TWI725653B - 從纖維素長纖紗或纖維移除液體的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種以極高生產速度可行地從萊纖纖維素連續長纖紗移除液體的方法。
Description
本發明關於纖維素長纖紗或纖維的製造方法，換言之在生產過程中與脫水有關的製程步驟(例如清洗液/凝聚浴殘留物的移除等等)。
連續長纖紗在紡織工業中被廣泛使用來製造與使用短纖維製成的紗線相比具有鮮明特徵的織物。連續長纖紗係所有纖維在紗的任何長度上都是連續者。連續長纖紗普通由10到300或更多個別的長纖組成，這些長纖在製造時都彼此平行並且與該紗的軸平行。該紗線係藉由擠出聚合物或聚合物衍生物的溶液或熔體，然後將所製造的紗線捲繞於筒管或捲軸上或藉由離心繞紗法(centrifugal winding)形成紗餅來製造。
合成聚合物連續長纖紗是常見的。舉例來說，尼龍、聚酯及聚丙烯連續長纖紗被用於各式各樣的織物。其係藉由使熔融的聚合物通過噴絲板(spinneret)熔融紡絲而製得，該噴絲板上的孔數與所製造的紗線所需之長纖數相對應。在該熔融的聚合物開始固化之後，可以拉伸該紗以使該聚合物分子取向並且改善該紗的性質。
連續長纖紗也可藉由乾式紡絲法從諸如纖維素二乙酸酯及纖維素三乙酸酯的纖維素衍生物紡出。將該聚合物溶於合適的溶劑中，然後通過噴絲板擠出。擠出之後的溶劑迅速蒸發，導致聚合物以長纖維形式沉澱而形成紗線。新製成的紗可經拉伸以使該聚合物分子取向。
連續長纖紗也可以利用黏液絲製程(viscose process)由纖維素製成。纖維素係藉由與氫氧化鈉及二硫化碳反應轉化為纖維素黃原酸酯(cellulose xanthate)，然後溶於氫氧化鈉溶液中。將通常稱為黏液(viscose)的纖維素溶液通過噴絲板擠入酸浴中。將氫氧化鈉中和使該纖維素沉澱。同時，藉由與該酸反應將該纖維素黃原酸酯轉化回纖維素。該新形成的長纖係經拉伸以使該纖維素分子取向，清洗以從該長纖移除反應物，然後乾燥並捲繞於筒管上。在此製程的早期版本中，濕紗利用離心繞紗機– Topham Box收集成紗餅。然後使該紗餅於烘箱中乾燥，然後捲繞於筒管上。
連續長纖纖維素紗也可以使用銅胺製程(cupro process)來製造。將纖維素溶於氫氧化銅銨溶液中。將所得溶液擠入水浴中，於其中稀釋該氫氧化銅銨並沉澱出該纖維素。將所得的紗線清洗，乾燥並捲繞於筒管上。
由該黏液或銅胺製程製造的連續纖維素長纖紗可藉由編織或針織或其他織物成型製程製成織物。所製造的織物係用於各式各樣的應用，其包括外套、女襯衫和上衣、女內衣及跪毯的襯料。紗線也被製造用於輪胎及其他橡膠產品的補強。
由連續長纖纖維素紗製成的織物可以具有高光澤。其於增進穿著者的舒適度之水分處理方面表現良好。其不像使用連續長纖合成紗製成的織物那樣容易產生靜電。
然而，由當前可用的連續長纖纖維素紗製成的織物通常具有較差的物理性質。與由合成聚合物例如聚酯製成的織物相比，乾強度(dry strength)及撕裂強度(tear strength)差。由於該纖維素與水之間的相互作用使其濕強度遠低於乾強度。耐磨損性(abrasion resistance)低。與水的相互作用也會使該纖維素軟化，造成由該紗線製成的織物在潤濕時變得不穩定。
由於這些缺陷，最初使用連續長纖纖維素紗製成的產物現在主要使用合成聚合物連續長纖紗來製造，例如聚酯及尼龍。
然而，合成紗確實表現出某些缺點。使用其製成的織物不具有由纖維素紗製成的織物之水分處理能力。合成織物會產生靜電。有些人認為與含纖維素的織物相比，由合成紗線製成的服裝穿著舒適性要差得多。
因此，需要連續長纖維纖維素紗，其能製造出具有由當前可用的連續長纖維紗所製成的織物之正面特性，但是其性能通常與使用連續長纖合成紗製成的織物相關聯之織物及其他紡織品。
