CN1066214C - 制造纤维素成型物的工艺及一种纤维素长丝纱 - Google Patents

Abstract

制造纤维素成型物的工艺，其中在叔胺N-氧化物和必要时在水中的玻璃素溶液在温热状态下成型，以及成型溶液在引入凝固浴前用空气冷却。空调空气用于冷却，其水含量为0.1到7g水蒸汽/kg干空气，且其相对湿度小于85%。

Description

制造纤维素成型物的工艺及一种纤维素长丝纱

本发明涉及制造纤维素成型物的工艺，其中一种纤维素在叔胺N-氧化物中和必要时在水中的溶液在温热状态下成型，并且成型溶液在将其引入凝结浴中以前用空气冷却，以及涉及一种纤维素长丝纱。

在WO93/19230中叙述了这样的工艺，其中冷却立即在成型后进行。该工艺的目的是减少刚刚挤压成型的物体的粘着性，以便具有高纺丝孔密度的纺丝板可用于制造纤维素丝。为了冷却，成型溶液最好暴露于气流中。

在成型溶液离开成型工具，例如一纺丝板，其典型的温度大于90℃，成型溶液并到达所谓的空气间隙时，温热成型溶液已经发生了冷却。在成型工具和凝结浴之间的纤维素于其中凝固的区域，称为空气间隙。空气间隙中的温度低于纺丝板中的温度，但明显高于室温，这是由于纺丝板的热辐射以及由于成型物热焓流引起的空气升温。由于通常用作凝结浴的水的连续蒸发，因此在空气间隙中主要的是温湿条件。在WO93/19230中所提出的措施，亦即在成型后立即冷却成型溶液，导致更快的冷却，其结果是成型溶液的粘着性下降得更快。

本发明目的是改进上述工艺，特别是改进用此工艺生产的成型物的性质，尤其是改进长丝和长丝纱的性质。

一种制造纤维素成型物的工艺可以到达到此目的，在此工艺中，在叔胺N-氧化物中和必要时在水中的纤维素溶液在温热状态下成型，且在被引入凝结浴之前用空气冷却。在冷却过程中，所用的空调空气的水含量为0.1至7g水蒸汽/kg干空气且其相对湿度小于85％。

空调空气的水含量优选是0.7到4g水蒸汽/kg干空气，特别是0.7到2g。冷却可通过流动空气进行，此时空气吹向成型溶液，或从其抽出。抽出的方式可以是供应空调空气使之经过例如一束刚纺出的纤维或长丝而抽出。吹进和抽出联用是特别有利的。

成型溶液在直至进入凝结浴的整个途径中可暴露于空调空气中，或者只暴露于其途径的一部分，其中，在此途径的前一部分即直接与成型工具相连的空气间隙部分使用空气是有利的。相对于成型溶液运动的方向，空调空气应以0°至120°的角度流动，优选是90 °。其中0°的角度相当于其流动正对着成型溶液流动的方向。

用本发明的工艺，纤维，特别是长丝、胶片、空心丝、膜(例如用于渗析、氧化或过滤的膜)可以以有利的方式制造。溶液成型为所要求的纤维素成型物可通过制造纤维的已知的纺丝板、狭缝喷头、或空心丝喷头来实行。在成型之后，即引导成型溶液至凝结浴之前，可拉伸成型溶液。

由纤维素在叔胺N-氧化物中和必要时在水中的溶液生产的纤维素长丝纱的特征为：长丝截面积的变化系数小于12％，优选小于10％。

如上所述，在空气间隙中冷却刚挤压的成型件是有利的，以便在较短的时间内减少其粘着性。为了能够根本冷却，气流温度当然必须比成型溶液的温度低。按照WO93/19230，所用的气流的温度范围为-6-24℃。

不过，已经知道，并非空气温度本身，而是其中的水含量及其相对湿度明显地影响纤维素成型物的性质。以每kg干空气中的g水蒸汽表示的空气中的水含量也常称作混合比。下文中将此简称为g/kg单位。特别是在制造长丝期间，已发现在空气间隙中创造尽可能恒定的气候条件是重要的，即要消除环境气候中通常出现的变化的影响。因此防止空气湿度变化和空气中水含量低是特别重要的。即便有空调***，季节性的以及在一定程度上每日的室内变化也无法充分消除。此外，进行调节应尽可能做到均匀，因为即使送风强度和方向稍有不稳，也会不利地影响长丝的强度、延伸率和纤度的恒定。

