CN118234906A - 用于制备纤维素浆料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由纺织废料制备纤维素浆料的方法，所述纺织废料包含质量百分比大于50％的纤维素纤维。所述方法包括粉碎纺织废料以获得粉碎的纤维和残余物的第一混合物，从第一混合物中分离至少一部分非纤维素组分以获得第二混合物，其中纤维素纤维的质量百分比大于第一混合物中纤维素纤维的质量百分比，过滤第二混合物以回收包含纤维素纤维的固相，溶解固相的纤维素纤维以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，并过滤纤维素浆料以获得与未溶解颗粒分离的纤维素浆料。
Description
技术领域
本公开涉及制备溶解的纤维素浆料(dope)的领域，特别是由纺织废料制成的纤维素浆料。
背景技术
全世界每年生产数百万吨纺织废料纤维。例如，估有85％购买的衣物在购买一年内被丢弃。这些纺织废料的大部分包括基于棉纤维和合成纤维(主要是聚酯纤维)的混合物的纺织废料。例如，在服装工业中，棉基服装占市场的35％。
棉纤维由纤维素组成，纤维素是在许多植物物种中发现的天然存在的聚合物。纤维素占植物生物质的35-50％，使得纤维素成为植物生物质中最丰富的化合物。其以几乎纯的状态存在于棉籽毛中，以纤维形式存在。这些棉纤维从棉花植物收获，且由长的交织的纤维素聚合物链组成。将这些纤维纺丝、染色，最后织造、针织并组装成纺织品。由于气候变化和主要生产区域的政治和社会经济不稳定，天然纤维，特别是棉基纤维通常是成本可变的原材料。
棉花种植是一种资源和能源消耗较高的作物。例如，估计生产约500克棉纤维需要约3000升的水。此外，这种植物的栽培需要使用大量的杀虫剂和很大的栽培面积，并产生大量的温室气体。考虑到对农业用地的日益增长的需求，对水的利用的减少，以及世界人口的扩大和因此对棉花的日益增长的需求，棉花生产的成本正在增加。因此，棉花生产似乎是不可持续的，且可以想象，棉花在未来将变得无利可图。
因此，需要找到从含有棉的纺织废料中再利用棉的方法。然而，包含棉的纺织品主要是棉纤维和合成纤维的混合物的形式。因此，为了再利用棉，必须将其与合成纤维和纺织品中可能存在的化学物质分离。然而，这些纺织品由于其组成和回收方法的性能而具有难以回收的缺点。因此，基于棉纤维和合成纤维的纺织品通常作为二手商品出售，或被粉碎以作为低质量纺织品重新利用。
然而，最近一些基于棉纤维和合成纤维的纺织品的回收方法呈现出更好的结果。它们通过溶解棉的纤维素以将其与合成纤维分离而起作用。该方法的主要缺点是获得的纤维素质量低。实际上，在溶解的纤维素溶液中发现了大量杂质，例如存在于纺织废料中的化学品或合成纤维，并降低了再生纤维素纤维的质量。
因此，需要提供用于回收包含棉纤维和合成纤维以及其他材料的纺织品且能够生产质量更好的纤维素浆料的方法。
发明内容
本公开改善了这种情况。
提出了由包含质量百分比大于50％的纤维素纤维的纺织废料制备纤维素浆料的方法，该方法包括以下步骤：
-S1粉碎该纺织废料以获得粉碎的纤维和残余物的第一混合物，
-S2从第一混合物中分离至少一部分非纤维素组分，以获得第二混合物，其中纤维素纤维的质量百分比大于第一混合物中纤维素纤维的质量百分比，
-S3过滤所述第二混合物以回收包含所述纤维素纤维的固相，
-S4溶解所述固相的纤维素纤维以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，以及
-S5过滤纤维素浆料以获得与未溶解颗粒分离的纤维素浆料。
根据本发明的方法使得可从包含大部分非纤维素纤维的纺织废料获得高质量的纤维素浆料；这使得更多种类的纺织品可用于再利用。由于去除了非纤维素纤维，分离和过滤步骤使得可以获得这种质量的纤维素浆料。
其他任选的和非限制性特征如下。
所述纺织废料可包含质量百分比小于85％，或甚至小于80％的纤维素纤维。
所述纺织废料可包含纤维素纤维、聚酯纤维和其他类型的合成纤维。
所述方法还可以包括步骤S0，在步骤S1之前或与步骤S1同时，通过去除硬物，诸如钮扣和拉链(下文中称为“抹平(smooth)”)，来制备纺织废料。
步骤S1通过粉碎装置进行，诸如刀式粉碎机或球磨机。
