与用于制备再生纤维素纤维的冷碱方法有关的改进与流程

发明领域本公开涉及人造纤维素纤维的制备、用途和应用领域的创新。特别地，本公开涉及用于根据冷碱方法制备的再生纤维素纤维的制备方法、由此制备的纤维及其用途。相关技术的描述人造纤维素纤维是基于纤维素物质作为原料的制造纤维。在本公开的上下文中，术语“纤维素”是指衍生自植物细胞壁或合成法制备的有机化合物。纤维素是一种多糖且是非支链的。通常，纤维素分别包含几百至一万个β-d-葡萄糖分子(β-1,4-糖苷键)或纤维二糖单元。由植物用于制备纤维素纤维的纤维素分子也用于工艺过程中以制备再生纤维素。术语“再生纤维素”是指通过将天然的或再循环的纤维素转化至可溶的纤维素的衍生物或直接溶解的纤维素溶液，并且随后再生形成成型体，例如纤维(例如人造丝)、膜或箔(例如玻璃纸)或散装固体(bulk solids)(例如珠粒、粉末或丸粒)而制造的一类材料。如在本文中所使用的术语“纤维”是指连续的长丝以及具有任何所需长度的切割短纤维。纤维素纤维可用于制备包含纤维素纤维的编织、针织或非织造结构(包括织物)。编织织物包含由至少两种交叉线体系制成的纺织品平面织物，这两种交叉线体系可被称为经纱和纬纱。相反，在针织织物中的纱线沿着弯曲的路径(路线)，在纱线的平均路径的上方和下方对称地形成对称的线圈(也称绳圈(bights))。术语“非织造织物”是指既不是编织的也不是针织的织物。非织造织物可以是包含随机取向的纤维和/或有限长度的切割纱线的织物的形式。非织造织物还可以包括例如通过熔喷方法制备的无端纱线。粘胶纤维是指通过被称为粘胶法的湿法纺丝方法制造的再生纤维素纤维。所述粘胶法的起始原材料是纤维素，纤维素通常以木材为基础而提供。从该起始原材料中获得化学浆形式的高纯度纤维素。附加地或作为替代物，其它纤维素材料，例如竹子、棉绒、再循环纤维素材料、芦苇等，或此类材料的混合物可以用作起始原材料。在随后的方法阶段中，首先用苛性钠(naoh)处理该浆料，由此形成碱纤维素。在所述碱纤维与二硫化碳的后续转化中，形成纤维素黄原酸酯。由此，通过进一步供应naoh，生成粘胶纺丝溶液，该溶液通过淋浴式纺丝喷嘴的孔被泵入凝固浴(也称为纺丝浴)中。在那里，每个纺丝喷嘴孔通过凝固生成一根粘胶长丝。为了凝固纺丝溶液，使用酸性凝固浴。随后对由此产生的粘胶长丝进行后加工。所述后加工通常包括多个洗涤和拉伸步骤，并将长丝切割成粘胶短纤维。可以在未切割和/或切割的纤维上进行多个其它后加工步骤，例如卷曲、漂白和/或整理(finished)(“柔软整理”)。在本文的上下文中，术语“粘胶方法”是指这种黄原酸酯方法。如本文所使用，术语“莱赛尔(lyocell)”是指根据直接溶剂法制造的包含纤维素的再生纤维类型。用于莱赛尔(lyocell)方法的纤维素是从含有纤维素的原材料中提取的。由此获得的浆料随后可以在脱水下溶解在合适的有机溶剂中，而无需化学改性。在大规模工业实施中，n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)目前被用作溶剂，然而已知其他溶剂例如离子液体也可用于该方法中。然后过滤该溶液，并且为了制备纤维，随后通过纺丝喷嘴将该溶液挤出到空气间隙中，在空气间隙中通过潮湿的空气流对其进行拖拉和凝固，然后将其送入含有nmmo水溶液的凝固浴中。随后可以对该纤维进行进一步加工，例如洗涤、漂白、整理、卷曲、切割成短纤维等。已知当莱赛尔纤维在湿状态下受到机械应力时，可以展现出原纤化的趋势。原纤化意味着纤维结构在纵向方向上发生断裂。由于在湿状态下的机械磨损，细原纤维从纤维上部分脱落，使含有这种纤维的织物产生毛茸茸的外观。这种现象发生在湿织物加工步骤(如染色或擦洗)以及衣物的洗涤期间。织物的表面可得到美学上不理想的外观。当原纤相互缠绕并在那里发生原纤化时，织物的表面变得无光泽，由于来自原纤表面的光谱反射，织物具有更浅的颜色。所述原纤化通常发生在织物的高点上且在褶皱上发生原纤化的地方可以出现白线。每当织物受到湿磨损时，就可以发生织物的原纤化。在湿处理工艺(例如染色工艺)期间，更长的时间和更高的温度倾向于产生更大程度的原纤化。ep0538977a1公开了一种用于使用具有与纤维素有反应性的官能团的试剂处理莱赛尔纤维以减少或抑制其原纤化趋势的方法。将具有二至六个纤维素反应性官能团的化学试剂(即所谓的交联剂)施加到纤维上。然后将其暴露在导致试剂与纤维中的纤维素发生反应(引起纤维素分子比使用通常将纤维中的分子结合在一起的天然氢键所发生的结合更牢固地结合在一起)的条件下。氢键可以通过用水润湿而被破坏，并且因此可以发生原纤化。与交联剂形成的键不可以通过暴露于水中而被破坏，并且因此纤维不会原纤化。