纤维素组成的连续模制体的制造方法技术

本发明专利技术涉及依照干－湿挤出技术，由浆粕制造纤维素组成的连续模制体的方法。本发明专利技术方法包含改进的成线工艺，该工艺结合了分别以比率形式确定的浆粕性能以及成线的无时间依赖性热力学值与时间依赖性的动力学值，因此能够事先从溶液中的纤维素参数和重要的加工参数具体计算纤维、长丝纱或膜的性能。这能通过用于纤维和长丝的执行式（Ｉ）和（ＩＩ）或者用于膜的执行式（ＩＩＩ）而实现。（ＩＩＩ）Ａ＃－［Ｅ］＝Ｈ＃－［Ｅ］.Ｂ＃－［Ｅ］（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用氧化胺水溶液、尤其是N-甲基吗啉N-氧化物、通过干-湿挤出工艺、由浆粕生产连续成形纤维素制品的方法，本方法包括a)经过脱水和剪切，把浆粕和氧化胺水溶液混合并转化成均质溶液；b)将此溶液进料到至少一个成形通道中并成形为连续的成形纤维素制品；c)经过非凝固性介质输送该成形的溶液同时进一步成形；d)在进入凝固浴之前不久，将连续成形的纤维素制品暴露在基本上和输送方向成直角流动的线性空气或气体流中；和e)在凝固浴中沉淀该连续成形的纤维素制品，越过一导丝盘/辊而改变方向，使其离开凝固浴，在多段后处理设备中洗涤，选择性地，漂白、整理、干燥和卷绕，或者切断成短纤维并干燥。现有技术US 4246221和US 4416698公开了将纤维素溶于氧化胺水溶液中，在低剪切的纺丝毛细管中成形，在大的气隙中拉伸这些溶液射流，用包括氧化胺水溶液的纺丝浴沉淀此纤维素，并通过导丝盘退绕这些纤维素长丝。US 5417909描述了一种方法，其包括在高剪切力下的纺丝毛细管中使溶液成形，在短的气隙中拉伸这些溶液射流，沉淀该纤维素，并经过一个纺丝漏斗收集这些丝或丝片，将它们同向输送。EP0430926、EP0494852、EP0756025和WO94/28210描述了某些纺丝毛细管几何形状和排列不同的模头。WO96/20300涉及两个纺丝毛细管之间的间隔，以及纺丝毛细管和凝固浴中转向元件之间的距离。EP0584318、EP0671492、EP0795052、WO94/28218和WO96/21758描述了在喷丝板和凝固浴之间的间隙中，用不同水分含量的空气处理长丝片的多种多样的形式。EP0797694请求保护获得的Lyocell纤维，该纤维通过使浆粕DP、纤维素浓度和卷取速度之间维持如下关系而改善了性能K=DP·cw0.075≥259.]]>该专利没有关于测定DP的提示，也没有涉及溶解期间DP改变的相关数据。按照DE10025230和DE10025231，当把横过气隙高度的平均热流和/或平均加速度控制到某种水平时，纤维获得高的钩接强度和低的原纤化倾向。EP0659219描述了减少原纤化倾向的纤维素纤维生产方法，该方法是让由喷丝板孔直径、每孔的原液输出量、线密度、气隙高度和骤冷空气的水分含量得出的经验公式不超过10。EP0731856称通过使骤冷空气含脂肪醇而获得原纤化倾向降低。EP0853146称通过分两个或更多个阶段进行凝固获得原纤化倾向降低。人们进一步知道，经过某些后处理工艺方法，改变纤维的结构和性质，这些工艺例如，EP0783602、EP0796358的用润湿剂处理，WO97/45574的以10-18％氢氧化钠水溶液处理，或者WO97/25462的在至少一个洗涤浴中用饱和一元醇、二元醇、三元醇(-etriol)处理。WO98/58102和WO98/58103请求保护的是，使用聚合度差别很大的浆粕混合物，并且在气隙中用给定水分含量的空气处理纤维，致使纺丝的一致性增加，并使纤维在细度和原纤化方面具有特殊性质。所述的所有方法均未适当考虑纤维素的性质，尤其是溶液中纤维素的性质，未考虑LYOCELL工艺中纤维成形的步骤，即，未把模头中和气隙中的成形作为一个整体，而统计性地主要是试图通过更改单独步骤而影响纤维结构和纤维性能，例如举例来说，通过改变浆粕的聚合度和纤维素共混物、喷丝板塑模的几何特征、气隙气氛的含水量、凝固浴设计和/或后处理。专利技术目的本专利技术的目的是创造一种方法，该方法的特征在于，改进纤维的成形操作，并且在一种数学表达中不仅涉及浆粕性能，而且涉及每个纤维成形的无时间依赖性的热力学变量和时间依赖性的动力学变量，从而允许从纤维素溶液参数和必要工艺参数可控地预测纤维、长丝纱或膜的性质。