TW202104276A - 用於連續提供具有纖維素的經處理初始物質之方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一種用於連續提供經處理的具有纖維素之初始物質(110)之方法，該初始物質尤其為用於製造纖維素型成形體(102)之初始物質。在此該方法具有以下步驟：i) 向反應器設備(105)送入(10)具有纖維素之初始物質(101)，該初始物質尤其為具有預先定義之組成的固體，ii) 在該反應器設備(105)中連續處理(20)該初始物質(101)，以便獲得經處理的具有纖維素之初始物質(110)，以及iii) 將該經處理的具有纖維素之初始物質(110)從該反應器設備(105)中排出(30)。

Description

用於連續提供具有纖維素的經處理初始物質之方法
本發明關於一種用於從具有預先定義之組成的具有纖維素之初始物質來連續提供具有纖維素的經處理的初始物質之方法。本發明另外還關於一種用於從經處理的初始物質來製造(尤其再生的)纖維素型成形體之方法。本發明此外還關於連續蒸煮組件用於連續處理具有纖維素之初始物質、尤其舊紡織品的用途，該初始物質具有預先定義之組成。
本發明因此可以關於提供經處理的含纖維素的初始物質之技術領域。本發明尤其可以關於由經處理的含纖維素的初始物質來製造(再生的)纖維素型成形體之技術領域。此外，本發明可以關於固體、尤其舊紡織品的再循環之技術領域。
常規地一般借助於不連續的製造方法來提供含纖維素的經處理的初始物質例如用於製造(再生的)纖維素型成形體。但是，為固體的並且應被處理的具有纖維素之初始物質大多數情況下不具有均勻組成。相反，例如可以用作固態初始物質的舊紡織品的材料組成變化很大。因此適宜的是將初始物質分批送入的不連續處理過程。以此方式可以使處理條件與每個批次的組成單獨地進行匹配。根據一個示例，通常使用不連續工作的蒸煮組件，該蒸煮組件首先用初始物質(第一批)和至少一種消化劑(Aufschlussmittel)或反應介質填充。然後將蒸煮組件加熱，以便例如在木屑的情況下將木質素溶解並且能夠收穫纖維素。然後將所獲得的具有所收穫的纖維素之懸浮液排出並且將殘留物從蒸煮組件中去除。在另外的清潔步驟之後，然後用新的第二批填充反應器並且重新開始不連續過程。總而言之，即需要許多工作步驟，這些工作步驟進而要求許多測量和調節技術的儀器。總體上，這些過程的控制是高要求的，因為每個批次具有不同的(材料)特性並且工作條件必須分別進行匹配。由於有許多單獨步驟，不存在提供大型、緊湊的組件的可能性。取而代之，這些步驟被分散在許多單獨的組件上。最後，能耗也相對較高，因為例如必須為每個批次重新加熱蒸煮器。
本發明之目的是以高效、穩健且節約資源的方式提供一種經處理的具有纖維素之初始物質(例如用於製造(再生的)纖維素型成形體)。
這個目的藉由獨立請求項之主題實現。較佳的設計由附屬項得出。
根據本發明之一個方面描述了一種用於連續提供經處理的具有纖維素之初始物質之方法(其中該初始物質尤其適合用於製造(進一步尤其再生的)纖維素型成形體)。該方法具有以下步驟：i) 向反應器設備(例如蒸煮組件)送入具有纖維素之初始物質，該初始物質尤其為具有預先定義之組成的固體(進一步尤其舊紡織品)，ii) 在該反應器設備中連續處理(尤其借助於進行蒸煮來收穫纖維素)該具有纖維素之初始物質，以便獲得經處理的具有纖維素之初始物質，以及iii) 將該經處理的具有纖維素之初始物質從該反應器設備中排出。
根據本發明之另一個方面描述了一種用於製造(尤其再生的)纖維素型成形體之方法。該方法具有以下步驟：i) 提供上述經處理的具有纖維素之初始物質，以及ii) 由該經處理的具有纖維素之初始物質形成該纖維素型成形體。
根據本發明之另一個方面描述了連續蒸煮組件用於連續處理具有纖維素之初始物質(尤其舊紡織品)的用途，該初始物質具有預先定義之組成。
在本文範圍內，術語「纖維素」可以尤其理解為如下的有機化合物，其組分為植物性的細胞壁或者可以合成製造。纖維素係多糖(即多聚糖)。纖維係不分支的並且典型具有幾百至幾萬個β-D-葡萄糖分子(β-1,4-葡萄糖鍵)或纖維二糖單元。纖維素纖維以受植物控制的方式從纖維素分子構造成。藉由製程過程可以在形成再生纖維的情況下累積纖維素分子，例如作為耐撕裂之纖維。
在本文的範圍內，術語「成形體」可以尤其理解為二維或三維的幾何體，該幾何體為用於製造或重新獲得纖維素之方法的結果。成形體尤其可以理解為具有纖維素或者由纖維素組成並且由溶解的漿料製造的二維或三維的物體。成形體尤其可以為溶解性纖維成形體、黏膠纖維成形體、莫代爾纖維成形體或紙質成形體(紙漿材料)。典型的成形體為單絲、纖維、海綿和/或薄膜。理論上所有類型的纖維素成形體都適合於本發明之實施例。在此具有常規尺寸(例如38 mm長度)的環狀單絲以及經切割的截短纖維和短纖維都可以理解為纖維。在此在一個或多個擠出噴嘴之後使用抽拉裝置之方法以及尤其如熔融吹氣方法的其他方法都可以考慮用於製造纖維。替代於纖維，還可以製造具有纖維素的膜作為成形體，即，平坦的且基本上均勻的具有纖維素或由纖維素形成的薄膜。膜可以尤其藉由如下方式製造：藉由調節溶解性纖維方法的過程參數，只有在接收面上出現單絲之後才至少部分地觸發凝固。膜可以理解為平面狀的纖維素成形體，其中這些膜的厚度係可調節的(例如藉由選擇依次安排的噴嘴排之數量)。成形體的其他實施方式為由纖維素單絲或纖維素纖維形成的織物和氈，尤其由彼此一體熔融(「混融(merging)」)的基本上連續的纖維素單絲(「熔融吹氣(melt blown)」)形成的紡黏無紡布。在此，織物尤其可以理解為由至少兩種(較佳的是成直角或接近直角)交叉的紗線系統(或纖維系統)紡織之平面結構，其中在縱向上的紗線(或纖維)可以稱為經紗並且在橫向上的紗線(或纖維)可以稱為緯紗。氈或無紡布可以稱為由有限長度的單絲或纖維或經切割的絲線形成的無規則(尤其存在於糾纏層(Wirrlage)中)之結構，這些單絲或纖維或經切割的絲線組合成纖維層或纖維堆並且(尤其摩擦配合地)彼此相連。還能以球體的造型來創造成形體。還可以提供具有纖維素的顆粒，尤其如珠(即粗粒或小球)或小片作為成形體，它們在此種形狀下可以被進一步加工。可能的纖維素成形體還有顆粒狀之結構，如粗粒、球形粉末或纖條體(Fibride)。成形體的賦形較佳的是藉由經由擠出噴嘴擠出含纖維素的紡絲溶液來進行，因為以此方式可以用非常統一的形狀製造大量的纖維素成形體。另一種可能的纖維素成形體係海綿或更一般而言多孔的成形體。所述之成形體可以根據示例性實施例用於例如製造絲線、紡織物、凝膠、紙、紙板、濾紙或複合材料。
在本文的範圍內，術語「溶解性纖維方法」可以尤其理解為用於根據直接溶劑方法來製造纖維素之方法。對於溶解性纖維方法，纖維素可以從包含這種纖維素之初始物質中獲得。該初始物質在溶解性纖維方法中可以溶解在適合的溶劑中(尤其具有三級胺氧化物，例如N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO)和/或離子液體，即由陽離子和陰離子構成的低熔融鹽)。該溶解尤其可以藉由除水進行和/或在沒有化學改性的情況下進行。所獲得的溶劑(也可以稱為原液(Dope)或紡絲溶液)在溶解性纖維方法中隨後可以被擠壓穿過一個或多個紡絲噴頭。由此形成的單絲可以在其穿過含水的浴中(尤其在具有水性NMMO溶液的浴中)的氣隙的自由或受控的沈降期間和/或之後和/或藉由位於氣隙中的水分沈澱。
