專利名稱：從含制劑油的短切彈性纖維中分離油的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從含制劑油并用于再處理的短切彈性纖維中分離油的方法和設(shè)備。
術(shù)語“彈性纖維”應(yīng)該理解為含量至少85重量％的已切斷的聚氨酯或聚氨酯-尿素塑料的纖維。合成所述聚氨酯-尿素塑料，使得大分子具有包含晶體段(硬段)和無定形段(軟段)的切斷的結(jié)構(gòu)。
術(shù)語“短切的彈性纖維”指的是......
為了改善其在進(jìn)一步加工過程中的性能，在其纏繞在線軸上之前，用稱為“制劑油”的潤滑劑混合物處理彈性纖維。取決于其類型和纖度，用于破碎成切碎纖維的彈性纖維具有不同含量的制劑油，相對(duì)于彈性固體，制劑油含量范圍約為3-約15重量％。一般來說，在含有聚酯成分(PES)作為增塑劑的彈性纖維上沉積的制劑油含量在3-7重量％范圍內(nèi)，而對(duì)于含有聚醚(PET)成分作為增塑劑的彈性纖維的制劑油的含量高達(dá)15重量％是常見的。對(duì)于纖度小于33分特的非常細(xì)的彈性纖維，優(yōu)選的是使用高含量的制劑油。
一般使用的預(yù)制油是礦物油、硅油和脂肪酸的金屬鹽。根據(jù)EP046 073 A2，對(duì)于通過干紡法生產(chǎn)的彈性纖維，一種優(yōu)選的制劑油是含有90重量％聚二甲基硅氧烷和10重量％的聚戊基硅氧烷的混合物，其中加入相對(duì)于制劑油總重量為4-10重量％的脂肪酸的金屬鹽。脂肪酸鹽的金屬是鈣、鋰或鎂。脂肪酸選自含有10-12個(gè)碳原子的不飽和和飽和脂肪酸。
一種優(yōu)選使用的制劑油混合物，例如由91％的聚二甲基硅氧烷、5％的聚戊基硅氧烷和％硬脂酸鎂組成。
根據(jù)DD 251 587，由硬脂酸鎂和/或硬脂酸鈣的水基懸浮液和聚二甲基硅氧烷乳液組成的紡絲制劑油可以以1-20克/升的濃度加入到用濕紡絲法生產(chǎn)的彈性纖維中。
在含有制劑油的上述類型的短切彈性纖維的再加工過程中，高含量的制劑油介質(zhì)混合物構(gòu)成了一個(gè)值得考慮的問題。在干紡法中，制劑油被紡絲溶液夾帶到紡絲輥中，在濕紡法中，它們與固定裝置，如軋光機(jī)或加熱輥接觸，在這里，它們部分揮發(fā)和分解。此外，不能不考慮的制劑油介質(zhì)的量冷凝在生產(chǎn)設(shè)備的較冷部位，這可能導(dǎo)致沉積物或油從所生產(chǎn)的彈性纖維中滴落，并且可能導(dǎo)致生產(chǎn)過程的堵塞和出現(xiàn)問題。
所以，在專利申請(qǐng)CA 771 086中已經(jīng)提出，用溶劑丙酮或異丙醇從彈性纖維中洗去在彈性纖維上存在的制劑油。這種方法非常昂貴(它必須使用防爆設(shè)備)，并且還必須細(xì)心干燥彈性纖維，因?yàn)樯倭繗埩羧軇?huì)污染彈性紡絲溶液，這又會(huì)導(dǎo)致紡絲的問題。
專利說明書EP 881 324 A2也提出了一種同時(shí)從合成纖維除去增白劑并著色的方法，其中，使用加入表面活性劑，如三甲銨乙內(nèi)酯、氧化胺和萜烴的水溶液浴，并在4-7.5之間的pH范圍內(nèi)加入染料。由于其有許多處理步驟，如冷卻、卸料、卷繞和后處理，該方法也非常昂貴和費(fèi)時(shí)間，并且出于環(huán)境原因，由于使用了許多添加劑，它也不適合于在工業(yè)規(guī)模上從短切彈性纖維中除去制劑油。
其它研究使用了如甲苯、環(huán)己烷、1-丁醇或1，1，1-三氯乙烷等溶劑，用于濾出短切彈性纖維中的制劑油，但是由于太高的溶劑需求量，其在工業(yè)規(guī)模上使用是不可行的。在上述溶劑中制劑油的最大含量為5重量％。此外，只有使用昂貴的設(shè)備才能進(jìn)行固/液分離產(chǎn)品。因此，例如在洗滌和過濾后，短切彈性纖維的環(huán)己烷含量仍然約為110重量％，在進(jìn)一步分離操作后，仍然約為40-50重量％，在另外的壓制操作后，仍然有35-40重量％的殘余溶劑。
在這些條件下，因?yàn)榧词乖诙糖袕椥岳w維干燥后，帶入到紡絲和蒸餾過程中的溶劑幾乎不能完全避免，所以，上述溶劑不適合于從短切彈性纖維中清洗出制劑油，同時(shí)又沒有對(duì)設(shè)備和能量的明顯消耗。
本發(fā)明的目的是提供一種從含有制劑油的短切彈性纖維中分離油的方法，該方法不出現(xiàn)上述缺點(diǎn)，并且它可以在工業(yè)規(guī)模上以成本有效的方式實(shí)施。
