发明背景。
发明领域
本发明涉及一种处理基于纤维素的材料、通常是基于纺织品的废材料以使其准备用于进一步使用的方法。所述处理包括化学处理以引起至少部分溶解。
特别地，所述方法用于处理基于棉的废材料。
相关技术描述
目前几乎所有的消费后纺织品废物都被送去焚烧或填埋，尽管甚至有95%的纺织品是可再循环的。仅有一些消费前废物被机械地再循环。然而，自从2016年开始，在eu已经禁止对用过的纺织品进行填埋。因此，不能原样再利用的纺织品及其原料应被燃烧以产生能量。
自然地，将优选再循环。加工纺织品材料以获得可重复使用的纤维例如从wo2013/124265a1中已知，其描述了通过分散和沉淀使含纤维素材料再生。
再循环中利用的另一种已知技术是纤维水解。通常，在水解之前机械除去金属和硬聚合物片，诸如纽扣和拉链。例如，wo2010/124944a1公开了一种水解纤维素的方法。
lyocell，例如ioncell-f，是一种类似的再生方法，包括使用离子液体作为溶剂溶解起始材料(wo2014/162062a1)。该biocelsol方法继而利用起始材料的酶处理。然而，这两种方法都集中在由木材制备纺织品上。
再生纤维随后可用于各种目的，包括纺丝或氨基甲酸酯化。
从us7,662,953中已知如何由高品质纤维素溶液制造氨基甲酸酯纤维素。在us8,066,903中介绍了用于氨基甲酸酯纤维素的多相溶解技术，其中教导了如何在溶解中应用低温以及如何通过首先在低稀释的碱中然后在高度浓缩并强烈冷却的碱中润湿物料来制备溶液。
在氨基甲酸酯化中，通常使用溶解级浆料。通常，浆料的纤维素含量＞90%，并且木质素含量＜1%。用于溶解级浆料的一种可能的起始材料是棉(或棉绒)。
使用纯棉或棉混纺物不是非常合理，因为这些纯材料还有许多其他用途。此外，棉也引起一些困难。早期，由于难以打开棉的紧密纤维结构，已经超在临界二氧化碳环境中进行棉绒的氨基甲酸酯化(yinc等)。
然而，如果改变现有方法以允许使用废棉料，则棉和棉混纺物的这些另外的用途将变得更合理。
发明概述
本发明由独立权利要求的特征限定。一些具体实施方案在从属权利要求中定义。
根据本发明的第一方面，提供了一种处理基于棉的纺织品废材料以使棉材料再生的方法。
根据本发明的第二方面，提供了一种化学处理基于棉的纺织品废材料以使棉材料溶解的方法。
现在的焦点是通过使用化学方法再生尤其是不适合以其他方式再循环的基于棉的纺织品废物。基于棉的纺织品废物的再生包括两个主要步骤，它们是纤维素溶解和纺织纤维的制备。
纤维素溶解需要对纺织品废物进行不同的预处理，以改善和/或精制再生纤维素和纺织纤维的质量和性质。目的是通过增加表面积来改善棉的反应性，调节纤维的聚合度和活化度并除去杂质以改善纤维素的溶解度/溶解。废材料的预处理对于再生材料的质量是至关重要的，因此其正处于不断的研究中。
溶解产物的用途是多方面的。在基于棉的纺织品废物的情况下，目的通常是生产氨基甲酸酯纤维素，其然后可以转化成纤维素纤维。其他主要应用领域是不同的涂布应用、再生纤维素膜、纤维素海绵、泡沫、凝结的纤维素珠和颗粒。
因此，本发明提供了一种在通常已经使用木浆的工艺中利用纺织品废材料的低成本方法。所述方法利用非木材原料生产纤维素纤维。所述方法还产生比常规方法小的co2足迹。
本发明的实施方案
定义
在本发明的上下文中，术语“纤维质”描述包含足够量的赋予其纤维特性的纤维的材料。纤维素材料是这种纤维质材料的典型实例。
术语“基于棉的”材料或术语“棉混纺物”包括包含超过40%棉的所有材料。然而，优选使用包含至少70%棉的材料。尽管一些来源被标记为“纯”棉或“100%棉”，但它们通常包含至多10%的其他材料。因此，同样在本发明的上下文中，假设所有“棉纺织品”包含至多10%的其他材料。