在长丝生产期间，水含量或混合比的影响特别由长丝横截面的不规则性表现出来。当用调节到20℃、水含量为14g/kg和相对湿度为94％的空气冷却时，在具有50根单丝的纱中，丝截面积的变化系数可达30％。当水含量降至1.2g/kg且相对湿度低至8.5％时，在相同温度下，变化系数降至5.8％。甚至当使用更热的空气时，例如调节到40°但水含量为3.4g/kg且相对湿度为7.4％时，所得的变化系数是11.3％，即比使用湿度较高的较冷空气时小2.7倍。因此按照本发明用干空气调节空气间隙是重要的。冷却空气的温度在工艺中只起次要作用。

以下将参考进一步的实例更详细地说明和描述本发明。

上述和以下说明的实例是由这样的溶液通过一个具有五十个孔、孔径为130μm的纺丝板被纺成长丝纱而得到的，此溶液的组成为：一种重量含量为14％和聚合度为680的ViscokraftELV化学木浆(InternationalPaper Company)、重量含量约为76％的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)(一种叔胺-N-氧化物)、重量含量为10％的水以及重量含量为0.14％的作为稳定剂的五倍子酸丙酯。通过纺丝板(T=110℃)形成的长丝在长度为18cm的空气间隙中冷却。在空气间隙中沿垂直于长丝束的方向以0.8m/s的速度将空气吹入。空气从一侧吹向丝束，空气的均匀分布是通过一个宽10cm的细目筛子得到的。吹风是在从喷头出口开始长10cm的一段中进行的。

长丝在空气间隙中进行十六倍的拉伸并经过水浴凝结和其后的洗涤浴去除NMMO后干燥。拉伸速度达420m/min。

将所得的各丝束在垂直于丝束轴线的方向以1m的间隔切割两次。长丝的横截面积通过光学显微镜(放大倍数570)和视频摄像机送入一计算机影像分析***(Quantimet970)进行测量。得到每根长丝的面积。从所检测的每束丝的横截面积的平均值及其标准偏差算出丝横截面积的变化系数，以标准偏差对平均值的百分数计，平均值由每丝束取两个截面图进行计算。

空调空气的产生是从21℃的室温、水含量为9.2g/kg、相对湿度60％的空气开始的。此气首先经过过滤器清洗为了增加混合比，将此气与用水蒸汽饱和的(相对湿度100％)80℃的空气混合。为了得到含水量x的空调空气的质量流量m(x)，将含水量x_u的环境空气的质量流m_u与含水量x_h的水蒸汽饱和空气m_h质量流混合，按照m(x)=m_u+m_h。混合比m_u∶m_h用下式计算：

m_u/m_h=(X_h-X)(1+X_u)/(X-X_u)(1+X_h)

由此产生的空气流接着用一个热交换器冷却至所要求的温度。相对湿度和水含量用干湿计(ALMEMO2290-2，干湿计传感器AN846或湿度/温度传感器AFH9646-2)进行测定。

为了减少水含量，将环境空气冷却直至其相对湿度到达100％。然后继续冷却并分离冷凝水。用此程序可将空气干燥至含水量近4g/kg。然后将空气再加热至所要求的温度。相对湿度和水含量用干湿度计测定。

为了得到水含量低于4g/kg的空调空气，预先通过冷凝过程预干燥的空气用一空气去湿器(Munters model 120KS)进一步干燥。干空气的再加热也借助于热交换器进行。干燥至水含量低于4g/kg的空气的相对湿度和水含量用一镜面冷却的露点测定装置(MICHELL Instrument s S4000RS)测定。