優(yōu)選的是不加入化學(xué)乳化劑。詳細(xì)描述通過H NMR分析測量起始材料中的聚二甲基硅氧烷含量。在100℃的再循環(huán)空氣干燥爐中把切斷的纖維干燥1小時(shí)后，用相同的方法測定用水溶液浴處理后的短切彈性纖維的聚二甲基硅氧烷含量。水溶液浴的聚二甲基硅氧烷含量測定如下用氯仿?lián)u動(dòng)水溶液浴，并且用H NMR分析類似地定量測定萃取物中的硅油。
制劑油從回收的彈性材料中的損失計(jì)算如下制劑油的損失(％)＝ 本發(fā)明涉及一種從含有制劑油，優(yōu)選的是含有聚二烷基硅氧烷，最優(yōu)選的是含有聚二甲基硅氧烷的制劑油的彈性纖維中分離出至少30重量％，優(yōu)選的是至少50重量％(相對(duì)于彈性原料中的制劑油介質(zhì)的原始重量為100％)的油質(zhì)制劑油介質(zhì)的方法，其中，a)使用不同纖度的彈性纖維混合物作為短切纖維，其中，使用纖度在約11-10000分特范圍內(nèi)的纖維作為原料，特別地，纖度小于或等于900分特的纖維比例在纖維原始重量為100重量％時(shí)保持小于80重量％，
b)短切彈性纖維在混合容器中以至少5/1的水與短切彈性纖維的比例與水浴混合，c)使用轉(zhuǎn)速至少為1200轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)混合裝置進(jìn)行混合，d)在室溫或在高溫，優(yōu)選的是最高90℃，特別優(yōu)選的是最高70℃下進(jìn)行混合，e)連續(xù)混合10-60分鐘，和f)從而以水浴中的水從纖維材料中除去至少一部分制劑油介質(zhì)，然后從水溶液浴中分離纖維材料。
術(shù)語“回收的彈性材料”在下文中被理解為是指制劑油含量一般為3-15重量％的聚酯和/或聚醚型的短切彈性纖維。
在本發(fā)明意義上的制劑油一般由礦物油和/或硅油組成，任選地加入脂肪酸的金屬鹽。例如，一種用于彈性纖維的制劑油由90％的聚二甲基硅氧烷和10％聚戊基硅氧烷組成，并含有相對(duì)于制劑油總重量計(jì)為4-10重量％的脂肪酸的金屬鹽。脂肪酸鹽的金屬通常是鈣、鋰或鎂。脂肪酸選自含有10-12個(gè)碳原子的不飽和和飽和脂肪酸。
優(yōu)選的是使用任意混合比的基于聚醚氨基甲酸乙酯和/或聚酯氨基甲酸乙酯，或聚醚基和聚酯基的短切彈性纖維的混合物的彈性料作為短切彈性纖維。
在該方法的一種有利的方案中，所述混合裝置由至少兩個(gè)攪拌器軸組成，每個(gè)攪拌器有至少兩個(gè)溶解器圓盤，溶解器圓盤的直徑與容器直徑的比值在1∶5-3∶5范圍內(nèi)。
攪拌器軸的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選的是至少2000轉(zhuǎn)/分，最優(yōu)選的是至少3000轉(zhuǎn)/分。
通過這些措施，增大了制劑油介質(zhì)從纖維中釋放的效率。為了防止纖維材料上的沉降和結(jié)塊，在一種優(yōu)選的工藝方案中，該混合物另外用錨式攪拌器攪拌。
錨式攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選的是至少50轉(zhuǎn)/分，最優(yōu)選的是60-100轉(zhuǎn)/分。
如果水與彈性纖維材料的定量比在5/1-15/1，優(yōu)選的是在5/1-10/1范圍內(nèi)，則可以特別有效地進(jìn)行該過程。
在混合容器中，彈性纖維材料與水溶液浴的混合時(shí)間在15-60分鐘范圍內(nèi)，優(yōu)選的是15-45分鐘，特別優(yōu)選的是30-45分鐘。
該方法的一種方案也是優(yōu)選的，即其中，在彈性纖維與水浴的混合開始時(shí)，混合容器的內(nèi)容物的溫度在室溫-70℃范圍內(nèi)。
混合容器中的材料還可以被混合過程中混合器引入的機(jī)械能略微加熱。
本發(fā)明還涉及一種從彈性短切纖維材料生產(chǎn)彈性紡絲溶液的方法，其中，通過根據(jù)本發(fā)明的分離方法首先進(jìn)行從纖維材料中分離制劑油介質(zhì)，然后在從混合器中的水溶液浴分離纖維材料后，通過合適的處理單元(如篩子、離心機(jī)和/或壓機(jī))，使彈性纖維材料脫水，隨后在至少100℃的溫度干燥彈性纖維材料，達(dá)到殘余含水量按其固體含量計(jì)小于5重量％，優(yōu)選的是1-3重量％，特別優(yōu)選的是0.5-1.0重量％，并溶解在紡絲溶劑(如二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺)中，并加入第二種芳基胺，轉(zhuǎn)變成均勻的彈性紡絲溶液。