步骤S2可以是从第一混合物中化学分离一部分非纤维素组分的步骤。步骤S2可通过溶解第一混合物的一部分非纤维素组分来进行。第一混合物的一部分非纤维素组分的溶解可通过使第一混合物与碱性水溶液接触来进行。所述碱性水溶液可以是包含氢氧根离子的碱性水溶液。所述碱性水溶液可包含氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾。所述碱性水溶液可以是基于氢氧化钠的碱性水溶液，所述氢氧化钠的质量百分比能够为3-25％，特别地为5-15％，优选6-10％，更特别地为8％。步骤S2可在50-150℃，优选70-100℃的温度下进行。更特别地，步骤S2可在某些情况下在70℃-90℃的温度下，或在某些其他情况下在80℃-100℃的温度下进行。步骤S2可在40-240分钟，优选40-90分钟，更特别地为90分钟的时间间隔内进行。在某些情况下，步骤S2可在15-240分钟，优选20-60分钟，更特别地为30分钟的时间间隔内进行。所述碱性水溶液可进一步包含相转移催化剂。所述相转移催化剂可以是季铵，诸如苄基三丁基氯化铵、三辛基甲基溴化铵或其混合物，特别地为苄基三丁基氯化铵。相转移催化剂的质量百分比可以为0.1-2％，特别地为0.5％-2％。更特别地，转移催化剂的质量百分比在某些情况下可以是0.7％，或在某些其他情况下为1-2％，优选为1.25-1.75％，更特别地可以为1.61％。
所述方法可进一步包括纺织废料脱色的步骤S2'；所述脱色步骤可以在步骤S2之前或步骤S3之后。
所述方法可进一步包括第二粉碎步骤S1'，在该步骤中将所述第二混合物粉碎；所述第二粉碎步骤可以在步骤S3之后。
在步骤S3结束时获得的包含纤维素纤维的固相可包含除粉碎的纤维素纤维外的材料，其质量百分比小于8％，优选小于5％，更特别地小于2％。
步骤S5可使用包含尺寸在5μm-100μm孔的过滤器进行。特别地，所述孔的尺寸在某些情况下可以为10-50μm，更特别地可以为19μm，或在某些其他情况下可以为6-60μm，更特别地可以为6μm。
步骤S4可包括：
-步骤S4-11，使包含纤维素纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触以获得碱性纤维素纤维的固相，
-步骤S4-12，压制该碱性纤维素纤维的固相以便消除过量的碱性溶液且获得碱性纤维素纤维的致密固相，
-步骤S4-13，研磨在步骤S4-12结束时获得的碱性纤维素纤维的固相，以获得相比在步骤S4-12结束时获得的固相致密性较低的碱性纤维素纤维的固相，
-步骤S4-14，熟化步骤S4-13结束时获得的包含碱性纤维素纤维的固相，
-步骤S4-15，使熟化的碱性纤维素纤维的固相与二硫化碳接触，以获得纤维素黄原酸酯纤维的固相，
-步骤S4-16，使纤维素黄原酸酯纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触，以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，
-步骤S4-17，熟化包含未溶解颗粒的纤维素浆料。
所述方法还可包括纺丝步骤S6，该纺丝步骤通过湿法纺丝来实现。
粉碎的纤维和第一混合物的残余物或包含纤维素纤维的固相的纤维素纤维可具有小于1mm的尺寸。步骤S4可包括：
-步骤S4-21，将包含纤维素纤维的固相与包含N-甲基吗啉N-氧化物(NMMO)的水溶液接触，
-步骤(S4-22)，蒸发包含在水溶液和固相中的水，所述水溶液包含(NMMO)并且所述固相包含纤维素纤维。
所述方法可进一步包括纺丝步骤S6，该纺丝步骤通过干喷湿纺来实施。
在步骤S5结束时获得的纤维素浆料可具有大于或等于2Pa.s的粘度。
附图说明
通过阅读以下详细说明书并分析附图，其他特征、细节和优点将显而易见，其中：
图1示意性地示出了描述根据本发明的将纺织废料转化成纤维素浆料的方法的步骤图。
图2表示三元图，其中轴分别表示水的质量百分数，纤维素的质量百分数和NMMO的质量百分数，以及这些比例在实施莱赛尔(lyocell)工艺期间的变化。
定义
在本发明中，纤维素浆料(cellulose dope)是本领域技术人员已知的现有技术材料。其典型地为粘性溶液，包含溶解在溶剂中的纤维素分子或衍生自纤维素的分子，且不含纤维素纤维。因此，本领域技术人员可以清楚地理解术语“纤维素浆料”是指什么。特别地，本领域技术人员知晓例如WO2021/181007中描述的“溶解浆”并非“纤维素浆料”。实际上，“溶解纸浆”是不流动的材料并且包括交织的纤维素纤维。
