TWI715915B - 在溶解性纖維方法中的外來物質之功能化 - Google Patents

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Abstract

一種用於製造再生的纖維素型成形體(102)之方法，該方法具有以下步驟：送入(52)具有纖維素和至少一種外來物質的初始物質(110)；將該初始物質(110)的至少一部分與該至少一種外來物質的至少一部分一起轉移到紡絲物料中，該紡絲物料另外包含溶劑(116)，以便將該初始物質(110)的纖維素的至少一部分溶解(54)在該溶劑(116)中；以及將該紡絲物料擠出(70)成為該成形體(102)並且隨後在紡絲浴(191)中沈澱(56)，由此獲得該成形體(102)，其中該成形體(102)具有纖維素以及該至少一種外來物質的至少一部分。

Description

在溶解性纖維方法中的外來物質之功能化
本發明涉及一種用於製造再生的纖維素型成形體之方法以及用途。
借助於被稱為黏膠纖維方法的濕紡方法來製造的化學纖維或再生纖維被稱為黏膠纖維(Viskosefasern)。黏膠纖維方法的初始原料係基於木材提供的纖維素。從這種木材初始原料獲得了呈化學漿料形式的高純度纖維素。在彼此相繼的製程階段中，首先用苛性鈉來處理漿料，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。藉由進一步添加苛性鈉從中產生了黏膠纖維紡絲溶液，該紡絲溶液通過噴嘴狀紡絲噴頭的孔被泵送到紡絲浴中。在那裡，通過每個紡絲噴頭孔的凝固產生了黏膠纖維單絲。如此製造的黏膠纖維單絲隨後被切割成黏膠纖維截短纖維。
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。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溶液的浴中的氣隙時沈澱並且隨後被切割成截短纖維。
無論在溶解性纖維方法中還是在黏膠纖維方法中，無殘留地去除外來物質都是複雜的。
本發明之目的係以高效的方式製造具有可靈活調節的功能的纖維素產品。
這個目的藉由獨立申請專利範圍的主題實現。較佳的設計由從屬申請專利範圍得出。
根據本發明的一個實施例，創造了一種用於製造再生的纖維素型成形體之方法，其中該方法具有以下步驟：送入具有纖維素和至少一種外來物質的初始物質；將該初始物質的至少一部分與該至少一種外來物質的至少一部分一起轉移到紡絲物料中，該紡絲物料另外包含溶劑，以便將該初始物質的纖維素的至少一部分溶解在該溶劑中；以及將該紡絲物料擠出成為該成形體並且隨後在紡絲浴(或者凝固浴)中沈澱，由此獲得該成形體，其中該成形體具有纖維素以及該至少一種外來物質的至少一部分。
根據本發明的一個實施例，創造了一種用於製造具有纖維素的成形體之方法，其中在該方法中，將具有纖維素和至少一種(尤其非纖維素型的)外來物質送入，將該初始物質的至少一部分與該至少一種外來物質的至少一部分一起轉移到溶劑中，以便由此將該初始物質的纖維素的至少一部分(尤其直接)溶解在該溶劑中(尤其藉由在沒有化學改性的情況下除水)，並且隨後藉由稀釋該至少部分溶解的初始物質使該纖維素的至少一部分沈澱，由此獲得該成形體(例如氈或非織布)或者獲得該成形體的預成形件，其中該成形體或該預成形件具有該初始物質的纖維素和該至少一種外來物質的至少一部分(尤其用於提供該成形體或該預成形件的功能)。
根據另一個實施例，將具有纖維素和至少一種外來物質的初始物質用於借助於溶解性纖維方法來製造成形體，其中該成形體包含纖維素以及該至少一種外來物質的至少一部分。
在本申請的範圍內，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)。纖維素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，例如作為耐撕裂的纖維。
在本申請的範圍內，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的方法的結果。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、黏膠纖維成形體或莫代爾纖維成形體。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之過程參數，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的數量)。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)”)形成的紡黏非織布。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)紡織的平面結構，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。氈或非織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)的結構，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的結構，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。所述的成形體可以根據示例性實施例用於例如製造絲線、紡織物、凝膠或複合材料。
在本申請的範圍內，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的方法。對於溶解性纖維方法，纖維素可以從包含這種纖維素的初始物質中獲得。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。
在本申請的範圍內，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的方法。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。在黏結纖維方法中，在彼此相繼的製程階段中，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)來產生黏結纖維紡絲溶液，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結纖維單絲。
在本申請的範圍內，術語“外來物質”可以尤其理解為至少一種非纖維素型的材料，該材料附加於纖維素之外保留在所製造的成形體中(尤其累積和/或嵌入到纖維素纖維中和/或排列在纖維素纖維之間)。在此可以涉及如下的外來物質濃度或量：該濃度或量高於非纖維素型物質在成形體中的(如由熟悉該項技術者理解的)不可避免的最小痕量殘留。該一種或多種外來物質可以尤其至少部分為保留在該成形體中的非纖維素型纖維，例如(例如由聚酯和/或彈性纖維形成的)合成塑膠的纖維。保留在成形體中的該至少一種外來物質可以替代地或補充地包含已經包含在用於製造成形體的初始物質中的其他組成成分，例如紐扣或縫紉線的殘餘物或源自初始物質的染料。在此保留在成形體中的該一種或多種外來物質的濃度或量尤其可以選擇為高於如下值：藉由在執行用於製造成形體的製造方法期間用於除去此類外來物質的方法不可避免地作為痕量保留在成形體中。換言之，源自初始物質並且保留在成形體中的該一種或多種外來物質以相對於不可避免的殘餘量有意地提高的量留存在成形體中。保留在成形體中的該一種或多種外來物質的量可以選擇為，使得保留在成形體中的該至少一種外來物質在那裡以如下的濃度或量存在，使得其在成形體或由此製造的產品的使用中在功能方面表現為，提供在沒有相應外來物質的情況下成形體或由此製造的產品無法實現的功能。