然而，已经发现这种处理方法可能对纤维的机械性能(例如其韧性和可伸长性)产生负面影响。用于制造再生纤维素纤维的另一种众所周知的方法是氨基甲酸酯法，该方法类似于所述粘胶方法，但是该方法使用脲而不是二硫化碳。还有另一种方法，其被称为莫代尔方法(modal-process)，是一种用于制备更高质量的纤维的改良粘胶方法。对于这些方法，也使用酸性凝固浴。此外，用于纤维素产品的制造的方法是已知的，其可以使用包含盐的碱性纺丝浴。为制备纺丝溶液，在受控的低温下将纤维素溶解在包含氧化锌(zno)的水性无机碱性介质中。此类方法在本文中通常表示为“冷碱方法”。wo2018/169479公开了通过冷碱方法制备的纤维的实例。该方法包括：提供纺丝原液，其包含纤维素和添加剂在碱性溶剂中的溶液，其中溶剂纤维素在从按重量计约5-12重量％的浓度下存在且添加剂在0.1-10重量％的范围下存在，基于纤维素计；且使纤维素纺丝原液与具有7以上ph值包含盐的水性凝固浴流体接触；形成再生纤维素纤维组合物；以及在一个或多个洗涤和拉伸浴中拉伸和洗涤纤维组合物。ep3231901a1公开了一种相似的方法，其中纺丝原液通过将纤维素溶解在naoh水溶液中来制备。纺丝浴包括包含钠盐水溶液的凝固液体。ep3231899a1公开了一种通过在冷碱中直接溶解纤维素来制备纺丝原液的方法。wo2020171767a1公开了一种涉及湿纺丝程序的用于形成纤维丝束的方法，该方法包括以下步骤：将纤维素浆溶解在碱性水性溶剂中，以形成纤维素纺丝原液组合物，在具有大于7.0的ph、优选至少10的ph的凝固浴中对纤维素纺丝原液组合物进行纺丝，以制备纤维丝束，以及使制备的纤维丝束通过一系列连续的拉伸和洗涤步骤，其中通过逆流洗涤程序用洗涤液洗涤形成的纤维丝束。然而，冷碱方法的许多方面未被完全理解，并且希望找到进一步的手段以改善纤维的质量并且提高制备方法的效率。发明简述本公开描述了用于制备根据冷碱方法制备的再生纤维的方法和装置。已经发现尽管冷碱纤维是被直接纺丝到凝固浴中的，但冷碱纤维的性质与使用类似的喷丝头的粘胶纤维或莫代尔纤维相比是非常不同的。不过，冷碱纤维与莱赛尔纤维也有很大的不同。除此之外，冷碱纤维表现出强烈的原纤化趋势。这就产生了对于新加工方法的需求，新加工方法可以与冷碱方法结合使用以改善纤维性质。在第一方面中，本公开涉及一种用于制备再生纤维素纤维的方法，该方法包括将纺丝溶液挤出到含有盐并且优选含有碱的凝固浴中以制备纤维，所述纺丝溶液包含被溶解在包含naoh和zno的水溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的ph值，其中该方法进一步包括以下连续工艺：将具有两个或更多个反应性基团的交联剂施加到处于从未干燥状态的纤维上，并将该纤维加热至固化温度，同时保持该从未干燥的状态以在交联剂和纤维的纤维素之间产生反应。冷碱纤维的湿磨损性质和原纤化趋势通过交联而降低。已经发现根据这个方案，可以在冷碱纤维上实现交联，同时基本保持纤维的机械性能，特别是可以保留纤维的抗拉强度和伸长率。此外，可以避免脆化效应。冷碱纤维的脆化意味着纤维的伸长率变得如此之低以使得将纤维加工成纱线是困难的或甚至是不可能的。如在本文中所用的术语“交联剂”是指其分子含有大量——即至少2个并且优选至多6个——能够与在纤维素中的羟基基团反应以形成交联的官能团的化学试剂。交联剂的分子可以优选地属于可选自包含以下物质的物质类别：三嗪类、嘧啶类、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺/卤代丙烯酰胺、乙烯基砜前体、乙烯基砜、环氧化物、醛类、缩醛类、树脂类(例如羟甲基衍生物)、羧酸类、异氰酸酯、硫代异氰酸酯、氮丙啶/磺酰氮丙啶、硫酸盐、硫代硫酸盐、有机硅烷、丙烯酸盐(酯)、乙烯基酮、无机酸、丙烯酸酯类、卤代乙酰基卤代杂环、两步法或混合x-连接剂(如(聚)丙烯酸和膦酸盐；高碘酸盐/胺，例如三聚氰胺；混合x-连接剂物质类别，如三嗪+乙烯基砜等)。与纤维素具有反应性的官能团可以是任何本领域已知的那些。例如在kirk-othmer，encyclopaedia ofchemical technology，第三版，第8卷(1979，wiley-interscience)的第374-392页中，在题为“dyes，reactive”的文章中给出了此类基团的许多实例。在其中描述的染料含有直接或间接连接到单元上的发色团体系，该单元带有一种或多种与待染色的材料具有反应性的官能团。用作交联剂的化学试剂与反应性染料的不同在于它们不含有发色团，所以其基本上是无色的。