溶解性纖維(Lyocell)係指根據直接溶劑方法來製造的具有纖維素的再生纖維類型。典型地從木材原料中提取纖維素以用於溶解性纖維方法。隨後可以將如此獲得的漿料在沒有化學改性的情況下藉由除水而溶解在N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO)(一種溶劑)中、過濾並且隨後擠壓穿過紡絲噴頭。如此成形的單絲在穿過具有水性NMMO溶液的浴中之氣隙時沈澱並且隨後被切割成截短纖維。
在本文的範圍內，術語「黏膠纖維方法」可以尤其理解為用於根據濕紡方法來製造纖維素之方法。對於黏膠纖維方法，纖維素可以從包含這種纖維素的初始物質(尤其木材或木漿)中獲得。
在本文的範圍內，術語「黏膠纖維方法」可以理解為黃原酸酯方法。在作為黃原酸酯方法進行的黏膠纖維方法中，在彼此相繼的製程階段中，可以首先用鹼(例如用苛性鈉)處理初始物質，由此形成鹼性纖維素。在隨後使這種鹼性纖維素與二硫化碳反應時形成了纖維素黃原酸酯。由此可以藉由進一步加入鹼(尤其苛性鈉)來產生黏膠纖維紡絲溶液，該紡絲溶液可以被擠壓穿過一個或多個紡絲噴頭。在紡絲浴中藉由凝固產生黏膠纖維單絲。如此製造的黏膠纖維單絲隨後例如被切割成黏膠纖維截短纖維。
在本文的範圍內，術語「黏膠纖維方法」還可以理解為胺基甲酸酯方法，其中替代二硫化碳使用氨來製造可溶的纖維素衍生物。在此，替代纖維素黃原酸酯，產生了所謂的纖維素胺基甲酸酯。類似於繼續使用纖維素黃原酸酯，由纖維素胺基甲酸酯製造了可紡絲的溶液，在擠壓通過一個或多個紡絲噴嘴之後在紡絲浴中可以從該溶液再生纖維素單絲。
另外，在本文的範圍內，術語「黏膠纖維方法」還可以理解為冷鹼方法，其中在沒有進一步衍生化成黃原酸酯或胺基甲酸酯的情況下使纖維素溶解在經調溫(尤其經冷卻)的水性鹼性介質中。在一個實施例中，水性鹼性介質的溫度為小於20℃、尤其還小於5℃。為了改進溶解行為，可以向該水性鹼性介質中混入添加物，例如脲、硫脲、氧化鋅、聚乙二醇或表面活性劑。在穿過一個或多個紡絲噴嘴之後，借助於在酸性或鹼性紡絲浴中的沈降，再次由包含纖維素的紡絲溶液再生纖維素單絲。
將借助於稱為黏膠纖維方法(尤其黃原酸酯方法、胺基甲酸酯方法或冷鹼方法)的濕紡絲方法製造的化學纖維或再生纖維稱為黏膠纖維。黏膠纖維方法的初始物質係呈化學漿料形式的高純度纖維素。
在本文的範圍內，術語「來自服裝製造的殘餘物」可以尤其理解為具有纖維素或由纖維素組成的紡織品或絲線的廢品和/或邊角料，其中這些殘餘物在用於製造服裝之方法期間出現。在製造服裝時，例如製造具有纖維素的紡織品作為初始物質，然後從該紡織品上切下平坦的部分(例如以T恤半件的形式)。根據一個示例性實施例可以再次送入用於製造具有纖維素的成形體之方法的殘餘物得以保留。即，來自服裝製造的殘餘物可以為具有纖維素或由纖維素組成的初始物質，該初始物質可以用於再次獲得纖維素，然後消費者將殘餘物作為服裝使用或其他方式使用。來自服裝製造的殘餘物尤其可以由基本上純的纖維素形成，尤其在沒有分離的且不具有纖維素的成形體(例如紐扣、紡織印刷物或縫紉線)的情況下。
在本文的範圍內，術語「舊服裝」可以尤其理解為具有纖維素的單件服裝和/或家紡產品(例如寢具)，該單件服裝在回收纖維素的至少一部分時已經被消費者使用過(尤其穿戴過)。即，舊服裝可以為具有纖維素之初始物質，該初始物質可以(但不是必須)具有顯著量的外來物質並且可以用於再次獲得纖維素，然後消費者將該舊服裝作為服裝使用或以其他方式使用。舊服裝可以尤其由纖維素和一種或多種外來物質形成的混合物構成，尤其具有(尤其在單件服裝的情況下經常使用的)合成塑膠(例如聚酯和/或彈性纖維)和/或分離的且不具有纖維素的成形體(例如紐扣、紡織印刷物或縫紉線)。聚酯尤其理解為在其主鏈中具有酯官能基(R-[-CO-O-]-R)的聚合物。聚酯包括聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二酯。彈性纖維尤其理解為可拉伸的具有高彈性的化學纖維。作為彈性纖維基礎的嵌段共聚物可以包含至少85%聚胺酯的質量比例。
在本文的範圍內，術語「舊紡織品」可以理解為「舊服裝」以及「服裝製造之殘餘物」。
在本文的範圍內，術語「紡織品」可以理解為「新紡織品」以及「舊服裝」和「服裝製造之殘餘物」。
術語「新紡織品」包括紡織原料(天然纖維、化學纖維)和已經藉由一種或多種方法被加工成線狀、面狀或立體產品之非紡織原料。術語「新紡織品」既可以被術語「來自服裝製造之廢品」涵蓋也可以被稱為成品(例如服裝、寢具)，其中後者基本上尚未被使用者使用/穿戴。在一個實施例中，在舊紡織品與新紡織品之間進行區分。在另一個實施例中，術語舊紡織品還可以包括這些新紡織品(未使用的成品紡織產品同樣可以理解為舊紡織品或服裝廢品)。
本文的範圍內，術語「造紙」尤其理解為，從含纖維素的且經處理的初始物質形成纖維素型紙漿材料，然後該紙漿材料被進一步加工成紙產品。即，從含纖維素的初始物質到紙漿材料的所有加工步驟都可以被稱為造紙方法。另外，從紙漿材料到紙製品的所有加工步驟也都可以稱為造紙。
「紙漿材料」在此背景下可以理解為紙初始物質，然後從該紙初始物質可以形成紙產品，例如紙、紙板、濾紙等。紙漿材料可以為至少包含漿料(纖維素)和黏結劑之複合材料。紙漿材料在此可以以固態形式存在，但是也可以作為(例如水中的)懸浮液存在。「紙漿材料」在更寬泛的意義上還包括紙製品自身。另外，紙漿材料還可以包括紙或類似紙的材料以及紙板、濾紙材料、絕緣墊、抽吸無紡布(Saugvliese)、纖維增強的平面材料等。紙漿材料可以藉由將纖維懸浮液例如在篩網上脫水來形成。紙漿材料可以在後續的工作步驟中進一步被緻密化且被乾燥。但是紙漿材料還可以為基本上由(纖維素)纖維組成之平面材料(纖維無紡布)。
在本文的範圍內，術語「處理」尤其理解為如下處理進料的初始物質，使得出料的經處理的初始物質在其化學/物理特性上或者在其材料組成上至少部分地與進料的初始物質有所不同。在處理過程期間例如可以進行蒸煮過程，尤其鹼性蒸煮。另外例如可以在處理過程期間從纖維素中(借助於蒸煮)消耗掉合成纖維(如聚酯)。另外，處理過程還可以包括機械分離步驟，如密度分離。由此，替代於或補充於蒸煮過程，可以例如機械地去除合成纖維或其他外來物質。
在本文的範圍內，術語「蒸煮過程」尤其可以理解為用於從含纖維素的初始物質中收穫漿料(纖維素)之化學過程。在蒸煮過程中在溫度和/或壓力作用下在反應器設備中消化初始物質也可以被稱作「蒸煮」。術語「反應器設備」在此背景下可以表示能夠執行本文中所說明的蒸煮過程的任何設備。例如反應器設備可以具有蒸煮組件(例如潘迪亞蒸煮器)。蒸煮組件(蒸煮器)在此背景下還可以被稱為消化器。在一個實施例中，蒸煮器可以具有運輸器件，例如輸送蝸桿(擠出機)或傳送帶(傳送器)，以便將初始物質(連續地)運輸通過蒸煮器。蒸煮過程可以是鹼性或酸性的。鹼性的蒸煮過程尤其可以導致塑膠如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)或聚胺酯(PUR)的皂化。根據一個實施例，可以使用不破壞纖維素的蒸煮溶液。例如可以用氫氧化鈉(NaOH)來進行鹼性蒸煮，以便分解(殘餘)聚酯並且以便視需要設定纖維素分子的鏈長。
在木屑的消化方面，特別經常使用以下的蒸煮過程，這些蒸煮過程例如還可以用於舊紡織品： i) 硫酸鹽方法(也被稱為硫酸鹽消化或硫酸鹽過程，或者由於更牢固的纖維而被稱為牛皮紙方法)。活性物質可以為苛性鈉和硫化鈉(硫酸鈉(Na2 SO4 )可以用於回收)。初始物質(例如木屑)可以用蒸煮鹼液浸漬並且送入到蒸煮器。在例如最高170℃的溫度下可以將木材成分(如半纖維素和木質素)轉化成可溶形式。纖維素纖維之分解在此可能是不希望的； ii) 亞硫酸鹽方法，例如可以將液態二氧化硫用於該方法。酸性亞硫酸鹽過程可以藉由木質素的磺化和醚斷裂來消解木質素與纖維素之間的複合作用。
