專利名稱：制備纖維素模件的方法和實(shí)施該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備纖維素模件的方法，按該方法在熱狀態(tài)下對(duì)于在氧化叔胺中的纖維素溶液進(jìn)行模制，并且將模制的溶液引入一個(gè)沉淀池中以便沉淀出所含的纖維素，本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的一種設(shè)備。
由美國(guó)專利2179181可知，氧化叔胺能夠溶解纖維素，并且通過沉淀從這些溶液就可以獲得纖維素模件。例如由EP-A0356419可知制備這種溶液的方法。按照該公開的方法，首先在含水的氧化叔胺中制備纖維素的懸浮液。氧化胺中包含高達(dá)40%(按重量計(jì))的水。將含水的纖維素懸浮液加熱，并且降壓除水，直到纖維素進(jìn)入該溶液時(shí)為止。該方法是在一個(gè)可以抽真空的專用攪拌設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的。
上一段描述的這類方法已由DE-A2844163和DD-A218121公開。為了制備纖維素纖維或纖維素薄膜，在噴絲嘴和沉淀池之間設(shè)置一個(gè)帶有空氣的空間或氣隙，以便實(shí)現(xiàn)在模具上拉伸。這種拉伸是必要的，因?yàn)樵谀Ｖ频募徑z溶液與水的沉淀池接觸后拉伸纖維將變得極其困難。在氣隙中產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)就在沉淀池中固定。
但在氣隙中存在著潛在的危險(xiǎn)情況，即尚未凝固的一根根纖維彼此粘連，或者融合在一起(因?yàn)樗鼈兊恼扯葮O大)，因此不可能進(jìn)行纖維紡織。就事情的本質(zhì)而論，模板和沉淀池的表面之間的間隙(即帶有空氣的空間)越長(zhǎng)，粘結(jié)在一起的危險(xiǎn)就越大。另一方面，長(zhǎng)的間隙或許是有益的，因?yàn)槔w維素分子排列取向需要一定的時(shí)間。為了能在使用大氣隙的情況下將粘連在一起的危險(xiǎn)減至最小限度，必須減少噴絲嘴中的孔密度，但這又對(duì)噴絲過程的經(jīng)濟(jì)效益帶來不利的效果。
雖然采用短的氣隙的確可以使用高孔密度的噴絲，但由于長(zhǎng)絲的毛細(xì)作用會(huì)使沉淀池的液體涌向噴絲孔的出口側(cè)，因此采用短的氣隙還會(huì)降低噴絲過程的可靠性。其結(jié)果是，進(jìn)行了模制但仍舊是流體狀的纖維材料經(jīng)受不住拉伸，也就是說達(dá)不到期望的纖維厚度。同時(shí)還能看出，和強(qiáng)度以及纖維的拉伸性有關(guān)的紡織品價(jià)值幾乎不受縮短在氣隙中停留時(shí)間的影響。
按照DD-A218121中的規(guī)定，通過給紡絲溶液添加一種聚亞烷基醚、特別是聚乙二醇，就可以縮短模具上的拉伸間隙，同時(shí)相應(yīng)地減少一根根纖維粘連在一起的危險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)噴絲的可靠性、或?qū)w維的強(qiáng)度沒有任何影響。還可參考DE-A2844163就紡絲纖維粘度極大時(shí)如何解決這一問題，和其它的內(nèi)容一起還建議用一種不溶解纖維素的液體噴灑在氣隙中的纖維上。
試驗(yàn)表明，不是所有建議的溶液在可達(dá)到的紡絲密度方面，或在對(duì)纖維素纖維的紡織特性的影響方面都是令人滿意的。按照DE-A 2844163，噴絲嘴和沉淀池表面之間的距離為270mm，但顯然這只允許約為0.0046根纖維/mm2的紡絲密度(相當(dāng)于噴絲嘴中0.0046個(gè)孔/mm2的噴絲孔密度)。使用這樣小的孔密度進(jìn)行大規(guī)模噴絲是不可想象的。要這樣做，必須使用具有大于0.1孔/mm2的孔密度的噴絲嘴。例如在奧地利專利申請(qǐng)A2724/89中介紹了這樣一些噴絲嘴。
現(xiàn)在，系統(tǒng)地闡述本發(fā)明，本發(fā)明涉及改進(jìn)上述方法的問題，使剛擠壓出來的纖維素模件的粘度降低，但又勿需給紡絲材料添加任何種類的添加劑，也無(wú)需給模件表面噴灑沉淀劑。特別是本發(fā)明能夠解決下述問題提供一種制備纖維素纖維的方法，其中通過使用一個(gè)具有高孔密度的噴絲嘴，可以紡出密集的一束纖維。為了更好地控制紡絲纖維的紡織性能，要將纖維束通過大的氣隙引向沉淀池。