纺织废料包括来自两个主要来源的任何类型的纺织品：来自纺织工业的新纺织废料和生产废料，以及来自家庭或企业的废旧纺织品。这些纺织品可以是任何类型的纺织品，例如衣物、家用亚麻布或抹布。本发明中所理解的纺织废料通常包括非丝状组分，例如着色颜料，和非纤维状组分，例如钮扣或标签。
发明详述
本发明涉及由包含质量百分比大于50％的纤维素纤维的纺织废料制备纤维素浆料的方法，所述方法包括以下步骤：
-S1粉碎该纺织废料以获得粉碎的纤维和残余物的第一混合物，
-S2从第一混合物中分离至少一部分非纤维素组分，以获得第二混合物，其中纤维素纤维的质量百分比大于第一混合物中纤维素纤维的质量百分比，
-S3过滤所述第二混合物以回收包含所述纤维素纤维的固相，
-S4溶解固相的纤维素纤维以获得包含未溶解的颗粒的纤维素浆料，以及
-S5过滤纤维素浆料以获得与未溶解颗粒分离的纤维素浆料。
浆料浆料因此，纺织废料的特征在于，纤维素纤维的质量百分比可以在宽范围内变化。因此，根据本发明的方法具有可应用于大量纺织废料的优点，其中纤维素纤维的总质量百分比在上述范围内。因此，这使得可以避免在进行所述方法前分类，这在现有方法中是需要的，可以仅收集包含非常高质量百分比的纤维素纤维的纺织废料。
根据本发明的纺织废料可包含质量百分比小于85％，或甚至小于80％的纤维素纤维。
通常，所述纤维素纤维主要来自用于纺织品制造的棉。所述纤维可以来自其他材料，诸如粘胶纤维或莱赛尔纤维。
纺织废料可包括纤维素纤维、聚酯纤维和其他类型的合成纤维。所述纺织废料还可以包括非纤维部分(例如钮扣、紧固件、装饰元件)。
聚酯是其链重复单元含有酯官能团(-C(O)-O-)的聚合物家族。其通常与纤维素纤维混合以改善纺织品的质量。实际上，基于纤维素纤维和聚酯纤维的纺织品具有两种类型纤维的优点，同时减少了其各自的缺点。最常用的聚酯的实例是半芳族共聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以及对苯二甲酸和乙二醇的共聚物。本领域技术人员能够确定什么聚合物属于聚酯家族。
除聚酯纤维外的合成纤维是由合成材料生产的纤维。这些合成材料几乎完全是由烃获得的产物。除聚酯纤维外的合成纤维可特别地为聚酰胺纤维、氯纤维、丙烯酸纤维、乙烯基纤维、弹性纤维、芳族聚酰胺纤维或聚乙烯纤维。
现在参考图1。图1示意性地显示了描述根据本发明的由纺织废料制备纤维素浆料的方法的步骤图。以完成的顺序描述步骤，包括可选步骤。
用于制备纤维素浆料的方法可进一步包括在步骤S1前或与步骤S1同时的抹平纺织废料的步骤S0。
抹平步骤特别包括从纺织废料中去除接缝和硬物，例如纽扣或拉链。该步骤具有从纺织废料中除去非丝状成分的优点。该抹平步骤可以手工进行或使用硬物提取装置自动进行。
根据一个实施方案，抹平步骤S0是使用粉碎机器(诸如LarocheCadette或LarocheExel型机器)来进行。
粉碎步骤S1：
根据本发明，粉碎步骤S1包括粉碎纺织废料以获得粉碎的纤维和残余物的第一混合物。
特别地，粉碎步骤S1使得可以将纺织废料粉碎成粉末和/或细丝。似乎纺织废料的初步粉碎最终改善了纤维素浆料的质量。在步骤S1后，收集粉末和/或长丝的形式的粉碎的纤维和残余物的第一混合物。
步骤S1可使用粉碎装置进行，诸如刀式粉碎机或球磨机。
这种装置特别适合于粉碎纤维材料，诸如纺织废料。这两种类型的装置可以非常好地控制粉碎材料的细度。
粉碎的纤维和残余物的第一混合物也可以，例如用水洗涤。
分离步骤S2：
根据本发明，分离步骤S2包括从第一混合物中分离至少一部分非纤维素组分，以获得第二混合物，其中纤维素纤维的质量百分比大于第一混合物中纤维素纤维的质量百分比。
因此，该步骤使得可收集其中非纤维素纤维的比例降低的第二混合物。该步骤具有将纤维素纤维与纺织废料中的其他组分部分分离的优点。因此，将能够制备纤维素浆料的经处理的纤维在纤维素中更浓缩，因此可以制备质量更好的纤维素浆料。
步骤S2可以是从第一混合物中化学分离一部分非纤维素组分的步骤。
“化学分离步骤”应理解为是指使用化学分离机制的分离步骤，其中通过将组成单元转化成一种或多种其他组成单元(通常具有状态变化)来分离组成单元。化学分离提供了比机械分离更有效且对纤维素纤维损伤更小的优点。实际上，机械分离步骤不太适合于其中纤维素纤维和合成纤维紧密混合的纺织废料，尤其是当它们被纺丝或编织在一起时。因此，化学分离步骤使得可以通过不同组成的不同化学性质选择性地将纺织废料的一个组成与其他组成分离。