在本文的範圍內，術語「送入」尤其可以理解為提供具有預先定義之組成的初始物質。初始物質可以為固體(如舊紡織品)且可以直接送入反應器設備(例如在粉碎步驟或切碎之後)。但是初始物質還可以為固體且在額外的溶解步驟之後以至少部分溶解的形式送入反應器設備。在本文的範圍內，術語「排出」尤其可以理解為在處理步驟之後將經處理的初始物質從反應器設備中取出。經處理的初始物質在此可以以(例如在溶劑中)溶解的形式存在或者還可以作為固體存在。送入和排出可以連續進行。
在本文範圍內，術語「連續」尤其可以理解為在沒有中斷的情況下進行製程過程。換言之，可以進行(連續的、「穩態」)長時間的基本上不中斷之物質流(至少具有步驟i) 送入、ii) 處理和iii) 排出)。與此相反，不連續過程總是被中斷，因為分批(或逐批次)進行處理。在連續過程中同樣可以連續進行送入和排出。例如，反應設備可以形成為至少部分管狀的，從而可以向第一開口連續送入初始物質，並且可以從第二開口連續排出經處理的初始物質，而在其間連續地進行處理並同時繼續推進(例如以流體靜力學方式或借助於輸送蝸桿)。
在本文的範圍內，術語「預先定義之組成」尤其可以理解為在初始物質之內的至少兩種組成組分之比例或濃度。例如初始物質可以為舊紡織品並且這些組分可以為纖維素纖維和合成纖維。在此情況下，可以分別預先定義纖維素纖維和合成纖維的濃度或濃度範圍，以便由此提供預先定義之組成。經定義的組成在此可以包括絕對值或數值範圍。
在本文的範圍內，術語「合成纖維」尤其可以理解為具有一種或多種合成塑膠或由其組成的纖維。術語「合成塑膠」尤其可以理解為由大分子構成並且合成地製造的物質。塑膠的相應的大分子係聚合物並且因此由重複的基礎單元(重複單元)構成。聚合物的大分子的大小可以在幾千至超過一百萬基礎單元之間變化。例如，聚乙烯(PE)聚合物由彼此連接的多次重複的乙烯單元組成。在此該聚合物可以為無支鏈的、支鏈的或交聯的分子。塑膠在其物理特性方面理論上可以劃分成三組：熱塑性塑膠、熱固性塑膠和彈性體。另外這些特性還可以組合成子組，例如熱塑性彈性體。塑膠的重要的特徵係其製程特性，如可成形性、硬度、彈性、斷裂強度、耐溫性、耐熱變形性和化學耐受性，這些特性可以藉由選擇大分子、製造方法且一般藉由在寬限度內混入添加劑來改變。用於從單體或預聚物製造合成塑膠的典型反應為：鏈式聚合、加聚或縮聚。尤其還用在紡織品中的合成塑膠的實例為例如聚胺酯(PUR)、尤其作為彈性纖維的組分，聚酯(PE，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET))，聚醯胺(PA，例如尼龍、貝綸)和聚醚、尤其聚乙二醇(PEG)作為彈性纖維的組分。
在本文的範圍內，術語「彈性纖維」可以尤其理解為具有熱塑性和彈性特性的合成塑膠。彈性纖維因此可以被稱為熱塑性彈性體(TPE)。彈性纖維可以作為嵌段共聚物存在，該嵌段共聚物尤其以如下兩種嵌段為特徵：聚胺酯(PUR)和聚乙二醇醚(PEG)。在此PUR片段可以構成剛性區段，該剛性區段與軟的彈性PEG區段交替。PUR可以構成剛性的、伸長的區段，該區段縱向貼靠彼此並且藉由構成副價力(Nebenvalenzkräften)來實現例如將纖維保持在一起。相反，橡膠狀的PEG嵌段(例如分別約40至50個單體單元)可能以強烈嵌套到一起的方式存在，但是其中這些嵌段也可以伸長。在此，彈性纖維可以作為具有非常高拉伸率(百分之幾百，例如700%)的捲繞結構存在。密度例如可以介於1.1與1.3 g/cm3 之間並且強度例如為5至12 cN/tex。彈性在此可以取決於溫度。另外，術語「彈性纖維」既可以理解為彈性纖維自身，也可以理解為所使用的熱塑性彈性體(例如Elastollan、Desmopan、Texin和Utechllan)。
根據本發明之一個示例性實施例，藉由進行連續的處理過程(具有纖維素之初始物質(固體、尤其舊紡織品)以預先定義之組成被送入該處理過程中)，提供了一種特別高效、穩健且節約資源之方法來製造經處理的具有纖維素之初始物質。連續製造過程(尤其蒸煮過程)在方法技術上可以比不連續過程更簡單地實現。因此例如可以使用大型組件(例如像蒸煮器的反應器設備)來替代許多小型組件。由此可以顯著降低對測量和調節技術的需求。在連續處理過程中，可以產生持續流(「穩態流」)，即，進流和出流(「入口流和出口流」)可以作為持續流而被協調。這可以在操作上特別好地進行控制。藉由這種連續工作方式，可以實現比不連續過程更高的通過量，因為省去了「停機時間」(例如填充反應器、加熱、排空、清潔)。連續工作由此能夠實現緊湊的構造方式。
另外，連續過程可以以明顯更節約資源、更可持續發展且更環保的方式來進行，因為可以降低能量(例如蒸發)消耗。例如，蒸煮器無須隨著每個批次重新加熱(如在不連續方法的情況下)，而是連續(受加熱地)運行。還由於在設施構造方式方面更高效的利用率，可以節省能量。另外，所說明的過程還可以高效地與下游過程(例如漂白過程)相組合，然後這些過程同樣可以連續地運行。
連續蒸煮過程可能具有缺點。因此將過程條件(例如停留時間、溫度)固定在所限定之範圍內。由此無法靈活/動態地對原料質量或材料組成的變化做出反應。即，不能實現對單獨初始物質的個性化處理。
但是，根據本發明之一個示例性實施例，這些可能的缺點正好藉由提供(僅僅)具有預先定義之組成的固態初始物質來克服。這種預先定義之組成例如可以是來自舊紡織品的特殊混合物/組成物。替代於總是重新(或分批地)匹配初始物質的物質組成的過程(如在不連續方法下就是這種情況)，現在出人意料地已經發現，相反可以以最為高效和穩健之方法將固態的具有纖維素的物質組成與該過程相匹配(連續方法)。例如可以對供應到來的舊紡織品選擇性地富集或消耗，使得總組成對應於預先定義之組成。在此例如可以將初始物質中的纖維素和合成塑膠的量設定為經準確定義之濃度。這些濃度可以另外具有預先定義的變化範圍，使得能夠實現可以複雜度明顯更低的測量和調節技術來完成的連續處理過程。即，節約可以主要由更低的調節需求而產生(一個連續工作的具有高容量的組件替代多個不連續分批運行的具有較小容量的小型組件)。
即，靈活匹配的步驟可以在上游對於初始物質來進行，由此整個製造方法在連續工作方式中變得更高效且更穩健。
下面將進一步描述該方法和該用途之另外實施例。
根據一個實施例，該具有纖維素之初始物質完全或部分地具有來自服裝製造之殘餘物和/或舊服裝。這可以帶來以下優點：可以以非常高效之方式將舊紡織品再循環。用所描述之方法可以將自然地形成非常不均質混合物之舊紡織品高效地送入連續製造過程。由於舊紡織品混合物經受預先定義之組成，所以可以實現連續處理作為含纖維素的初始物質送入的舊紡織品流。
在這一背景下，本發明可以關於再利用(再循環)、尤其再利用舊紡織品的技術領域。舊紡織品可以分別具有纖維素和視需要至少一種合成塑膠，並且由此用作含纖維素之初始物質。由此，舊紡織品可以作為具有預先定義之組成之初始物質再次用於連續製造(再生的)纖維素型成形體，尤其其中再生的成形體的纖維素基本上以溶解性纖維、黏膠纖維和/或紙纖維之形式存在。
在另一個實施例中，預分類可以處於對所使用的舊紡織品混合物的材料組成之處理上游。舊紡織品通常可以在難以定義(非均質)之混合物中供貨。使用過的紡織品可以用機械、還有手工的預分類來預選，以便排除掉完全不可用的部分，例如羊毛、金屬箔、塑膠無紡布等。
根據一個實施例，來自服裝製造的殘餘物可以與舊服裝混合，以便提供預先定義之組成。來自服裝製造的殘餘物例如可以為來自工業的產品廢棄物並且由此通常是可鑒別的而且部分是類別單一的。藉由將這兩種(再循環)流匯合，可以提供有利的舊紡織品混合物。這種舊紡織品混合物可能特別適合用於製造纖維素型成形體，例如溶解性纖維成形體。
