用于形成直接形成的纤维素网状物的过程和设备的制作方法

本发明涉及用于制造直接由莱赛尔（lyocell）纺丝溶液形成的基于纤维素的网状物且具体用于清洗直接形成的纤维素网状物的过程和设备。
背景技术：
：莱赛尔技术是在极性溶剂（例如，n-甲基吗啉-n-氧化物，下文中被称作“氧化胺”或“ao”）中直接溶解纤维素木浆或其他基于纤维素的原料，以生产可被形成到一系列有用的基于纤维素的材料中的粘性的高度剪切稀化的溶液。商业上，该技术用于生产在纺织品和非纺织工业中广泛使用的纤维素短纤维族（商业上可从商标tencel®下的lenzingag,lenzing,austria得到）。还已经公开了来自莱赛尔技术的其他纤维素产品，诸如长丝、膜、肠衣、珠和海绵。纤维素短纤维已经长期被用作用于转换成非织物网状物的组成部分。然而，直接将莱赛尔技术适配成生产非织物网状物将接近对于当前纤维素网状物产品而言不可能的性质、性能和市场。这可能被视为在合成纤维工业中广泛使用的熔喷和纺粘技术的纤维素等效物，尽管不可能由于重要技术差异而直接将合成聚合物技术适配到莱赛尔。已经实施许多研究以发明出用于直接由莱赛尔溶液形成纤维素网状物的新颖技术（除了其他以外，wo98/26122、wo99/47733、wo98/07911、us6,197,230、wo99/64649、wo05/106085、ep1358369、ep2013390）。出于本发明的目的，术语“莱赛尔熔喷过程”涵盖了熔喷和纺粘过程两者，这可能导致获得实质上无尽的长丝、离散长度的纤维、或者无尽的长丝和离散长度的纤维的混合物。上述文档中公开的过程的特征在于：nmmo中的纤维素溶液的所挤压出的线状物由在与长丝的路径总体上平行的方向上流动的气体流截获。通过孔口而喷出的纤维素溶液被形成为液体股或潜伏长丝，其被气体流汲取（或者在直径上显著减小且在长度上增大，且可以被拆分成若干个子长丝）。还公开了在网状物形成之前由清洗液对潜伏长丝的部分凝固。然后，按要求将长丝形成为网状物并进一步对其进行处理。技术实现要素：莱赛尔熔喷过程技术的先前公开内容已经聚焦于：提供对由莱赛尔纺丝溶液的初始长丝形成的主要技术挑战的本发明解决方案。然而，该领域中的任何成功导致针对后续过程步骤（例如，在清洗中）的进一步开发的要求。莱赛尔长丝的清洗是关键过程步骤，其中必须以受控制的方式从热塑性纤维素/溶剂线状物中移除溶剂（在网状物形成之前、期间和之后），以开始开发纤维结构和性质并留下纤维素/水长丝准备好以用于进一步处理或整理（finishing）/干燥。对长丝进行初始沉淀以形成网状物发生在清洗步骤期间。直接形成的纤维素网状物的成功清洗要求实现需求非常高的要求的唯一组合：·控制在初始网状物形成之前和期间的首先形成的长丝的合并和直径变化的程度；·最小化对首先形成的网状物中的弱/柔软混杂长丝以及网状物的结构的潜在损坏；·允许纤维结构开发的受控制的液交换；·按照该技术的环境特性最小化水（或其他清洗流体）的消耗，并最小化溶剂恢复成本；·最小化装备和建筑物的总投资成本以及清洗的能量成本。不存在实现所有以上要求的现有技术。造纸技术尽管有大于1500米/分钟的线速度的能力但并不适用，这是由于纸张比本发明的网状物鲁棒得多并且在造纸中不存在在制造期间洗掉溶剂且改变长丝结构的需要。连续长丝纤维素纱技术可以以高线速度进行操作。然而，对长丝清洗的教导仅适用于非常小的纱，而不能被应用于本发明的大网状物。具体实施方式现有技术的劣势已经被如这里公开的包括过程以及设备的新清洗技术解决，这将使得能够充分利用通过直接由莱赛尔溶液形成基于纤维素的网状物而供应的潜力。