根据一个实施方案，步骤S2通过溶解第一混合物的一部分非纤维素组分进行。
该溶解步骤特别使得可以制备包含由纤维素纤维和未溶解的非纤维素纤维组成的固相和包含溶解的非纤维素纤维的液相的第二混合物。特别地，部分非纤维素组分的溶解允许更有效的分离，因为溶解的非纤维素组分与纤维素纤维处于不同的相。
根据一个实施方案，通过使第一混合物与碱性水溶液接触来进行第一混合物的一部分非纤维素组分的溶解。
特别地，碱性水溶液可以从第一混合物中提取聚酯纤维。事实上，纤维与碱性水溶液的接触具有溶解聚酯并使其解聚的作用。特别地，PET在碱性水溶液的作用下解聚，以产生其组成单体：对苯二甲酸和乙二醇。碱性水溶液对第一混合物的作用使得可以产生由碱性水溶液、对苯二甲酸和乙二醇组成的液相，以及由纤维素纤维和未溶解的非纤维素纤维组成的固相。通常，在该步骤结束时，除去90-100％质量百分比量的聚酯，优选100％。
所述碱性水溶液可以是包含氢氧根离子的碱性水溶液。
在这种情况下，所述碱性水溶液可以包含氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化钾。
氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化钾是强碱。因此，它们可以溶解几乎所有(如果不是所有)的聚酯，特别是PET。因此，由纤维素纤维和未溶解的非纤维素纤维组成的固相不含聚酯，特别是PET。
所述强碱在水溶液中的摩尔浓度可以为1.25-3.75mol/L，优选1.5-2.5mol/L，在某些情况下更特别地为2mol/L，或在某些其他情况下为2.5mol/L。
所述碱性水溶液可以是基于氢氧化钠的碱性水溶液。氢氧化钠的质量百分比可以为5-15％，优选6-10％，在某些情况下更特别地为8％，或在某些其他情况下为10％。
碱性水溶液的量将根据粉碎的纤维和残余物的量来选择。粉碎的纤维和残余物的量越大，碱性水溶液的量将越大。碱在碱性水溶液中的质量百分比优选以碱相对于第一混合物中PET的质量过量的方式选择。
步骤S2可以在50-150℃，优选70-100℃的温度下进行。更特别地，步骤S2可以在某些情况下在70℃-90℃的温度下，或在某些其他情况下在80℃-100℃的温度下进行。
步骤S2中的加热可以通过回流加热进行。
步骤S2可以在40-240分钟，优选40-90分钟，更优选90分钟的时间间隔内进行，在某些情况下，步骤S2可以在15-240分钟，优选20-60分钟，更优选30分钟的时间间隔内进行。
选择步骤S2的持续时间以溶解几乎所有(如果不是所有)聚酯纤维，特别是PET。如果持续时间太短，则有可能大部分聚酯将保持固体形式。
所述碱性水溶液可进一步包含相转移催化剂。
使用相转移催化剂可加速反应。特别地，其可以加速化学反应，将化学物质从一个初始相转化为另一个相，例如从固相转化为液相。主要的相转移催化剂是磷铵盐或季铵盐。相转移催化剂的加入使得可以提高产量，且还可降低碱水溶液中所含的碱对棉的降解。
所述相转移催化剂可以是季铵，特别是苄基三丁基氯化铵(BTBAC)，三辛基甲基溴化铵(TOMAB)或其混合物，特别是BTBAC。
碱性水溶液中相转移催化剂的摩尔浓度可以为0.005-0.13mol/L。特别地，该摩尔浓度在某些情况下可以是0.04-0.08mol/L，优选0.05-0.075mol/L，更特别地可以是0.07mol/L，或在某些其他情况下可以是0.025-0.07mol/L，更特别地可以是0.025mol/L。
例如，当催化剂为BTBAC时，相转移催化剂在碱性水溶液中的质量百分比可为0.1-2％，特别地为0.5％-2％。更特别地，BTBAC的质量百分比在某些情况下可以为0.7％，或在某些其他情况下可以为1-2％，优选1.25-1.75％，更特别地可以为1.61％。
根据本发明的制备纤维素浆料的方法可进一步包括使纺织废料脱色的步骤S2'；脱色步骤可以在分离步骤S2之前或之后。
脱色步骤使得可以使纺织废料脱色，即除去或钝化用于使纺织品着色的非丝状组分，诸如着色颜料。因此，脱色步骤使得可以通过除去或降解着色剂来调节第一混合物或第二混合物的纤维的白度。
步骤S2'可以通过氧化脱色、还原脱色，酸碱处理，或酶法脱色来实现，优选氧化脱色、还原脱色或酸碱处理来实现。
步骤S2'可以分两步、三步、四步或五步进行。