根據一個實施例，該方法還具有以下步驟：設定該預先定義之組成(尤其藉由將具有已知組成的不同輸入流針對性地混合)。設定在此可以具有以下步驟：i) 選擇性地富集至少一種組成組分和/或ii) 選擇性地消耗至少一種組成組分。這可以提供以下優點：可以以快速且穩健的方式實現該預先定義之組成。
初始物質可以為由兩種或更多種組成組分形成之混合物，例如帶有纖維素纖維和合成纖維之舊紡織品混合物。但是組成組分還可以是某一類的服裝殘餘物或舊服裝。例如一種組成組分可以為純棉襯衣，而另一種組成組分可以為主要由聚酯組成之運動服裝。為了實現預先定義之組成，可以將具有已知組成(已知的組成組分的量)之批次混合，使得混合物具有預先定義之組成。如上所述，一種已知的組分例如可以具有來自服裝生產之(邊角料)殘餘物。但是另外，還可以以不同方式確定例如舊服裝混合物之組成，例如藉由經過訓練的操作員，或者藉由尤其光學的自動測量方法。然後可以基於所確定的組成加入其他的舊紡織品或服裝殘餘物(作為組成組分)，以便實現預先定義之組成。根據一個實施例，可以添加具有非常高棉含量之舊紡織品，以便提高纖維素含量。附加地或替代地，還可以從初始物質中取出組成組分。例如可以針對性地去除具有特別高聚酯含量之運動服裝。所提及的來自服裝製造的可以具有經定義組成之殘餘物可能特別適合進行精細設定。
根據另一個實施例，該方法的該消耗還具有以下步驟：至少部分地(選擇性地)保持該初始物質中之合成塑膠。在此該合成塑膠尤其可以為來自由以下項組成之群組之合成塑膠：聚醯胺、聚酯、聚胺酯和彈性纖維。其優點可以為，不再需要以特別乾淨或純淨的方式來消耗合成塑膠。低殘餘濃度的消耗在技術上可能是非常有挑戰性的並且可能是資源密集的。
替代於此，合成塑膠(例如聚胺酯)可以保留在混合紡織品中，由此可以減少或甚至不再需要高耗費和高成本的消耗過程。當將聚胺酯的至少一部分與彈性纖維相關時，可以另外地實現其他的優點，例如改進所製造的成形體的強度值和/或彈性。
低比例(例如低於2%)的例如聚醯胺和聚酯可以在再循環方法中共同加工，以便實現良好地結合到纖維素中。在一種再循環方法中，這可以是一個明顯優點，因為至少部分去除另外的合成聚合物(尤其在較小的濃度下)可能是異常高耗費的。上述的另外的合成塑膠可以是在初始物質(如紡織品)中常見的並且廣泛含有的。因此容許少量殘餘物可以對再循環方法形成巨大簡化。
根據另一個實施例該連續處理還具有以下步驟：進行連續的蒸煮過程，尤其在使用鹼性蒸煮溶液情況下，進一步尤其在使用含氫氧化鈉的蒸煮溶液情況下。這可以提供優點，即，可以直接應用穩健且經驗證之技術。
當使用木屑作為固態初始物質時，則在強消化劑/反應介質(如氫氧化鈉和硫化鈉)中蒸煮可以實現溶解木質素，以便將其與纖維素分離。如果使用舊紡織品作為固態初始物質，則可以以此方式溶解合成塑膠，以便以盡可能純的形式或以所希望的聚合物殘餘濃度來獲得纖維素。尤其蒸煮過程可以尤其用NaOH(硫化鈉不是必需的，因為舊紡織品不包含木質素)引導，以便將塑膠如PET、PA或PUR皂化而不破壞纖維素。
根據一個較佳的實施例，鹼性蒸煮可以如下進行：這些纖維、尤其已經富集的纖維素型(或主要纖維素型)纖維可以用鹼性溶液(例如氫氧化鈉或氫氧化鉀)與氣態氧化劑(例如O2 )的組合在蒸煮容器(例如壓力釜)中進行處理(較佳的是在至少9的pH值下)，確切地說： a) 在介於90℃與185℃之間的溫度下； b) 對於45分鐘至270分鐘的培養時間； c) 在較佳的是以相對於所送入纖維介於0.01重量百分比與5重量百分比之間的範圍內的濃度下存在的纖維素穩定化添加劑(例如鎂鹽、較佳的是硫酸鎂；或者基於過渡金屬的螯合化合物，例如乙二胺四乙酸(EDTA))的存在下； d) 相對於所送入的纖維在介於1重量百分比與35重量百分比之間的範圍內的鹼濃度下； e) 在1 bar至21 bar(對應於約0.1 MPa至約2.1 MPa)的範圍內的初始氣體壓力下。
然後所產生的經溶解的漿料可以經受清洗工序。
送入該鹼性溶液尤其可以用於分解非纖維素型纖維、尤其合成纖維、更尤其聚酯纖維。特定的聚酯可以由此裂解成可溶於水的組成成分，這些組成成分可以借助於在該過程中累積的廢水與纖維素纖維分離。在這個工序中，例如可以將聚酯裂解成乙二醇和對苯二甲酸單體。它們是可溶於水的並且可以根據一個實施例藉由處理廢液(Prozessablaugen)而與纖維素纖維分離。在這個煮沸過程中，與聚酯分解並行地，還可以進行纖維素分解反應。藉由適當選擇過程參數，可以根據本發明之一個實施例如此控制纖維素分解，從而調節一定的目標聚合度。這是有利的，因為纖維素聚合度(以極限黏度值表達)通常是化學漿料的一個規格指標。
在下文中將說明該預先定義之組成之若干實施例。這可以帶來以下優點：藉由還可以長期穩定地維持過程條件，可以高效地實現連續提供經處理之初始物質。為了將預先定義之組成定量化，可以使用組成組分的濃度以及變化範圍。
在本文的範圍內，術語「變化範圍」表示與預先定義的值或參考值的偏差。變化範圍在此可以為絕對值或相對值。變化範圍也可以表示標準差。
以%計的原料組成的概覽(在沒有外來材料如紐扣等的情況下的純纖維部分)
Figure 02_image001
可容許的變化範圍：對於纖維素型纖維和聚酯為± 2.5%、較佳的是± 1%、特別較佳的是＜ ± 0.5%。對於聚醯胺、聚丙烯酸和彈性纖維為± 0.5%、較佳的是± 0.1%、特別較佳的是＜ ± 0.05%。
根據另一個實施例，該預先定義之組成具有纖維素型纖維。另外，這些纖維素型纖維的該預先定義之組成具有2.5%或更小、尤其1%或更小、進一步尤其0.5%或更小的變化範圍。
根據另一個實施例，該預先定義之組成具有合成纖維、尤其聚酯纖維。另外，這些合成纖維的該預先定義之組成具有2.5%或更小、尤其1%或更小、進一步尤其0.5%或更小的變化範圍。
根據另一個實施例，該預先定義之組成具有其他合成纖維。另外，這些其他合成纖維的該預先定義之組成具有0.5%或更小、尤其0.1%或更小、進一步尤其0.05%或更小的變化範圍。這些其他合成纖維尤其具有選自由以下項組成之群組中的至少一項：聚醯胺、聚丙烯酸和彈性纖維。
根據另一個實施例，該預先定義之組成具有60%或更多、尤其80%或更多、進一步尤其92.5%或更多的纖維素型纖維。附加地或替代地，該預先定義之組成具有30%或更少、尤其16%或更少、進一步尤其5%或更少的合成纖維、尤其聚酯纖維。
根據另一個實施例，該預先定義之組成具有以下特徵中的至少一項： i) 該預先定義之組成具有4%或更少、尤其1%或更少、進一步尤其0.5%或更少的聚醯胺； ii) 該預先定義之組成具有1%或更少、尤其0.5%或更少、進一步尤其0.1%或更少的聚丙烯酸； iii) 該預先定義之組成具有5%或更少、尤其2.5%或更少、進一步尤其1%或更少的彈性纖維。
根據另一個實施例，反應器設備具有連續蒸煮器。該蒸煮器可以具有以下優點：可以將充分確立且經驗證的技術直接用於所說明之方法。
不同的蒸煮器系統係本領域技術人員已知的，例如潘迪亞(Pandia)、Sprout-Waldron、Escher-Wyss和Kamyr。這些和其他系統可以作為連續蒸煮器直接用於所說明之方法。使用Kamyr蒸煮器例如可以進行硫酸鹽過程或亞硫酸鹽過程，其中在送入區域中110℃的溫度占主導，在中部區域中約140℃的溫度占主導，並且在送出區域中約80℃的溫度占主導。
根據另一個實施例該方法還具有以下步驟：在連續排出之後進行連續的後續過程，尤其漂白過程。其優點是，能夠以靈活的方式將其他的處理過程連接在該處理的下游並且由此同樣可以連續地運行這些處理過程。