因此在染料不存在的情况下使用此类试剂进行处理基本上不改变溶剂纺丝纤维素纤维的颜色。因此，经处理的纤维适用于以任何已知用于纤维素纤维、纱线或织物的方式进行染色。不过，交联剂也可以包含发色团体系，在这种情况下它们也充当染料。对于官能团优选的实例是连接到多吖嗪(polyazine)环上的反应性卤素原子，例如连接到哒嗪、嘧啶或均三嗪环上的氟、氯或溴原子。此类官能团的其它实例包括乙烯基砜和其前体。在试剂中的每个官能团可以是相同的或不同的类型。所述交联剂优选在水性体系中、更优选以水溶液的形式施加到纤维上。所述交联剂可以含有一种或多种增溶基团以提高其在水中的溶解度。增溶基团可以是离子物种，例如磺酸基团，或非离子物种，例如低聚聚(乙二醇)或聚(丙二醇)链。非离子物种对纤维素纤维的基本染色特性的影响通常小于离子物种对纤维素纤维的基本染色特性的影响，并且由于这个原因非离子物种可以是优选的。所述增溶基团可以通过不稳定的键连接到化学试剂上，例如在化学试剂与纤维素纤维已经反应之后易水解的键。具有在本文中公开的教导知识的本领域的技术人员能够选择合适的盐用于凝固浴中。所述盐促进纺丝溶液的凝固并且优选可以以范围从10重量％至30重量％的比率存在于凝固浴中。优选地，所述盐是钠盐，例如碳酸钠或硫酸钠。进一步合适的盐可以通过考虑hofmeister序列(也称为感胶离子序)进行选择，hofmeister序列按离子的沉淀能力顺序抗衡离子进行分类。一方面所述盐应该允许快速凝固，并且其次，其应该促进化合物的回收和再循环。可供替代的但是次优选的凝固钠盐包括其中抗衡离子是羧酸根(例如甲酸根、乙酸根、丙酸根、丁酸根或苯甲酸根)、脂肪族或芳香族磺酸根(例如苯磺酸根、甲苯磺酸根或甲磺酸根)、脂肪族或芳香族膦酸根离子或它们的混合物的钠盐。优选地，阴离子抗衡离子具有密集的电荷，将其置于hofmeister序列的开端。具有密集电荷的阴离子抗衡离子的特征为强烈地“盐析”蛋白质，这是由于它们增加表面张力和将水分子组织在它们周围的溶剂化壳中的能力。此外，所述凝固钠盐优选作为水合物沉淀的钠盐。优选地在沉淀的水合物中的水与钠盐摩尔比为至少4:1。令人惊讶地发现根据冷碱方法制备的再生纤维可以是交联的，而不需要在凝固浴之后充分地洗涤纤维。根据现有技术首先必须对纤维进行充分地洗涤，以除去来自凝固浴的所有残留物。根据优选的实施方案，在纤维已经被部分洗涤至优选10至12的ph之后将所述交联剂施加到纤维上。因此，可以利用纤维固有的碱性条件进行交联。在本发明中使用的在化学试剂中与纤维素具有反应性的官能团可以在碱性条件下最快速地与纤维素反应，并且含有此类基团的试剂可以是优选的。尽管用新纺的纤维(在洗涤之前)进行交联也将是可能的，但纤维的部分洗涤是优选的，以促进碱再循环。优选在碱性条件下施加的官能团的实例是卤代多吖嗪环。根据另一个实施方案，在纤维已经基本上被完全洗涤至优选5至11的ph之后，将所述交联剂施加到纤维上，其中所述交联剂与无机碱组合施加。根据另一个实施方案，所述交联剂可以通过引导该从未干燥的纤维穿过包含交联剂的施加浴而被施加到该从未干燥的纤维上。这是施加交联剂而同时纤维仍未被切割并以纤维丝束的形式被输送的有效方法。此外，可以在相同的施加系统中或在后面的系统中将碱添加到交联剂中，以增加ph并实现交联剂更好地固定到纤维素上。将纤维加热至固化温度同时保持从未干燥的状态的加热操作可以优选包括独立地选自以下的一个或多个步骤：-在将所述交联剂施加到纤维上之前，将包含交联剂的流体加热至固化温度以上的温度，-在将交联剂施加到纤维上之后，优选用低压蒸汽对纤维进行蒸汽处理。在另一个实施方案中，所述交联剂可以是具有两个或更多个反应性基团的反应性染料。这允许获得组合的交联和染色。根据另一种方法，可以将所述交联剂和单联(monolinking)染料施加到纤维上。纤维的交联可以改善染色过程。在另一个实施方案中，可以将单联染料添加到交联剂中。这允许在单个方法步骤中进行交联和染色。根据另一个实施方案，可以在施加交联剂之前将水溶性聚合醇掺入到纤维中或可以将水溶性聚合醇作为在交联剂中的组分进行施加。这可以增加纤维的染料亲合力。在第二方面中，本公开涉及一种用于制备再生纤维素纤维的加工设备，该加工设备包括喷丝头，所述喷丝头用于将纺丝溶液挤出到含有盐且优选含有碱的凝固浴中以制备纤维，所述纺丝溶液包含溶解在包含naoh和zno的水性溶剂中的纤维素，所述凝固浴具有至少7的ph值，其中所述加工设备包括交联设备，在交联设备中具有两个或更多个反应性基团的交联剂被施加到处于从未干燥的状态的纤维上，并且其中所述交联设备包括固化设备，所述固化设备用于将纤维加热至固化温度同时保持从未干燥的状态以在交联剂和纤维的纤维素之间产生反应。