应该规则地分布在绒头织物成型装置23的整个宽度上，以使非织造纤维层26具有均匀的宽度和一致性(consistency)。

在离开绒头织物成型装置23之后，非织造纤维层26在第一压制装置27a中被挤压以除去非织造纤维层26中的一些液体。几个进一步的压制装置27b至27e可以在下游布置在几个加工步骤之间。尤其第一压制装置27a，以及其它压制装置在非织造纤维层中的纤维上创建自然卷曲，这对于许多纤维应用(appliances)是优选的。

如图2中所示，对非织造纤维层26进行的后加工包括中和器28、漂白设施29、交联设施30、整理设施31、开松机32、干燥机33和打包压机34。

在中和器28中，用可选自稀乙酸、乳酸、硫酸等的酸性液体中和可能仍含有碱残留物的纤维。根据具体的加工条件，中和步骤可能并不总是必要的。

非织造纤维层26中的纤维然后在漂白设施29中漂白。如果适当，可以在中和器28和漂白设施29之间实施进一步洗涤步骤(未显示在图2中)。这个(和任何其它)洗涤步骤用过的水可以在逆流洗涤系统的形式下送往洗涤线路19的上游洗涤步骤和/或切割机21。

在交联设施30中，可以将交联剂施加到纤维上以减少纤维的原纤化并改进纺织链条中的纤维加工和处理。

在整理设施31中，可以将整理剂或柔软整理剂施加到纤维上。

在压制装置27e中将非织造纤维层26脱水之后，将非织造纤维层26供入开松机32，其松解并打开纤维层26的结构，以改进后续干燥机33中的干燥效率，也改进成品短纤维的进一步加工。

实施例

根据本文描述的方案生产根据四个纤维样品。

为了制备纤维样品，使用以Cuen计的固有粘度为405mL/g的预水解牛皮纸浆(PHK)作为原材料。将纸浆在70℃在10重量％硫酸中预处理23分钟的持续时间以得到255mL/g的固有粘度。将预处理的纸浆洗涤并挤压以减少水分含量。

根据本文公开的方法通过将纸浆溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中来制备纺丝溶液，最终纺丝溶液包含6重量％纤维素、2.3重量％ZnO和7.5重量％NaOH。将纺丝溶液共混，并在高剪切混合器中在冷却下均质化，并将它们过滤和脱气。在混合过程中，将纺丝溶液的温度保持在0℃至5℃。将根据DIN 53015-2019的落球粘度调节至65秒。

为了在实验室规模的中试装置中生产纤维样品，纺丝溶液通过91孔喷丝头(各孔的直径为100μm)挤出到包含15重量％碳酸钠(Na₂CO₃)和0.5重量％NaOH的水溶液的凝固浴中。将凝固浴的温度调节至19℃。将挤出的纤维丝束引导至第一导丝辊，凝固浴距离为约20cm，其中在凝固浴中的停留时间大于1.5s。纤维丝束从第一导丝辊铺线到第二导丝辊，在此纤维丝束在42℃的升高的温度下被引导通过含有15重量％碳酸钠(Na₂CO₃)和0.5重量％NaOH的水溶液的调理浴(与凝固浴相同)。

在调理浴内，即在第一和第二导丝辊之间，将纤维拉伸至其最终伸长率。将第二导丝辊设定为12m/min的速度，并设定第一导丝辊的牵拉速度以达到在样品之间不同的所选最终伸长。

根据样品，纤维在切割之前的纤维丝束内洗涤或在洗涤之前切割。

根据相同方案制造三个对比实施例，但在纤维丝束内干燥并且干切割。

评估所得纤维的以下性质(根据DIN EN ISO 1973:1995-12和ISO 3341:2000-05)：

-纤维纤度[dtex]

-拉伸强度-FFk[cN/tex]

-伸长率–FDk[％]

表1显示根据本文公开的方法生产的样品纤维的结果。对比例的结果显示在表2中。

表1：纤维样品

表2:对比实施例

对比实施例Nr.	1	2	3
				纤度[dtex]	1.56	1.76	1.61
FFk[cN/tex]	16.8	13.1	16.3
				FDk[％]	4.1	3.8	4.7
最终伸长	70	70	75
				洗涤步骤	纤维丝束	纤维丝束	纤维丝束
切割	在干燥后	在干燥后	在干燥后
				干燥	纤维丝束	纤维丝束	纤维丝束