連續的後續過程例如可以包括某些清潔步驟或漿液物質(漿料)的乾燥。另外，後續過程可以包括漂白。後者尤其是在為了由經處理的初始物質來製造纖維素型成形體而提供紙漿材料時。可以將去掉或減弱不希望染色的過程稱為漂白。在漂白時使用漂白劑，漂白劑為應至少部分選擇性的氧化性或還原性化合物。例如，漂白劑可以藉由破壞著色物質的生色團來攻擊著色物質。可以使用例如氧氣、臭氧、過氧化氫、氯化合物(例如二氧化氯或次氯酸鹽)但是還可以使用酶作為漂白劑。
該漂白可以具有由以下項組成的組中的至少一項：氧化性漂白、還原性漂白和酶漂白。根據本發明之一個較佳的實施例，漂白可以具有以下步驟：執行酸洗、隨後執行臭氧漂白、再隨後執行過氧化物漂白。藉由漂白可以去除再利用的紡織材料中的染料和其他化學殘餘物質。
根據另一個實施例，由該經處理的初始物質來形成該纖維素型成形體具有選自由以下項組成之群組之方法：溶解性纖維方法，黏膠纖維方法(尤其黃原酸酯方法、胺基甲酸酯方法、或冷鹼方法)，造紙方法。這可以帶來以下優點，即，可以將特別高效且經驗證之方法直接應用於該經處理的初始物質上，以便製造纖維素型成形體。
根據本發明製造的成形體可以例如用作包裝材料、纖維材料、紡織複合材料、纖維複合材料、纖維無紡布、針氈、縫製棉(Polsterwatte)、紡織物、紙漿材料、紙製品、紙、紙板、濾紙、針織物，用作家紡製品如床罩，用作單件服裝，用作填料、起絨材料、醫院紡織品如襯墊、尿片或床墊，用作用於保溫毯、鞋內底以及傷口繃帶的材料。本發明之實施例既可以用在各種不同的技術領域中也可以用在醫藥和美妝保健中。在醫藥中例如可以從確定機械特性的載體和生物相容的覆蓋材料(該覆蓋材料與皮膚和傷口表面特別相容)來構造用於治療傷口和癒合傷口的材料。許多其他的應用也是可行的。
在參照附圖描述示例性實施例之前，應當總結推導本發明之這些示例性實施例所基於的基本構思。
根據一個示例性實施例，在製造適合的舊紡織品混合物(預先定義之組成)時，示例性地以如下方式進行：將具有高比例的棉或纖維素纖維(例如黏膠纖維、溶解性纖維)和合成聚合物纖維部分(例如PP、PET、PA、PUR-TPE)的粗(尚未處理的)舊紡織品混合物藉由粉碎、浮選、選擇性溶解、蒸煮、或其他大規模工業標準過程來進行處理，其中100%去除不希望的成分係非常高耗費的。因此，獲得了以下根據本發明之材料混合物：1) 來自列表(紐扣、鉚釘、夾具、孔眼)的非紡織品添加材料的比例低於0.1%，聚醯胺的比例低於0.1%，PTFE的比例低於0.1%，聚酯(PET)的比例低於30%，聚烯烴(PE且較佳的是PP)的比例低於1%，基於PEG-PUR的TPE的比例低於10%，聚丙烯腈(PAN)的比例低於1%，其餘成分主要為纖維素基紡織品；或者2) 超過60%的纖維素，低於10%的PET、較佳的是低於5%、仍更佳低於2%，低於15%的具有由聚烯烴醚或脂肪族酯形成的軟區段的PUR-TPE(彈性纖維)，低於5%的PA，添加超過0.1%的AO穩定劑以防止所希望的聚合物氧化分解成不希望的寡聚體(這些寡聚體可能引起負面的產品特性，如不穩定的機械性能、脆化、染色傾向等等)。
根據一個示例性實施例，在以材料混合方式製造向NMMO溶液中的共混物時考慮到以下細節：基於以下特徵來選擇提供用於再循環的舊紡織品並且將舊紡織品以適合的方式作為材料混合物的成分來處理並例如送入溶解性纖維過程：a) 縮減為紡織品部分(即去除紐扣、鉚釘、拉鍊、尼龍搭扣、應用件等)；b) 針對性地選擇或確定比例，以便稍後將以下纖維成分的材料流按比例引導到一起：i) 纖維素型纖維：這些纖維是希望的，它們的區別在於分子量並且由此在於NMMO中的溶解度(黏度)、藉由鹼性處理的設定和平衡。在理想狀態下，這些材料組成再生物紡織品的100%。這些材料包括棉、黏膠纖維、溶解性纖維、麻等等；ii) 聚醯胺：在NMMO中不可溶，藉由酸性水解分解。在典型的粗舊紡織品混合物中，羊毛以最多80%、聚醯胺以最多25%包含在某些織物中，這些織物可以藉由分類簡單地選出(套頭衫、「羊毛玩偶」)。不存在藉由選擇性溶解來去除的實際可能性。這些材料包括羊毛、絲、合成聚醯胺PA6和PA6.6(尼龍、貝綸)；iii) 聚酯：在NMMO中不溶，藉由鹼性水解分解，回收酸部分，可以藉由選擇性溶解分離。織物中的再循環比例最高達30%。這些材料包括例如PET和彈性聚酯；iv) 聚烯烴：在NMMO中不溶，藉由水解不能分解，但是藉由選擇性溶解可以分離。在所供應的再循環織物中含量較低(低於1%)。這些材料包括例如作為纖維的PP和作為無紡布中的熱熔膠的PE；v) 其他：PEG-PUR最多5%在NMMO中可溶，在織物中最多10%，PAN在NMMO中不可溶，兩者都可以藉由強酸水解來分解。PTFE：不可溶且不可分解。藉由分類可以控制大部分(例如帶風帽厚夾克……)。這些材料包括例如PEG-PUR(彈性纖維、Lycra、Spandex)、聚丙烯腈(PAN)、PTFE(Goretex)。
根據另一個示例性實施例，將來自初始物質的殘留聚合物用作纖維素之間的黏附增強劑或者用作溶解性纖維成形體之內的熱塑性特性增強劑。這些殘留聚合物基本上保持為惰性的，直至在生產過程中的確定的步驟完成。因此尤其可以實現藉由熱量(類似於熱熔膠)後續地對織物進行增強(例如免熨襯衣、打褶等)。為了製造具有高的形狀穩定性(例如免熨)特性的織物，通常採用高耗費之方法。該方法例如可以是非常高耗費的化學方法的組合。這種處理可以使襯衣看起來長期如新。同樣，所謂的「濕氣交聯」也是可行的，其中在棉纖維素的分子之間建立彈性橋。這些橋使清洗後的物質再次成形。
然而，根據一種實施方式，藉由針對性地控制殘留聚合物(例如來自混合紡織品的彈性纖維的聚胺酯)的部分可以在溶解性纖維中實現一定的熱塑性，這種熱塑性將來自初始物質的殘留聚合物的對應部分經由根據實施例的消耗過程藉由溶解性纖維方法再次返回到溶解性纖維成形體中。
根據一個示例性實施例，藉由預處理舊紡織品混合物，使得最大程度減少了外來材料的後續消耗或者使得所希望的殘餘濃度的設定更容易。在紡織品再循環物中已經存在的無機殘餘成分例如為金屬化合物(主要是金屬氧化物，尤其TiO2 、Al2 O3 、MgO、SiO2 、CeO2 、Mg(OH)2 、Al(OH)3 、ZnO)。這些氧化物的功能化例如適合於為所製造的成形體賦予不同特性(例如防火性、減反射性、殺生物性等)。
根據一個示例性實施例還發現，以下物質係適合的AO：HALS穩定劑，多元酚、尤其烷基化的二酚和三酚，生育酚，寡聚的木質素和沒食子酸酯。其優點是，它們作為用於在NMMO原液中掩蔽重金屬(錯合)已經在使用中經受了檢驗並且其大規模技術的過程掌控是毫無問題的。現在出人意料地發現，在由於其結構(N氧化物)而作為氧化劑其作用的NMMO中這些AO仍然防止聚合物的氧化分解，尤其防止為了相容化而在混合物中必要的彈性纖維的氧化分解。