根據本發明的示例性實施例借助於溶解性纖維方法將初始物質轉化為具有纖維素的成形體。但是此外在這種製造方法期間有意地將一種或多種此類外來物質的至少一部分保持在包含至少一種(較佳的是已經存在於初始物質中的)外來物質的成形體中。在常規情況下努力去除外來物質直到技術上絕對可實現的最小值，而本發明的示例性實施例在此方面完成了範式轉換並且在製造完成的成形體或由此借助於進一步加工製造產品中有意地留存一定濃度的至少一種外來物質，以便用這至少一種外來物質來在成形體或產品中影響、引起或促成相關的功能。換言之，根據示例性實施例的方法導向有利地被調整為：在成形體或由此製造的產品中保留了該至少一種外來物質的足夠的殘餘濃度(高於在技術上可實現的最小濃度)。由此可以實現成形體或產品的額外功能，在沒有外來物質的情況下不會或不會以此種程度實現該額外功能。以此方式可以將簡單的方法導向與所製造的纖維素成形體的改進的功能性相組合。由於不需要採取高耗費的技術措施來使外來物質濃度達到技術上絕對可實現的最小值，產生了經簡化的製造方法。提高的功能性可以如下實現：在所製造的成形體中的一種或多種外來物質為成形體或由此製造的產品賦予另外的功能或者增強此類功能，該功能在沒有足夠高的外來物質濃度的情況下無法實現。示例性實施例此外擴展了用於溶解性纖維方法的初始物質的應用可能性，其方式為：除了常規手段之外，對於溶解性纖維方法現在還可以考慮具有明顯的非纖維素型外來物質量的初始物質。例如還可以使用消費後舊服裝，這些舊服裝已經被消費者使用過並且除纖維素之外可能以高濃度包含許多外來物質。根據一個實施例，不必要將所有高量值的外來物質從此類初始物質中去除，因為根據一個實施例可以將此類外來物質的至少一部分留存在所製造的成形體中以將成形體功能化。由此改進了纖維素型廢棄物的可再利用性並且藉由可再利用的初始物質改進了可持續發展的處理方式。
下面將進一步描述該方法和用途的另外的實施例。
根據一個實施例，該紡絲浴尤其包含由水和溶劑形成的混合物。所擠出的紡絲物料在紡絲浴中凝固，因為溶劑的含量很小並且由此纖維素從溶劑中的窄小的溶解度視窗中沈澱。成形體例如可以為纖維、膜或微珠。然後可以從成形體製造例如絲線、布料等的產品。
根據一個實施例，可以藉由在該紡絲浴中用水性環境來稀釋溶解在該紡絲物料中的初始物質來促成該沈澱。該紡絲浴尤其可以為水浴，更尤其為基本上由水組成或由水和溶劑(尤其NMMO)的混合物組成的紡絲浴。明顯地，在溶解性纖維方法中藉由水(尤其具有水和視需要的溶劑的液體浴)以如下程度降低已經溶解了纖維素的溶劑的濃度，使得所獲得的經稀釋的溶液降低到纖維素的溶解度極限以下並且由此使纖維素沈澱或沈積。凝固介質(即尤其水浴)可以基本上為純水或者可以設置有溶劑。
根據一個實施例，該方法可以具有以下步驟：最多部分地或確切地說部分地去除(即，去除一部分而另一部分保留)該至少一種外來物質中的至少一種。更確切地說，該方法可以具有以下步驟：(尤其在該沈澱之前、更尤其在該溶解之前)藉由將該至少一種外來物質的僅恰恰一部分與該初始物質的纖維素分離而僅恰恰部分地去除該至少一種外來物質中的至少一種。根據一個此類的實施例，在溶解性纖維方法期間的方法導向如此設定，使得有意地不從初始物質中將全部可去除的外來物質量去除以由此製造纖維素型的成形體，而是替代於此進行製造裝置的過程參數的設定，使得該初始物質的多於不可避免的痕量的外來物質保留在所製造的成形體中。例如可以完全或部分省去用於去除外來物質的某些工序，例如在沒有用於去除染料的漂白步驟的情況下進行製造方法。另外還可能的是將在紡絲之前過濾溶解性纖維紡絲溶液且由此部分排除外來物質的過濾器設計為(尤其將過濾器中的開口確定大小為)，使得在溶解性紡絲溶液中並且因而在製造完成的成形體中保留一定量的外來物質(例如具有小於過濾器攔截的紡絲噴頭顆粒的極限大小的大小的外來物質)。此外，例如可能的是，完全省去用於分離某些外來物質的分離步驟的執行或者以受限或縮減的方式執行此類分離步驟。以此方式在所製造的成形體中保留了具有可調節的額定濃度的一種或多種外來物質(尤其高於不可避免的最低濃度)。
根據一個實施例，該初始物質可以具有待再利用的纖維素源或者由該纖維素源組成，尤其完全或部分由來自服裝製造的殘餘物和/或由舊服裝形成。在本申請的範圍內，術語“纖維素源”可以尤其理解為一種介質(尤其固體介質)，該介質作為用於製造具有纖維素的成形體在對應的製造方法期間提供用於此目的的纖維素材料。實例係木材或木漿。因為根據一個示例性實施例在所製造的成形體中有意使用了一定量的至少一種外來物質以提供所製造的成形體的額外功能，所以可以增大用於溶解性纖維方法的初始物質的範圍。即，如下的初始物質也可以進入溶解性纖維方法中：這些初始物質不是首次從天然資源(如木材)中取出的，而是起源自已經使用過的產品。在此方面特別有利的是使用被消費者用過之後的消費後舊服裝，因為此類舊服裝一方面具有較大的可再利用纖維素儲備且另一方面具有可功能化的外來物質(例如合成塑膠，如聚酯或彈性纖維、染料等)。
在本申請的範圍內，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的方法期間出現。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的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。
在本申請的範圍內，術語“舊服裝”可以尤其理解為具有纖維素的單件服裝，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的初始物質，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%聚氨酯的質量比例。
根據一個實施例，該至少一種外來物質可以具有由以下項組成的組中的至少一項：染料，光學增亮劑，消光劑(尤其TiO2 )以及抗微生物劑(尤其氧化鋅)。如果將已經包含在初始物質中的染料保留在成形體中，則所製造的成形體的另外的染色係不必要的。已經包含在初始物質中的光學增亮劑同樣可以在所製造的成形體中再利用，從而在此方面還可以提高再循環程度。同樣可以將抗微生物劑如氧化鋅從初始物質轉移到製造完成的成形體中，並且抗微生物劑在那裡可以抑制或甚至消除不希望的細菌等等的生長。這尤其對於將所製造的成形體用於如下產品而言是有利的：這些產品可能與使用者的身體進行接觸(例如可再利用的單件服裝或醫療產品以及美妝製品)。
根據一個實施例，該至少一種外來物質可以具有彈性纖維，該彈性纖維在該纖維素的溶解期間同樣至少部分被溶解。彈性纖維應用於許多紡織品、尤其服裝、更尤其舊服裝，並且可以作為外來物質有意地被留存在具有纖維素的成形體中。已經證實有用的是，彈性纖維在再循環的纖維素成形體中不以任何方式造成干擾並且因此當製造成形體時無須複雜地將其直至最大可實現限度地從初始物質中取出。甚至有可能藉由留存纖維素型成形體中的彈性纖維而為成形體賦予一定的彈性。以此方式還可以製造具有彈性特性的成形體。