不管纖維束有多密，不管氣隙有多大，在一根根纖維之間都不存在任何粘結(jié)。
按照本發(fā)明方法的特征在于，先將熱的模制紡絲溶液冷卻，然后再讓溶液與沉淀池接觸，因此冷卻是在模制之后立即開始。冷卻模制溶液的最好方式是將溶液暴露在一個(gè)氣流中。
在使用噴絲嘴將模制纖維素溶液制備纖維素纖維的過程中，采用基本上垂直于噴絲方向的氣流被證實(shí)是有價(jià)值的。令人驚奇的是，用一種簡(jiǎn)單的方式就可以解決上述的粘連問題，該方式即是將紡絲纖維自由地暴露在一個(gè)空氣流中。甚至用一臺(tái)風(fēng)扇簡(jiǎn)單地吹向纖維束也能保證可以使用具有直到0.7孔/mm2的噴絲嘴，并且可選用長(zhǎng)達(dá)70mm的氣隙而不會(huì)在氣隙中發(fā)生任何纖維的粘連。
按本發(fā)明的方法也適用于制備纖維素薄膜，其中通過一個(gè)薄膜形成設(shè)備來導(dǎo)引纖維素溶液，該方法的特征是薄膜形成方向基本上垂直于氣流方向。
當(dāng)使用具有更高孔密度的噴絲嘴時(shí)，由一臺(tái)風(fēng)扇提供的氣流分布不足以保證整個(gè)纖維束的均勻冷卻。在這種情況下，按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施方案將熱的模制溶液暴露在至少兩個(gè)氣流中，最好將這兩個(gè)氣流加到模制溶液的相對(duì)的兩側(cè)。
作為按照本發(fā)明制備纖維素纖維方法的這種變型的一個(gè)實(shí)施方案，通過一個(gè)具有多個(gè)基本上環(huán)形排列的噴絲孔的噴絲嘴來引導(dǎo)熱的纖維素溶液，其中使要成為紡織纖維的熱的模制溶液暴露于兩個(gè)氣流中，一個(gè)氣流徑向向外，另一個(gè)氣流徑向向內(nèi)。
用這種方法可提供冷卻效果，在一個(gè)至少50mm的間隙上可引導(dǎo)具有高達(dá)1.4根纖維/mm2的密度的纖維束，纖維相互間沒有任何粘連。
在冷卻過程中從熱的模制溶液排出的熱量至少為20KJ/Kg溶液(特殊情況)，最好在20和350KJ/Kg溶液之間。
本發(fā)明還涉及從氧化叔胺中的纖維素溶液制備纖維素纖維的設(shè)備，該設(shè)備包括具有噴絲孔的一個(gè)噴絲嘴。按照本發(fā)明設(shè)備的特征是，在噴絲孔的下游緊挨著噴絲孔設(shè)置一個(gè)冷卻氣體入口，使用冷卻氣體冷卻纖維素纖維。
按照本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)特殊的實(shí)施方案，將噴絲嘴中的噴絲孔基本上排列成環(huán)形，在由噴絲孔形成的環(huán)的中心設(shè)置冷卻氣體入口。
為了均勻從具有大于0.78孔/mm2孔密度的噴絲嘴擠出的非常密的纖維束，提供從外部指向該纖維束的另一個(gè)冷卻氣流已證實(shí)是有益的。因此，按照本發(fā)明設(shè)備的這一結(jié)構(gòu)要裝備冷卻氣體的另一個(gè)入口，該入口要位于環(huán)形噴絲嘴的外部。在這種情況下環(huán)形纖維束不僅它的內(nèi)側(cè)而且它的外側(cè)均暴露于冷卻氣體中。事實(shí)已經(jīng)表明，這一措施極大地提高了冷卻效果。
在位于環(huán)形噴絲嘴板中心的冷卻氣體入口處可以設(shè)置流動(dòng)裝置或檔板以使冷卻氣體均勻流動(dòng)。
按照本發(fā)明設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方案，以噴絲孔組形式排列噴絲嘴中的噴絲孔。
下面，借助于附圖進(jìn)一步說明按照本發(fā)明的方法，其中

圖1示意地表示按照本發(fā)明的方法制備纖維素纖維的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，圖2、3、和4表示按照本發(fā)明的噴絲設(shè)備的一些優(yōu)選實(shí)施方案。
圖1中表示的是一個(gè)可加熱的噴絲嘴1(其中沒有表示出加熱部分)，通過供料管2給噴絲嘴1供應(yīng)紡絲材料3，即溫度約為100℃的熱纖維素溶液。泵4用于計(jì)量紡絲材料，并用于調(diào)節(jié)進(jìn)行擠壓所必須的壓力。用惰性氣體6，最好是空氣，冷卻通過噴絲孔16從噴絲嘴1擠出的纖維束5，該惰性氣體6是通過氣體噴嘴7噴向該離開噴絲嘴1的纖維束5。借助于這種氣流，可使用具有高孔密度的噴絲嘴，在噴絲過程中噴出的纖維不會(huì)粘連在一起。