根據一個示例性實施例，要考慮到如下情況：某些纖維素以外的物質可能以一定量結合到溶解性纖維成形體中。令人驚訝地發現，某些非基於纖維素的殘餘材料可以被看作所希望的助劑，這些助劑幫助將其他非基於纖維素的殘餘材料以增大的量結合到溶解性纖維成形體中。不僅為非纖維素型次要成分而且還是結合助劑的此類材料組為TPE類的塑膠(例如彈性纖維)。所提及的結合效應甚至發展到，能夠將少量(低於2%)的聚醯胺(PA)和聚酯(PET低於2%)同時加工。在再循環物加工過程中，這是一個突出的優點，因為幾乎完全去除所述之聚合物是耗費過高的並且可接受少量殘餘量可以大大簡化再循環物處理，因為這些聚合物本來在紡織品再循環物中也是非常常見的並且被廣泛包含的。藉由彈性纖維在PA-PET和纖維素之間的相容性效應解釋了這種行為。彈性纖維的PUR比例對此起到作用，因為PUR同時既是聚酯又是聚醯胺(R1.NH.CO.O.R2)。此外，由於其典型的醚結構，TPE(如彈性纖維)中的聚伸烷基氧化物部分對負責與纖維素的多糖醚鍵的均勻化/混合。根據本發明，還以多重方式利用這種多重作用：i) 藉由溶解性纖維過程的過程溫度，以適當方式藉由氫橋將彈性纖維與纖維素相連；ii) 這些TPE與聚醯胺的相似性允許結合來自舊材料之典型的纖維聚醯胺(PA6或PA6.6或PA6.10)；iii) 醚結構導致在紡絲過程之前原液的高度均勻化並且由此導致非常好的充分混合(尤其還在化學層面上，因為TPE的醚結構的種類親緣性非常類似於纖維素之醚結構)；以及iv) 這些TPE與聚酯的相似性允許結合來自舊材料之典型纖維聚酯。尤其可以藉由不同舊紡織品組成的混合物來設定適合的再循環物品質並且因此針對性地控制後續的利用。
圖 1 示出根據本發明之示例性實施例的一種用於連續提供(見附圖標記50)經處理的初始物質110之方法之流程圖。首先提供1含纖維素的初始物質101，其中該初始物質為舊紡織品(舊服裝和/或服裝製造的殘餘物)之混合物。該初始物質可以由不同的來源(消費前/消費後)提供並且部分地是不均質的。舊紡織品101不僅具有纖維素而且還部分具有高含量之合成纖維(例如聚酯)。在該提供(見框1)的第一步驟中可以首先藉由切碎對舊紡織品101進行機械粉碎1。由此可以首先從初始物質101中去除大的非纖維素型干擾物質，例如舊服裝的紐扣、縫紉線和印刷物(它們至少部分地用於生產初始物質101)。藉由機械粉碎可以例如將初始物質101分解成單獨纖維。
在另一個步驟中確定舊紡織品的組成(見框2)。這個步驟還可以視需要在粉碎之前進行。組成的確定可以在舊紡織品(再循環)流處連續地進行。為此可以使用各種自動測量技術(例如光學和/或光譜方法)。替代地，受過訓練的加工人員也可以確定組成。另外組成還可以至少部分是預先已知的(例如在來自生產的服裝殘餘物的情況下)。接著可以將所確定的組成(實際值)與額定值(即預先定義之組成)進行比較。
對應於與額定值的偏差，現在可以進行選擇性富集(見框4)和/或選擇性消耗(見框6)。初始物質101係帶有纖維素纖維和合成纖維的舊紡織品混合物。為了實現預先定義之組成，將具有已知組成(已知的組成組分的量)的批次混合，使得混合物最終具有預先定義之組成。上述來自服裝生產的殘餘物(邊角料)係非常適合的，這些邊角料具有大體上已知的組成。另外，可以添加具有已知組成(例如具有非常高棉含量)的舊紡織品，以便提高纖維素含量。另外還可以從初始物質101抽出具有至少部分已知的組成之組成物組分。例如可以針對性地去除具有特別高聚酯含量之運動服裝。此外，可以進行機械分離，例如尤其借助於浮選方法之密度分離，以便例如從纖維素中選擇性地去掉聚酯和/或聚丙烯。在此可以將纖維成分懸浮在液態(水性)介質中。基於在該液態介質中不同的物理特性、尤其不同的受重力作用特性、關於離心力的特性、漂浮特性和/或靜電特性實現將這些非纖維素型纖維與這些纖維素型纖維分離。
然後將具有預先定義之組成之初始物質101連續送入反應設備150(見框10)。初始物質在此被粉碎/切碎並且可以直接作為固體或借助於額外的溶劑送入反應器150。反應器設備105具有連續蒸煮器(消化器)，該蒸煮器驅動連續的蒸煮過程以便處理初始物質(步驟20)。蒸煮過程係酸性的(例如亞硫酸鹽方法)或鹼性的(例如硫酸鹽/牛皮紙方法或直接應用苛性鈉)。在此，初始物質和蒸煮溶液首先分開地送入反應器設備105，然後混合。但是還可以預先混合，使得初始物質101以至少部分溶解在蒸煮溶液中的方式送入反應器設備105。在使用高溫(例如90℃至185℃)和/或高壓(例如1 Bar至21 Bar)的情況下對初始物質101進行處理(見框20)。反應器設備105可以具有輸送蝸桿，以便將初始物質101連續傳送通過蒸煮器。在蒸煮過程期間，塑膠至少部分分解(例如聚酯皂化)。以此方式可以提供消耗掉塑膠之纖維素，還有高純度之纖維素。在蒸煮器的下游可以進行清潔步驟。然後是將經處理的初始物質110連續排出(見框30)。經處理的初始物質110作為(與初始物質相比)濃縮之纖維素存在，視需要仍具有塑膠殘餘物。
經處理的初始物質101可以再經過進一步的(連續的)處理步驟(見框40)。這些處理步驟包括另外的清潔步驟和漂白過程。然後如在框80中所示，將對應純化的具有纖維素之初始物質110送入用於製造纖維素型成形體102之方法。此類方法的一個例子係溶解性纖維方法，該方法將關於圖2和3(見下)詳細說明。所獲得的成形體102(例如作為溶解性纖維紡織品中的纖維或作為紙纖維)可以在使用之後重新再循環(用附圖標記90展示)並且重新添加到含纖維素之初始物質101中。
圖 2 示出根據本發明之示例性實施例的一種用於從經處理的初始物質110製造再生的纖維素型成形體102(參照圖3)之方法之流程圖80。
借助於連續處理過程來提供初始物質110(參照圖1，見框50)。如用框50所示，可以將如此製造的經處理的初始物質110用於後續的溶解性纖維方法或黏膠纖維方法，其中前者在下文中詳細描述。
另外描述了如何能夠根據本發明之實施例基於具有纖維素之初始物質110從纖維素來製造成形體102。為此將初始物質110送入用於執行溶解性纖維方法之裝置(100，見圖3)。首先進行經處理的初始物質110之視需要的準備(步驟62)，例如清潔或粉碎。
還可以(見框64)將具有纖維素之初始物質110與其他具有纖維素的材料一起用於後續的溶解性纖維方法。因此可以將初始物質110與另外的初始物質混合，該另外的初始物質具有纖維素和至少一種合成塑膠，見框64。所送入的這種另外的初始物質具有合成塑膠比例，該合成塑膠比例與初始物質110中的合成塑膠比例不同。再生的纖維素型成形體的生產現在可以基於初始物質110和該另外的初始物質來實施，使得再生的纖維素型成形體102包含預先確定之合成塑膠比例。替代地或補充地，該另外的初始物質例如還可以具有來自服裝製造之殘餘物。
直接在準備62之後或直接在混合64之後，(純的或混合的)初始物質110在另外的溶劑116(例如三級胺氧化物，如N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO))中的直接溶解68有利地可以在沒有化學預處理之情況下進行。更準確地說，機械粉碎的(且視需要混合的)初始物質110尤其可以在沒有化學提純且沒有調節黏度的情況下直接轉移到溶液中。以此方式可以異常簡單和快速且環保地進行製造或再循環方法。
替代地，在準備62之後(或者在混合64之後)並且在溶解68之前，該方法可以具有對初始物質110的視需要的化學提純66。這樣的視需要的提純66可以例如具有以下步驟：藉由漂白至少部分地去除染料。由此可行的是，在初始物質110後續溶解68在溶劑116中之前，將初始物質110完全或部分地脫色，例如以便製造白色或灰色的成形體102。替代地或補充地還可行的是，在對初始物質110進行視需要的化學提純66(在其溶解68之前或之後)的範圍內至少部分排除使初始物質110的纖維交聯之交聯劑。在初始物質110的纖維之間存在這種交聯劑的應用中，初始物質110可以例如借助於鹼性或酸性的預處理而完全或部分排除這些交聯劑。這額外地改進了初始物質110的可溶性。借助於提純66可以視需要將合成塑膠的至少一部分去除(如果這是所希望的話)。例如能以此方式在調節或影響在所製造的成形體102中的合成塑膠的比例。
在將初始物質110溶解68在溶劑(較佳的是NMMO)中之後，可以將所獲得的溶解性纖維紡絲溶液104擠壓穿過一個或多個紡絲噴頭，由此產生蜜狀的黏度的紗線或單絲(見框70，其涉及這種紡絲)。