步骤S2'的步骤可以选自酸处理、氢氧化钠处理、过氧化氢处理、臭氧处理和连二亚硫酸钠处理。
根据本发明的制备纤维素浆料的方法可进一步包括第二粉碎步骤S1'，其中将第二混合物粉碎；第二粉碎步骤可以在步骤S3之后。
通过将第二混合物粉碎的第二粉碎步骤使得可以特别地调节固相的粉碎细度，使得溶解步骤S4更容易进行。该步骤在过滤步骤S3之后进行。在该方法包括在步骤S2之后的脱色步骤S2'的情况下，粉碎步骤S1'优选在脱色步骤S2'之后进行。
步骤S1'可以通过粉碎装置进行，诸如刀式粉碎机或球磨机。
过滤步骤S3：
根据本发明，过滤步骤S3包括过滤第二混合物以回收包含纤维素纤维和其他材料的固相。
过滤步骤S3使得可以从第二混合物的液相中分离固相，以回收在纤维素纤维中更浓缩的固相。
步骤S3可通过包含比步骤S1或S1'中获得的碎片细度更小的孔的过滤器进行。
优选地，在步骤S3结束时获得的包含纤维素纤维的固相包含的除纤维素纤维之外的材料的质量百分比小于8％，优选小于5％，更特别地小于2％。
除纤维素纤维之外的这些材料特别可以是聚酰胺、弹性纤维、羊毛或丝。这些材料在步骤S2中不溶解，并且因此保留在固相中。因此，除纤维素纤维之外的材料的质量百分比非常低，因此使得可以制备包含极少杂质的质量更好的纤维素浆料。
包含纤维素纤维的固相也可以，例如用乙酸水溶液洗涤。然后，可以将其过滤，然后洗涤，例如用蒸馏水洗涤。然后，将其过滤，然后干燥。
溶解步骤S4：
根据本发明，溶解步骤S4包括溶解固相的纤维素纤维，以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料。
溶解步骤S4使得可以溶解纤维素纤维以回收纤维素浆料。纤维素浆料包含未溶解的颗粒，诸如在溶解步骤期间未反应的上述杂质，和溶解的颗粒。未溶解的杂质很少，但仍需要从纤维素浆料中除去。
溶解步骤可以以两种方式进行，根据本领域技术人员已知的两种方法：首先描述“粘胶”法，然后描述“莱赛尔”法。
根据粘胶法的溶解步骤S4
根据粘胶法，步骤S4包括：
-步骤S4-11，将包含纤维素纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触，以获得碱性纤维素纤维的固相，称为丝光化，
-步骤S4-12，压制该碱性纤维素纤维的固相，以消除过量的碱性溶液且获得碱性纤维素纤维的致密固相，其中纤维素的质量百分比是20％-40％，优选25％-35％，更特别地约30％，
-步骤S4-13，研磨在步骤S4-12结束时获得的碱性纤维素纤维的固相，以获得相比在步骤S4-12结束时获得的固相致密性较低的碱性纤维素纤维的固相，即其密度是在80-180g/L，
-步骤S4-14，熟化步骤S4-13结束时获得的包含碱性纤维素纤维的固相，
-步骤S4-15，使熟化的碱性纤维素纤维的固相与二硫化碳接触，以获得纤维素黄原酸酯纤维的固相，
-步骤S4-16，使纤维素黄原酸酯纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触，以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，以及
-步骤S4-17，将包含未溶解颗粒的纤维素浆料熟化。
步骤S4-11使得固相的纤维素纤维与碱性水溶液反应。优选地，碱性水溶液中所含的碱是强碱。该步骤允许用碱性水溶液中所含的碱浸渍纤维素纤维，以形成与单独的纤维素纤维相比溶胀的碱性纤维素纤维。
可以以相对于包含纤维素纤维的固相的质量存在过量的氢氧化钠的方式选择氢氧化钠的质量，这确保纤维素纤维的最大溶胀。步骤S4-11的碱性水溶液可以是基于氢氧化钠的碱性水溶液，其中氢氧化钠的质量百分比为15-25％。
步骤S4-11可以在30-50℃的温度下，在20-60分钟的时间间隔内进行。
在步骤S4-12中挤压溶液以除去过量的氢氧化钠，并在步骤S4-13中研磨。然后，在步骤S4-14中将碱性纤维素纤维在氧气氛下熟化，例如3小时40分钟，或在一些情况下15小时30分钟。
在步骤S4-15中，通过使碱性纤维素纤维与二硫化碳接触来处理碱性纤维素纤维，以形成纤维素黄原酸酯纤维。
二硫化碳的质量会影响纤维素纤维的溶解。优选至少为包含纤维素纤维的固相的初始质量的30％。二硫化碳与碱性纤维素纤维的质量比优选为0.2-0.5。