所述加工设备允许将在本文中公开的方法用于工业实施和放大。在一个优选的实施方案中，所述交联设备包括施加浴，在施加浴中所述交联剂被提供并被施加到从未干燥的纤维上。根据另一个实施方案，所述加工设备进一步包括来自交联设备上游的洗涤设备。在第三方面中，本公开涉及在如在本文中描述的加工设备中制备再生纤维素纤维和/或通过如在本文中描述的方法制备再生纤维素纤维。考虑到对进一步加工步骤以及在中间产品和包含纤维的最终产品的性质方面的要求，所述纤维可以满足提高的质量标准。在一个优选的实施方案中，基于所述干纤维的重量，所述纤维以0.5重量％至5重量％、优选1重量％至3重量％的量包含交联剂。在一方面，键合到纤维的纤维素上的交联剂的量应当足够高以大幅度降低原纤化趋势，在另一方面，过多的交联剂可能导致纤维脆化。最佳量也取决于交联性分子的分子量。在另一方面，本公开涉及一种产品，特别是消费产品或中间产品，其包含如在本文中公开的再生纤维素纤维。优选地，所述产品可以选自包括纱线、织物、纺织品、家用纺织品、衣物、非织造布、卫生产品、室内装潢(upholstery)、技术应用，例如过滤材料、纸张的列表。附图简述在下文中，参照附图描述本发明的示例性实施方案，其中图1是专注于纺丝原液制备的根据本公开的纤维制备方法的示意性和示例性表示图，图2是专注于纺丝纤维的后加工的根据本公开的加工设备的示意性和示例性表示图，和图3是根据另一个实施方案的纤维丝束加工设备的一部分的示意性表示图。附图详述图1显示表示根据本公开的示例性纤维的制备方法的流程图。该图是简化的表示且以图示化的方式显示了该方法。该方法可以被分成以下基本步骤，以下基本步骤用罗马数字表示在图1中：ⅰ.供应原材料对于根据本公开的方法可以使用宽范围的可能的纤维素原材料。通常用作原材料的纤维素的特性粘度和聚合度比通常用于粘胶方法或莱赛尔方法的纤维素更低。例如可以使用具有约200ml/g至700ml/g(聚合度dp为500至1900)、优选约250ml/g至约400ml/g(dp或600至950)的特性粘度(根据scan-cm 15:99在cuen中测量)的溶解浆(硫酸盐浆料或亚硫酸盐浆料)。此外，可以使用再循环浆料或棉短绒(优选具有与上述相同的dp)。所述再循环浆料可以例如衍生自废纸、再循环粘胶纺织材料、再循环莫代尔纺织材料、再循环莱赛尔纺织材料和/或再循环棉纤维纺织材料。不同来源的浆料的共混物，如原木浆与再循环浆料的共混物是可能的，并且甚至可以是期望的。在图1中描述了作为原材料的溶解浆1的短纤维的例子ⅱ.原材料的预处理纤维素原材料可以受到预处理，其中将聚合度调节至期望的dp，以将纺丝原液的粘度调节至允许过滤和纺丝的值。预处理可以包括使原材料受到酸性浆料处理，其中dp值主要受预处理的持续时间和酸的浓度影响。在其他情况下，如果dp值已经处于所期望的值，可以省略预处理。例如，衍生自纤维素再生纤维的浆料可以具有允许直接溶解而无需预处理的dp。在一个更具体的实施例中，在50℃至95℃使用1-10重量％硫酸进行从5分钟至2h的持续时间的酸性浆料处理可以用作预处理。因为该方法的盈利能力由于该处理步骤的长持续时间而降低，因此通常尽可能地最小化预处理的持续时间是优选的。知晓本公开的教导的本领域的技术人员能够找到合适的参数并优化它们而没有过度的负担。所述预处理进一步包括用水洗涤纤维素材料并压制以减少水分含量，例如减少至纤维素材料的约50重量％。在图1中示例性描述了关于预处理化学品2(例如硫酸)的来源和预处理容器3。在预处理容器3中进行预处理之后，可以对纤维素材料进行压制和洗涤以减少输送至下一个步骤的酸的量。ⅲ.纺丝原液的制备为了制备纺丝原液(也称为纺丝溶液)，首先将湿的且经预处理的浆料冷却至约0℃(同时应当避免浆料冻结)，并制备包含naoh和zno的水性溶剂。优选地调节所述溶剂以提供包含5-10重量％naoh和0.8-3重量％zno的纺丝溶液。将所述溶剂冷却至工艺温度，该工艺温度优选介于-5℃和-10℃之间。将所述浆料和所述溶剂共混合以将纤维素溶解在溶剂中。为了改善加工性质，纺丝原液的制备包括混合步骤和随后的均化步骤。在混合步骤期间，共混物用高剪切应力进行混合，这可以在高剪切混合器中完成。这种高剪切应力混合优选仅进行相当短的时间段，例如所述混合可以用1-2分钟完成。在随后的均化步骤中，用较低的剪切强度搅拌该共混物。所述均化步骤可以比混合步骤持续更长的时间，例如约5分钟。在混合和均化步骤期间，控制混合物的温度，尤其是冷却温度。优选地，将温度保持在0℃以下。工艺温度不得超过5℃，因为溶液这时可能变稠并造成不可挽回的损失。然后将如此制备的纺丝溶液过滤和脱气。