專利名稱：纖維素纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維素纖維及其生產(chǎn)方法，本法是將纖維素的一種叔胺氧化物溶液擠入噴絲頭的紡絲孔，并在加壓下將由此擠壓成的細絲穿過氣縫送入沉降槽中。
近年來，已經(jīng)介紹了許多生產(chǎn)粘膠纖維的工藝過程，其中一個可供選擇的、不產(chǎn)生衍生物的方法是將纖維素溶于一種有機溶劑、一種有機溶劑和無機鹽的混合物或鹽水溶液中。由這類溶液制成的纖維素纖維已被BISFA(國際人造纖維標準化局)承認，屬名為Lyocell。BISFA規(guī)定由一種有機溶劑的紡絲過程制得的纖維素纖維為Lyocell。BISFA認為“有機溶劑”系指一種有機化學品和水的混合物，“溶劑紡絲”指無衍生物產(chǎn)生的溶解和紡絲過程。
然而，到目前為止，只有一種Lyocell類纖維素纖維的生產(chǎn)方法實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模。該法用N氧化N甲基嗎啡啉(NMMO)作溶劑，并已見諸專利中，例如US-A-4,246,221。該法提供了具有高抗拉強度、高濕模量和高鉤接強度性能的纖維。
然而，由于上述纖維在潮濕狀態(tài)下有明顯的纖維化傾向，從而大大地限制了用該纖維制平整纖維織品(如纖織物)的實用性。纖維化指纖維在潮濕狀態(tài)時，受機械應(yīng)力會發(fā)生縱向斷裂，因此纖維變得多絲、多毛。由這種纖維織染的纖織物洗幾次就會大大褪色。另外，在磨損處和多折皺的邊緣會形成淺色條。其原因可能是纖維由原纖維組成，這些原纖維被排列在纖維軸的縱向上而彼此之間卻無交聯(lián)。
WO 92/14871描述了一種可使纖維化傾向減少的纖維生產(chǎn)方法。該法是使纖維在第一次烘干前與其接觸的所有的槽的PH值均維持在不大于8.5。
WO 92/07124也描述了一種生產(chǎn)纖維化傾向低的纖維的方法。該法是用陽離子聚合物處理未烘干的纖維，可用咪唑和氮雜環(huán)丁烷類聚合物。另外，還可用諸如聚乙烯或聚醋酸乙烯酯或與乙二醛交聯(lián)的聚合物等可乳化的聚合物進行處理。
1993年S.Mortimer在瑞典Lund纖維素會議上的報告中提到了纖維化傾向隨拉伸增大而增大。
現(xiàn)有的Lyocell類纖維素纖維在纖維化傾向方面還有待改進。這樣，本發(fā)明的目的就是提供一種可進一步降低纖維化傾向的Lyocell類纖維素纖維。
本目的是在本文開始時描述的方法中，通過按以下數(shù)學表達式不超過10進行該方法而達到的。
51.4+0.033XD+1937XM2-7.18XT-0.094XL-2.50XF+0.045XF2其中，D是以微米計的紡絲孔的直徑；M是以克/分鐘的每孔膠狀物輸出量；T是以分特計的單根細絲的纖度；L是以毫米計的氣縫寬度；F是以克水/千克空氣計的氣縫中空氣的濕度，條件是氣縫寬度大于30毫米。
本發(fā)明基于這樣一個發(fā)現(xiàn)，即通過調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)，可有利地影響纖維素纖維的結(jié)構(gòu)，從而形成一種纖維化傾向低的纖維。
本發(fā)明的一個可優(yōu)先選用的具體方案是，在實施本方法時，使上述數(shù)學公式給出的數(shù)值不大于5。
上述數(shù)學表達式使滴定度、紡絲孔的膠狀物輸出量、氣縫寬度和氣縫中的濕度等所有參數(shù)均與纖維的纖維化特性有關(guān)，且相互關(guān)聯(lián)，即調(diào)節(jié)一個參數(shù)若對纖維化有消極影響，可以通過適當調(diào)節(jié)另一個或多個其他參數(shù)加以補償。自然，受經(jīng)濟或技術(shù)環(huán)境影響，會有一個調(diào)節(jié)范圍。例如，0.01克/孔/分鐘的膠狀物流量提供了很好的降低纖維化傾向的纖維的紡絲條件，但由于經(jīng)濟原因是不合適的。因此，優(yōu)選的膠狀物流量為從0.025到0.05克/孔/分鐘。
也已表明，氣縫寬度大，對纖維化特性有積極的影響，但在纖維噴絲頭上孔間距小時，會導(dǎo)致紡絲故障相對頻繁。因此，優(yōu)選的氣縫寬度小于100毫米。
至于氣縫中的空氣濕度，在噴絲頭的紡絲孔直徑小或膠狀物流量最低時，普通室內(nèi)濕度就足夠了。當流量較高或使用直徑為70至130微米的易于使用的噴絲頭時，優(yōu)選的空氣濕度為20至30克水/千克空氣。氣縫中的溫度是精選過的，不得低于露點，也就是使氣縫中沒有水會凝結(jié)。另一方面，也不會因為溫度太高而增加紡絲困難?？稍?0～60℃間調(diào)節(jié)，優(yōu)選的溫度在20～40℃之間。