根據一個實施例，該至少一種外來物質可以具有聚酯，當該初始物質被溶解、尤其被沈澱時，該聚酯至少部分留存在該初始物質中。聚酯係一種通常存在於消費後舊服裝中的外來物質。根據一個示例性實施例，該聚酯的至少一部分可以保留在所製造的纖維素成形體中。明顯地，聚酯在成形體中的這種殘餘物類似於熱熔膠來起作用並且在機械上增強由纖維素形成的纖維織物或纖維非織布。由此可以藉由在纖維素成形體中至少部分地留存聚酯來創造機械上特別穩健的纖維素材料，該纖維素材料由此還可以具有熱塑性特性。即，根據一個此類實施例，在所製造的成形體的提高的機械穩健性或穩定性方面可以看到藉由該外來物質提供的額外功能。
根據一個實施例，該方法可以具有以下步驟：在該沈澱之前、尤其在該溶解之前，從該初始物質中至少部分地去除非纖維素型的纖維。這樣的纖維可以被完全去除或者部分留存在成形體中。尤其待再利用的消費後舊服裝通常具有大量的纖維，這些纖維不是由纖維素形成的。其實例為聚酯纖維。藉由根據一個示例性實施例在用於製造纖維素成形體(尤其纖維素纖維)的方法期間除了纖維素纖維之外將此類纖維作為混合纖維進行保留，可以完全或部分省略分離方法並且可以獲得具有由纖維素纖維和合成纖維形成的混合特性的成形體。此類非纖維素型的纖維有利地可以部分地在用於製造成形體的方法中被去除並且另一部分留存在其中。藉由這種措施可以在使用者方面調節以可調節的量保留在成形體中的至少一種外來物質的功能性。
根據一個實施例，該方法可以具有以下步驟：從該初始物質中至少部分、尤其完全地去除金屬。在該初始物質中包含的任何金屬都可以有利地從其中完全或部分地去除，例如以便避免在與使用者的皮膚接觸時(例如鎳)的過敏反應。但是替代地也可以在成形體中留存一種或多種金屬。因此例如來自初始物質的銀可以在再利用的成形體中展現抗微生物效果。為了調整保留在成形體中的該至少一種外來物質的功能性的程度，可以將金屬的一部分作為外來物質從初始物質中去除。
根據一個實施例，在該方法中可以在不進行漂白工序的情況下製造該具有纖維的成形體。藉由省去執行漂白工序，同樣可以將初始物質中的染料送入到再利用過程並且由此提高再循環率。這改進了在執行溶解性纖維方法期間的可持續性和資源效率。當省略漂白方法時，可以有利地視需要將初始物質預分類成不同的顏色組。
根據一個實施例，在該溶解之前將該初始物質按顏色預分類成多個顏色組並且(例如在相應的填料中)僅將同一個顏色組的初始物質分別溶解。藉由對初始物質預分類、尤其對舊服裝和/或來自服裝製造的殘餘物預分類，可以使與相應顏色組相關的相應初始物質在至少部分保留其染料的情況下被送入溶解性纖維方法中並且留存在所製造的成形體中。於是例如可以將初始物質分成紅、綠、藍、黃、黑、白和其餘顏色的顏色組。作為這種預分類的結果，所獲得的成形體不是以相同的灰色或棕色色調來獲得，而是可以具有與經分類的顏色色調對應或至少接近的顏色色調。按顏色組將初始物質預分類可以是全自動實現的，例如基於所送入的初始物質的光學識別和對應進行的機器控制的分類。作為預分類的結果，包含在初始物質中的染料不再被看作是干擾性的外來物質，而是可以為所製造的成形體賦予相應著色的功能。
根據一個實施例，處於成形體中或預成形件中的至少一種外來物質(尤其成形體或預成形件中的非纖維素型外來物質的總量)的比例為，分別相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.01重量百分比、尤其至少0.1重量百分比、更尤其至少1重量百分比、仍更尤其至少10重量百分比。所述的一種或多種外來物質在成形體中的重量百分比範圍可以對於在本文中描述的外來物質(尤其染料、合成塑膠如聚酯或彈性纖維、抗微生物物質如氧化鋅或銀、光學增亮劑、非纖維素型的外來纖維等等)中的每一種單獨地或共同地留存在成形體中。藉由所述的數值能夠實現用該一種或多種外來物質對成形體的充分的功能化。
作為源自初始物質的外來物質而處於成形體或預成形件中的聚酯的比例尤其可以為，相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.001重量百分比、尤其至少0.01重量百分比、更尤其至少1重量百分比。替代地或補充地，作為外來物質而處於成形體或預成形件中的源自初始物質的彈性纖維的比例可以為，相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.001重量百分比、尤其至少0.01重量百分比、更尤其至少1重量百分比。替代地或補充地，作為外來物質而處於成形體或預成形件中的源自初始物質的染料(尤其牛仔布料的靛青染料)的比例可以為，相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.001重量百分比、尤其至少0.01重量百分比、更尤其至少1重量百分比。替代地或補充地，作為外來物質而處於成形體或預成形件中的源自初始物質的金屬氧化物的比例可以為，相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.001重量百分比、尤其至少0.01重量百分比、更尤其至少1重量百分比。替代地或補充地，作為外來物質而處於成形體或預成形件中的源自初始物質的抗微生物物質的比例可以為，相對於成形體或預成形件的總重量，至少0.001重量百分比、尤其至少0.01重量百分比、更尤其至少1重量百分比。根據一個示例性實施例，在紡絲之後溶解性纖維可以例如具有0.004重量百分比至0.01重量百分比或更多的雜質。
根據一個實施例，該方法可以具有以下步驟：在將該初始物質溶解在該溶劑中之前，將該初始物質粉碎、尤其機械粉碎、更尤其切碎。例如可以藉由粉碎來將初始物質的大小減小到纖維大小。尤其如此加工的初始物質還可以在沒有化學預處理的情況下直接轉移到溶液中，以便產生高黏度的紡絲物料。
根據一個實施例，該初始物質可以在其沈澱之前(較佳的是在其溶解之前)至少部分地排除使初始物質的纖維交聯的交聯劑。這可以例如借助於鹼性或酸性預處理來進行，尤其依賴於存在的交聯劑的類型。溶解性纖維係可以與分子交聯的用於纖維化的(fibrillierende)纖維。對應的交聯劑可能產生干擾，因為它可以降低溶解性纖維-纖維素在溶解性纖維溶劑中的溶解度。以預處理的方式(例如借助於執行鹼性步驟和/或酸性步驟)在部分或全部溶解不希望的交聯的情況下至少部分去除交聯劑可以提高所包含的纖維素的純度。
根據一個實施例，該初始物質可以在其沈澱之前(尤其在其溶解在溶劑中之前)與另外的纖維素源混合。該另外的纖維素源例如可以具有至少一種來自由以下項組成的組的材料：木漿、破布漿(尤其來自如麻布、破布等的物料殘餘物的漿料)、棉(即來自棉花植物的纖維素，見圖5)、借助於溶解性纖維方法製造的纖維素(見圖3)和借助於黏膠纖維方法製造的纖維素(見圖4)。初始物質還可以為不均勻的混合織物。該另外的纖維素源可以是柔性的並且依據可用性來進行添加。由此溶解性纖維方法的大規模使用不會受到某些纖維素源的任何暫時性短缺的影響。相反，例如可以藉由另外的纖維素源來補償或平衡舊服裝纖維素的任何缺乏。但是較佳的是可以只從舊服裝形成初始物質。