例如，纺丝原液可以经由具有15微米网孔尺寸的kk过滤器(kolben-korb-过滤器，lenzing technik)过滤至少两次。为了脱气，将所述纺丝溶液暴露于降低的压力下。该步骤本身是粘胶方法中已知的。可以使用的用于对原液进行过滤和脱气的其它技术是本领域技术人员已知的。制备的纺丝原液应当无空隙，并具有均匀的稠度和适当的粘度，以允许在随后的挤出步骤中使用的喷丝头中挤出。在一个优选的实施方案中，所述纺丝原液的落球-粘度应该在约30-200s的范围内。所述落球-粘度可以根据din 53015-2019进行测量。所述纺丝原液的粘度可以通过多种不同的方式进行调节。例如，所述粘度可以通过改变纤维素的dp值、通过改变溶剂的组成和/或在纺丝原液中的纤维素的浓度进行调节。例如，纤维素的浓度可以在约4重量％至约12重量％的范围内，特别地在约5重量％至约8重量％的范围内，优选约6％至约7重量％。混合、均化和过滤步骤的具体参数可以由知晓本公开的本领域的技术人员通过常规工作和实验找到。在图1中示例性显示了用于存储溶剂成分的化学品储存库4、用于冷却至少部分溶剂的溶剂冷却设备5、浆料冷却设备6、混合容器7和脱气过滤器8。所述混合容器7被提供有冷却套管9。ⅳ.挤出到凝固浴中所述纺丝原液可以通过喷嘴直接挤出到凝固浴中。在将添加剂添加到纺丝原液的情况下，原液可以经由静态混合器被均匀化以掺入添加剂。在挤出步骤之前，所述原液可以优选被调温至纺丝温度，例如从5℃至30℃范围的温度。对于纤维制备，一种直接的方法是使用喷丝头作为挤出喷嘴，例如喷丝头包含至多150个具有12.5-16mm的直径的杯，包含至多3000个具有约40-75μm的直径的孔，其对应于它们本身已知的并且通常在与粘胶纺丝方法中有关地使用的尺寸。尽管如此，令人惊讶地发现，与冷碱方法有关，更宽的直径可以改善工艺稳定性并促进纤维的凝固和拉伸。根据本公开，因此建议使用包含具有约80-120μm、优选90μm-110μm的直径的孔的喷丝头。例如在工业规模的制备设备中，一个喷丝头可包含最多150个具有12.5-16mm的直径的杯，包含约600-1400个具有约80-120μm、优选90μm-110μm的直径的孔。纺丝孔的相对较粗的直径导致不同的凝固过程，即新挤出纤维首先仅在外表面凝固，而纤维的中部保持较长时间的液体状态。这允许更高的拉伸并且可以以更稳定的方式维持拉伸条件。所述凝固浴包含碱，优选naoh，和盐，优选碳酸钠(na2co3)或硫酸钠(na2so4)。作为实施例，所述凝固浴可以包含10重量％至30重量％的na2co3或na2so4和0-3重量％的naoh，优选从0.1-3％并且更优选0.2-0.7重量％的naoh。在一个具体的实施例中，所述凝固浴可以包含约22重量％的na2co3和约0.5重量％的naoh。所述凝固浴的温度可以例如被调节至10℃至30℃，并且优选被调温在约20℃。所述新挤出纤维穿过凝固浴的最佳距离(即凝固浴距离)尤其取决于挤出速度、拉脱速度、纺丝原液的组成和粘稠度、凝固浴的组成和温度。不限于这些值，在大多数参数条件下，最佳凝固浴距离可以在约10cm至约100cm的范围内找到。对于凝固浴距离优选的值在从约15cm至约60cm的范围内。将纤维丝束从凝固浴中抽出至输送区，该输送区可以包含多个将纤维丝束输送通过一系列后加工阶段的导丝辊和/或引导件(guide)。在新挤出纤维上施加的拉脱力可以通过挤出速度和第一输送单元(或导丝辊)的速度进行调节，第一输送单元(或导丝辊)优选可以被定位在凝固浴的外部。由于通过第一输送单元施加在新挤出纤维上的拉脱力，纤维已经在凝固浴的内部得到拉伸。进一步拉伸步骤可以在纤维的后续后加工期间进行。在图1中示例性描绘了包含凝固液体11、喷丝头12和第一导丝辊13的凝固浴10。所述喷丝头12将大量纤维14(对应于喷丝头12的孔的数量)挤出到凝固液体11中。所述新挤出纤维14通过第一导丝辊13被聚集到一起形成纤维丝束15。通过调节在喷丝头12的挤出速度和导丝辊13的速度，在挤出之后在凝固浴10内直接完成的拉伸量可以进行设定。尽管在图1中显示了喷丝头12(和新挤出纤维14)的倾斜角度，但是知晓当前教导的从业技术人员能够应用在本领域中本身已知的其它纺丝配置，例如来自胶粘制备的纺丝配置。ⅴ.纤维丝束的后加工如本公开通篇所使用的，术语“后加工”涵盖在从凝固浴中取出挤出纤维之后在该挤出纤维上进行的所有的加工步骤。当纤维丝束在输送单元上被输送同时，后加工步骤可以施加到该纤维丝束上。此外，可以在切割装置中切割所述纤维丝束，并且可以在切割的纤维上实施进一步后加工步骤。在图1中所述后加工仅通过各自的附图标记ⅴ进行示意性表示。