阅读说明：本技术 纤维素纤维 (Cellulose fiber ) 是由 米凯尔·林德斯特罗 克里斯托弗·林德格伦 贡纳尔·亨里克森 于 2017-12-05 设计创作，主要内容包括：提供一种纤维素基纤维,所述纤维素基纤维由以下制成：i)纤维素溶解纸浆,和ii)再循环的纤维素纺织品,所述再循环的纤维素纺织品用还原添加剂处理以使纤维素溶胀并且a)在pH在9至13.5范围内的碱性条件下用氧气漂白和/或b)在低于pH 6的酸性条件下用臭氧漂白,其中用选自粘胶工艺和莱赛尔(Lyocell)工艺中的一种制造纤维素基纤维。优点包括纤维的拉伸强度得到改进,并且有可能制造包含一小部分再循环材料的改进的纤维素纤维。(Providing a cellulose-based fiber made from: i) cellulose dissolving pulp, and ii) a recycled cellulose textile treated with a reducing additive to swell the cellulose and a) bleached with oxygen under alkaline conditions at a pH in the range of 9 to 13.5 and/or b) bleached with ozone under acidic conditions below pH6, wherein cellulose based fibers are manufactured with one selected from the group consisting of the viscose process and the Lyocell (Lyocell) process. Advantages include improved tensile strength of the fibers and the possibility of making improved cellulose fibers containing a small fraction of recycled material.)

纤维素纤维

技术领域

本发明涉及例如用莱赛尔(Lyocell)工艺或粘胶工艺制造的纤维，所述纤维包含再生纤维素纤维和溶解纸浆的混合物。

背景技术

纤维素为植物中的重要成分，并且包含无水葡萄糖单元。纤维素用于制造合成纤维，例如通过纺纱或纺线。再循环的纤维素可再生，并且用于纺纱、纺线、纺纤维等。

对于各种应用，包括再生纤维素纤维的制造，存在几种已知的溶解纤维素的方法。通常在这样的方法中使用昂贵的化学品。(Ohno H和Fukaya Y(2009年)“纤维素技术的任务特异性离子液体”《化学快报》第38卷(Task specific ionic liquid for cellulosetechnology Chemistry Letters V38))

WO2013124265公开一种再生纤维素的工艺。它公开在碱性步骤中以及用氧气处理纤维素。提到用氧气降低粘度。提到织物的再循环，并且可能需要预处理以降低聚合的程度。还提到纤维素可用于制备新纤维，诸如粘胶。

WO20101124944公开一种水解纤维素的工艺，包括以下顺序步骤：a)将粘度低于900ml/g的纤维素与水溶液混合以获得液体，其中在所述液体中包含纤维素的颗粒的直径最大为200nm，其中水溶液的温度低于35℃，并且其中水溶液的pH高于12，b)使液体经受以下步骤中的至少一个：i)降低液体的pH，降低至少1个pH单位，ii)将温度升高至少20℃，以及c)水解纤维素。

WO2012057684公开一种衍生化纤维素的工艺。不应具有太高粘度的纤维素经受高pH和低温，这在pH增加和/或温度升高之后。然后将纤维素衍生化。

WO2013004909公开一种从纸浆中去除半纤维素的方法。

WO2014162062公开一种用于制造成形的纤维素制品的方法。它包括使用溶解的纤维素材料。纤维素用某类溶剂(基于DBN的离子液体)溶解。

CN102747622公开一种用于从牛仔裤中去除靛蓝色的工艺。将织物以1:20-30的重量比加水并在85℃至95℃下加热，添加2至3g/l的氢氧化钠、4至5g/l的剥离剂、3至5g/l平平加(peregal)和4至5g/l连二亚硫酸钠并且执行超声波振动，并且排出混合溶液，并使用水洗涤织物2至3次。

WO2014/045062公开一种借助溶剂萃取聚酯的工艺。

US 5,609,676公开一种工艺，其包括熟化步骤以在用二硫化碳处理以制造可重复使用的粘胶之前增加反应性。熟化步骤在即将粘胶制造之前，并且目的为调节纤维素的聚合度。熟化可用碱溶液进行，也可用纤维素降解酶(纤维素酶)进行。根据US5,609,676，还有可能用稀H₂SO₄降解纤维素。还公开了在熟化步骤之前仅用还原性硫化合物处理。

WO2015/077807公开一种用于预处理回收利用的棉纤维的工艺，该回收利用的棉纤维用于由再生纤维素生产模制体中，其中该工艺包括金属去除阶段和氧化漂白。

粘胶为一种再生纤维素的纤维；它在结构上类似于棉。为了制备粘胶，用氢氧化钠水溶液(通常为16wt％至19wt％)处理溶解的纸浆以形成碱性纤维素。然后用二硫化碳处理碱性纤维素以形成黄原酸纤维素钠。