令人驚訝地發現到，由該萊纖製程製造的連續長纖紗具有比由該黏液絲製程製造的長纖紗高得多的抗張強度。這會導致具有更好的強度、撕裂強度及耐磨損性的織物。當萊纖長纖被潤濕時的強度損失要比黏液長纖低得多。這意指萊纖織物在潮濕時更難變形，從而提供更好的織物穩定性。與同等的黏液織物相比，萊纖織物在潮濕時也更堅固。
也令人驚訝地發現到，由萊纖連續長纖維製成的織物可具有光澤、水分處理性質及低靜電產生，這是連續長纖黏液及銅銨織物的理想特性。
萊纖技術係以纖維素木漿或其他以纖維素為底質的原料直接溶於極性溶劑(舉例來說正甲基嗎啉N-氧化物，以下稱為“胺氧化物”)以產生黏性的高剪切減黏溶液(shear-thinning solution)為基礎的技術，該溶液可形成一系列有用之以纖維素為底質的材料。在商業上，該技術係用以製造一系列纖維素短纖維(市面上可從奧地利， Lenzing的Lenzing AG工業公司以商標TENCEL®購得)，其係廣泛用於紡織及非織造行業。萊纖技術的其他纖維素產品，例如長纖、膜、被覆、珠及非織網(nonwoven web)也已有人揭露過。
EP 823945 B1揭示一種製造纖維素纖維的方法，其包含根據萊纖製程的纖維素紡絲溶液的擠出及凝聚並且拉伸該長纖並且將該長纖切成纖維素纖維之步驟，其可用於各種不同應用領域。
EP 0 853 146 A2揭示一種製備以纖維素為底質的纖維的方法。根據此文件的教導，將分子量相差很大的二不同原料混合以獲得纖維。WO 98/06754揭示一種相似的方法，其要求在混合所製備的溶液以獲得紡絲溶液之前先將二不同原料分別溶解。DE 199 54 152 A1揭示一種製備纖維的方法，其中使用具有較低溫度的紡絲溶液。
US 5,589,125揭示一種製備纖維素模製品的方法，其包括熱纖維素溶液於三級胺氧化物中的紡絲。US 4,246,221揭示一種含有溶解於三級胺N-氧化物中的纖維素之溶液，其係用於形成纖維素纖維、桿、管或膜。US 3,057,038揭示濕紡的纖維素三乙酸酯。GB 762,959揭示在用流體處理絲線方面以及與之相關的改進。
已有人描述過由萊纖紡絲溶液製造的纖維素長纖紗之益處(Krüger, Lenzinger Berichte 9/94, S. 49 ff.)。但是，由於對紡絲效率的要求不斷提高，有人嘗試將該萊纖製程中的紡絲速度提高到每秒幾百米的值。然而，於如此高的紡絲速度下，可能會產生各種不同問題，包括所製造的個別長纖中缺陷的比例高到無法令人滿意，這可能導致大量不適合進一步使用的產物及/或導致生產中止。
此外，即使在高生產速度下，重要的是要充分清洗所生產的長纖/紗線/纖維，即盡可能移除不需要的殘留量的加工材料，例如不需要留在所生產的材料中之溶劑或其他添加物。關此，典型的萊纖製程包含移除殘餘量的凝聚浴之初始步驟以及隨後的清洗步驟。在這些步驟期間，此技藝中有多種選擇可用以從該長纖/紗線/纖維中移除液體。移除液體的典型手段通常涉及使用在該長纖/紗線/纖維上施加一定機械力的裝置，舉例來說用於擦掉，滌除或擠壓液體的裝置。然而，由於對高生產速度的需求增加，這種用於移除液體的裝置經常不再適用，因為這些可能導致高缺陷率。因此，所需的高紡絲和生產速度，當然同時得保持長纖的品質，存在著尚未知曉可靠又普遍可用且商業上可行之移除液體的手段之缺點，由於從擠出之後直接進行高度聚合物伸展，然後經由液劑交換移除溶劑的苛刻要求，使得先前技藝關於其他工藝技術(黏液、合成長纖)製造纖維及長纖的教導並不適用於萊纖製程。
因此，高速連續長纖萊纖紗的製備存在新的製程挑戰，這主要係由於更高許多的生產速度、長纖均勻性要求及對特殊製程連續性的需求：
• 長纖的生產速度通常比短纖維的生產速度快十倍以上，並且最近對進一步提高生產速度的要求增加了製程控制的問題。