在這些紗線或單絲下落期間和/或之後，使其與水性環境有效作用並且由此稀釋。紗線或單絲的溶劑116的濃度由此在水霧中或水性的液體浴中降低到使得溶解性纖維紡絲溶液轉化為由纖維素單絲形成的固相。換言之，產生了纖維素單絲的沈澱、沈降或凝固，見附圖標記72。由此獲得了成形體102的預成形件。
另外，該方法可以具有：將沈澱的溶解性纖維-纖維素後續加工74以從成形體110的預成形件獲得成形體102。這樣的後續加工例如可以包括乾燥、浸漬和/或將所獲得的單絲再成形為最終的成形體102。例如成形體102可以藉由所描述的製造方法加工成纖維、膜、織物、無紡布、球體、多孔海綿或珠並且然後送到另外的使用過程中(參照附圖標記76)。
有利地，在使用成形體102之後可以重新回收其纖維素和視需要之合成塑膠，其方式為執行對應於附圖標記50與74之間之方法步驟的另外之方法(見框90)。替代地，可以將成形體102的纖維素和視需要的另外的合成塑膠在另一種方法、例如黏膠纖維方法中回收。
圖 3 示出裝置100，該裝置用於連續提供經處理的具有纖維素之初始物質110並且用於借助於溶解性纖維方法根據本發明之示例性實施例基於初始物質110來製造再生的纖維素型成形體102，該方法已經參照圖1和2進行了說明。
即，圖3示出了根據本發明之示例性實施例的用於製造具有纖維素的成形體102的裝置100，例如能以無紡布(非紡織物)的形式作為纖維、膜、球體、布料織物、海綿或者以珠或片的形式來製造該成形體。根據圖3，從紡絲溶液104直接製造成形體102。紡絲溶液借助於凝固流體106(尤其水分)和/或凝固浴191(例如水浴，視需要具有三級胺氧化物，例如N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO))轉化為作為成形體102的纖維素纖維108。借助於裝置100可以實施溶解性纖維方法。以此方式可以例如以離散的長度來製造基本上環狀的單絲或纖維108或者基本上環狀的單絲和纖維108的混合物作為成形體102。提供了分別具有一個或多個開口126(也可以稱為紡絲孔)的多個噴頭，以便將溶解性纖維紡絲溶液104擠出。
如可以從圖3得出的，可以藉由計量裝置113向儲箱114將基於纖維素的初始物質110送入溶解性纖維方法80。初始物質110是已經在連續處理方法50中收穫的經處理的初始物質110(見上圖1)。
為此將具有預先定義之組成的具有纖維素之初始物質101(即舊紡織品)連續送入到反應器設備105(見10)。在該反應器設備105中連續處理(見20)具有纖維素之初始物質101，以便獲得經處理的具有纖維素之初始物質110。然後將經處理的具有纖維素之初始物質110從反應器設備105連續排出。另外，使經處理的具有纖維素之初始物質110經受連續的漂白過程(見40)。
根據一個實施例，基於纖維素的初始物質110中的水輸入可以藉由在下文詳細說明之溶劑116(尤其NMMO)來進行。基於纖維素的初始物質110自身還可以已經包含一定的殘餘水分(乾燥的漿料例如通常具有5重量百分比至8重量百分比的殘餘水分)。尤其可以根據所描述的實施例將初始物質110在沒有預潤濕的情況下直接加入到由水和溶劑116形成的混合物中。於是可以省略在圖3中所示之視需要的水容器112。
根據一個替代性的實施例，具有纖維素之初始物質110可以額外地被潤濕，以便由此提供潮濕纖維素。為此目的，可以從視需要的水容器112將水藉由計量裝置113送入儲箱114。因此計量裝置113可以借助於控制裝置140受控地將可調節的相對量的水和初始物質110送入儲箱114。
在溶劑容器中包含適合的溶劑116、較佳的是三級胺氧化劑例如N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO)或者溶劑116的水性化合物、例如NMMO在水中的76%的溶液。溶劑116的濃度可以在濃縮裝置118中藉由添加純溶劑或水來調節。溶劑116然後可以與具有可限定的相對量的初始物質110在混合單元119中混合。也可以借助於控制單元140來控制混合單元119。由此將具有纖維素之初始物質110溶解裝置120中以可調節的相對量溶解在濃縮的溶劑116中，由此獲得溶解性纖維紡絲溶液104。可以如熟悉該項技術者已知地來適當地設定在溶解性纖維方法之後初始物質110、水和溶劑116等成分在紡絲溶液104中用於製造纖維素型再生成形體的相對濃度範圍(也稱為紡絲窗口)。
將溶解性纖維紡絲溶液104送入纖維生產裝置124(該裝置可以形成為具有多個噴頭條或噴射器122)。
當溶解性纖維紡絲溶液104被引導穿過噴射器122的開口126時，該紡絲溶液被分成由溶解性纖維紡絲溶液104形成的多條平行的紗線。所描述的過程導向將溶解性纖維紡絲溶液104轉變成長度增大的且薄的紗線，其特性可以如下地調節：藉由對應地調節過程條件而被控制單元140控制。溶解性纖維紡絲溶液104可以視需要在其從開口126到纖維接收單元132的路徑上加速。
在溶解性纖維紡絲溶液104已經穿過噴射器122並且進一步向下移動時，溶解性纖維紡絲溶液104的長且薄的紗線與凝固流體106相互作用。
在與凝固流體106(例如水)交互作用時，溶解性纖維紡絲溶液104的溶劑濃度降低，使得初始物質110的纖維素至少部分作為長且薄的纖維素纖維108(這些纖維素纖維可以總是仍然包含溶劑和水的殘餘物)凝固或沈澱。
在來自擠出的溶解性纖維紡絲溶液104的單獨纖維素纖維108的初始形成期間或之後，將纖維素纖維108接收在纖維接收單元132處。可以將纖維素纖維108浸入到圖3中所示的凝固浴191中(例如水浴，視需要具有如NMMO的溶劑)並且可以在與凝固浴191的液體交互作用時完成其沈澱。取決於凝固的過程條件，纖維素可以形成纖維素纖維108(如所展示的，其中纖維素纖維108可以單物質地或整體互相熔融(「混融」)或者可以作為分離的纖維素纖維108存在)或者可以在纖維接收單元132處形成纖維素膜或薄膜(在圖3中未展示)。
即，纖維素纖維108從噴射器122的紡絲噴頭擠出並且被引導穿過紡絲浴或凝固浴191(例如包含水和低濃度的NMMO，以便沈澱/凝固)，在此纖維素纖維108圍繞相應的轉向輥193在凝固浴191中被引導並且在凝固浴191之外被送入抽取導絲器(Abzugsgalette)195。抽取導絲器195負責進一步運輸並且後續拉伸纖維素纖維108，以便實現所希望的纖度。在抽取導絲器195之後，在清洗單元180中清洗由纖維素纖維108形成的纖維束、在適當時進行精製(aviviert)且最後進行切割(未示出)。
雖然這在圖3中沒有展示，但溶解性纖維紡絲溶液104的溶劑116(該溶劑在凝固時以及後續在清洗單元180中清洗時已經從纖維素纖維108中去除)可以至少部分地回收或再循環並且在後續的循環中再次被轉移到儲箱114中。
在沿著纖維接收單元132運輸期間，成形體102(在此呈纖維素纖維108的形式)可以借助於清洗單元180來清洗，其方式為將用於去除溶劑殘餘物的清洗液體送入清洗單元。然後可以將成形體102乾燥。
成形體102另外可以經受後處理，見示意性展示的後處理單元134。例如此類的後處理可以具有：水力纏繞(Hydroverschlingung)、針處理、浸漬、用低壓送入的蒸氣進行的蒸氣處理和/或壓延等等。
纖維接收單元132可以將成形體102送入卷取裝置136，成形體102可以卷取在該卷取裝置處。成形體102然後可以作為卷製品送入一個實體，該實體基於成形體102來製造例如擦拭布或紡織品的產品。