本发明的表示在图1中示出。本领域技术人员应当理解，其他布局是可能的。因此，本文呈现的本发明的第一实施例是用于制造直接由莱赛尔纺丝溶液形成的基于纤维素的网状物的过程，其包括：·使用挤压设备（1）的挤压步骤，该挤压设备（1）能够挤压特别地在一个或多个行中被布置成形成帘的莱赛尔溶液的多个线状物，且还能够特别地根据如例如ep1093536b1中描述的一般熔喷原理来扩展溶液线状物。·在具有直接在扩展之后且在网状物形成之前将清洗液递送到溶液线状物的装置（7）的第一清洗区中执行的第一清洗步骤，由此形成部分凝固的纤维素长丝。该第一清洗步骤的目的是：从长丝中移除溶剂中的一些，使其部分地凝固，从而使它们的表面较不具有粘性且因而控制长丝合并的程度以及固定所实现的长丝扩展。清洗液可以由喷嘴递送，该喷嘴以一种方式设计和布置以便将喷剂的实质上连续的线提供到长丝上。取决于喷嘴的设计，喷剂可能导致例如气溶胶或雾。非常合适的是具有控制液流率和小滴大小的能力的长丝的两侧中的任一侧上安装的一系列喷剂喷嘴。该布置应当允许液应用的位置和角度的调整。该过程步骤中使用的清洗液可以同在其下游或与其无关地使用的清洗液相联系。·在具有网状物形成设备（4）的网状物形成区中执行的网状物形成步骤，该网状物形成设备（4）可以是筛带或者可替换地是穿孔的鼓，部分凝固的长丝被放置到其上以形成网状物（11），其中网状物形成设备（4）具有足以允许通过它（例如，由液体和空气移除设备（8））提取气体流和清洗液的孔隙度。形成设备可以是例如带或者能够以所要求的网状物生产速度进行操作的鼓的可渗透外表面。形成设备的实质特征是：允许高效地管理和移除来自喷剂喷嘴的挤压空气和过度清洗液。形成设备具有下述渗透率：其足以允许通过该形成设备经由真空系统提取气体流和清洗液以用于收集和处理或重用，同时允许良好的长丝沉淀以用于网状物形成。例如，在100pa处具有大约4000m3/m2/h至15000m3/m2/h的渗透率（例如，在100pa压强差处具有9000m3/m2/h渗透率）的带已经被发现是合适的。抽吸压强和有效容积流量被确定，以便使网状物的未损坏的完整性与液体的最大化移除和长丝在带上的充分固定平衡。形成区还可以被装配有在接下来的章节中描述的一个或多个清洗模块。每孔口的纺丝溶液吞吐量、长丝扩展条件和形成设备的速度的组合对网状物重量和长丝精细度进行控制。·在具有清洗设备（5）的第二清洗区中执行的第二清洗步骤，该清洗设备（5）包括多个模块化清洗模块（2），其中每一个清洗模块（2）包括：装置（9），以不损坏网状物结构和非常脆弱的凝固长丝的这种方式将清洗液应用于网状物（11），特别是在初始清洗步骤期间；以及脱水设备（10），用于至少部分地使网状物（11）脱水，例如通过真空抽吸。在该清洗设备上，从形成设备传输网状物。其可以是形成区的部分（例如，单个带或鼓）或者分离的设备（例如，分离的带或鼓）。清洗设备自身可以是单个设备（例如，带或鼓）或者是例如多个带或鼓。其以与形成设备相同的生产速度进行操作，且被配备有多个清洗模块。清洗模块的数目可以变化，以实现生产产品的期望清洗效率。每一个清洗模块由下述装置构成：其以受控制的速率和温度将清洗液均匀地（“均匀地”意指清洗液的流量的变化性中的最多5%容限）作为网状物的全宽上的液帘而应用于网状物，且具有足够低的力以便不损坏网状物或各个长丝。这可以经由液供给盒而实现，该液供给盒由通过网格而分离到均匀压降的两个室和出口缝隙构成。全部都可以被调整以适于液流量要求。