步骤S4-15的持续时间对纤维素黄原酸酯纤维的转化有影响。因此，对其进行选择，使得纤维素纤维显著转化成纤维素黄原酸酯纤维。纤维素黄原酸酯纤维的γ值为25-50％，优选30-45％。温度也对碱性纤维素纤维向纤维素黄原酸酯纤维的转化有影响。选择温度使得在步骤S4-15期间二硫化碳以气态形式存在。因此，步骤S4-15可以在25-50℃，特别是25-35℃的温度下，在100-200分钟的时间间隔内进行。这些操作条件适于在真空下进行步骤S4-15。
步骤S4-16可以通过使纤维素黄原酸酯纤维与碱性水溶液接触来溶解纤维素黄原酸酯纤维。然后，纤维素黄原酸酯以粘性糊状物的形式存在，称为纤维素浆料。该纤维素浆料还含有如上所述的溶解和未溶解的杂质。
根据一个实施方案，步骤S4-16的碱性水溶液是基于氢氧化钠的碱性水溶液，其中氢氧化钠的质量百分比为2-15％，特别地为5-15％。
纤维素黄原酸酯纤维的溶解通过将纤维素黄原酸酯与碱接触并混合来实现。本领域技术人员知晓如何调节碱的浓度以获得包含5-12％的纤维素质量百分比和2-8％，特别是4-6％的碱质量百分比的纤维素浆料。优选地，所选择的碱是氢氧化钠。
根据一个实施方案，步骤S4-16在0-10℃的温度下，在150-200分钟的时间间隔内进行。
在步骤S4-17中，将纤维素浆料在步骤S4-16后静置，例如16h。
根据莱赛尔工艺的溶解步骤S4。
在根据莱赛尔工艺进行溶解步骤S4的情况下，在粉碎步骤S1期间或在粉碎步骤S1'(若实施)之后，以如下方式粉碎废纺织品：当进行粉碎步骤S1'时，粉碎的纤维和残余物的第一混合物或第二混合物的纤维具有小于1mm的尺寸。
在这类情况下，步骤S4包括：
-步骤S4-21，将包含纤维素纤维的固相与包含N-甲基吗啉N-氧化物(NMMO)的水溶液接触，
-步骤S4-22，蒸发包含NMMO和纤维素的水溶液中所含的部分水，以溶解纤维素并获得纤维素浆料。
步骤S4-21可以通过将纤维素纤维与包含NMMO的水溶液接触来分散纤维素纤维，以获得包含水、NMMO和纤维素以及杂质的溶液，并促进下一步反应。
NMMO的质量百分比优选选择为接近纤维素在NMMO中可能溶解的区域。NMMO在水溶液中的质量百分比优选为60-90％，优选70-80％，更特别为76％。
步骤S4-22可以从包含NMMO的水溶液中蒸发水，从而溶解纤维素。在水蒸发后，获得包含如上所述的溶解和未溶解的杂质的纤维素浆料。
图2表示三元图，其中轴分别表示水的质量百分数、纤维素的质量百分数和NMMO的质量百分数，以及这些比例在实施莱赛尔工艺期间的变化。
阴影区域表示纤维素溶解在NMMO中的区域。点a)表示在溶解之前包含纤维素纤维和水的混合物。通过减少水的量，混合物移向包含在溶解区域内的点b)以溶解纤维素。在纤维素溶解期间，NMMO的量降低直到达到点c)，在点c)处NMMO已经与纤维素完全反应。因此，点c)处的混合物包含水和纤维素。蒸发步骤S4-22蒸发水，以浓缩纤维素直至达到点d)。
取决于进行哪种步骤S4，浆液具有不同的粘度。当在步骤S4-22结束时获得浆液时，其具有比在步骤S4-17结束时大得多的粘度。
过滤步骤S5：
根据本发明，步骤S5包括过滤纤维素浆料，以获得与未溶解颗粒分离的纤维素浆料。
过滤步骤S5可以过滤在溶解步骤S4结束时获得的纤维素浆料，以回收包含浆液形式的纤维素和溶解的杂质的纤维素浆料。因此，未溶解的杂质从纤维素浆料中分离，使得可以获得质量更好的纤维素浆料。在步骤S5结束时获得的纤维素浆料仍含有痕量的溶解杂质。
步骤S5可以特别地通过使纤维素浆料通过的过滤器来进行。过滤器可包含尺寸为5-100μm，特别是5-54μm，优选10-50μm，更特别是19μm，或在某些情况下为6μm的孔。这种孔径在筛目尺寸上对应于150-3000目，特别地为270-3000目，优选300-1500目，更特别是789目，或在某些情况下2500目。
优选地，该过滤器是金属过滤器，特别是由编织的金属线形成，且孔具有正方形几何形状。因此，孔的尺寸对应于正方形孔的边。过滤器孔的这种细度有利地使得可以从纤维素浆料中消除几乎所有未溶解的杂质。有利地，所获得的纤维素浆料具有更好的质量。
当在步骤S4-22结束时获得纤维素浆料时，其具有较高的粘度。加热纤维素浆料并施加压力以帮助纤维素浆料通过过滤器可能有帮助。
优选地，在步骤S5结束时获得的纤维素浆料具有大于2Pa.s的粘度。
当根据粘胶法获得纤维素浆料时，可以根据ISO 12058-1:2018标准使用直径为14mm的钢球，秒表，并在20℃的温度下进行来测量粘度。