本發(fā)明還涉及一種實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備，它包括至少一個(gè)混合容器，和至少包括兩個(gè)攪拌器軸的分散單元，可任選地加熱該混合容器，每個(gè)攪拌器軸至少安裝一個(gè)，優(yōu)選的是兩個(gè)溶解器圓盤。
一種設(shè)備是優(yōu)選的，其中，另外提供一種中心的攪拌器，特別是一種錨式攪拌器，它可以用比上述攪拌器軸更低的轉(zhuǎn)速操作。
同樣優(yōu)選的是所述設(shè)備的一種變體，其中，混合容器為攪拌器的旋轉(zhuǎn)部件提供一種另外的剝落裝置。
圖2表示本發(fā)明的另一種有旋轉(zhuǎn)混合器的混合容器。
下面的實(shí)施例用于更詳細(xì)解釋本發(fā)明，但是不限制本發(fā)明。除了另外說明，所有的百分?jǐn)?shù)用重量百分?jǐn)?shù)給出。
隨后把水浴排空，通過篩網(wǎng)吸水取出回收彈性材料，并用壓實(shí)器加壓。仍然具有約38重量％的殘余含水量的回收彈性材料然后在100℃干燥(殘余含水量＜1重量％)，隨后如開始時(shí)所描述的那樣用于生產(chǎn)彈性紡絲溶液。
回收彈性材料的聚二甲基硅氧烷(PDMS)含量如下

從該實(shí)施例中可以看出，以45分鐘的處理時(shí)間獲得了制劑油的最高損失，即77.1％。在45分鐘的處理過程中，含有油的水與聚二甲基硅氧烷的乳液明顯獲得了其最大飽和程度，而對(duì)于60分鐘的處理時(shí)間，制劑油的損失重新降低。在60分鐘的處理過程后，通過水中的制劑油的較低含量也證實(shí)了這一結(jié)果。
而在根據(jù)實(shí)施例1的水浴比為11.5/1時(shí)，制劑油在處理45分鐘后從纖維材料中的損失為77.1％，在根據(jù)實(shí)施例2的水浴比為7.5/1時(shí)，獲得81.2％的制劑油損失，最后在根據(jù)實(shí)施例3的水浴比為5/1時(shí)，獲得了90.6％的制劑油損失。在甚至更低的水浴比時(shí)，在所用的高轉(zhuǎn)速下達(dá)到了機(jī)械性能的極限。在實(shí)施例4中，使用包含純聚醚(PET)型的回收彈性材料。與實(shí)施例2相比，在相同條件下使用純聚酯(PES)型時(shí)，制劑油的損失為64.4％，而不是81.2％。在聚醚型的情況下，制劑油的損失降低可能是由于不同的纖度混合物。在聚酯型的情況下，在45-1280分特的較粗纖度混合物下，可能存在更少的纖維材料結(jié)塊。換言之，聚酯型的回收材料以“更疏松的”形式存在。如實(shí)施例5和6所示，聚醚/聚酯型混合物比例，以及回收彈性材料的各自的制劑油超始含量，對(duì)制劑油從回收彈性材料中損失的數(shù)量不起明顯的作用。在實(shí)施例7-9中，表明制劑油從回收彈性材料中的損失隨攪拌器軸轉(zhuǎn)速增大而明顯增大。當(dāng)兩個(gè)攪拌器軸以1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速操作時(shí)，制劑油的損失僅為37.3％(實(shí)施例7)，以2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速操作時(shí)，為51.0％(實(shí)施例8)，以3500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速操作時(shí)，有73.5％的制劑油損失(實(shí)施例9)。在實(shí)施例10-12中，通過插入輔助的蒸汽加熱器，把混合容器中的水溫從室溫提高到60℃，然后經(jīng)由70℃再提高到90℃。從表1可以看出，在70℃以上的溫度提高不引起制劑油損失的增加。而在室溫處理后，制劑油損失為63.7％(見實(shí)施例14)，在60℃的處理溫度下處理后，制劑油的損失為67.6％(實(shí)施例10)，在70℃的處理溫度下處理后，制劑油的損失為68.6％(實(shí)施例11)，在90℃的處理溫度處理后，制劑油的損失僅為44.1％(實(shí)施例12)。從實(shí)施例13-15可以得出，對(duì)于大于45分鐘的處理時(shí)間(見實(shí)施例14，制劑油損失＝63.7％)，制劑油從回收材料中的損失重新降低(見實(shí)施例15，制劑油損失＝52.0％)。水與聚二甲基硅氧烷的乳液在約45分鐘的處理時(shí)間時(shí)已經(jīng)明顯達(dá)到其最大飽和程度。實(shí)施例16表明，在水與回收彈性材料的水浴比為15∶1時(shí)，回收材料中的制劑油的損失仍然為53.9％。