对于每一个清洗模块，与每一个清洗液应用设备相关联的是脱水设备（例如，真空抽吸）和清洗液收集物。然后可以从收集传输所使用的清洗液以用于重用或溶剂恢复。脱水设备位于清洗液应用设备下游一定距离处，该距离足以实现充足的停留时间供清洗液起作用。典型地，清洗区将在逆流模式中操作，其中随着清洗液在用于清洗网状物的同时在上游被泵抽，氧化胺浓度升高。·装置（6），针对经清洗的网状物（11）进行收集或者将网状物（11）直接传送到进一步处理级。·该过程可以以所形成的网状物（11）的从5米/分钟至1000米/分钟的线生产速度进行操作。在本发明的优选实施例中，线生产速度可以是从25米/分钟至500米/分钟。·清洗液是水、水/氧化胺混合物或者适于移除溶剂的另一种液体。特别地，清洗液可以是纯净水、水/氧化胺混合物或者适于从长丝中移除氧化胺的某种其他液体。例如，在清洗区中，清洗液可以是在最终清洗级处引入且从每一个液收集级逆流泵抽到上游清洗液应用设备的新鲜的去除矿物质的水。然后可以发送该所使用的清洗液到恢复以用于在纺丝溶液的制备中重用，或者可以将该所使用的清洗液用作原料的一部分以用于在网状物形成之前喷射形成区中的长丝，然后到恢复。清洗液温度可以在从5℃至85℃的范围内变动。可选地，可以提供用于经由再循环在一个或多个清洗站处集中清洗液的设施。所形成的网状物（11）的约5米/分钟的线生产速度对于制造最多100毫米厚度的厚抓绒而言将是可行的。高线生产速度对于薄抓绒而言将是可行的。在本发明的优选实施例中，通过除了其他以外向着溶液线状物悬起清洗液的喷嘴、狭缝、旋转轧辊或旋转盘，以诸如喷剂、帘、气溶胶或雾的连续线之类的形式，在网状物形成之前将第一清洗步骤中的清洗液（7）应用于溶液线状物。而且，达到相同目的的其他手段将对本发明适用。在本发明的进一步优选实施例中，在第一清洗步骤中使用的清洗液（7）是来自第二清洗区（5）中的第一清洗模块（2）的所使用的清洗液，或者是与第二清洗区中的清洗液无关地供给的所使用的清洗液。特别地，形成设备（4）可以是筛带或穿孔的鼓，其中形成设备（4）的渗透率被选择以在允许良好网状物形成的同时实现气体流和清洗液的通路，优选地，在100pa压强差处处于4000m3/m2/h与15000m3/m2/h之间。根据本发明的过程，可以在逆流模式中操作第二清洗设备（5），其中在最远下游清洗模块（2）处添加新鲜的清洗液。根据本发明的过程，在每一个清洗模块（2）中，清洗液应用设备（9）以受控制的速率和温度将清洗液作为网状物（11）的全宽上的均匀闭合液帘加以应用。特别地，装置（9）不应当供给作为各个线状物的清洗液，这是由于这些线状物可能损坏网状物结构和非常脆弱的凝固长丝，特别是在初始清洗步骤期间。而且，清洗液雾等等不会达到本发明的目的。在本发明的特别优选实施例中，在每一个清洗模块（2）中，脱水设备（10）位于清洗液应用设备（9）下游一定距离处，该距离足以实现每清洗模块的充足停留时间供清洗液起作用。发现了下述内容：如果每清洗模块的充足停留时间是从0.06秒至120秒（优选地，从0.12秒至12秒，特别优选地，从0.24秒至6秒），则可以以非常经济的方式操作根据本发明的过程。出人意料地，发现了下述内容：通过该简单教导，可以发现清洗模块（2）的数目与总清洗线长度（即，由所有清洗模块（2）构成的清洗设备（5）的总长度）之间的最优值。更大的清洗模块数目以及更大的清洗线长度两者均将提高投资成本，并且由于针对清洗液的增长的需要以及用于泵抽和真空的能量，运行更多清洗模块还将提高操作成本。