按照本發(fā)明方法，可以處理所有已知的纖維素膠狀物。這些膠狀物可含有5～25％的纖維素。然而，纖維素含量最好在10％至18％?？梢杂糜材净蜍浤咀鳛樯a(chǎn)的纖維素原料，纖維素的聚合度可以在常用的市售產(chǎn)品的范圍內(nèi)。然而，纖維素分子量較高時，紡絲特性較好。紡絲溫度可按纖維素聚合度和溶液濃度保持在75～140℃內(nèi)，也可簡單地對每一種纖維素和每一種濃度，將紡絲溫度調(diào)至最佳值。當纖維的纖度固定時，在氣縫中的拉伸率，由紡絲孔的直徑和纖維素溶液的濃度決定。然而，在優(yōu)選的纖維素濃度范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)纖維素溶液的濃度對纖維化特性有任何影響，其條件是紡絲溫度應(yīng)在最佳范圍內(nèi)。
下面，將對本發(fā)明的測試方法和優(yōu)選的具體方案作進一步描述。纖維化的評定在下列測試中模擬了清洗過程和精整過程中纖維處于潮濕狀態(tài)下相互間的磨損情況8根纖維和4毫升水被放入20毫升樣品瓶中，在波恩(德)Gerhardt公司的RO-10型實驗室機械振動試驗器上振動了3個小時，振動級別為12。隨后，纖維的纖維化特性用顯微鏡通過計算每0.276毫米纖維長度上的纖絲數(shù)目這一方法加以評定。紡織原料數(shù)據(jù)纖維在斷裂時的抗拉強度和纖維伸張度按BISFA《粘膠、濕模量、銅氨、Lyocell、醋酸纖維素和三醋酸酯纖維和纖維束測試方法的國際協(xié)定》(1993年版)的規(guī)定測試。實例1～29在115℃的溫度下，用12％的亞硫酸鹽纖維素溶液和硫酸鹽纖維素溶液(水12％，NNMO76％)紡絲。紡絲裝置系為Davenport公司的一般用于塑料加工的熔體流指數(shù)裝置。這種裝置由盛放膠狀物的加熱式控溫圓筒組成。使用一個可加壓的活塞將膠狀物從筒底的噴絲頭中擠出。這個過程被稱為于/濕紡絲過程，因為由此擠壓成的細絲一旦通過氣縫，就被浸漬在紡絲槽中。
用不同的噴絲頭直徑、膠狀物輸出量、細絲纖度、氣縫寬度和濕度，進行了29次試驗，結(jié)果列于表1。“纖絲”欄系為276微米纖維長度上纖絲的平均數(shù)。表1實例 孔直徑 輸出量 纖度 氣縫 濕度 纖絲1 130 0,014 2,16 85394,82 130 0,014 2,13 130 160,43 130 0,015 2,37 40210,84(C) 130 0,041 1,23 850 385 130 0,043 2,14 85210,46 130 0,043 2,13 85201,67 130 0,042 2,08 85200,38 130 0,041 2,03 85205,49 130 0,039 1,94 85195,010130 0,042 2,95 40190,811130 0,039 3,09 85403,512(C) 130 0,102 2,21 130 211813(C) 130 0,102 2,22 850 5414(C) 130 0,100 2,23 8538221550 0,015 2,37 85183,21650 0,043 2,28 130 180,01750 0,045 2,41 40200,61850 0,042 2,25 85400,01950 0,041 2,88 85180,020(C) 250 0,040 1,32 85201421250 0,041 2,35 130 182,722(C) 250 0,041 2,18 40221423250 0,040 2,93 85190,824200 0,017 2,00 85210,025200 0,041 1,30 85208,026200 0,041 2,17 130 180,827200 0,040 2,14 40191028200 0,041 2,90 85200,629(C) 200 0,100 2,16 852219表中的紡絲孔直徑用微米、輸出量用膠狀物克/孔/分鐘、纖度用分特、氣縫用毫米、濕度用克水/千克空氣表示，“纖絲”欄中的數(shù)字系大量結(jié)果的平均數(shù)。實例4，12，13，14，20，22和29是對照實例。其他所有實例均為本發(fā)明結(jié)果，將相應(yīng)參數(shù)代入建立的經(jīng)驗數(shù)學表達式，給出的數(shù)值都低于10。由表可見，本發(fā)明的纖維素纖維在測試中出現(xiàn)的纖絲數(shù)比對照纖維少得多。實例30～41這些實例進行方式與實例1～29相似，如所示調(diào)節(jié)參數(shù)?！袄w絲”欄中系指276微米纖維上的纖絲的平均數(shù)。