下列表格给出所检测的空气状态，表示为：温度(T/℃)、水含量(x/(g/kg))及相对湿度(rH/％)、和长丝横截面积的变化系数(V/％)。

表1：本发明实施例实施例     T/℃    x/(g/kg)    rH/％     V/％1         6       4，7        80      8，12         6       1，8        30      5，03        10       1，7        22      5，04        10       2，3        30      6，15        10       3，0        39      6，66        10       3，8        50      6，57        10       4，8        62      7，78        10       5，4        68      8，59        10       0，9        11      5，010        20       1，2         9      5，811        21       1，0         7      5，412        21       2，1        14      8，013        21       3，1        20      9，814        31       2，1         8      8，415        40       3，4         7      11，3

表1清楚示出，如果空调空气的水含量低，如例2、3、9、10、11中所显示，则会产生出长丝横截面积的低变化系数，而与空调空气的温度基本无关。在以上各例中，水含量都低于2g/kg时，其变化系数的范围仅为5-6％。在这些实例中，相对湿度低于30％。当坚持本发明的条件时，变化系数甚至在高温下(例15)也低于本发明以外的明显较低温度下的变化系数。

表2：对比实施例实施例    T/℃      x/(g/kg)    rH/％     V/％16         6         5，1       87      16，117        10         7，5       97      14，518        11         8，0       97      16，819        12         8，2       92      20，820        12         8，9      100      21，921        20        14，0       94      30，022        21         9，2       60      23，423        21        13，7       89      26，624        21        15，4      100      31，6

表2表明，在本发明范围外，长丝横截面积的变化系数大于14％甚至超过30％。如此高的浮动在制造长丝纱中是不符合要求的，因为这将对其加工成为纺织的平式面结构有负面影响，特别会是导致平式结构染色不均。同样，由于纱中中各根长丝的不同强度及其与纱的关系，可引起加工问题。此外，例16和22说明，必须保证本发明的两个要求，即水含量低于7g水蒸汽/kg干空气和相对湿度低于85％。在例16中，水含量尽管在要求的范围内，但空气具有较高的相对湿度，由此产生的变化系数为16.1％。例22表明环境空气的条件为21℃和相对湿度为60％以及水含量为9.2g/kg。在此例中，相对湿度尽管符合要求，但水含量不合要求。由此导致23.4％的变化系数。此外，本例说明，为了达到改进织物性质的目的，用环境空气冷却是不够的，并且虽然室内空气温度一般比空气间隙内的温度低，但直接用室内空气吹入是不够的。

Claims (13)

1．制造纤维素成型物的工艺，其中在叔胺N-氧化物和水中的纤维素溶液在温热状态下成型，成型溶液在将其引入凝结浴以前用空气冷却，其特征为用于冷却的空调空气中含水量为0.7到7g水蒸汽/kg干空气，且其相对温度小于85％。

2．按照权利要求1的工艺，其特征为水含量为0.7-4g水蒸汽/kg干空气。

3．按照权利要求1的工艺，其特征为水含量为0.7-2g水蒸汽/kg干空气。

4．按照权利要求1的工艺，其特征为用流动空气进行冷却，此时空气吹向或抽离成型溶液。

5．按照权利要求1的工艺，其特征为成型溶液在直至引入凝结浴的整个途径中都有空调空气冷却。

6．按照权利要求1的工艺，其物为成型溶液在直至引入凝固浴的部分途径中由空调空气冷却。

7．按照权利要求6的工艺，其特征为成型溶液在上述途径的前部分由空调空气冷却。

8．按照权利要求1的工艺，其特征为空调空气以与成型溶液运动方向成0°到120°的角度流动，其中0°角度相当于正对着成型溶液运动的方向。

9．按照权利要求1的工艺，其特征为空调空气以与成型溶液运动方向成90°的角度流动。

10．按照权利要求1的工艺，其特征为成型溶液在引入凝固浴之前被拉伸。

11．按照权利要求1的工艺，其特征为纤维、长丝、胶片、空心丝和膜由此溶液生产。

12．由纤维素在叔胺N-氧化物和水中的溶液生产的纤维素长丝纱，其特征为长丝的横截面积具有小于12％的变化系数。

13．按权利要求12的纤维素长丝纱，其特征为长丝的横截面积具有小于10％的变化系数。