当根据莱赛尔工艺获得纤维素浆料时，粘度可以根据ISO 6721-10:2015标准，通过振荡流变测定法测量粘度，使用平行板几何形状，其中板直径为25mm，板间距为1mm，在90℃下进行，且选择牵引力0.5％。
当在步骤S5结束时获得的纤维素浆料已根据粘胶法预先溶解时，用于制备纤维素浆料的方法可进一步包括纺丝步骤S6，该纺丝步骤通过湿法纺丝进行。
根据一个实施方案，当在步骤S5结束时获得的纤维素浆料已根据莱赛尔法预先溶解时，用于制备纤维素浆料的方法可进一步包括纺丝步骤S6，该纺丝步骤通过干喷湿纺进行。
纺丝是形成聚合物长丝的常规技术。该技术是本领域技术人员已知的，其两种变型是湿纺和干喷湿纺。
纺丝包括挤出聚合物溶液，也称为纺丝浆料。挤出是通过模头的毛细管进行的。当聚合物的熔融温度高于其降解温度时，聚合物必须经过溶液纺丝的技术，也称为湿纺，以使得形成纤维。在使用的技术是湿纺的情况下，将聚合物溶液直接挤出到凝固浴中；而在干喷湿纺的情况下，将聚合物溶液在浸入凝固浴中之前挤出到蒸发室中。
还可以通过使用根据本发明的方法制备的纤维素浆料以另一种方式，特别是通过涂覆来再生纤维。
具体实施方式
实施例1a：用根据粘胶法的溶解步骤制备纤维素浆料
粉碎步骤S1：将20g包含60％质量百分比的纤维素纤维的纺织废料置于刀式粉碎机中。将纺织废料粉碎以回收粉碎的纤维和尺寸小于2cm的残余物的第一混合物。
分离步骤S2：将20g粉碎的纤维和残余物的混合物引入至2kg的预先加热至90℃的包含8质量％氢氧化钠和1.61质量％的BTBAC的水溶液中。将溶液在90℃下保持1.5小时并以100rpm搅拌。
过滤步骤S3：过滤溶液以回收包含纤维素纤维的固相。将固相在2重量％乙酸浴中洗涤10分钟。然后，过滤溶液以回收包含纤维素纤维的固相。将固相在蒸馏水浴中洗涤10分钟。将溶液过滤以回收包含纤维素纤维的固相，然后在105℃的烘箱中干燥。
溶解步骤S4：
步骤S4-11：将包含纤维素纤维的3g固相引入至预先加热至40℃的包含18％质量百分比的氢氧化钠的100g水溶液中。将溶液在40℃下保持40分钟，同时以100rpm搅拌溶液。
步骤S4-12：挤压溶液以除去过量的氢氧化钠，直至回收到9g碱性纤维素纤维。
步骤S4-13：研磨碱性纤维素纤维。
步骤S4-14：然后，将它们在50℃，在氧存在下熟化3小时40分钟。
步骤S4-15：将碱性纤维素纤维置于32℃的通风橱下的密闭反应器中。将3g二硫化碳引入反应器中。将反应器置于真空下并放置2.5小时以形成纤维素黄原酸酯纤维。
步骤S4-16：将18g包含8质量％氢氧化钠的水溶液引入反应器中。将反应器放置10分钟。将反应器的内容物在5℃下搅拌3小时以溶解纤维素黄原酸酯纤维。
步骤S4-17：然后，将纤维素浆料从反应器中提取出来，并在室温下，在覆盖有多孔膜的容器中置于通风橱下16小时。
过滤步骤S5：将纤维素浆料置于能够加压过滤的装置中。过滤孔为正方形，边长为19μm。然后，施加5bar的压力以使纤维素浆料通过过滤器。
实施例1b：根据粘胶法的溶解步骤制备纤维素浆料
实施例1a中实施的方法在实施例1b中实施，具有以下修改：
在分离步骤S2期间：水溶液为400g而非2kg，且将溶液在90℃下保持40分钟，而非1.5小时。
在步骤S4-14期间：将经研磨的碱性纤维素纤维在30℃而非50℃下，在氧气存在下熟化15小时30分钟，而非3小时40分钟。
在过滤步骤S5期间：过滤器的孔具有测量为6μm的边。
实施例2：根据莱赛尔方法的溶解步骤制备纤维素浆料
基于实施例1b中描述的方法，可以修改溶解纤维素纤维的步骤S4。
粉碎步骤S1：如实施例1。
分离步骤S2：如实施例1。
过滤步骤S3：如实施例1。
粉碎步骤S1'：使用刀式粉碎机将含有纤维素纤维的固相粉碎，以获得包含纤维素纤维的固相，其尺寸小于1mm。
溶解步骤S4：
步骤S4-21：将116g包含50％质量的NMMO的水溶液置于旋转蒸发器的florentine烧瓶中。在99℃下真空蒸发水以除去39g水。将10g包含纤维素纤维的固相与0.26g没食子酸丙酯一起引入florentine烧瓶中。
步骤S4-22：使用旋转蒸发器在真空下蒸发florentine烧瓶的内容物以除去15g水。
过滤步骤S5：将纤维素浆料置于能够加压过滤的装置中，纤维素浆料已经预先加热至110℃。过滤孔为正方形，边长为19μm。然后，施加15bar的压力以使纤维素浆料通过过滤器。
附图标记列表