结果表明，在湿状态下切割的根据样品1至4的纤维令人惊讶地表现出比在切割之前已经干燥(即仍然在纤维丝束中)的对比实施例1至3的纤维明显更高的伸长率。

附图标记

溶解浆1

预处理化学品来源2

预处理容器3

化学品储器4

溶剂冷却装置5

纸浆冷却装置6

混合容器7

脱气过滤器8

冷却夹套9

凝固浴10

凝固液11

喷丝头12

第一导丝辊13

纤维14

纤维丝束15

引导件16

调理浴17

第二导丝辊18

洗涤线路19

洗涤步骤20

切割机21

短纤维22

绒头织物成型装置23

槽24

传送带25

非织造纤维层26

压制装置27

中和器28

漂白设施29

交联设施30

整理设施31

开松机32

干燥机33

打包压机34

Claims

1.一种生产再生纤维素纤维的方法，其包括将纺丝溶液挤出到含有盐和优选碱的凝固浴中以生产纤维丝束，所述纺丝溶液包含溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的pH值，其中在未干燥状态下切割成短纤维之前，将所述纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在离开所述凝固浴之后，将所述纤维丝束送入至少一个调理浴，所述调理浴包含10重量％至30重量％的促进纺丝溶液的进一步凝固的盐，所述调理浴优选与下游洗涤线路流体分离，其中所述纤维丝束中的纤维在所述至少一个调理浴中拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并取向为基本它们的最终状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述凝固浴和所述调理浴流体连接，其中所述凝固浴的温度和所述调理浴的温度可优选独立地设定、调节和/或维持。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述纤维丝束传送经过洗涤线路，所述洗涤线路包括至少一个洗涤步骤，其中所述洗涤线路优选布置在所述至少一个调理浴的下游，并且其中所述纤维丝束的张力和所述纤维的纤维素比直径优选在所述洗涤线路中保持基本恒定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其进一步包括步骤：

a.悬浮所述切割纤维并以非织造纤维层的形式收集它们，

b.压制所述非织造纤维层，由此在所述纤维上施加自然卷曲。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括选自以下的至少一个步骤：

-优选用水洗涤非织造纤维层，

-用酸性液体中和切割或未切割的纤维，其中所述酸性液体优选选自稀乙酸、乳酸、硫酸等，

-漂白切割或未切割的纤维，

-在切割或未切割的纤维上施加交联剂，

-将整理剂，特别是柔软整理剂施加到切割或未切割的纤维上，

-干燥纤维，优选在转鼓式干燥机或传送带式干燥机中，

-在任何其它加工步骤之前和/或之后挤压纤维丝束和/或非织造纤维层。

7.根据权利要求5或6任一项所述的方法，其中所述后加工进一步包括至少一个开松所述非织造纤维层以松解和/或至少部分分离纤维的步骤。

8.用于生产再生纤维素纤维的加工设施，其包括用于将纺丝溶液挤出到含有盐和优选碱的凝固浴中以生产纤维丝束的喷丝头，所述纺丝溶液包含溶解在包含NaOH和ZnO的水性溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的pH值，其中所述设施进一步包括至少一个拉伸装置，其用于将所述纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并使所述纤维中的纤维素取向为基本它们的最终状态，以及用于在未干燥状态下切割成短纤维的切割机。

9.根据权利要求8所述的加工设施，其中所述设施进一步包括在所述凝固浴下游的至少一个调理浴，所述调理浴包含10重量％至30重量％的促进纺丝溶液的进一步凝固的盐，所述调理浴优选与下游洗涤线路流体分离，以及至少一个拉伸装置，其用于在所述至少一个调理浴内将所述纤维丝束中的纤维拉伸至基本它们的最终纤维素比直径并使所述纤维中的纤维素取向为基本它们的最终状态。

10.根据权利要求9所述的加工设施，其中所述凝固浴和所述调理浴流体连接，其中所述凝固浴的温度和所述调理浴的温度可优选独立地设定、调节和/或维持。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的加工设施，其中将所述纤维丝束传送经过洗涤线路，所述洗涤线路包括至少一个洗涤步骤，其中所述洗涤线路优选布置在所述至少一个调理浴的下游，并且其中所述纤维丝束的张力和所述纤维的纤维素比直径优选在所述洗涤线路中保持基本恒定。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的加工设施，其进一步包括用于悬浮所述切割纤维并以非织造纤维层的形式收集它们的绒头织物成型装置，和至少一个用于压制所述非织造纤维层的压制装置，由此在所述纤维上施加自然卷曲。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的加工设施，其中所述设施进一步包括一个或多个处理设施，其独立地选自

-一个或多个另外的压制装置，其用于压制纤维丝束或非织造纤维层，

-中和器，其用于用酸性液体中和切割或未切割的纤维，

-漂白设施，其用于漂白切割或未切割的纤维，

-交联设施，其用于在切割或未切割的纤维上施加交联剂，

14.一种再生纤维素纤维，其在根据权利要求8至13中任一项所述的加工设施中生产和/或通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法生产。

15.一种产品，特别是消费品或中间产品，其包含根据权利要求14的再生纤维素纤维。

16.根据权利要求15所述的消费品，其中所述产品选自纱线、织物、纺织品、家用纺织品、服装、非织造物、卫生产品、室内装潢品、技术应用，如过滤材料、纸。