纖維束5通過一個(gè)由噴絲嘴1和沉淀池8的表面之間距離確定的氣隙、進(jìn)入沉淀池8、由導(dǎo)向輥9收集在一起、并被抽出。該纖維束按照本發(fā)明分別進(jìn)行的氣體吹拂和冷卻，使有可能采用比較長(zhǎng)的氣隙，因此在纖維拉伸期間可以得到足夠長(zhǎng)的時(shí)間給纖維素分子排列取向。借助于輥9以大于纖維素離開噴絲嘴1時(shí)的速度抽拉纖維束5，即可實(shí)現(xiàn)這種拉伸。
氣體噴嘴7按環(huán)形包圍著纖維束5，這些氣體噴嘴或者直接固定到噴絲嘴1上，或者可形成一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)單元，再將該結(jié)構(gòu)單元固定到噴絲嘴1上。一般來說要盡可能地防止從噴絲嘴1內(nèi)熱紡絲材料3到冷卻氣體5的熱傳遞，通過適當(dāng)?shù)慕^熱措施即可以很簡(jiǎn)單地獲得這一效果。為了按照本發(fā)明獲得這一效果，關(guān)鍵是要將冷卻氣流引向剛剛離開噴絲嘴1的纖維束5，冷卻氣流最好在一個(gè)基本上平行于由噴絲孔16形成的平面的平面內(nèi)。
圖2、3和4示意地表示包含噴絲嘴和冷卻氣體噴嘴的、不同于圖1所示的本發(fā)明的噴絲設(shè)備的另一些實(shí)施方案。借助于這些實(shí)施方案，甚至可以加工更加密集的纖維束，即可使用孔密度更高的噴絲嘴。
圖2和3表示環(huán)形的可加熱的(加熱部分未示出)噴絲嘴1′、1″，以及一個(gè)包括氣體噴嘴7′、7″的吹氣設(shè)備、和冷卻氣體13、13′的中心入口10、10′的剖面圖。紡絲材料11、11′供料給環(huán)形的噴絲嘴1′、1″，附圖中沒有示出供料點(diǎn)，噴出的紡絲材料產(chǎn)生密集的環(huán)形纖維束5′、5″，冷卻氣體在內(nèi)、外兩面吹向該纖維束5′、5″。在兩個(gè)圖中分別用箭頭22、22′以及6′、6″表示吹氣方向。
在兩個(gè)附圖中表示的本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施情況彼此有別，不同點(diǎn)就在于冷卻氣體13、13′的中心入口點(diǎn)10、10′上。將入口點(diǎn)10設(shè)計(jì)成一個(gè)簡(jiǎn)單的管，具有檔板12和通路14。例如可用附圖未示出的風(fēng)扇給入口點(diǎn)10供應(yīng)冷卻氣體13。氣流13撞擊檔板12并產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)，從通路14流出成為氣流22，并且撞擊環(huán)形纖維束5的內(nèi)側(cè)。在供氣點(diǎn)10中可設(shè)置一個(gè)使氣流均勻的結(jié)構(gòu)體15。由于從內(nèi)側(cè)和外側(cè)向纖維束5′徑向吹氣，極大地提高了冷卻效果。
圖3所示的中心入口點(diǎn)10′具有n個(gè)分開的室a-d，給這些室供應(yīng)冷卻氣體13′。借助于入口點(diǎn)10′的這種分段結(jié)構(gòu)，在向纖維束吹氣時(shí)可以使用不同的冷卻介質(zhì)或不同的條件。通過圖3所示的結(jié)構(gòu)，還可以使纖維束暴露在冷卻氣體中的距離更長(zhǎng)，因此還能更加有利地影響纖維素纖維的紡織品價(jià)值。
環(huán)形地包圍著環(huán)形纖維束5′、5″的氣體噴嘴7′、7″或可直接固定到噴絲嘴1′、1″上，或可形成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)單元，再將該結(jié)構(gòu)單元固定到噴絲嘴1′、1″上。至于這里采用的是在圖1中已實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也適用于入口點(diǎn)10、10′。
還可以將用來向纖維吹氣的空氣噴嘴整體式制做在噴絲嘴內(nèi)，其中自然要對(duì)熱絕緣給予特殊的考慮。圖4所示的恰恰就是這樣一種實(shí)施方案，其中圖4a表示按照本發(fā)明的一個(gè)設(shè)備的剖面圖，該設(shè)備帶有一個(gè)圓筒形的噴絲嘴外殼(該設(shè)備的噴絲嘴是可加熱的，但圖中未示出加熱部分)，而圖4b是該實(shí)施方案從下方觀察的一個(gè)剖面。