本发明涉及一种处理基于纺织品的材料、通常是废材料以使其准备用于进一步使用的方法。所述处理包括两个或更多个化学处理以引起纺织品材料至少部分溶解的步骤。
至少一个化学处理步骤是用碱进行的。所述步骤通常作为碱提取进行，并且导致表面积增加、原料脱色和杂质如二氧化硅的去除。当在高温下进行(热碱提取)时，也可以除去聚酯纤维(pes)。使用润湿剂增强了该效果。
杂质的去除也可以使用机械处理步骤进行。然而，碱提取具有更高的通用性，并且对于整个方法更有利。
碱处理也旨在引起溶胀和级分的一些崩解或分离。所述级分分离可以包括例如染料去除或(一种或多种)纺织品上浆剂的分离。因此，这种碱处理的产物是纤维浆料。
碱处理可以任选地与一种或多种其他化学处理组合，例如通过使用酶、酸和/或漂白化学品。
所述酸处理调节原料的聚合度(dp)，并降低其金属离子含量。
金属离子是不需要的，尤其是因为它们会削弱颜色，干扰氨基甲酸酯化阶段的dp调节，削弱过滤性和可纺性，堵塞过滤器，降低纤维强度，引起纺丝机堵塞，降低纤维纤度的均匀性，在老化期间起阻滞剂的作用，和光诱导的泛黄以及在过氧化氢存在下引起的有害反应。
漂白可包括氧化和碱阶段。特别地，使用酶用于漂白(例如淀粉酶、木聚糖酶)，或用于调节纺织品材料的聚合度(dp)，或其在溶解阶段的纤维反应性(例如内切葡聚糖酶)。漂白的氧化阶段通常使用过氧化氢、过乙酸或臭氧进行。这些试剂通过调节处理过的材料的聚合度和通过漂白该材料来起作用。
精制是用作化学处理的另一选项，并且产生增加的可用表面积。
根据一个特定优选的实施方案，化学处理步骤的组合选自以任何认为合适的顺序的以下替代方案：
a.用润湿剂热碱提取
b.碱提取和精制
c.碱提取、臭氧处理和过氧化物处理
d.碱提取、臭氧处理、精制和过氧化物处理
e.碱提取和过氧化物处理
f.碱提取、酶处理和过氧化物处理。
通常，如果进行精制，则精制在碱提取之前或之后进行，或在臭氧处理之前或之后进行，任选地与一种或多种其他处理组合。
然而，根据一个优选的选项，替代方案b.-f.的碱提取作为第一化学处理进行。
在替代方案b.-f.中，碱提取可以作为热碱提取或在室温下进行。
所有所述替代方案都可以补充有酸处理或酸洗以尤其引起处理过的材料的金属含量的进一步降低。例如，可以通过酸处理降低钙(ca)、亚铁(fe(ii))离子、铜(cu)和锰(mn)的含量。
通常，上述化学处理步骤之后还接着至少一个干燥步骤。然而，不需要完全除去水分。
根据本发明的一个实施方案，在化学处理之前，纺织品废材料经受一个或多个机械预处理步骤，尤其是用于除去衣服配件，诸如纽扣和拉链或其他金属或塑料附件。优选地，随后将获得的物料粗磨。
任选的组合的机械和酶处理将改善聚合度的调节，并提供biocelsol纤维的预型(pre-version)。
“biocelsol”材料通过酶处理、随后在碱性溶液中溶解来生产。为了获得biocelsol纤维，所述处理步骤自然地接之以沉淀。
根据本发明的另一实施方案，将根据一个或多个上述实施方案处理的材料用于氨基甲酸酯工艺中以生产纤维素氨基甲酸酯。
通常，氨基甲酸酯化通过使用脲和过氧化氢进行，后者引起材料的聚合度(dp)降低，并允许发生反应，同时对反应混合物进行例如通过压缩、摩擦和/或拉伸进行的机械加工。
优选地，随后对获得的固体氨基甲酸酯进行溶解步骤，通常使用任选地包含锌(例如，锌酸钠)的碱溶液进行。这种溶解可以在冷的锌溶液中进行，或者通过在室温下将氨基甲酸酯添加到锌溶液中，然后冷冻(至-40℃)并解冻混合物来进行。然后可以将获得的溶液过滤并用于例如纺丝。
根据另一个实施方案，根据上述处理的材料用于纤维纺丝，或用于其他应用中以代替粘胶，诸如用于香肠肠衣中。
或者，根据本发明处理的材料可用作生产粘胶、n-甲基-吗啉-n-氧化物(nmmo)、或离子液体、或biocelsol的起始材料。