• 在連續長纖紗產物中，所有個別長纖的性質皆必須位於非常狹窄的可變範圍內，舉例來說以防止出現諸如染料吸收差異之類的問題。舉例來說，丹尼分佈(denier distribution)的變異係數必須小於5%。另一方面，在短纖維製程中，有更多的空間可以“平均”各個長纖之間的細微變化，因為每捆纖維皆由數百萬從長纖中切割成所需長度而得並摻混在一起的個別纖維組成。EP 823 945 B1中揭示形成萊纖短纖維的實例。
發明的目的
因此本發明的目在於提供一種能夠以極高生產速度以高品質，在使整個製程成為商業上可行的製程控制之情況下，從萊纖長纖及萊纖多絲長纖紗(multifilament yarn)可靠地移除液體之方法。
因此，本發明提供如請求項1所界定的方法。在請求項2至10及說明書中提供較佳具體實例。
現有技術的限制已經被本文所揭示的發明克服。換言之本發明提供如請求項1所界定的從萊纖長纖及萊纖多絲長纖紗移除液體之方法。本發明將參照與所運用的相關製程步驟及參數有關之所需製程控制詳細加以描述。應當理解，這些製程步驟及其各自的較佳具體實例可適當地結合，並且本案涵蓋了這些組合並揭示這些組合，即使本文沒有明確描述亦同。
發明人已經確定，對於400 m/min或更高的生產速度，若在特定條件下引導該長纖束或多絲纖維紗繞於輥上，便可達成所需的製程控制，從而能夠從長纖束或多絲纖維紗良好地移除液體，而無需應用擦拭，擠壓或滌除裝置。這些條件確保即使是夾帶於該束/紗線內或該長纖自身內部的不同長纖之間，也能從該束/紗線移除大量液體。這很重要，因為任何清洗製程的功效皆必需不僅從該長纖的表面移除不想要的材料，而且從該長纖維的內部移除。這就要求良好地移除儘可能多的液體，以便最初移除凝聚浴液到隨後移除清洗液(通常為水)。只有移除了與該清洗液接觸之後隨該長纖束/紗線留下的比例非常高之清洗液，後續的清洗步驟才能達成所需的產物進一步淨化。因此，至關重要的是，在不影響所形成的長纖維的情況下儘可能有效地移除該液體。
換言之，對於所需的高生產速度(400 m/min或更高)，本發明提供一種藉由將被引導繞於一輥上的長纖之比加速度(a_sp)調整至每40 dtex至少296 m/s2
，為至少40 dtex的長纖束/紗線有效移除液體之方法。此比加速度可藉由以下方程式(1)來描述：
(1) a_sp = r x ω2
x 纖度/40
其中r係該輥的半徑(m)，ω係角速度(1/s)，而且纖度(dtex)係該束/紗線纖度，附帶條件為該纖度為至少20。因此，關於任何指定的纖度及生產速度(與角速度有關)的合適製程條件可藉由適當選擇變數求出，使該移除液體程序在滿足上述方程式的條件之下進行。
出乎意料地發現到，藉由調整上述製程參數，可確保高效的移除液體。關此，頃發現本文所述的方法適用於400 m/min或更高的生產速度，特別是適用於400至2000 m/min的生產速度。即使在此高生產速度下，這需要該長纖束/紗線繞著該輥高速轉移以移除液體，對所製造的長纖也沒有不利影響。但是，只要滿足上述方程式，就可獲致期望的有效移除液體。
根據本發明，較佳為引導該長纖束/紗線圍繞的輥之半徑係於10至200 mm的範圍內，較佳地12.5至150 mm。該長纖束/紗線的纖度較佳係於20 (所需的最小纖度)到500 dtex的範圍內，更佳地於40到400 dtex的範圍內。
此外，已經確定，有利的是該長纖束/紗線與該輥圓周的至少12.5% (45°)接觸，更佳地與至少25% (90°)接觸。這樣確保該長纖束/紗線與該輥表面接觸的時間足夠長使得大量液體從該長纖束或該長纖束/紗線的內部移動到其外部，所以其接著被甩掉(彈射/離心分離掉)。