所述纤维的后加工可以包括但不限于一个或多个以下步骤的任何组合：-纤维丝束和/或切割纤维的洗涤，-压制纤维丝束和/或切割纤维以减少在其中的液体的量，-用酸性液体中和纤维丝束和/或切割纤维，-漂白纤维丝束和/或切割纤维，-通过在纤维上施加交联剂并将其固化来交联纤维丝束和/或切割纤维，-将整理剂(“柔软整理”)施加到纤维丝束的纤维和/或切割纤维上，-干燥纤维丝束和/或切割纤维。紧接着在纤维丝束中的纤维已经被从凝固浴中拉出之后，它们已经被拉伸至一定程度，优选被拉伸至约20-30％，但尚未达到它们的最终伸长率(和最终纤维素比直径)。在一种不同的方法中，在后加工期间可以实施多个连续拉伸步骤。例如可以在后加工中实施逆流洗涤，其中在纤维丝束中的纤维在多个洗涤步骤期间和/或在多个洗涤步骤中间被渐增地拉伸，直至其已经达到它们的最终延伸度。根据另一种方法，所述纤维丝束可以被引入到包含从10重量％至30重量％的盐的调理浴中，该盐促进纺丝溶液的进一步凝固，所述调理浴优选与任何下游洗涤设备流体分离，并且被拉伸至基本上该纤维的最终纤维素比直径，以及在调理浴内被引导至基本上其最终状态。所述调理浴可以包含与凝固浴液体相似或相同的凝固液体。在调理浴中的凝固速度可以通过在其中的液体的温度进行调节，其优选地可以独立于凝固浴来进行控制。在第二个浴之后，可以在下游洗涤线中洗涤所述纤维丝束，其无额外的拉伸被施加到纤维上。如在本文中所使用的术语“流体分离的”是指与完全分离的循环系统相关联的系统，或经由显著改变液体性质(例如通过向液体中添加物质和/或从液体中去除物质、或通过浓缩或稀释该液体)的装置连接的系统。在调理浴中的盐可以优选地与在凝固浴中使用的盐相同，或其可以根据与在上面概述的凝固浴中的盐相同的要求进行选择。视情况而定(并根据技术要求)，可以根据任何技术上有用的配置在加工线中布置其它后加工步骤。图2是显示用于处理根据当前公开进行制备的纤维丝束的后加工设备(例如通过在图1中描绘的设备)的示例性配置的示意性方框图。纤维14通过喷丝头12被挤出到凝固浴10内的凝固液体11中，并且通过第一导丝辊13被聚集到一起形成纤维丝束15中(类似于图1)。纤维丝束从第一导丝辊13被定向至第二导丝辊18。在第一导丝辊13和第二导丝辊18之间，纤维丝束15经由旋转的或静止的引导件16(例如辊或棒)转向，并被浸入含有凝固液体11'的调理浴17中。所述凝固液体可以与在凝固浴10中的凝固液体11相同或相似。优选地，在凝固浴10中的凝固液体11和在调理浴17中的凝固液体11'在共同的流体循环中进行循环。优选地，在调理浴17中的凝固液体11'的温度可以与在凝固浴10中的凝固液体11的温度独立地进行控制。对于调理浴17中的凝固液体11'来说，通常较高的温度是优选的。例如，可以将在凝固浴10中的凝固液体11的温度调节至在约10℃至约20℃的值，以及可以将在调理浴17中的凝固液体11'的温度调节至在约20℃和约40℃之间的值。在第一导丝辊13和第二导丝辊18之间以及基本上在调理浴17内，在纤维丝束中的纤维被拉伸至基本上它们的最终纤维素比直径并且被取向至基本上它们的最终状态。如在本文中所使用的术语“拉伸至基本上它们的最终纤维素比直径”应被解释为在该拉伸步骤的下游不对纤维丝束进行进一步拉伸步骤的效果，即纤维的直径被基本上保持恒定，直至纤维被切割(在其之后少量的松弛是不可避免的且有时甚至是有意的)或被干燥(其中正如其将被实际测量的纤维直径由于液体损失而减小，通常纤维的拉伸没有任何变化)。如在本文中所使用的，术语“纤维素比直径”是指在实际上洗涤和干燥状态下的直径，即仅包含干纤维素。与纤维结合使用的纤维素比直径的一个实例是纤维纤度，其被定义为每单位长度的纤维的纤维素含量的重量。如在本文中所使用的，术语“取向至基本上它们的最终状态”应被解释为这样的效果，即在纤维中的纤维素的分子取向在下游加工步骤中未被主动改变，即保持恒定，除了可自然发生的微小变化或是其它下游后加工步骤的副作用(通常不希望的)导致的微小变化之外。令人惊讶地发现在调理浴内拉伸纤维至它们的最终纤维素比直径和状态允许经济且可控的制备具有允许例如将纤维纺丝成纱线的适当性质的纤维。在图2中仅示出了一个调理浴。尽管如此，其安装多于一个的调理浴将是可能的，例如两个连续调理浴或一系列连续调理浴。优选地，所述调理浴与凝固浴共享相同的流体回路并具有基本相同或至少相似含量的盐和/或碱。调理浴的温度可以是相同的或独立控制的，视情况而定。取决于配置，所述纤维可以例如以级联方式进行拉伸，即连续调理浴具有增加的拉伸速率。所述纤维也可以在上游调理浴(或多个上游调理浴)中被拉伸至基本上它们的最终状态，且然后在具有恒定速度和拉伸的一个(或多个)下游调理浴内被进一步凝固和“固定”。