如前文所解释的那样，该过程的关键要求是清洗模块的数目与清洗区的总长度之间的良好设置。出人意料地，已经发现下述内容：在给定清洗区长度中的总体减小的情况下，可以通过根据上面刚刚给出的时间范围改变清洗区中的新发明的清洗模块的停留时间，来确定上述要求的最优值。使用该教导，用于网状物的高速生产的清洗区中的总停留时间在最后清洗模块中的25%氧化胺浓度下减少至少10%。附加地，可以更改清洗区中的清洗模块的数目和间隔，以优化针对每一种产品类型（例如，不同网状物厚度）的清洗效率。如果清洗设备（5）的所有清洗模块（2）示出了每清洗模块实质上相同的设计和相同的停留时间，则这也可以是本发明过程的优选实施例。这促进了清洗设备（5）的工程以及其操作，这是由于不是各个差异都必须被考虑。对于具体要求（例如，对于特殊产品的生产），当然，也可以使用不同清洗模块。为了提高清洗液溶剂浓度，清洗模块（2）中的一个或多个可以具有用于在内部（即，在该相同清洗模块内）再循环清洗液的装置。在这种操作模式中，所使用的清洗液的仅一部分将被转发到后续清洗模块（2）。为了维持切实可行的过程经济学，重要的是，用于溶剂恢复的所使用的清洗液具有至少15%、优选地20%、最优选地大于25%的氧化胺浓度。根据本发明的过程可以进一步包括用于将整理应用和/或内联水力缠结（3）添加到网状物（11）的过程步骤。这种过程步骤对本领域技术人员来说一般是公知的，用于水力缠结，例如，如ep2013390中所描述。可选地，例如，清洗区的末尾可以并入有用于将整理应用于经清洗的网状物的装置。如上所描述的根据本发明的过程可以进一步包括：通过在水力缠结步骤（3）的流体中溶解或分散材料来将所述材料混合到网状物（11）。该材料可以是例如阻燃剂化合物、颜色染料、交联剂、软化剂、壳聚糖或壳聚糖衍生物等等。可以在清洗区中在清洗步骤期间或下面或者在类似后续过程步骤中添加各种其他改性物质，诸如染料、抗菌产品、离子交换剂产品、活性炭、纳米粒、乳液、超吸收体、浸渍剂、整理剂、接枝剂、粘合剂及其混合物。技术人员清楚地知道在莱赛尔熔喷过程的哪个步骤中如何添加这种上述材料。本发明等效地适用于将基于溶液的化学处理或所分散的固体颗粒应用于纤维素网状物。其还等效地适用于纤维素网状物，其中纤维素包含所并入的添加剂。本领域技术人员将想到本发明的其他应用。根据本发明的过程可以进一步包括用于在该过程中的任何点处在一侧或全部两侧上将另一材料的层（优选地，纤维层、膜层或网状物层）附着到所述网状物（11）的手段。例如，根据本发明的网状物可以直接被形成到另一材料上，该另一材料被引入到本发明的网状物的形成点上游的形成区上。还可以在清洗区上的或在下游的任何点处组合网状物。经组合的层压网状物的性质将直接受初始网状物组合发生在何处影响。关于该实施例，可以生产由例如根据本发明而生产的纤维素网状物的一个层和网状物的一侧或全部两侧上的一个或多个附加层组成的复合材料。“夹层”构造是可能的，其中纤维素网状物嵌入在例如膜或网状材料的两个（可选地，不同）层之间。所述层可以实质上由从由下述各项构成的组中选择的材料构成：纤维素材料，诸如纤维素纤维和浆；非纤维素聚合物；以及其混合物。在ep2013390的第[0031]至[0048]节中给出可能的多层材料的进一步细节。然后可以按要求进一步处理完全清洗的网状物（例如，作为从不干燥的辊而收集或者直接传输到干燥级）。所采用的所有装备是以下述这种方式构造的：使得能够恢复能量、水蒸气和化学品，并以不受控制的方式防止清洗液或其他液体的小滴滴落到网状物上。