圖4a表示噴絲嘴1″′的一個(gè)示意圖，在其中的圓筒形通道17的前端設(shè)置噴絲孔1b″′。2′表示紡絲材料18進(jìn)入噴絲嘴1″′的入口點(diǎn)。在噴絲過程中，通道17中的紡絲材料受壓力作用、并穿過噴絲孔16″′被擠出。在噴絲嘴1″′的毛細(xì)管側(cè)覆蓋有一個(gè)圓板19，圓板19包含圓切口21，切口21的形狀和在板19上的位置要能使擠出的纖維5流出時(shí)不受阻礙并可被抽出去。噴絲嘴1″′的這個(gè)覆蓋物產(chǎn)生引入冷卻氣體(未示出)的腔20。板19的設(shè)計(jì)方式、以及將板19加到噴絲嘴1″′上的方法要使板19不接觸通道17的前端而又能形成環(huán)形氣隙7″′，冷卻氣體可以通過這些環(huán)形氣隙7″′流出并水平地流向被擠壓出來的纖維束5″′(在圖4a中用氣隙7″′中的箭頭6″′表示)。這樣，環(huán)形氣隙7″′就完成了分別按圖1、2和3的實(shí)施方案中環(huán)形布置的氣體噴嘴7、7′、7″的功能。
借助于這種特殊的結(jié)構(gòu)，在每一個(gè)纖維束5″′的周圍即形成一個(gè)冷卻氣體環(huán)，它能有效地冷卻密集的纖維束5″′。
圖4b是噴絲嘴1″′的下視圖，表示出板19、冷卻氣體流出的切口21、以及噴絲孔16″′的剖面。
在空間20的噴絲嘴側(cè)包有絕熱材料23以阻止從紡絲材料18到空間20中冷卻氣體的熱傳遞。
下面，通過下述實(shí)例還要進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)例1-5按照EP-A0356419描述的方法制備纖維素溶液，然后進(jìn)行過濾并按圖1所示方法在熱狀態(tài)進(jìn)行噴絲，其中在實(shí)例1-4中使用圖2示意表示的噴絲設(shè)備實(shí)施方案，而在實(shí)例5中使用圖4表示的噴絲設(shè)備實(shí)施方案。
在下表中針對(duì)5個(gè)實(shí)例給出了每小時(shí)噴出的纖維素溶液的重量(Kg/h)、它的組成(Wt%)、它的噴絲溫度(℃)、噴絲嘴中的孔密度(孔數(shù)/mm2)、噴絲孔直徑(u)、內(nèi)部冷卻空氣的供氣速度(m3/h)、它的溫度(℃)、流出的內(nèi)部冷卻空氣的溫度(℃)、外部冷卻空氣的供氣速度(m3/h)、它的溫度(℃)、每千克紡絲纖維溶液除去的熱量(KJ/Kg)、氣隙長(zhǎng)度(mm)、纖維拉伸比率、沉淀池的NMMO含量(Wt%NMMO)、以及制成的纖維的端纖度(dtex)。
表實(shí)例12345紡絲材料45.624.677.849.1018.80的生產(chǎn)率纖維素11.8611.8312.8612.2111.00NMMO78.2577.5776.3576.6877.22水9.8910.6012.6511.1111.78溫度11211211011390孔密度0.680.600.181.140.27孔直徑100100100100130內(nèi)部冷卻1001707020050(量)冷卻空氣溫度-6-554.924冷卻空氣3232.834.230.131出口溫度外部冷卻23271217-(量)冷卻空氣24242417.3-
的溫度除去的熱量32.37103.46152.90338.2428.72氣隙70601406585纖維拉伸比10.6:18.03:14.34:113.49:113.02:1沉淀池2020.920.829.223.8端纖度1.31.33.131.71.36在所有實(shí)例中都沒有觀察到有任何纖維粘連在一起的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種用于制備纖維素模件的方法，其中在熱狀態(tài)下對(duì)氧化叔胺中纖維素溶液(3、11、11′、18)進(jìn)行模制，并且將模制的溶液(5、5′、5″、5″′)引入一個(gè)沉淀池(8)以便沉淀所含的纖維素，其特征在于先將熱的模制溶液冷卻，然后再將該溶液引入沉淀池(8)內(nèi)，其中的冷卻是在模制過程之后立即開始進(jìn)行的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱的模制溶液的冷卻是通過將其暴露在一個(gè)氣流(6、6′、6″、6″′、22、22′)中實(shí)現(xiàn)的。