根據一個實施例，該初始物質的溶解和/或纖維素源的溶解借助於直接溶解方法來進行。較佳的是，在此使用三級胺氧化物作為溶劑，特別較佳的是N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO)。
根據一個實施例，該方法可以具有對該成形體的後續加工。此類視需要的後續加工可以例如具有對所獲得的纖維素單絲的乾燥、浸漬和/或再成形。藉由對應的後續加工可以在溶解性纖維方法結束時針對應用地完成成形體製造。
根據一個實施例，在該成形體中可以使用該至少一種選擇性保留的外來物質，以便將該至少一種外來物質的功能用於該成形體。在本申請的範圍內，術語在成形體中的外來物質的“功能”可以尤其理解為僅帶有該外來物質的成形體具有、但沒有該外來物質的成形體不具有的技術功能(例如熱塑性特性、彈性特性、著色或光學增亮、抗微生物特性)。此類功能可以尤其為創造一種效果或增強一種效果。
根據一個示例性實施例，用於製造成形體的方法可以如下執行，使得基於控制命令以使用者定義的方式調節在所製造的成形體中保留的該至少一種外來物質的量，尤其調節為高於以處理技術可實現的最小值。以此方式，使用者可以靈活地並且在考慮到所獲得的成形體的所希望的功能性的情況下調節成形體中的該至少一種外來物質的殘餘濃度的程度。
根據一個示例性實施例，該方法可以接收用於限定所製造的成形體的額定功能的使用者側訊號並且調節過程參數以調節為了實現該額定功能而留存在成形體中的一種或多種外來物質的量。為此，存儲有與單獨的外來物質相關的功能的數據庫可以基於使用者的控制命令選出適合於實現該額定功能的一種或多種外來物質。然後在獲取至少一種此類外來物質的所希望的量之後可以如下調節該至少一個過程參數，從而實現所希望的功能。在此背景下，可能的過程參數為對機械粉碎方法的設定、對化學提純方法的設定、對可能的漂白方法的設定、對在紡製單絲之前溶解性纖維紡絲溶液的過濾器的設定、對可能的用於物理分離初始物質的組成成分的過程的設定、清洗方法等等。
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、纖維非織布、針氈、縫製棉(Polsterwatte)、紡織物、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。本發明的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。
根據本發明的一個示例性實施例，在具有纖維素的成形體中進行再循環殘餘物的功能化。
在準備作為用於製造溶解性纖維的初始材料的再循環用材料時，一般同樣對這些纖維素型的初始物質提出了高要求。尤其在用於準備具有高塑膠含量的再循環用材料時，根據本發明的示例性實施例，不需要並且也完全不希望無殘餘地去除塑膠。即，已經證實為有利的是，在初始物質中留存一定比例的外來物質(例如塑膠)(而不是將其無殘餘地去除)，因為這樣少量的塑膠和其他外來物質在溶解性纖維原液或溶解性纖維紡絲溶液中甚至可以對溶解性纖維具有正面的功能特性。因此例如可以在初始材料中造成一定的彈性纖維殘餘物並且由此還在根據本發明的示例性實施例的製造完成的成形體中造成溶解性纖維的柔性。在纖維中的PU殘餘物可以有利地導致所生產的成形體或由此製造的產品的熱塑性可變形性和/或提高的機械穩定性。因此，根據本發明的示例性實施例可以有意地省去完全、無殘餘地去除塑膠部分(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚氨酯(PU)等等)，因為這樣無殘餘的去除是困難的且資源密集的，並且由於在成形體範圍內由外來物質提供的功能也是完全不必要且不希望的，如根據本發明的示例性實施例已經得知的。尤其少量的此類外來物質甚至可以為溶解性纖維貢獻有利的特性並且對其沒有損害。
圖 1 示出根據本發明的示例性實施例的一種用於製造具有纖維素的或再生的纖維素型成形體102(參照圖2)的方法之流程圖50。
作為初始物質110(參照圖2)可以使用已經被使用者穿戴過並且不再需要的具有纖維素的服裝(因此為消費後服裝)。換言之，在開始用於製造具有纖維素的成形體102的方法之前，初始物質110已經被消費者使用過，見附圖標記59。在此，纖維素例如可以作為布料織物存在，尤其在使用其他組成成分(例如合成塑膠，如聚酯和彈性纖維)的情況下。當消費者將單件服裝丟棄時，可以將其作為消費後初始物質110用於在圖1中展示的溶解性纖維方法中，該方法將在下文中詳細說明。替代地或補充地還可行的是，將具有纖維素的消費前初始物質110用於此類溶解性纖維方法，例如來自服裝製造的邊角料殘餘物。
因此，如用附圖標記52展示的，將初始物質110送入溶解性纖維方法，其中再利用或再循環的紡織品初始物質110具有纖維素且此外具有各種外來物質。初始物質110的纖維素和外來物質可以在送入52時以共同的固體複合物(例如作為紡織的平面結構、纖維複合物或成形體複合物)存在，例如可以一個或多個物體(例如單件服裝或邊角料殘餘物)的一部分或者是固相中的顆粒(例如切碎的或磨碎的單件服裝或邊角料殘餘物)。即，在此類的固體物體或固體顆粒中可以存在纖維素和外來物質的混合物，它們因此可以彼此一體連接。因而初始物質110形成待再利用的纖維素源154，該纖維素源可以完全或部分由來自服裝製造的殘餘物和/或來自舊服裝的殘餘物形成。包含在其中的外來物質可以具有染料，光學增亮劑，抗微生物劑如氧化鋅等。此外，在初始物質110中可以包含彈性纖維作為另外的外來物質，該彈性纖維在下文中描述的纖維素的溶解54中同樣可以被至少部分溶解。此類彈性纖維通常作為附加纖維包含在單件服裝中，以便給單件服裝賦予彈性。作為另外的外來物質，初始物質110還可以具有聚酯，該聚酯在溶解54和後續的沈澱56時保留在纖維素處或纖維素中。
另外描述了如何能夠根據本發明的實施例基於具有纖維素的初始物質110從溶解性纖維的纖維素和未去除的外來物質來製造成形體102。為此將初始物質110送入用於執行溶解性纖維方法的裝置100(見圖2)，參照附圖標記52。
首先可以視需要將初始物質110按顏色預分類成多個顏色組(見附圖標記64)，例如分成多個特定顏色的顏色組(如藍、紅、綠、黃、黑和白)以及一個具有非特定顏色的初始物質的其餘組(例如彩色紡織品)。其優點係，稍後分別只將共同顏色組的初始物質110溶解(見附圖標記54)並且由此將統一的或至少基本上統一的顏色的染料用於所製造的成形體102的特徵性著色。由此可以避免在所製造的成形體102中形成分散的且非特徵性的混合顏色並且常規分類為不希望的外來物質的染料可以在所製造的成形體102中作為功能性染料得以再利用。有利地然後可以不需要或者只需要以減小的量送入單獨的染料來對成形體102或由此製造的產品進行染色。當在預分類64之後一個染料組的染料保留在初始物質110中並且確定所製造的成形體102的著色時，具有纖維素的成形體102可以在不進行漂白工序的情況下、因此簡單且對環境友好地進行製造。
在預分類64之前或之後可以視需要、但是有利地藉由切碎而對初始物質110進行機械粉碎66。由此可以從初始物質110中去除尤其大的非纖維素型干擾物質的一部分，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110)。藉由機械粉碎66可以例如將初始物質110分解成單纖維。