纤维素与组合硫的比率越高，黄原酸纤维素的溶解度越低。将黄原酸盐溶解在氢氧化钠水溶液(通常2％w/w至5％w/w)中并使其解聚至由溶液粘度所指示的所需程度。解聚(熟化或成熟化)的速率取决于温度，并受各种无机和有机添加剂(诸如金属氧化物和氢氧化物)的存在的影响。空气也影响熟化过程，因为氧气引起解聚。

通过用无机酸，诸如硫酸处理，由成熟溶液制备人造丝纤维。在该步骤中，黄原酸酯基团被水解以再生纤维素并释放二硫代碳酸，二硫代碳酸随后分解成二硫化碳和水。这产生再生纤维素。洗涤由再生纤维素制成的线以去除残留的酸。然后通过添加硫化钠溶液而去除硫，并且通过用次氯酸钠溶液漂白而氧化杂质。

在莱赛尔工艺中，将木材切碎并化学消化，以去除木质素并使其软化到足以机械研磨成湿纸浆。这种纸浆可被漂白。然后将其干燥成连续的片材并卷到卷轴上。N-甲基吗啉N-氧化物为莱赛尔工艺中最常见的溶剂。将纸浆溶解在N-甲基吗啉N-氧化物中，得到称为“涂料”的溶液。然后将经过滤的纤维素溶液泵送通过喷丝头，该喷丝头为用于各种人造纤维的装置。喷丝头上钻有小孔，就像喷头一样；当溶液被迫通过它时，连续的细丝束就出来。将纤维拉伸在空气中以使纤维素分子对齐，赋予莱赛尔纤维其特有的高强度。然后将纤维浸入另一种氧化胺溶液中，这次稀释，固化纤维束。然后用去矿化水洗涤纤维束。莱赛尔纤维接下来进入干燥区域，在干燥区域中水从莱赛尔纤维中蒸发掉。然后将束传送到精整区域，在精整区域中施加润滑剂，润滑剂可为肥皂或硅树脂或其他试剂，这取决于纤维的未来用途。在梳理和纺成纱之前，这一步骤基本上为一个理顺工序。

干燥的成品纤维在这一阶段处于称为丝束的形式，丝束为一大捆无捻的连续长度的细丝。将丝束捆带到压接机，压接机为一种压缩纤维的机器，赋予纤维质地和体积。卷曲纤维由机械梳理机梳理，所述机械梳理机执行类似梳发的动作，以分离和整理束。将经梳理的束切割并打包以便运送到织物工厂。从展开原纤维素到打包纤维的整个制造过程需要约两个小时。在此之后，可以多种方式加工莱赛尔纤维。它可以与另一种纤维，诸如棉或羊毛纺纱成。所得纱线可像任何其他织物一样编织或针织，并且可赋予从柔软和绒面革状到丝滑的各种成品。

生产莱赛尔纤维的工艺描述于例如，美国专利第4,246,221号中。莱赛尔纤维的特征在于高拉伸强度、高湿模量和高环圈强力

仍然需要一种例如用溶剂纺丝工艺诸如莱赛尔工艺制造或用粘胶工艺制造的改进的纤维。例如，需要改进纤维的拉伸强度。还希望提供一种至少部分再循环的纤维。

发明内容

本发明的目的为消除现有技术中的缺点中的至少一些并提供一种改进的纤维及其制造方法。

发明人已发现，如果将一小部分经过专门处理的再循环纺织品与纤维素溶解纸浆混合在一起，并且然后使用粘胶工艺或莱赛尔工艺制成纤维，则所得纤维会发生意想不到的增强。这被视为成品纤维的拉伸强度增加。

在第一方面，提供一种纤维素基纤维，所述纤维素基纤维由以下制成：i)纤维素溶解纸浆，和ii)由包含纤维素的再循环纺织品制成的材料，所述材料在还原条件下与至少在溶胀的一部分期间存在的至少一种还原添加剂一起处理以使纤维素溶胀，并且在以下漂白步骤中的至少一个中处理：a)在pH在9至13.5范围内的碱性条件下用氧气漂白以及b)在低于pH 6的酸性条件下用臭氧漂白，其中用选自粘胶工艺和莱赛尔工艺中的一种制造纤维素基纤维。

一个优点为纤维的拉伸强度得到改进。此外，该工艺使得有可能制造具有优异性能并且包含一小部分再循环材料的纤维素纤维。

具体实施方式

在详细公开和描述本发明之前，应理解，本发明不限于本文公开的特定化合物、配置、方法步骤、基底和材料，因为这类化合物、配置、方法步骤、基底和材料可有所变化。还应理解，本文采用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制，因为本发明的范围仅受所附权利要求及其等同物的限制。