實(shí)施例17(不根據(jù)本發(fā)明)把4.8公斤的由純聚醚型(PET)組成的初始制劑油含量為8.8重量％的纖度為160分特的回收彈性材料在如實(shí)施例1所述攪拌條件下，引入到在100升混合容器中的室溫(24.7℃)下的55升水中，并如實(shí)施例1所述進(jìn)一步處理?；厥盏那袛嗬w維成塊，所以，兩個(gè)攪拌器軸的轉(zhuǎn)速必須降低到低于1000轉(zhuǎn)/分-約800轉(zhuǎn)/分。由于纖維成塊，所以，必須放棄試驗(yàn)，以防損壞攪拌器。
與含有粗纖度纖維的纖度混合物相反，只由細(xì)纖度纖維組成的回收彈性材料因此絕對(duì)不適合于本方法。
從與表1中的實(shí)施例14的對(duì)比可以看出，僅使用一個(gè)攪拌器代替兩個(gè)攪拌器沒有在實(shí)施例14中獲得良好結(jié)果，盡管使用了更大的溶解器圓盤和擋板(實(shí)施例14制劑油損失＝63.7％)。
回收彈性材料的聚二甲基硅氧烷含量如下

與表1所列的實(shí)施例13-15(有錨式攪拌器)相比，在實(shí)施例19中沒有獲得良好的結(jié)果，實(shí)施例19中錨式攪拌器和剝落部件被多流動(dòng)攪拌器代替，盡管使用了相同的攪拌器軸轉(zhuǎn)速(在實(shí)施例13中在30分鐘的處理時(shí)間后，制劑油的損失＝62.7％，實(shí)施例19中的為39.2％；在實(shí)施例14中在45分鐘的處理時(shí)間后，制劑油的損失＝63.7％，而不是實(shí)施例19中的45.1％，在實(shí)施例15中在60分鐘的處理時(shí)間后，制劑油的損失＝52.0％，而不是實(shí)施例19中的41.2％)。還確定了在60分鐘而不是30-45分鐘的更長處理時(shí)間后，制劑油從回收彈性材料中的損失重新明顯降低。在水浴中制劑油的含量降低也證實(shí)了這一點(diǎn)。實(shí)施例20(不根據(jù)本發(fā)明)原料還是與實(shí)施例18中所述的相同的回收彈性材料。回收材料的PET/PES混合比和10/1的水浴比也是相同的?；旌先萜靼惭b唯一的一種固定在中心軸上的傳統(tǒng)漿輪攪拌器(未示出)。處理時(shí)間為45分鐘。在引入回收材料(約3分鐘)的過程中，漿輪攪拌器以60轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速操作，隨后以約195轉(zhuǎn)/分的最高可能轉(zhuǎn)速操作。殘余的聚二甲基硅氧烷含量為8.8重量％，對(duì)應(yīng)于油的損失僅為13.7％。從對(duì)比實(shí)施例20可以看出，用傳統(tǒng)的攪拌器和低轉(zhuǎn)速?zèng)]有獲得從回收彈性材料中分離聚二甲基硅氧烷的令人滿意的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種從含有聚二甲基硅氧烷的制劑油的彈性纖維中分離至少30重量％的這種制劑油的方法，包括a)制備使用不同纖度的短切彈性纖維的混合物，包括纖度在約11-10000分特范圍內(nèi)的纖維，并且其中，纖度小于或等于900分特的纖維比例小于纖維混合物總重量的80％，b)在有旋轉(zhuǎn)混合器的混合容器中，以至少5/1的水與短切彈性纖維的產(chǎn)量比例使短切彈性纖維混合物與水浴混合，c)以至少為1200轉(zhuǎn)/分的所述旋轉(zhuǎn)混合器的轉(zhuǎn)速混合所述纖維混合物和所述水，d)在纖維與水的所述混合過程中，保持混合容器內(nèi)容物在室溫-90℃范圍內(nèi)的溫度，e)繼續(xù)混合纖維與水10-60分鐘，然后，f)從水浴中分離纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，彈性纖維是聚醚氨基甲酸乙酯纖維、聚酯氨基甲酸乙酯纖維或聚醚-氨基甲酸乙酯纖維和聚酯-氨基甲酸乙酯纖維的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述混合裝置由至少兩個(gè)攪拌器軸組成，每個(gè)攪拌器軸有至少兩個(gè)溶解器圓盤，其中，溶解器圓盤的直徑與容器直徑的比值在約1∶5-3∶5范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其中，所述攪拌器軸3的轉(zhuǎn)速至少為2000轉(zhuǎn)/分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述混合物另外通過錨式攪拌器攪拌。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述錨式攪拌器的轉(zhuǎn)速至少為50轉(zhuǎn)/分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在纖維與水的混合物中，水與彈性纖維材料的重量比在5/1-15/1范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在混合容器中，彈性纖維材料與水的混合時(shí)間在15-45分鐘范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在混合開始時(shí)，混合容器內(nèi)容物的溫度在室溫-70℃范圍內(nèi)。