視需要還可以(見框68)將具有纖維素的初始物質110與其他具有纖維素的材料(見圖2中的其他纖維素源156)一起用於溶解性纖維方法。因此初始物質110可以與另一種具有纖維素的初始物質混合，見框68。引入初始物質110還可以具有另外的具有纖維素的材料，例如木材或從中提取的漿料。即，可能的是，將待再利用的初始物質110與另一種具有纖維素的初始物質110混合。後者可以例如具有來自紡織品的破布漿、來自棉花植物的棉、從黏膠纖維方法獲得的纖維素和/或棉籽絨(即，例如相對於約38 mm長的棉絨而言明顯更短的棉線，如在棉花植物的籽上生長的)。在初始物質110處的舊服裝的比例可以為例如在3重量百分比與100重量百分比之間、尤其在10重量百分比與80重量百分比之間。特別較佳的是，這個比例為100重量百分比。
該方法還可以具有以下步驟：視需要的但有利的僅恰恰部分去除58這些外來物質中的一種、多種或所有。這種去除58可以直接在送入52之後進行或者在粉碎66之後或者在混合68之後進行。還可能的是，排除去除58的工序並且在送入52之後、在預分類64之後、在粉碎66之後或在混合68之後直接以初始物質110的溶解54繼續進行。
如果執行去除58的工序，例如當不希望在製造完成的成形體102中存在彈性纖維或聚酯纖維時，則該工序可以具有：從初始物質110部分或全部去除60非纖維素型的纖維。替代地或補充地，如果不希望成形體102中存在金屬，則去除58的工序可以具有：從初始物質110部分或全部去除62金屬。在去除58的範圍內還可以使初始物質110完全或部分排除將初始物質110的纖維交聯的交聯劑(見附圖標記63)。如果希望單纖維的這種分離，則可以例如借助於鹼性和/或酸性預處理來去除交聯劑(取決於其化學性質)。但是，根據本發明的一個示例性實施例，在去除58之後在待後續溶解的初始物質110中總是包含某一可調節量的外來物質。
直接在送入52之後、直接在預分類64之後、直接在機械粉碎66之後、直接在混合68之後或直接在去除58之後，(純的或混合的)初始物質110在溶劑116(例如三級胺氧化物，如N-甲基𠰌啉-N-氧化物(NMMO))中的直接溶解有利地可以在沒有化學預處理的情況下進行。這樣的溶解54可以藉由將初始物質110(與包含在其中的外來物質一起)轉移到溶劑116中來進行，由此形成紡絲物料。更準確地說，如所描述地預處理的初始物質110尤其還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。已經出人意料地發現，在所描述的預處理中保留在初始物質110中的外來物質(例如聚酯或彈性纖維)不干擾該溶解性纖維方法並且不會負面影響回收的溶解性纖維-纖維素的品質。相反，在所製造的纖維素纖維中可以保留一定量的彈性纖維，而不使其特性劣化。以一定量保留的聚酯也不干擾所獲得的產品，而是甚至可能增強所製造的成形體102的機械整體性。
在將初始物質110溶解54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，其涉及這種紡絲或擠出)。
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56。由此獲得了成形體102的預成形件。因此以在紡絲浴(見圖2中的附圖標記191)中沈澱56的方式進行紡絲物料到成形體102的擠出70。
即，借助於溶解性纖維方法的溶解54、紡絲或擠出70和後續的沈澱56基於初始物質110來執行，該初始物質自身具有待再利用或再循環的纖維素材料或者由纖維素材料組成並且在所有情況下都需要部分地排除外來物質。
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、非織布、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)。
處於成形體102或預成形件中的該至少一個外來物質的比例可以為，基於成形體102的總重量，至少0.1重量百分比。針對性且有意地保留在成形體102中的外來物質的殘餘物可以用於在使用成形體102或由此製造的產品的範圍內利用相應的外來物質的功能。保留在成形體102中的彈性纖維外來物質可以在功能上用於給所製造的成形體102賦予彈性。保留在成形體102中的外來物質聚酯可以在功能上用於給成形體102設置熱塑性的可變形性或者用於增強成形體102以及由此製造的產品的機械穩健性。
藉由與根據圖1的流程圖50相對應的方法因此可以創造一種簡單且可以低耗費執行的用於製造成形體102之製造方法，其中對從初始物質110中去除一種或多種外來物質的要求係極低的。與常規手段不同，所描述的本發明的實施例從以下內容出發：用於製造成形體102的初始物質110中的外來物質無須全部作為干擾以盡可能大的量去除，而是應當以一定部分保留在初始物質110和由此製造的溶解性紡絲溶液104中，以便為所製造的成形體102賦予一種或多種所希望的額外功能。這種額外功能可以在於提供顏色、提高的彈性、提高的機械穩健性、抗微生物效果等。這尤其使得使用者在執行根據圖1的流程圖50的方法時能夠對該製造方法施加影響，以便使成形件102具備所希望的功能，這可以藉由調節來自初始物質110的一種或多種外來物質在成形體102中留存的程度來實現。
圖 2 示出根據本發明的示例性實施例的一種用於借助於溶解性纖維方法來製造具有纖維素的成形體102的裝置100，該方法已經參考圖1進行了說明。
即，圖2示出了根據本發明的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，例如能以非織布(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2，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。借助於設備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2得出的，可以藉由計量裝置113向儲箱114送入基於纖維素的初始物質110。
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的溶劑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2中所示的視需要的水容器112。
根據一個替代性的實施例，具有纖維素的初始物質110可以額外地被潤濕，以便由此提供潮濕的纖維素。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。由此將具有纖維素的初始物質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(也稱為紡絲視窗)。
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2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2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，以便實現所希望的滴定。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2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。