例如，合适地斜置清洗线上方的保护罩，以确保所形成的任何凝结延展到清洗线的一侧而不是延展到网状物上。本发明的另一方面是由实质上无尽的长丝构成且可由如本文描述的过程获得的非纺织产品，具有5gsm至250gsm之间的基础重量。这种产品可以仅由本文描述的过程以经济的方式制造。本发明的另一方面是用于制造直接由莱赛尔纺丝溶液形成的基于纤维素的网状物的设备，其包括：·挤压设备（1），能够挤压特别地在一个或多个行中被布置成形成帘的莱赛尔溶液的多个线状物，且还能够如例如ep1093536b1中描述的那样扩展溶液线状物，·具有装置（7）的第一清洗区，该装置（7）直接在扩展之后且在网状物形成之前将清洗液递送到溶液线状物，由此形成部分凝固的纤维素长丝，·具有如上面已经描述的网状物形成设备（4）的网状物形成区，部分凝固的长丝被放置到网状物形成设备（4）上以形成网状物（11），其中网状物形成设备（4）具有足以允许通过它（例如，由液体和空气移除设备（8））提取气体流和清洗液的孔隙度，·具有清洗设备（5）的第二清洗区，清洗设备（5）包括多个模块化清洗模块（2），其中·每一个清洗模块（2）包括：装置（9），以不损坏网状物结构和非常脆弱的凝固长丝的这种方式将清洗液应用于网状物（11）（特别是在初始清洗步骤期间）；以及脱水设备（10），用于至少部分地使网状物（11）脱水，例如通过真空抽吸，以及·装置（6），针对经清洗的网状物（11）进行收集或者将网状物（11）直接传送到进一步处理级，并且·该设备可以以所形成的网状物（11）的从5米/分钟（其对于最多100毫米厚度的厚抓绒而言将是可行的）至1000米/分钟的线生产速度进行操作。优选地，根据本发明的设备被设计成以从25米/分钟至500米/分钟的线生产速度进行操作。根据本发明的设备是以能够与清洗液一起操作的这种方式设计的，该清洗液是水、水/氧化胺混合物或者适于移除溶剂的另一种液体。在本发明的优选实施例中，用于在网状物形成之前将清洗液（7）应用于溶液线状物的装置由能够向着溶液线状物悬起清洗液的喷嘴、狭缝、旋转轧辊或旋转盘构成。而且，达到相同目的的其他手段将对本发明适用。特别地，如上面已经描述的那样，形成设备（4）可以是筛带或穿孔的鼓，其中形成设备（4）的渗透率被选择以在允许良好网状物形成的同时实现气体流和清洗液的通路，优选地，在100pa压强差处处于4000m3/m2/h与15000m3/m2/h之间。特别地，第二清洗设备（5）能够在逆流模式中操作，其中在最远下游清洗模块（2）处添加新鲜的清洗液。在本发明的优选实施例中，在每一个清洗模块（2）中，清洗液应用设备（9）能够以受控制的速率和温度将清洗液作为网状物（11）的全宽上的均匀闭合液帘加以应用。在本发明的进一步优选实施例中，在每一个清洗模块（2）中，脱水设备（10）位于清洗液应用设备（9）下游一定距离处，该距离足以实现每清洗模块的充足停留时间供清洗液起作用。每清洗模块的充足停留时间是从0.06秒至120秒，优选地，从0.12秒至12秒，特别优选地，从0.24秒至6秒。优选地，清洗设备（5）的所有清洗模块（2）示出了每清洗模块实质上相同的设计和相同的停留时间。这促进了清洗设备（5）的工程以及其操作，这是由于不是各个差异都必须被考虑。对于具体要求（例如，对于特殊产品的生产），当然，也可以使用不同清洗模块。为了提高清洗液溶剂浓度，清洗模块（2）中的一个或多个可以具有用于在内部（即，在该相同清洗模块内）再循环清洗液的装置。在这种操作模式中，所使用的清洗液的仅一部分将被转发到后续清洗模块（2）。