必须注意，如本说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确指明，否则单数形式“一种(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数指代物。

如果没有其他定义，则本文所使用的任何术语和科学术语旨在具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。

“溶液”在本文中用于表示包含溶解在溶剂中的至少一种物质的均匀混合物。

术语“脱色”应理解为意指污染物在一种或多种波长的光下的吸光度的损失。通常，脱色涉及在一种或多种可见光波长的光下的吸光度损失。此外，脱色可能为部分或完全的。

如本文所使用的术语“纤维素材料”是指所有天然纤维素形式(棉、亚麻、黄麻等)和所有再生纤维素形式，诸如人造丝。特别地，涵盖所有包含纤维素的纺织品，包括包含经处理和改性的纤维素的纺织品。

所谓“溶解纸浆”(其有时也称为溶解纤维素或纤维素溶解纸浆)意指具有高纤维素含量(90wt％或更高)的漂白木浆或棉绒。它具有特殊的性质，包括高亮度和均匀的分子量分布。溶解纸浆之所以如此命名，是因为它不是要制成纸，而是溶解在溶剂中或通过衍生化成均相溶液，这使得它在化学上完全易得并去除任何残余的纤维结构。

在第一方面，提供一种纤维素基纤维，所述纤维素基纤维由以下制成：i)纤维素溶解纸浆，和ii)由包含纤维素的再循环纺织品制成的材料，所述材料在还原条件下与至少在溶胀的一部分期间存在的至少一种还原添加剂一起处理以使纤维素溶胀，并且在以下漂白步骤中的至少一个中处理：a)在pH在9至13.5范围内的碱性条件下用氧气漂白以及b)在低于pH 6的酸性条件下用臭氧漂白，其中用选自粘胶工艺和莱赛尔工艺中的一种制造纤维素基纤维。

在一个实施例中，纤维素溶解纸浆来自未用过的来源。在一个实施例中，纤维素溶解纸浆为通常用于粘胶工艺中的类型。在另一实施例中，纤维素溶解纸浆为通常用于莱赛尔工艺中的类型。

在一个实施例中，由再循环纺织品制成的材料占纤维素基纤维的至少10wt％。在替代实施例中，由再循环纺织品制成的材料占纤维素基纤维的至少7wt％。在替代实施例中，由再循环纺织品制成的材料占纤维素基纤维的至少15wt％。在替代实施例中，由再循环纺织品制成的材料占纤维素基纤维的至少20wt％。由再循环纺织品制成的材料为如上所述处理的特殊类型的再循环纤维素纺织品。纤维素基纤维的量通过纤维素基纤维的重量相对于纤维素基纤维总重量来计算。

由再循环纺织品制成的材料根据以下方案制造：

a.提供至少一种包含纤维素的纺织品材料，

b.在还原条件下处理所述材料以使纤维素溶胀，其中至少在溶胀的一部分期间存在至少一种还原剂，

c.按任何次序执行以下两个漂白步骤中的至少一个

i.在pH在9至13.5范围内的碱性条件下用氧气漂白，以及

ii.在低于pH 6的酸性条件下用臭氧漂白。

步骤a)、步骤b)和步骤c)应按顺序进行，前提条件为至少一个漂白步骤c)i)和c)ii)可按任何次序进行。

在一个实施例中，至少一种纺织品为选自棉、莱赛尔纤维、人造丝和粘胶中的至少一种。在一个实施例中，至少一种纺织品为棉。已经表明，包含纤维素的纺织品，诸如棉可使用本方法适当地再循环。还涵盖不同类型的纺织品的混合物，只要纺织品的至少一部分包含纤维素即可。

在一个实施例中，在步骤b)之前将纺织品机械粉碎，使得纺织品至少部分地粉碎，以便改进后续步骤。在一个实施例中，在步骤b)之前将纺织品在切碎机中机械粉碎。还涵盖其他粉碎纺织品的方法。切碎和粉碎产生更大的材料表面，使得便于后续步骤。

在一个实施例中，在步骤b)期间，pH在9至13.5的范围内。在另一实施例中，在步骤b)期间，pH在11至13.3的范围内。因此，在这些实施例中，在碱性pH下进行溶胀。在一个实施例中，在步骤b)期间，NaOH以0.01mol/l至0.5mol/l的浓度存在。NaOH的优点在于它是一种提高pH的成本有效方式。

在一个实施例中，在步骤b)期间，温度在50℃至100℃范围内。

在一个实施例中，至少一种还原添加剂包含连二亚硫酸钠，Na₂S₂O₄。在其他实施例中，使用其他还原添加剂。在一个实施例中，在步骤b)期间，连二亚硫酸钠Na₂S₂O₄以0.01mol/l至0.25mol/l的浓度存在。