3.一種如權(quán)利要求2所述使用噴絲嘴(1、1′、1″、1″′)模制纖維素溶液制備纖維素纖維的方法，其特征在于，噴絲的方向基本上垂直于氣流(6、6′、6″、6″′、22、22′)的方向。
4.一種如權(quán)利要求2所述用于制備纖維素薄膜的方法，其中的纖維素溶液是通過一個(gè)薄膜成型設(shè)備引入的，其特征在于，薄膜形成的方向基本上垂直于氣流的方向。
5.如權(quán)利要求3或4中的一個(gè)所述的方法，其特征在于，熱的模制溶液暴露于至少兩個(gè)氣流(6、6′、6″、6″′、22、22′)中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，熱的模制溶液暴露于在相對(duì)的兩側(cè)接觸熱的模制溶液的兩個(gè)氣流(6、6′、6″、6″′、22、22′)中。
7.一種如權(quán)利要求6所述用于制備纖維素纖維的方法，其中熱纖維素溶液(11、11′)是通過一個(gè)噴絲嘴(1′、1″)引出的，該噴絲嘴帶有多個(gè)基本上成環(huán)形排列的噴絲孔(16′、16″)，其特征在于，將要成為紡絲纖維的熱模制溶液暴露在兩個(gè)氣流(6、6′、6″、6″′、22、22′)中，要使其中的一個(gè)氣流(22、22′)徑向指向外部，其中的另一個(gè)氣流(6′、6″)徑向指向內(nèi)部。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于為了冷卻熱的模制溶液，從該溶液除去的溶液熱量至少為20KJ/Kg溶液，最好在20和350KJ/Kg溶液之間。
9.一種用于從氧化叔胺中的纖維素溶液(3、11、11′、18)制備纖維素纖維的設(shè)備，該設(shè)備包括帶有噴絲孔(16、16′、16″、16″′)的一個(gè)噴絲嘴(1、1′、1″、1″′)，其特征在于，在緊挨著噴絲孔(16、16′、16″、16″′)的下游方向?yàn)槔鋮s氣體(6、6′、6″、6″′、13、13′)提供一個(gè)入口(7、7′、7″、7″′、10、10′)，以便冷卻纖維素纖維(5、5′、5″、5″′)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，噴絲嘴(1′、1″)的噴絲孔(16′、16″)被排列成大致為環(huán)形，并且在由噴絲孔(16′、16″)排列成的環(huán)形中心設(shè)置冷卻氣體(13、13′)入口(10、10′)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，為冷卻氣體(6′、6″)設(shè)置另一個(gè)入口(7′、7″)，該入口定位在由噴絲孔(16′、16″)排列成的環(huán)的外部。
12.如權(quán)利要求9至11中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，在位于由噴絲孔(16′)排列成的環(huán)的中心處的入口(10)中，裝設(shè)流動(dòng)裝置或擋板(15)以便使冷卻氣體(13)的流動(dòng)均勻。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，將噴絲嘴(1″′)的噴絲孔(16″′)聚在一起，從而形成一個(gè)噴絲孔組。
全文摘要
為了制備纖維素模件，在熱狀態(tài)對(duì)在氧化叔胺中的纖維素溶液進(jìn)行模制，將模制的溶液先要冷卻，再引入沉淀池以沉淀出所含的纖維素。在模制過程后最好立即向纖維素模件水平地吹空氣冷卻。按本發(fā)明的方法使纖維素溶液的噴絲能在高纖維密度下進(jìn)行，噴出的纖維從噴絲嘴流出后不會(huì)粘連在一起。不管纖維密度多高，該方法還允許在噴絲嘴和沉淀池之間有長(zhǎng)的氣隙，從而得到足夠的時(shí)間影響在模具上拉伸出來的纖維的紡織品特性。
文檔編號(hào)C08L1/02GK1078510SQ93102660
公開日1993年11月17日 申請(qǐng)日期1993年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月17日
發(fā)明者S·齊凱利 申請(qǐng)人:連津格股份公司