根据本发明的设备可以进一步包括用于将整理应用和/或内联水力缠结（3）添加到网状物（11）的装置。这种装置对本领域技术人员来说一般是公知的，用于水力缠结，例如，如ep2013390中所描述。如上所描述的根据本发明的设备可以进一步包括：用于通过在水力缠结步骤（3）的流体中溶解或分散材料来将所述材料混合到网状物（11）的装置。该材料可以是例如阻燃剂化合物、颜色染料、交联剂、软化剂、壳聚糖或壳聚糖衍生物等等。根据本发明的设备可以进一步包括用于在一侧或全部两侧上将另一材料的层（优选地，纤维层、膜层或网状物层）附着到所述网状物（11）的装置。现在将通过示例来说明本发明。这些示例不以任何方式限制本发明的范围。本发明还包括基于相同发明构思的任何其他实施例。示例1至12为了生产具有平均长丝大小1.0dtex的基础重量15gsm的纤维素网状物，在每米网状物宽度200千克/小时纤维素的等效吞吐量下，如ep1093536b1中所描述的那样从熔喷纺锤挂的布置垂直向下挤压包含13%纤维素的莱赛尔纺丝溶液。对熔喷空气供给的流量和温度进行调整以实现所要求的长丝扩展。然后，经伸展的长丝经历第一清洗步骤：在长丝帘的每一个长边上从单个“喷剂条”喷射30℃处的去除矿物质的水。每一个条包含喷剂喷嘴，该喷剂喷嘴被布置以便如ep1093536b1中所描述的那样将气溶胶小滴的连续线提供到长丝上。然后在后续形成步骤中将部分凝固的长丝沉积到形成设备上，该形成设备包含以476米/分钟移动的水平多孔传送带。真空系统在带下面操作，以确保长丝的均匀沉淀，以实现均匀网状物厚度并从喷剂喷嘴中移除过度的挤压空气和液。带透射率是9000m3/m2/h，并且真空系统生成跨带的100pa压强差。空气和清洗液是分离的。将所使用的清洗液发送到溶剂恢复单元，以用于在制作纺丝溶液时重用。在带上将网状物传输到清洗区，该清洗区被布置为由一系列清洗模块构成的相同水平多孔传送带的较后部分，每一个清洗模块将清洗液作为“帘”应用到网状物上。然后经由真空系统通过带来移除清洗液。对清洗模块进行分离，以确保针对良好清洗效率的足够停留时间。在最终清洗模块处引入且在逆流模式中通过其他清洗模块中的每一个在上游渐进地泵抽由60℃处的去除矿物质的水构成的清洗液。去除矿物质的水（在形成区喷剂和清洗区时）的总消耗大致为每米网状物宽度6m3/hr。将所使用的清洗液传送到溶剂恢复以用于在纺丝溶液的制备中重用。在清洗线的末尾处收集且然后使用罐干燥机来离线干燥湿网状物。对12个不同清洗区设置进行了测试，其中如表1中所列出的那样改变了单个清洗模块的长度和停留时间以及模块的数目。所有清洗模块是相同类型的。表1：工厂设计结果示例模块停留时间模块的数目总清洗线长度总停留时间长度的减小清洗模块的数目的减少(s)(n)(m)(s)(%)(%)10.4441143.518.10020.632512515.8133930.8219123.515.6145441.011512015.1166351.2013123.515.6146861.391112115.2167371.581012515.8137681.76912615.9127891.95812415.61480102.14813617.1580112.337129.516.31083122.52714017.6283出人意料地，从这些试验中发现了下述内容：对于相同线速度（即，相同容量），清洗线长度和产品质量可以减小或降低2%至16%之间，并且清洗模块的数目可以减少从39%至83%。当前第1页12