在根據圖2的溶解性纖維方法中，使用者可以藉由控制單元140的輸入/輸出介面170進行預先設定，待製造的成形體102應具有哪種功能或哪些種功能。輸入/輸出介面170可以具有輸入元件(例如鍵盤、觸控板和/或控制台)，藉由該輸入元件，使用者可以將控制命令傳遞到裝置100。輸入/輸出介面170還可以具有輸出元件(例如電子顯示器)，藉由該輸出元件可以使使用者瞭解到所加工的介質的組成和/或其他過程參數的資訊。例如使用者可以預設所製造的成形體102的所希望的顏色、所希望的彈性程度、機械穩健性、抗微生物效果等等。控制單元140然後可以例如訪問數據庫152(例如大規模電子記憶體，如硬碟)，其中例如可以以查閱數據表的形式存儲所製造的成形體102的額定功能與保留在成形體102中的外來物質的殘餘濃度之間的相關性。例如可以在查閱數據表中存儲：在執行用於實現所製造的成形體102的某一顏色期間可以執行初始物質110根據顏色的對應的預分類以及對初始物質110的漂白的省略或對應配置，而無須送入單獨的染料。根據另一個實施例，在查閱數據表中可以包含如下資訊：藉由在初始物質110中並且因此在溶解性纖維紡絲溶液104中留存一定量的彈性纖維，所製造的成形體102能夠具備某一彈性。仍另一個實施例可以將在成形體102中留存來自初始物質110的一定量聚酯與實現成形體102的提高的機械強度相關。在成形體102中保持一定量的來自初始物質110的氧化鋅可以在查閱數據表中與所製造的成形體102能夠展現的抗微生物效果相關。以此方式，控制單元140可以將使用者所希望的成形體102的額定功能借助於來自數據庫152的資訊用於將根據圖1和圖2的製造方法的過程參數或單獨的方法步驟進行匹配，從而在成形體102中實現所希望的功能。以此方式外來物質可以留存在成形體102中並且在那裡用於將成形體102功能化。
下面將進一步描述本發明的另外的實施例。根據一個示例性實施例尤其可以藉由選擇性漿料繼續加工來進行來自再循環物的外來成分的功能化。
本發明的一個示例性實施例涉及對木材而言外來的添加物質作為外來物質的功能化，該外來物質源自再循環物並且針對性地再次被構造到所生產的纖維中。由此利用了這些添加物質的特殊性質和/或實現了所生產的纖維的特別性質。本發明的實施例因此示出了一種藉由特殊的循環來實現或增強再循環的方式。這可以藉由省去不需要的或在功能上甚至不希望的過高純度和/或如下地來進行：預先使用明顯變為特別較佳的再利用的指標。在不完全去除外來物質的情況下使用再循環纖維素、較佳的是由舊紡織品製造的再循環纖維素來生產人工製造的纖維素纖維係在生態方面非常有利的，因為可以省略在漿料製造時的高耗費的分離方法或者可以被簡單的分離和/或提純方法替代。常規看作為不希望的、來自具有纖維素的原料(例如木材、玉米秸稈、甘蔗渣、棉)並因此曾經在製造方法中被消除的附帶組分根據一個示例性實施例可以至少部分保留在所製造的成形體102中並且在那裡可以實現特定的額外功能。
常規的偏見在於，舊紡織品實際上必須藉由部分複雜的方法步驟而除去所有共混物，以便回收純的纖維素。對應的提純方法係高耗費的並且通常在生態上是存疑的，而與試圖實現的高效利用資源的效果幾乎背道而馳。
在使用再循環材料作為用於漿料製造的原料時，僅從這種再循環物的中等純度出發。這樣的再循環物通常被非木材類型的材料污染。將這些材料去除或去功能化是高耗費的並且通常是對環境有污染的。所提及的這種環境污染可以涉及能耗(例如用於在漂白時產生臭氧)以及過程中的附帶循環(例如某些材料的化學消耗)。
為了製造用於在溶解性纖維過程中使用的漿料，可以在漿料製造時使用再循環用材料。在準備這些再循環用材料(紡織品再循環)時，在物質循環閉合的情況下將不同外來物質沈澱，這些外來物質在製造纖維時被去除，由此使得技術特性或物理特性相對於非再循環的纖維變得相似或相同。正常情況下將這些外來物質(例如外來聚合物、金屬或其他化合物)去除(例如借助於化學反應、漂白、機械過濾等)。即，尤其對於黏膠纖維和根據溶解性纖維方法的纖維的製造而言常見的是試圖將外來材料完全耗盡。
出人意料地已經發現，藉由在消耗方法(即再循環過程)的範圍內針對性地控制殘餘濃度，在所得到的纖維或所生產的漿料中可以實現有利的特性。如此實現的來自再循環物的殘餘成分的功能化另外在本發明的示例性實施例的範圍內描述。
本發明的發明人尤其已經發現，藉由針對性地控制在漿料中的再循環物比例，在溶解性纖維的特定應用中可以支持、控制或以其他方式影響所希望的特性。還已經顯示出，由於多產品分類(即以不同方式製造、加工、供貨等的漿料依據其特殊的殘留物比例分類)的物流，環境污染明顯低於在再循環物中完全耗盡外來材料。
對於根據本發明的一個示例性實施例的漿料，可以使用基於棉、黏膠纖維和/或溶解性纖維纖維素，以及其混合物和/或與其他組成成分的混合物的舊紡織品。在此在消費使用範圍內發生了使鏈長度部分分解的功能化。在此尤其適用的是確定例如原生棉(由於其高DP值，其中DP代表平均聚合度，即每個大分子的單體單元的數量)在NMMO中是相對難溶的。與此相對，經過先前的製造和隨後的使用(尤其由於UV、熱、水、機械負載的影響)而具有對應的棉比例的再循環物的特徵在於，DP值降低到能夠實現在NMMO中更好溶解的範圍內。DP值的高斯平均值的這種偏移的典型數值為從原生棉的情況下最多(並且甚至部分地超過)3000到在再循環物的情況下低於2000 mL/g、較佳的是低於1000 mL/g、特別較佳的是低於800 mL/g。所述的值是基於以mL/g為單位的極限黏度數值(與纖維素的聚合度相關)。藉由視需要的但有利的另外的措施，如選擇、混合、煮沸等等，可以實現對溶解性纖維過程而言特別適合的在200 ml/g至700 mL/g範圍內的GVZ值。
在一個較佳的實施方式中，調節來自再循環物中的所希望的二氧化鈦(TiO2 )的比例。如此製造的漿料或者由不同漿料一起製造的具有所希望TiO2 比例的混合物可以被加工成溶解性纖維成形體102。即，在另外的加工步驟之後，所獲得的截短纖維可以具有一定比例的TiO2 作為具有消光功能的外來物質。
在另一個特別較佳的實施方式中，將來自再循環物的殘餘物聚合物、例如聚酯用作纖維素纖維之間的黏附增強劑或者用作溶解性纖維成形體102之內的熱塑特性增強劑。此類聚合物基本上保持為惰性的，直至在生產過程中的對應工序完成。因此尤其可以藉由熱(以與熱熔膠特別類似的方式)來實現織物的後續的加固(例如有利地用於製造免熨襯衣、用於打褶等)。由此可以提供一種非常簡單的方法，以便製造應具有高的形狀穩定性(例如免熨)特性的織物。
藉由針對性地控制殘餘聚合物(例如來自襯衣的縫紉線的聚酯)的比例可以在作為成形體102的溶解性纖維中實現一定的熱塑性，該溶解性纖維藉由根據本發明的一個示例性實施例的漿料經由溶解性纖維過程將來自再循環物的殘餘聚合物的對應比例再次帶回(在專用的物質循環的意義上)到可以用於例如製造形狀耐久的紡織物(例如襯衣)的纖維類型。再次可以共效地獲得具有改進的特性的成形體102或由此產生的產品(例如更好的、即更大的保水量，因為藉由纖維固有的改進的形狀穩定性，為了產生免熨品質需要更少的精製過程)。此類的根據本發明的示例性實施例執行的針織減少的紡織產品或形狀穩定的非紡織物或非織布的製造形成了受針對性控制的物質循環的一個生態學上特別好的變體。