10.一種從短切彈性纖維材料生產(chǎn)彈性紡絲溶液的方法，根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6的方法，制劑油首先從所述短切纖維材料分離，在纖維從水浴中分離后，使彈性纖維材料脫水，然后在至少100℃的溫度干燥到殘余含水量按其固體含量計(jì)小于5重量％，并溶解在紡絲溶劑中，以形成均勻的彈性紡絲溶液。
11.一種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1或10的方法的設(shè)備，包含至少一個(gè)混合容器，該混合容器任選地包括加熱器，并且它包括一種由至少兩個(gè)攪拌器軸組成的分散裝置，每個(gè)攪拌器軸有至少一個(gè)溶解器圓盤。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述混合容器還包括錨式攪拌器，適用于在低于所述攪拌器軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的設(shè)備，其中，混合容器還設(shè)有剝落裝置，用于從錨式攪拌器中除去纖維材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述轉(zhuǎn)速至少為3000轉(zhuǎn)/分。
15.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述轉(zhuǎn)速值為60-100轉(zhuǎn)/分。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述比例為5/1-10/1。
17.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述時(shí)間為30-45分鐘。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述殘余含水量為1-3重量％。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述殘余含水量為0.5-1.0重量％。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述紡絲溶劑選自二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺。
21.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，向所述溶劑中加入第二種芳基胺。
22.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，每個(gè)所述攪拌器軸設(shè)有兩個(gè)溶解器圓盤。
全文摘要
描述了一種按在彈性原料中的制劑油介質(zhì)的原始含量為100重量%計(jì),從含有制劑油的彈性纖維中分離至少50重量%的油質(zhì)制劑油介質(zhì)的方法和設(shè)備,其中,使用不同纖度的彈性纖維混合物作為短切纖維,其中,使用纖度為11－10000分特的纖維作為原料,使切彈性纖維與水在混合容器中以水與短切彈性纖維水浴比至少為5/1混合,其中,使用轉(zhuǎn)速至少為1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速的混合裝置(3)進(jìn)行混合,在室溫或高溫(特別地最高為90℃)下進(jìn)行處理,保持10－60分鐘的處理時(shí)間,隨后將含有制劑油介質(zhì)的水溶液與纖維材料分離。
文檔編號(hào)B01F7/16GK1367277SQ0210281
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月24日
發(fā)明者W·安根赫根, T·赫爾貝茨, U·雷尼爾, T·塞姆 申請(qǐng)人:拜爾法斯?fàn)柟煞萦邢薰?br>