在漂白步骤c)期间，纤维素的链长度与对材料的其他影响一起减少。在一个实施例中，漂白仅为步骤c)i)。在另一实施例中，漂白仅为步骤c)ii)。在又一实施例中，漂白包括按任何次序进行的步骤c)i)和步骤c)ii)。即，在一个实施例中，漂白包括步骤c)i)，随后为步骤c)ii)，而在替代实施例中，漂白包括步骤c)ii)，随后为步骤c)i)。

在一个实施例中，步骤c)-i)中的漂白在60℃至120℃区间的温度下进行。

在一个实施例中，其中步骤c)-i)中的漂白在20分钟至24小时期间进行。在一个实施例中，上限为约2小时，然而在替代实施例中，进行延长的漂白，这称为老化。在一个实施例中，步骤c)-i)中的漂白在30分钟至120分钟期间进行。

在一个实施例中，在步骤c)ii)之前进行洗涤。由于步骤c)ii)在低pH下进行并且当前一步骤在高pH下进行时，因此在步骤c)ii)中降低pH之前洗涤为有利的。在一个实施例中，在步骤c)ii)之前，将材料脱水至水含量小于66wt％。这一步骤还用于将高酸碱度液体到低酸碱度步骤的遗留物降至最低。在一个实施例中，在步骤c)ii)期间，pH在pH 1.5至5的区间内。

在步骤c)之后，回收纤维素。回收的纤维素混合在溶解纸浆中，用于制备纤维素纤维。

在第二方面，提供一种制造纤维素基纤维的方法，所述方法包括混合以下的步骤：

i)纤维素溶解纸浆，以及

ii)由包含纤维素的再循环纺织品制成的材料，所述材料在还原条件下与至少在溶胀的一部分期间存在的至少一种还原添加剂一起处理以使纤维素溶胀，并且在以下漂白步骤中的至少一个中处理：a)在pH在9至13.5范围内的碱性条件下用氧气漂白以及b)在低于pH 6的酸性条件下用臭氧漂白，

其中用选自粘胶工艺和莱赛尔工艺中的一种制造纤维素基纤维。

在一个实施例中，纤维素基纤维用莱赛尔工艺制造。本领域技术人员了解粘胶工艺和莱赛尔工艺，并且可进行这些工艺。

在阅读本说明书和所附示例后，本发明的其他特征和用途及其相关优点对于本领域技术人员而言为显而易见的。

应理解，本发明不限于此处所示的特定实施例。提供以下示例是为了说明性目的，并非旨在限制本发明的范围，因为本发明的范围仅受所附权利要求书及其等同物的限制。

示例

来自纺织品的再循环材料称为re:newcell纸浆，并且其使用以下方案制造：

·将棉短绒切成小块。

·将材料与NaOH混合在一起，直至pH达到12，并在溶胀步骤中添加连二亚硫酸钠Na₂S₂O₄。溶胀期间的还原处理在85℃下进行30分钟。此后，洗涤材料并在60℃下干燥。

·随后通过在1％H₂SO₄中处理15分钟，然后在臭氧处理5分钟而在低pH下进行臭氧处理。

·溶解纸浆从Cell获得，等级称为orange。它被配制成满足莱赛尔工艺的需要，在莱赛尔工艺中，纸浆直接用溶剂处理，与需要化学反应以溶解纤维素的更常见的粘胶工艺相反。这项工艺需要高纯度。它的耐碱性超过96％而粘度低，这对于最终纺织纤维的性能和客户端的良好运行性非常重要。

纤维由与不同程度的re:newcell纸浆混合的orange以及由100％re:newcell制成。使用莱赛尔工艺制备纤维：使用所得的纤维素样品的不同混合比例以及纤维素直接溶解剂N-甲基吗啉-N-氧化物一水合物(NMMO)中的不同纤维素浓度进行实验室溶出测试。为了混合，通常使用Ultra-Turrax工具将所需量的两种纤维素样品悬浮在水中并粉碎。然后，压出过量的水，将混合纸浆样品悬浮在50wt％的NMMO水溶液中。通过在溶液过程期间加热、剪切和减压(质量温度为80℃至95℃，压力为660mbar至40mbar，5rpm至20rpm)来去除水，使用实验室捏合机进行溶液制备。

没食子酸丙酯(0.5wt％，相对于纤维素)和氢氧化钠溶液用于稳定纤维素溶液。在纤维素溶解后，随后为溶解后时间(60分钟，15rpm，90℃质量温度和250mbar)。

在下表中，总结了来自不同实验的数据：

可看出，通过混入更多的re:newcell纸浆，拉伸强度(cN/tex)得到改进。