圖 4 以橫截面示出借助於溶解性纖維方法製造之纖維素纖維200。借助於溶解性纖維方法製造的纖維素纖維200具有平滑的圓形外面202並且均勻且不含大孔地用纖維素材料填充。因此熟悉該項技術者可以將其明確地與借助於黏膠纖維方法製造的纖維素纖維(見圖5中的附圖標記204)以及來自棉花植物的纖維素纖維(見圖6中的附圖標記206)區分開。
圖 5 以橫截面示出借助於黏膠纖維方法製造之纖維素纖維204。纖維素纖維204是絮狀的並且沿著其外周邊具有多個弧形結構208。
圖 6 以橫截面示出來自棉花植物之天然纖維素纖維206。纖維素纖維206是腎形的並且在內部具有無材料的空腔210(作為完全被環繞的空間)。
借助於根據圖4至圖6的纖維素的明顯之幾何形狀或結構區別，熟悉該項技術者可以例如在顯微鏡下無疑義地確定纖維素纖維是借助於溶解性纖維方法、借助於黏膠纖維方法還是天然在棉花植物中形成的。
對此要補充說明的是，「具有」不排除其他元件或步驟並且「一個/一種」不排除複數。另外要注意的是，已經參照上述實施例之一描述的特徵或步驟也可以與其他上述實施例的其他特徵或步驟組合使用。申請專利範圍中的附圖標記不應看作是限制。
100:裝置 101:初始物質、舊紡織品 102:成形體 104:紡絲溶液 105:反應器設備 106:凝固流體 108:纖維 110:初始物質 112:水容器 113:計量裝置 114:儲箱 116:溶劑 118:濃縮裝置 119:混合單元 120:溶解裝置 122:噴射器 124:纖維生產裝置 126:開口 132:纖維接收單元 134:後處理單元 136:卷取裝置 140:控制裝置、控制單元 150:反應設備、反應器 180:清洗單元 191:凝固浴 193:轉向輥 195:抽取導絲器 200:纖維素纖維 202:圓形外面 204:纖維素纖維 206:纖維素纖維 208:弧形結構 210:空腔 10:框 20:框 30:框 40:框 50:框、處理方法 62:準備 64:框、混合 66:提純 68:溶解 70:框 72:沈澱、沈降、凝固 74:後續加工 76:使用過程 80:框、溶解性纖維方法、流程圖 90:框、再循環 1:提供 2:確定舊紡織品的組成 4:富集 6:消耗
在下文中將參照附圖詳細說明本發明之示例性實施例。
[圖1]示出根據本發明之示例性實施例的一種用於連續提供經處理的初始物質之方法之流程圖。
[圖2]示出從經處理的具有纖維素之初始物質來製造根據本發明之示例性實施例的一種用於由該經處理的初始物質來製造再生的纖維素型成形體之方法之流程圖。
[圖3]示出根據本發明之示例性實施例的一種用於提供該經處理的初始物質並且用於借助於溶解性纖維方法由該經處理的初始物質來製造再生的纖維素型成形體之裝置。
[圖4]示出借助於溶解性纖維方法製造之纖維素纖維。
[圖5]示出借助於黏膠纖維方法製造之纖維素纖維。
[圖6]示出來自棉花植物之天然纖維素纖維。
在不同的附圖中相同或類似的部件設置有相同附圖標記。
1:提供
2:確定舊紡織品的組成
4:富集
6:消耗
10:框
20:框
30:框
40:框
50:框、處理方法
80:框、溶解性纖維方法、流程圖
90:框、再循環
101:初始物質、舊紡織品
102:成形體
110:初始物質

Claims (15)

  1. 一種用於連續提供經處理的具有纖維素之初始物質(110)之方法，該初始物質尤其為用於製造纖維素型成形體(102)的初始物質(110)，其中該方法具有以下步驟： 向反應器設備(105)送入(10)具有預先定義之組成的具有纖維素之初始物質(101)； 在該反應器設備(105)中連續處理(20)該具有纖維素之初始物質(101)，以便獲得經處理的具有纖維素之初始物質(110)；以及 將該經處理的具有纖維素之初始物質(110)從該反應器設備(105)中排出(30)。
  2. 如請求項1所述之方法， 其中該具有纖維素之初始物質(101)完全或部分地具有來自服裝製造的殘餘物和/或舊服裝。
  3. 如請求項1或2所述之方法，還具有以下步驟： 設定(2)該預先定義之組成，其中該設定(2)具有以下步驟： 選擇性地富集(4)至少一種組成組分和/或 選擇性地消耗(6)至少一種組成組分。
  4. 如以上請求項中任一項所述之方法，其中該連續處理(20)還具有以下步驟： 進行連續的蒸煮過程，尤其在使用鹼性蒸煮溶液情況下，進一步尤其在使用含氫氧化鈉的蒸煮溶液情況下。
  5. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該預先定義之組成具有纖維素型纖維，並且其中這些纖維素型纖維的該預先定義之組成具有2.5%或更小、尤其1%或更小、進一步尤其0.5%或更小的變化範圍。
  6. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該預先定義之組成具有合成纖維、尤其聚酯纖維，並且 其中這些合成纖維的該預先定義之組成具有2.5%或更小、尤其1%或更小、進一步尤其0.5%或更小的變化範圍。
  7. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該預先定義之組成具有其他合成纖維，並且 其中這些其他合成纖維的該預先定義之組成具有0.5%或更小、尤其0.1%或更小、進一步尤其0.05%或更小的變化範圍； 尤其其中這些其他合成纖維具有選自由以下項組成之群組中的至少一項：聚醯胺、聚丙烯酸和彈性纖維。
  8. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該預先定義之組成具有60%或更多、尤其80%或更多、進一步尤其92.5%或更多的纖維素型纖維，和/或 其中該預先定義之組成具有30%或更少、尤其16%或更少、進一步尤其5%或更少的合成纖維、尤其聚酯纖維。
  9. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該預先定義之組成具有以下特徵中的至少一種： 其中該預先定義之組成具有4%或更少、尤其1%或更少、進一步尤其0.5%或更少的聚醯胺； 其中該預先定義之組成具有1%或更少、尤其0.5%或更少、進一步尤其0.1%或更少的聚丙烯酸； 其中該預先定義之組成具有5%或更少、尤其2.5%或更少、進一步尤其1%或更少的彈性纖維。
  10. 如以上請求項中任一項所述之方法， 其中該反應器設備(105)具有連續蒸煮器、尤其潘迪亞蒸煮器。
  11. 如以上請求項中任一項所述之方法，還具有以下步驟： 在連續排出(30)之後進行連續的後續過程(40)，尤其漂白過程。
  12. 一種用於製造尤其再生的纖維素型成形體(102)之方法，該方法具有以下步驟： 如以上請求項中任一項提供(50)經處理的具有纖維素之初始物質(110)；以及 由該經處理的具有纖維素之初始物質(110)形成(80)該纖維素型成形體(102)。
  13. 如請求項12所述之方法， 其中由該經處理的初始物質(110)形成(80)該纖維素型成形體(101)具有選自由以下項組成之群組之方法：溶解性纖維方法，黏膠纖維方法，尤其胺基甲酸酯方法或冷鹼方法，造紙方法。
  14. 如請求項12或13所述之方法， 其中該尤其再生的纖維素型成形體(102)選自由以下項組成之群組：單絲，纖維，箔，海綿，微球，珠，紙漿材料。
  15. 連續蒸煮組件(105)用於連續處理具有纖維素之初始物質(101)、尤其舊紡織品的用途，該初始物質具有預先定義之組成。
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