在另一個特別較佳的實施方式中，已經用甕染料(即對染色基於纖維素的紡織物具有特殊適宜性的不可水溶的染料)染色的舊紡織品(例如牛仔布物質)的再循環物在針對性的濃度下和/或選擇性的顏色組成下被混入漿料生產過程中。藉由該製造過程雖然一方面使染料如牛仔布靛青在其顏色方面有所改變，但是另一方面還使其較深地嵌入溶解性纖維中。在牛仔布物質的實例中，可以展示這種途徑的不同優勢。牛仔布物質具有以下特性中的至少一種：
- 傳統牛仔布：斜紋織物，即對角線走向的毛邊和/或厚斜紋。此外在經斜紋和緯斜紋之間的區別在於是經紗還是緯紗在上方占主導。經紗為藍色，緯紗為白色。在織布機上如此紡織牛仔布，使得藍色面在上方。為了養護織布機的機構，現今的牛仔布大多以經線密集側(在上面所述的情況下為製品上側或藍色側)向下的方式來紡織。此外，由此實現了在織布廠中保護實際的製品上側免受髒污。
- 牛仔布物質在傳統上由棉纖維製造。起初曾將其用靛青染料穿透性地染色。但是現在對牛仔布物質使用具有可變浸染的絲線。
- 牛仔布變體：牛仔布絲線僅在表面上染色，由此可以更容易且更環保地(即以在使用較少時間和能量意義上的低耗費)產生石洗效果。
根據本發明的一個示例性實施例的由具有所限定和所選擇的牛仔布比例的漿料來製造的溶解性纖維成形體102具有偏離正常棉纖維的白色值並且在適當時甚至可以直接帶色。根據本發明的一個此類的示例性實施例實現的在整個纖維上的浸染允許如此製造的纖維與正常的纖維混合。於是在此尤其可以如下地控制正常纖維的染色，使得以適當的方式進行染料溶解，以便實現石洗效果。藉由根據本發明的一個示例性實施例作為成形體102製造的纖維的殘餘比例(因為例如存在穿透性的殘餘染料)，可以確保這種石洗效果不只特別涉及這個纖維部分。不會由於消費者的另外的清洗而產生進一步的變色。
涉及基於在再循環物中的外來物質的成形體102的功能化的另一個本發明示例性實施例在於針對性地漂白部分陳舊的牛仔布染料。由此可以例如將靛青轉化為靛紅，這在牛仔布紡織產品中造成了典型的老化型黃漬。使用根據本發明的一個示例性實施例製造的漿料還允許藉由根據本發明的一個示例性實施例的成形體102作為替代物來減少牛仔布產品中的棉纖維比例。鑒於全球資源優化(尤其為了實現糧食種植面積的提高而減少了棉花種植面積)這係有利的。
在另一個特別較佳的實施方式中，將再循環物用於製造具有殺生物特性的漿料。藉由適當的再循環物選擇和準備，這些材料在溶解性纖維過程之後仍然可以一直是有殺生物活性的。由此能夠製造提供殺生物功能性的成形體102和由此製造的產品(例如用於醫學和美妝產品的非織布或非紡織物、醫學環境中的紡織物、減少異味的運動服裝、具有蟎蟲防護作用的床上用品等等)。作為根據本發明的一個示例性實施例的成形體102如此設置的纖維的保潔效果在此是有利的。
在另一個特別較佳的實施方式中，在製造漿料時適用於具有顯著的溶解性纖維比例的再循環物作為成形體102。藉由將此類漿料用於溶解性纖維過程，可以實現如下再循環物產品：該再循環物產品在其技術特性方面與在沒有再循環物情況下製造的溶解性纖維僅有極小的區別。在此實施方式中尤其白色值和強度與沒有再循環物的溶解性纖維高度相關。
在另一個特別較佳的實施方式中，使用來自舊紡織品的基於溶解性纖維和/或黏膠纖維的再循環物。由此可以實現，在沒有額外措施的情況下實現對於溶解性纖維過程有利的低DP值。
根據本發明的一個示例性實施例，漿料可以適合於溶解性纖維過程。此類的漿料可以包含大於3重量百分比的再循環物部分。此外作為外來物質可以在對應的成形體102中存在對木材而言外來的非漿料部分，尤其大於10 ppm、更尤其大於100 ppm。所述的再循環物部分可以有利地源自舊紡織品，這些舊紡織品源自相同的或類似的應用如來自由漿料生產的產品，和/或可以具有相同或類似的原料基礎如由漿料生產的產品和/或中間產品。這個對木材而言外來的部分可以源自再循環物。所使用的再循環物可以具有分別作為GVZ表達的100 mL/g至2000 mL/g、較佳的是150 mL/g至1000 mL/g、特別較佳的是200 mL/g至700 mL/g的DP值。所述的對木材而言外來的組分可以例如具有大於1 ppm(較佳的是大於10 ppm或甚至大於100 ppm)的甕染料(及其分解成分，例如靛青或靛紅)、聚酯、TiO2 、光學增亮劑等等。
根據一個示例性實施例製造的成形體102或者由此製造的產品可以例如用於以下應用中的一種或多種：
a)具有聚合物部分的漿料：這允許在產品製造或其使用壽命期間將產品加熱到超過130°C、較佳的是超過150°C、特別較佳的是超過180°C。
b)具有TiO2 的漿料：這允許對日曬防護和/或不透光性和/或視線遮擋有要求的應用
c)具有甕染料的部分或分解元素的漿料：這允許提供牛仔布類的紡織產品
d)具有由溶解性纖維方法形成的再循環物部分的漿料：這允許製造具有溶解性纖維類型的特性的成形體102和產品
e)具有包含光學增亮劑的再循環物部分的漿料：這允許製造具有高白色值的產品
f)具有殺生物性再循環物部分的漿料：這允許製造具有殺生物功能的成形體102或產品
根據本發明的一個示例性實施例，所述的漿料可以用於溶解性纖維過程和/或由此製造溶解性纖維成形體102。
根據一個示例性實施例，無機物質的再循環物部分超過10 ppm尤其超過100 ppm。
根據一個示例性實施例，對漿料而言外來的物質的再循環物部分超過100 ppm尤其超過1000 ppm。
根據一個示例性實施例，對漿料而言外來的有機物質組成該大於3重量百分比的再循環物部分並且嵌入漿料中。
圖 3 以橫截面示出借助於溶解性纖維方法製造的纖維素纖維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4中的附圖標記204)以及來自棉花植物的纖維素纖維(見圖5中的附圖標記206)區分開。
圖 4 以橫截面示出借助於黏膠纖維方法製造的纖維素纖維204。纖維素纖維204係絮狀的並且沿著其外周邊具有多個弧形結構208。
圖 5 以橫截面示出來自棉花植物的天然纖維素纖維206。纖維素纖維206係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3至圖5的纖維素的明顯的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係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。
50‧‧‧流程圖 52‧‧‧送入 54‧‧‧溶解 56‧‧‧沈澱 58‧‧‧去除 60‧‧‧非纖維素型的纖維 62‧‧‧金屬 63‧‧‧交聯劑 64‧‧‧預分類 66‧‧‧粉碎 68‧‧‧混合 70‧‧‧擠出 74‧‧‧後續加工 100‧‧‧裝置 102‧‧‧成形體 104‧‧‧溶解性纖維紡絲溶液 106‧‧‧凝固流體 108‧‧‧纖維素纖維 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‧‧‧控制單元 152‧‧‧數據庫 154‧‧‧纖維素源 156‧‧‧纖維素源 170‧‧‧輸入/輸出介面 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‧‧‧天然纖維素纖維 208‧‧‧弧形結構 210‧‧‧空腔