因此，本發明藉由提供生產速度、束/紗線纖度及輥半徑之間的關聯性提供即使在高生產速度下也能從長纖束/紗線移除液體的有效方法以便能有效且簡單地移除液體。
本發明的教導可用於凝聚浴液的初始移除及/或隨後清洗液的移除。根據本發明，在製造萊纖多絲纖維紗的方法中可存有一或更多如本文所述的用於移除液體之輥，在用於移除液體的二輥之間具有或沒有額外的清洗步驟(即與清洗液的新接觸)。
該輥的類型並不重要，包括表面材料等等，只要該輥能夠以如以上說明的指定生產速度引導該長纖束/紗線圍繞於該輥即可。該萊纖製程使用的尋常輥皆可使用。該輥的速度通常與該長纖束/紗線的速度大約相同，並且該輥可包含用於產生該輥運動的裝置(從動輥(driven roller))或該長纖維運動產生該輥運動。根據本發明該輥速度與該長纖速度實質上相同的措辭意指速度在彼此的±10%以內，更佳地在±5%以內。關於長纖張力， 頃發現若其等於或大於2 cN係有利的。
下列實施例進一步舉例說明本發明：
根據本發明，來自萊纖長纖紡絲製程的多絲纖維紗在與洗水接觸之後經歷移除液體步驟。下表彙總相關的製程參數(v係該生產速度)。項目“ A”表示在該移除液體之後未發現問題/缺陷，並且實際上從該長纖束/紗線移除高比例的液體。
| 纖度(dtex)-> | 40 | 80 | 300 | ||
| V (m/min) | r (m) | ω (1/s) | 評估 | 評估 | 評估 |
| 400 | 0.0125 | 533 | A | A | A |
| 700 | 0.0125 | 933 | A | A | A |
| 1000 | 0.0125 | 1333 | A | A | A |
| 400 | 0.074 | 90 | A | A | A |
| 700 | 0.074 | 158 | A | A | A |
| 1000 | 0.074 | 225 | A | A | A |
| 400 | 0.15 | 44 | A | A | A |
| 700 | 0.15 | 78 | A | A | A |
| 1000 | 0.15 | 111 | A | A | A |
圖1顯示本文所揭示的製程步驟之示意圖。
Claims (10)
- 一種用於從含水三級胺氧化物中纖維素的萊纖紡絲溶液移除萊纖型纖維素長纖束或紗線的液體之方法，其中該萊纖型纖維素長纖束或紗線在滿足方程式(1)的條件之下被引導繞於一輥上，附帶條件為a_sp為至少296m/s2：(1)a_sp=r x ω2 x纖度/40其中r係該輥的半徑(m)，ω係角速度(1/s)，而且纖度(dtex)係該束/紗線纖度，附帶條件為該纖度為至少20。
- 如請求項1之方法，其中r為0.010至0.200m。
- 如請求項1或2之方法，其中該纖度為20至400dtex。
- 如請求項1或2之方法，其中該輥係從動輥。
- 如請求項1或2之方法，其中該輥係由該長纖運動驅動。
- 如請求項1或2之方法，其中該萊纖型纖維素長纖束或紗線與該輥的圓周表面的至少12.5%(45°)接觸。
- 如請求項1或2之方法，其中沒給二或更多用於移除液體的輥提供使該萊纖型纖維素長纖束或紗線與新鮮的清洗液接觸之間斷步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中給二或更多用於移除液體的輥提供使該萊纖型纖維素長纖束或紗線與新鮮的清洗液接觸之間斷步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中在移除液體期間的長纖張力為2cN/長纖或更大。
- 如請求項9之方法，其中該長纖張力為0.4cN/dtex或更小。
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