具有在本文中公开的教导知识的本领域技术人员能够通过常规测试和实验来优化调理浴的数量、它们的温度和额定伸长率，而不偏离当前公开的范围。纤维参数(如抗拉强度、伸长率、结晶度等)可以以有条理的方式进行如此优化。所述纤维丝束15被从第二导丝辊18引导至洗涤线19，该洗涤线19可包含多个洗涤步骤，多个洗涤步骤在图2中被示例性地描绘为洗涤步骤20和20'。视情况而定，所述洗涤线19也可以仅包含一个洗涤步骤20或超过两个的任何数量的洗涤步骤。此外，在本领域本身已知的用于洗涤纤维丝束的任何洗涤技术可以用于洗涤线19中。在洗涤线中用于纤维丝束的输送方式如辊和导丝辊等在恒定的速度下运行，使得张力保持基本恒定且在纤维丝束中不发生纤维的进一步拉伸。这也使纤维的取向基本保持在它们在调理浴内拉伸之后离开第二导丝辊18时的状态。在洗涤线19之后，纤维丝束15被引导至切割器21，切割器21将纤维丝束切割成短纤维22。在洗涤步骤20期间，纤维的稠度已经充分稳定，使得纤维基本上保持其纤维素比直径、伸长率和取向性，即使它们在湿状态下进行切割。因此，在切割之前不需要干燥纤维丝束15，这可以降低成本并允许实施更有效率的后加工步骤。在图2的下部中示出了用于切割短纤维的示例性后加工设备。切割短纤维从切割器21被输送(或下落)到具有充满液体(例如水)的盆24和传送带25的成绒设备23。传送带25对液体是可渗透的，并且在盆中保持水流，该水流将悬浮在盆的液体中的纤维输送到传送带25上，在传送带25上纤维被收集并在传送带25的上表面上形成非织造纤维层26。传送带的表面是倾斜的，并且将新形成的非织造纤维层26从液体中输送出来，并输送至进一步的输送设备(出于简洁的原因，其在图2中未示出)。新切割的短纤维22应当规则地分布在成绒设备23的宽度上，使得非织造纤维层26具有均匀的宽度和稠度。在离开成绒设备23之后，非织造纤维层26在第一压制设备27a中被压制，以去除在非织造纤维层26中的一些液体。在多个加工步骤之间的下游可以布置多个另外的压制设备27b至27f。特别是第一压制设备27a以及其它压制设备，在非织造纤维层中的纤维上产生自然卷曲，这对于许多纤维应用是优选的。对非织造纤维层26进行的后加工，如图2中所示，包括第一洗涤设备31、交联设备30、第二洗涤设备31'、中和器32、整理设备33、干燥器34和压捆机35。所述交联设备30包括第一交联剂施加28、第二交联剂施加28'和固化设备29。在不同阶段之间布置压制设备27a-27f以将加工液体挤出非织造纤维层26。在图2中示出了具有两个交联剂施加28和28'的交联设备30。在进入交联设备30之前，在纤维层26中的纤维被第一压制设备27a压制，在第一洗涤设备31中进行洗涤，并在第二压制设备27b中再次被压制。该洗涤步骤减少了输送到交联设备30中的化学品的量，并改善了工艺流体的再循环。在第一交联剂施加28中，用包含第一交联剂的水溶液浸渍非织造纤维层26。溶液在压制设备27c中被压出，并且在第二交联剂施加28'中，可以将另一种化学试剂施加到纤维上以改善交联反应。例如，可以在第二交联剂施加28'中施加碱。取决于在第一洗涤设备31之后的纤维的性质，仅一次交联剂施加28可以是足够的，这取决于在纤维中的碱残留物。所述纤维层26在压制设备27d中再次被压制，然后被供给到固化设备29中，在固化设备29中将纤维加热至固化温度，这促进了在交联剂和纤维的纤维素之间的反应。加热可以通过在所需温度下施加蒸汽来完成。在交联设备30之后，剩余的交联剂和碱在第二洗涤设备31'中被洗涤掉。在中和器32中，仍可能含有碱残留物的纤维可以用酸性液体中和。酸性液体可以选自包括稀释的乙酸、乳酸、硫酸等的列表，而不限于该列表。值得注意的是，取决于前面的处理步骤和该纤维的其它参数，这种中和并不总是必要的。如果合适，可以在中和器32之后实施进一步的洗涤步骤(在图2中未示出)，以去除可能仍存在于纤维中的化学品残留物。这种(和任何其它)洗涤步骤的废水可以被输送至任何上游的耗水装置中，如洗涤线19的洗涤步骤20、20'和/或切割器21。以这种方式可以实施逆流洗涤体系。在整理设备33中，可以将整理剂或柔软整理剂施加到纤维上。在最后的压制设备27g中对非织造纤维层26进行脱水后，将非织造纤维层26供给到干燥器34中。在干燥之前，可以在开松机(未示出)中将非织造纤维层26松开，开松机打开纤维层26的结构以改善在随后的干燥器33中的干燥效率并且也改善成品短纤维的进一步加工。在干燥器之后，短纤维在压捆机35中被压制成捆。上面列出的后加工设备可以以任何技术上合理和有用的顺序来实施，并且知晓当前教导的本领域技术人员能够实施多种配置而不偏离当前公开。