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]示出根據本發明的示例性實施例的一種用於製造具有纖維素的成形體的方法之流程圖。
[圖2]示出根據本發明的示例性實施例的一種用於製造具有纖維素的成形體之裝置。
[圖3]示出借助於溶解性纖維方法製造之纖維素纖維。
[圖4]示出借助於黏膠纖維方法製造之纖維素纖維。
[圖5]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的附圖標記。
在參照附圖描述示例性實施例之前，應當總結推導本發明的這些示例性實施例所基於的基本構思。
50‧‧‧流程圖
52‧‧‧送入
54‧‧‧溶解
56‧‧‧沈澱
58‧‧‧去除
59‧‧‧標記
60‧‧‧非纖維素型的纖維
62‧‧‧金屬
63‧‧‧交聯劑
64‧‧‧預分類
66‧‧‧粉碎
68‧‧‧混合
70‧‧‧擠出
74‧‧‧後續加工
76‧‧‧標記

Claims (15)

  1. 一種用於製造再生的纖維素型成形體(102)之方法，其中該方法具有以下步驟：送入(52)具有纖維素和至少一種外來物質的初始物質(110)；其中該纖維素和該至少一種外來物質存在於在共同的固體複合物中之該初始物質(110)中，並且其中該外來物質為非纖維素型材料；將該初始物質(110)的至少一部分與該至少一種外來物質的至少一部分一起轉移到紡絲物料中，該紡絲物料另外包含溶劑(116)，以便將該初始物質(110)的纖維素的至少一部分溶解(54)在該溶劑(116)中；選擇性地調節該至少一種外來物質在該成形體(102)中的所希望的或預定的殘餘濃度，以便實現該至少一種外來物質在該成形體(102)中的功能；其中該功能為額外技術功能，其包括選自下列所組成群組中至少一者：熱塑性特性、彈性特性、著色或光學增亮、抗微生物特性、殺生物特性、減少異味特性、機械穩定性、醫學特性、美妝特性、蟎蟲防護、日曬防護特性、不透光特性；將該紡絲物料擠出(70)成為該成形體(102)並且隨後在紡絲浴(191)中沈澱(56)，由此獲得該成形體(102)，其中該成形體(102)具有纖維素以及該至少一種外來物質的至 少一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法具有以下步驟：在該沈澱(56)之前、或在該溶解(54)之前，藉由將該至少一種外來物質的一部分與該初始物質(110)的纖維素分離而最多部分地去除(58)該至少一種外來物質中的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該初始物質(110)具有可再利用的纖維素源(154)或者由可再利用的纖維素源組成，其完全或部分地由來自服裝製造的殘餘物和/或來自消費者穿戴的舊服裝的殘餘物形成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該至少一種外來物質具有由下列所組成的組中的至少一項：染料、光學增亮劑、消光劑、以及抗微生物劑。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該至少一種外來物質具有彈性纖維，該彈性纖維在該纖維素的溶解(54)期間同樣至少部分被溶解。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該至少一種外來物質具有聚酯，當該初始物質(110)至少部分被溶解(54)、或被沈澱(56)時，該聚酯至少部分留存在該初始物 質(110)中。
  7. 如申請專利範圍第第1或2項之方法，其中該方法具有以下步驟：在該沈澱(56)之前、或在該溶解(54)之前，從該初始物質(110)中至少部分地去除(60)非纖維素型的纖維。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法具有以下步驟：從該初始物質(110)中至少部分地、或完全地去除(62)金屬。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該方法中在沒有進行漂白工序的情況下製造該再生的纖維素型成形體(102)。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該溶解(54)之前將該初始物質(110)按顏色預分類(64)成多個顏色組並且僅將同一個顏色組的經預分類的初始物質(110)分別溶解(54)。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中處於該成形體(102)中的該至少一種外來物質相對於該成形體(102)的總重量具有至少0.01重量百分比的比例。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中作為成形體(102)製造了由以下項組成的組中的一項：纖維，膜，海綿或球體。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之方法，具有以下特徵中的至少一項：其中藉由在紡絲浴(191)中用水性環境來稀釋溶解在該紡絲物料中的初始物質(110)來促成該沈澱(56)，在水浴中進行、或在基本上由水組成的或由水和溶劑(116)的混合物組成的紡絲浴中進行；其中該方法具有以下步驟：在將該初始物質(110)溶解(54)在該溶劑(116)中之前，將該初始物質(110)粉碎(66)；其中該初始物質(110)在其沈澱(56)之前、或在其溶解(54)之前借助於鹼性和/或酸性的預處理而至少部分地排除用於使該初始物質(110)的纖維交聯的交聯劑；其中該初始物質(110)在其沈澱(56)之前、或在其溶解(54)在該溶劑(116)中之前，與另外的纖維素源(156)混合，其中該另外的纖維素源(156)具有來自由以下項組成的組的至少一種材料：木漿，破布漿，棉，借助於溶解性纖維方法製造的纖維素和借助於黏膠纖維方法製造的纖維素；其中該方法具有以下步驟：對經沈澱的成形體(102)進行後續加工(74)； 其中該初始物質(110)的溶解(54)借助於直接溶解方法和/或借助於作為溶劑(116)的三級胺氧化物來進行；其中該方法如下進行，使得基於控制命令以使用者定義的方式調節保留在所製造的成形體(102)中的該至少一種外來物質的量，其為以處理技術可實現；其中該初始物質(110)的該纖維素和該至少一種外來物質在該送入(52)時、存在於共同的固體複合物中；其中該方法具有以下步驟：將所製造的成形體(102)進一步加工成產品。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法包括溶解性纖維方法或黏膠纖維方法。。
  15. 如申請專利範圍第第1或2項之方法，具有以下特徵中的至少一項：其中使用彈性纖維作為外來物質，以便給所製造的成形體(102)賦予彈性；其中使用聚酯作為外來物質，以便給該成形體(102)賦予熱塑性的可變形性和/或提高的機械穩定性。
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