已经发现，存在于聚合物溶液中的“纤维素缠结网络”的性质能够用摩尔质量(以铜铵溶液法测定的平均聚合度表示)、摩尔质量分布(以流变学方法测定的分子分散性表达)、纤维素浓度和密度进行充分地表征，而且在这一点上，必须作为一个整体地考虑在压力影响下模头孔道中的和在轴向伸长张力作用下的成形，而且表示为成形孔道入口面积与连续成形制品细度之商的平方根。按照本专利技术，制造连续成形制品的方法由多个步骤组成，这些步骤涉及a)混合浆粕和氧化胺水溶液，并通过脱水和剪切将其变成均质溶液，b)将该溶液进料到至少一个成形通道，并成形为连续成形的纤维素制品，c)经过非凝固介质输送成形的溶液，同时进一步成形，d)在进入凝固浴之前不久，将连续的成形纤维素制品暴露在基本上与输送方向成直角的线性空气流或气体流中，e)在凝固浴中使连续的成形纤维素制品沉淀，越过一导丝盘/辊而改变方向，使其离开凝固浴，在多段后处理设备中洗涤，选择性地，漂白、整理、干燥和卷绕，或者切断成短纤维并干燥，并且它们满足如下的数学表达式 其中，DP铜铵溶液是聚合物溶液中纤维素的平均聚合度，用铜铵溶液法测定，Uη是分子分散性，由纤维素溶液的流变学数据确定，AE是成形通道的入口横截面，单位是cm2，ρ溶液是聚合物溶液的密度，单位是g/cm3，c纤维素是用％表示的此溶液中的纤维素浓度，T10是连续成形制品的细度，单位是dtex。纤维和长丝取决于AE=DE2·π4,]]>薄膜取决于AE＝HE·BE。DE是纤维和膜情况下以厘米(cm)表示的成形通道的入口直径，HE和BE分别是膜情形下以厘米表示的入口高度和入口宽度。因数105.4是用于不同量纲的无量纲换算因数，没有特殊的物理学含义。在数学表达式(1)中，第一项描述了纤维素缠结网络的强度的各向同性贡献，而第二项描述了两步伸长变形期间，取向不依赖时间的改变所引起的强度的取向性贡献。优选地，对纤维和长丝而言，30＜式(1)＜70，而对膜来说，20＜式(1)＜50。铜铵溶液法测定聚合度(DP)是通过，把所溶解的纤维素沉淀为薄膜，干燥此薄膜并使它完全溶解在铜铵溶液(由13±0.6g/l铜、200±5g/l氨、16g/l氯化铵、1g/l葡萄糖组成)中，形成0.1％的溶液。在23℃测量溶液和溶剂在毛细管粘度计中的流动时间，确定相对粘度，由该粘度通过Schulz-Blaschke方程计算出特性粘度。铜铵溶液法聚合度等于铜铵法特性粘度值的两倍。分子分散性Uη是由零剪切粘度η0和在动态记录的变形曲线交叉点处，即当储能模量G′和损耗模量G″量值相同时，的“粘度贡献η#”的商获得的。Uη=η0η#-1]]>指数η意在表示，此分散性得自流变学数据，而不是得自测定的数均或重均的摩尔质量。能使用板式和锥式流变仪完成这些测量，这些仪器不仅允许直接转动(η0)，而且允许直接振荡(η#)准备纺丝的聚合物溶液，或者独立制备的含约10-12％纤维素的溶液。测定方法的展开性描述见文献(Michels Ch.，Kosan B.ChemicalFibers International in the press)。在本专利技术方法的优选实施方案中，不仅按照式(1)控制纤维素及非时间依赖性参数，而且经按照数学表达式(2)的延伸率控制步骤b)、c)和d)中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用氧化胺水溶液、尤其是Ｎ－甲基吗啉Ｎ－氧化物、通过干－湿挤出工艺、由浆粕生产连续成形纤维素制品的方法，该方法包括： ａ）经过脱水和剪切，把浆粕和氧化胺水溶液混合并转化成均质溶液； ｂ）将此溶液进料到至少一个成形通道中并成形为连续的成形纤维素制品； ｃ）经过非凝固性介质输送该成形的溶液同时进一步成形； ｄ）在进入凝固浴之前不久，将连续成形的纤维素制品暴露在与输送方向成直角流动的线性空气或气体流中； ｅ）在凝固浴中沉淀该连续成形的纤维素制品，越过一导丝盘／辊而改变方向，使其离开凝固浴，在多段后处理设备中洗涤，选择性地，漂白、整理、干燥和卷绕，或者切断成短纤维并干燥， 其特征在于，步骤ａ）至ｅ）中的操作满足以下数学表达式 ＊＊＊ （１） 其中，纤维和长丝的Ａ↓［Ｅ］＝Ｄ↓［Ｅ］↑［２］.π／４，膜的Ａ↓［Ｅ］＝Ｈ↓［Ｅ］.Ｂ↓［Ｅ］并且其中Ｄ↓［Ｅ］在纤维和长丝情况下是成形通道的入口直径，Ｈ↓［Ｅ］和Ｂ↓［Ｅ］分别是膜情形下成形通道的入口高度和入口宽度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫米歇尔斯，比尔吉特科尚，
申请(专利权)人：纺织和塑料研究协会图林根研究院，
类型：发明
国别省市：DE[德国]