应当理解，所公开的本发明的实施方案不限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是被扩展至其等同物，如相关领域的普通技术人员将知晓的那样。还应当理解，本文所使用的术语仅是用于描述特定实施方案的目的，而并非旨在加以限制。
整个说明书中提及一个实施方案或实施方案意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”未必全指同一实施方案。在使用诸如约或基本上的术语来提到数值的情况下，还公开了确切的数值。
如本文所用，为了方便起见，可以在共同的列表中呈现多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。然而，这些列表应被解释为就如同列表中的每个成员都被单独地标识为单独且独特的成员一样。因此，仅基于它们呈现在共同组中而没有相反情况的指示，这样的列表的各个成员都不应被解释为相同列表的任何其他成员的实际上等同物。此外，在本文中可以提到本发明的各种实施方案和实施例以及用于其各种组分的替代方案。应该理解的是，这样的实施方案、实施例和替代方案不应被理解为彼此的实际上等同物，而是应被认为是本发明的单独且自主的呈现。
另外，描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。在本说明书中，提供了许多具体细节，诸如长度、宽度、形状等的实例，以提供对本发明实施方案的透彻理解。然而，相关领域技术人员将认识到，可以在没有该特定细节中的一个或多个的情况下，或者利用其他方法、组分、材料等来实施本发明。
尽管上述实施例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不运用创造能力并且不脱离本发明的原理和概念的情况下，可以在实施方式的形式、使用和细节上进行许多修改。因此，除了由下面阐述的权利要求书限制之外，不希望本发明受到限制。
以下非限制性实施例仅旨在说明本发明实施方案所获得的优点。
实施例
实施例1-基于棉的材料的化学处理
对市售棉混纺物进行如表1所示的各种化学处理，并测量所得处理过的材料的粘度、反应性和亮度(结果也示于表1中)。作为比较，可以认为市售粘胶级溶解浆料的fock反应性＞60%，并且其粘度为450至500ml/g。
表1.化学处理的棉混纺物的性质。
还测量了各种未处理和化学处理的棉混纺物的金属含量(参见表2)。
表2.废纺织品中金属含量的管理。
使用热碱提取(用润湿剂)接着酸处理来处理的材料的性质示于表3中。
表3.短纤维性质
如这些结果所示，碱处理提供最有效的溶解，特别是当以热碱提取(用润湿剂)随后酸处理来进行时。这种碱处理优选与臭氧处理或过氧化氢处理或两者结合。
工业适用性
本发明的材料可以用作纤维素再生的原料，以及用于不同的涂布应用、再生纤维素膜、纤维素海绵、凝结的纤维素珠和颗粒，并且通常用于替代常规的预处理的纤维素。
特别地，本发明的材料通过能够实现从废纺织品再生优质纤维素纤维而用于消费前织物和消费后织物二者的再循环。
引文列表
专利文献
us7,662,953
us8,066,903
wo2010/124944a1
wo2013/124265a1
wo2014/162062a1
非专利文献
yinc,lij,xuq,pengq,liuy,shenx(2007)chemicalmodificationofcottoncelluloseinsupercriticalcarbondioxide:synthesisandcharacterizationofcellulosecarbamate.carbohydrpolym：147-154。