表2實例孔直徑輸出量纖度間隙濕度纖絲30(C) 130 0,045 1,8 12 5,3 2731(C) 130 0,045 1,8 12 4,0 4332 100 0,026 1,7 60 23,52,833(C) 100 0,025 1,7 45 13,41634 100 0,025 1,7 60 25,43,235(C) 100 0,025 1,7 30 13,315,136(C) 100 0,025 1,7 30 12,71937 100 0,025 1,7 60 24,41,938(C) 100 0,049 1,7 90 0,5 3439 100 0,049 3,2 90 19,0040 100 0,041 1,8 90 29,00,941 130 0,025 1,3 90 30,03,2紡絲參數(shù)的單位與表1相同。
實例30，31，33，35，36和38不滿足本發(fā)明使用的數(shù)學表達式，系指對照實例。由表可見，這些纖維的纖絲數(shù)增大(每276微米纖維長度上的纖絲數(shù)大于10)。
表3中的特征纖維參數(shù)系指表2中的纖維。
表3實例 纖維斷裂時的 纖維斷裂時的 纖維抗拉強度 纖維延伸率抗拉強度cN/tex拉伸率％ 濕cN/tex 濕％30(C) 46,1 10,5 33,8 14,231(C) 5011,3 41,4 143231,9 17,7 27,5 24,533(C) 34,3 15,2 29,1 23,53428,8 16,5 24,5 21,835(C) 34,1 14,8 29,3 19,836(C) 33,3 16,3 30,5 18,83729,4 17,2 23,9 21,338(C) 30,4 11,8 22,5 14,33925,6 15,6 19,5 22,54024,6 14,8 18,2 21,44128,5 15,8 24,2 20,9實例42～54這些實例進行方式與實例1～29相似，如所示調(diào)節(jié)參數(shù)。在隨后的表4中的“纖絲”欄系指276微米長纖維上的纖絲的平均數(shù)。
表4實例 孔直徑輸出量纖度 氣縫濕度纖絲42(C)100 0,025 1,710 13 18,043(C)100 0,025 1,720 13 14,044(C)100 0,025 1,725 13 9,045(C)100 0,025 1,730 13 6,046 100 0,025 1,760 13 5,547(C)100 0,025 1,710 13 19,048(C)100 0,025 1,720 13 9,549(C)100 0,025 1,725 13 3,550(C)100 0,025 1,730 13 1,051 100 0,025 1,760 13 1,052(C)100 0,025 1,710 20 1453(C)100 0,025 1,710 20 11,054(C)100 0,025 1,760 20 4,0
紡絲參數(shù)的單位與表1相同。
表4表明，一旦氣縫寬度超過約25～30mm，纖絲數(shù)目顯著減少。
權(quán)利要求
1.一種借助擠壓纖維素在叔胺氧化物中的溶液通過噴絲頭的紡絲孔，并在加壓下將由此擠壓成的細絲穿過氣縫送入沉降槽而生產(chǎn)纖維素纖維的一種方法，其特征在于按數(shù)學表達式51.4+0.033XD+1937XM2-7.18XT-0.094XL-2.50XF+0.045XF2不超過10，進行本方法，其中D是以微米計的紡絲孔的直徑；M是每個紡絲孔以克/分鐘計的膠狀物輸出量，T是以分特計的單根細絲的纖度，L是以毫米計的氣縫寬度，F(xiàn)是以克水/千克空氣計的氣縫中空氣的濕度，條件是氣縫寬度大于30毫米。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過一種方式實現(xiàn)本方法，其數(shù)學表達式的數(shù)值不超過5。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于每個紡絲孔的膠狀物輸出量在0.025～0.05克/分鐘之間。
4.權(quán)利要求1至3中的一種或多種方法，其特征在于提供的氣縫寬度小于100毫米。
5.權(quán)利要求1或2中的一種方法，其特征在于在使用帶有直徑在70～130微米之間的紡絲孔的噴絲頭時，氣縫中空氣的濕度可在20～30克水/千克空氣間調(diào)節(jié)。
6.一種Lyocell類的有降低纖維化傾向的纖維素纖維，可通過權(quán)利要求1至5的方法制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助擠壓纖維素叔胺氧化物溶液通過噴絲頭的紡絲孔，并在加壓下將由此擠壓成的細絲穿過氣縫送入沉降槽而生產(chǎn)纖維素纖維的一種方法，其特征在于按數(shù)學表達式51.4+0.033XD+1937XM
文檔編號D04H1/56GK1112367SQ94190487
公開日1995年11月22日 申請日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月8日
發(fā)明者H·呂夫, M·艾布爾, R·于爾科維克 申請人:連津格股份公司