-S0：抹平步骤，
-S1：粉碎步骤，
-S1'：粉碎步骤，
-S2：分离步骤，
-S2'：脱色步骤，
-S3：过滤步骤，
-S4：溶解步骤，
-S4-11：与碱性水溶液接触的步骤，
-S4-12：压制碱性纤维素的步骤
-S4-13：研磨碱性纤维素的步骤
-S4-14：熟化碱性纤维素的步骤
-S4-15：与二硫化碳接触的步骤-S4-16：与碱性水溶液接触的步骤-S4-17：熟化纤维素浆料的步骤-S4-21：与NMMO水溶液接触的步骤-S4-22：蒸发步骤-S5：过滤步骤，以及
-S6：纺丝步骤。
Claims (12)
1.由包含质量百分比大于50％的纤维素纤维的纺织废料制备纤维素浆料的方法，所述方法包括以下步骤：
-(S1)粉碎所述纺织废料以获得粉碎的纤维和残余物的第一混合物，
-(S2)从第一混合物中分离至少一部分非纤维素组分，以获得第二混合物，其中所述纤维素纤维的质量百分比大于第一混合物中纤维素纤维的质量百分比，
-(S3)过滤所述第二混合物以回收包含所述纤维素纤维的固相，
-(S4)溶解所述固相的纤维素纤维以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，以及
-(S5)过滤纤维素浆料以获得与未溶解颗粒分离的纤维素浆料。
2.根据权利要求1所述的制备纤维素浆料的方法，其中步骤(S4)包括：
-步骤(S4-11)，使所述包含纤维素纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触以获得碱性纤维素纤维的固相，
-步骤(S4-12)，压制所述碱性纤维素纤维的固相以消除过量的碱性溶液，并获得碱性纤维素纤维的致密固相，
-步骤(S4-13)，研磨在步骤(S4-12)结束时获得的碱性纤维素纤维的固相，以获得相比在步骤(S4-12)结束时获得的固相致密性较低的碱性纤维素纤维的固相，
-步骤(S4-14)，熟化在步骤(S4-13)结束时获得的包含所述碱性纤维素纤维的固相，
-步骤(S4-15)，使所述熟化的碱性纤维素纤维的固相与二硫化碳接触，以获得纤维素黄原酸酯纤维的固相，
-步骤(S4-16)，使所述纤维素黄原酸酯纤维的固相与包含氢氧化钠的碱性水溶液接触，以获得包含未溶解颗粒的纤维素浆料，以及
-步骤(S4-17)，熟化所述包含未溶解颗粒的纤维素浆料。
3.根据权利要求1所述的制备纤维素浆料的方法，其中步骤(S4)包括：
-步骤(S4-21)，使所述包含纤维素纤维的固相与包含N-甲基吗啉N-氧化物(NMMO)的水溶液接触；以及
-步骤(S4-22)，蒸发包含在所述水溶液和所述固相中的水，所述水溶液包含(NMMO)并且所述固相包含所述纤维素纤维。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制备纤维素浆料的方法，其中所述纺织废料包含质量百分比小于85％的纤维素纤维。
5.根据前述权利要求中任一项的制备纤维素浆料的方法，其中步骤(S2)通过使第一混合物与碱性水溶液接触来溶解所述第一混合物的一部分非纤维素组分来进行。
6.根据权利要求5所述的制备纤维素浆料的方法，其中所述碱性水溶液是基于氢氧化钠的碱性水溶液，所述氢氧化钠的质量百分比为3-25％。
7.根据权利要求5或6中任一项的制备纤维素浆料的方法，其中步骤(S2)在50-150℃的温度下进行。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的制备纤维素浆料的方法，其中步骤(S2)在15-240分钟的时间间隔内进行。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的制备纤维素浆料的方法，其中所述碱性水溶液包含相转移催化剂，所述相转移催化剂为季铵。
10.根据权利要求9所述的制备纤维素浆料的方法，其中所述季铵是苄基三丁基氯化铵、三辛基甲基溴化铵或其混合物。
11.根据权利要求10所述的制备纤维素浆料的方法，其中所述季铵为苄基三丁基氯化铵，且苄基三丁基氯化铵的质量百分比为0.1-2％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的纤维素浆料的方法，其中步骤(S5)通过包含尺寸为5-100μm孔的过滤器进行。
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