后加工也可以包括本领域已知的其它加工步骤，如，例如漂白步骤或染色步骤。染色步骤可以例如与交联步骤组合，或通过使用也充当交联剂的染料，或通过使用在施加交联剂后显示出改善的染色性质的染料。在图2中，交联、中和、整理和干燥的后加工步骤在非织造纤维层26中的从未干燥的纤维上进行，即在切割从未干燥的纤维之后进行。尽管如此，这些步骤中的一些或甚至全部也可以在切割之前施加于纤维上，即施加于仍未切割的纤维丝束上。这样的实施方案完全在本公开的范围内，并且了解本文教导的技术人员能够实现这样的配置。在另一个实施方案中，纤维的处理，即所有的洗涤、交联、固化、中和、整理等步骤可以在未切割的纤维丝束上进行，并且纤维也可以在其仍处于纤维丝束中时进行干燥。在这种情况下，可以在纤维上施加卷曲，例如通过填塞箱卷曲，然后可以将纤维作为丝束提供用于拉伸断裂应用，或者切割成短纤维并压制成捆。图3示出了洗涤线19、替代加工设备19'，其中交联步骤在仍未切割的纤维丝束上进行。图3的交联设备30包含交联施加28(其具有将纤维丝束浸入其中的施加浴的形式)和固化设备29，固化设备29在施加交联剂之后加热纤维丝束25，以改善交联剂和在纤维丝束中的纤维的纤维素之间的反应。纤维丝束15在被引导通过第一洗涤线19之后被引导至交联设备30，该第一洗涤线19对纤维丝束执行至少一个洗涤步骤20。在第一洗涤线19之后，在纤维丝束15中的纤维仅被部分洗涤至例如10至12的ph，即纤维仍然含有一定量的碱，该碱被调节以改善交联剂的效果。在施加并固化该交联剂之后，将纤维丝束引导至第二洗涤线19'，在其中将剩余的化学品(例如过量的交联剂和剩余的碱)进一步从纤维丝束15中洗掉。任何进一步的加工步骤都可以以技术上可行的方式布置在图3所示的洗涤和交联线的上游或下游。执行实施例在以下段落中公开了用于将当前公开的教导付诸实践的多个实施例。实施例1所述纤维可以根据在本文中公开的冷碱方法进行制备，例如具有1.3分特克斯(dtex)的纤度的纤维。在将纤维挤出和拉伸之后，所述纤维被部分洗涤至约11的ph，然后其通过含有1,3,5-三丙烯酰基-六氢-1,3,5-六氢三嗪(taht)的水浴。通过使用在线高剪切混合器/泵向循环液中添加固体taht，将该浴保持在稳定状态(taht约15g/l)和在约50℃的温度。在将纤维暴露于饱和蒸汽中进行允许交联剂固化的处理时间段之前，所述纤维在辊隙中进行挤压。然后将纤维洗涤并干燥。实施例2所述纤维可以根据在本文中公开的冷碱方法进行制备，例如具有1.3分特克斯的纤度。在将纤维挤出和拉伸之后，所述纤维在纤维丝束内基本上被完全洗涤。从未干燥且未切割的纤维穿过含有1,3,5-三丙烯酰基-六氢-1,3,5-六氢三嗪(taht)和磷酸三钠(tsp)的水浴。通过使用在线高剪切混合器/泵向循环液中添加固体that和tsp，将该浴保持在稳定状态(taht约15g/l和tsp约15g/l)和在约50℃的温度。在将纤维暴露于饱和蒸汽中进行允许交联剂固化的处理时间段之前，将纤维在辊隙中进行挤压。然后将纤维洗涤并干燥。实施例3纤维可以根据在本文中公开的冷碱方法进行制备，例如具有1.3分特克斯的纤度。在将纤维挤出和拉伸之后，所述纤维在纤维丝束内基本上被完全洗涤。将洗涤过的纤维丝束送入第一浸渍浴中，在其中在35℃的温度下将按纤维素计的8.3重量％的对-[(4,6-二氯-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]苯磺酸钠盐(sdtb)计量加入到水性循环体系中，以得到浓度为10-40g/l的水性糊状悬浮液。然后将纤维丝束压制至约200％的含水量，然后在10℃下通过第二浸渍浴，在其中按纤维素重量计的1.3％的naoh和1.1％的na2co3被注入到水性循环体系中。然后将纤维压制至约200％的含水量，在蒸汽室中加热至100℃持续8.5分钟，然后通过加入酸性水(ph 3.5)然后加入水进行彻底洗涤，直至它们没有多余的化学品，然后干燥。附图标记溶解浆 1预处理化学品的来源 2预处理容器 3化学品储存库 4溶剂冷却设备 5浆料冷却设备 6混合容器 7脱气过滤器 8冷却套管 9凝固浴 10凝固液体 11喷丝头 12第一导丝辊 13纤维 14纤维丝束 15引导件 16调理浴 17第二导丝辊 18洗涤线 19洗涤步骤 20切割器 21短纤维 22成绒设备 23盆 24传送带 25非织造纤维层 26压制设备 27交联剂施加 28固化设备 29交联设备 30洗涤设备 31中和器 32整理设备 33干燥器 34压捆机 35

背景技术：

技术实现思路