TW202319603A

TW202319603A - 用於製造再生纖維素纖維之冷鹼法的改良

Info

Publication number: TW202319603A
Application number: TW111127776A
Authority: TW
Inventors: 托馬斯羅德; 弗里茨蘇科梅爾; 馬庫斯杜施鮑爾; 克里斯汀邁爾胡伯
Original assignee: 奧地利商蘭仁股份有限公司
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-05-16
Also published as: CA3226602A1; EP4377504A1; WO2023006603A1; CN118056039A; US20250084566A1; EP4124682A1

Abstract

用於製造再生纖維素纖維之方法及製造設施。將紡絲液擠出至含有鹽且較佳含有鹼之凝固浴。紡絲液包含溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑的纖維素，而凝固浴具有至少7之pH值。纖維束中之纖維在呈未乾燥狀態切成短纖維之前係經固定且拉伸成基本上其最終纖維素比直徑。

Description

用於製造再生纖維素纖維之冷鹼法的改良

本揭露內容係關於人造纖維素纖維之製造、用途及應用領域的創新。特別是，本揭露內容係關於根據冷鹼法所製造之再生纖維素纖維的製造方法、如此製造之纖維及其用途。

人造纖維素纖維係基於以纖維素物質作為來源材料所製造之纖維。

本揭露內容之上下文中，術語「纖維素」表示衍生自植物細胞壁或合成製造之有機化合物。纖維素為多醣且未分枝。通常，纖維素分別包含數百至一萬個β-D-葡萄糖分子(β-1,4-醣苷鍵)或纖維雙醣單元。植物用以製造纖維素纖維的纖維素分子亦用於技術方法中以製造再生纖維素。

術語「再生纖維素」表示一類藉由將天然或回收纖維素轉化成可溶解纖維素衍生物或直接溶解纖維素溶液且隨後再生、形成成型體諸如纖維(例如嫘縈(rayon))、膜或箔(例如賽璐玢(cellophane))或塊狀固體(例如珠、粉末或小丸)所製造的材料。

術語「纖維」，如於本文中使用，表示連續長絲以及任何所希望長度的經裁切短纖維。

纖維素纖維亦可呈包含該纖維素纖維之編織布、針織布或不織布之形式。編織布包含由可稱為經紗及緯紗之至少兩股絞梭紗線系統製成的紡織平面織物。反之，針織布中之紗依循彎曲路徑(緯圈(course))，在紗之平均路徑上方及下方對稱地形成對稱紗圈(loop)(亦稱為扣眼鎖縫(bight))。

術語「不織布」表示非編織亦非針織之織物。不織布可呈包含隨機定向之纖維及/或有限長度之經裁切紗的織物之形式。不織布亦可包含無端紗，例如由熔噴法(melt-blown-process)所製造。

被稱為黏液纖維之再生纖維素纖維係利用稱為黏液法(viscose-method)之濕式紡絲法所製造。黏液法之起始原料為經常基於木材提供的纖維素。由該起始原料獲得呈化學紙漿之形式的高純度纖維素。另外或作為替代性其他纖維素材料，可使用諸如竹、棉絨、回收纖維素材料、蘆葦等或此等材料之混合物作為起始原料。於後續方法階段中，先以苛性鈉(NaOH)處理紙漿，由此形成鹼纖維素(alkali cellulose)。於以二硫化碳進行該鹼纖維素之後續轉化時，形成纖維素-黃原酸鹽。由此，藉由進一步供應NaOH，產生黏液-紡絲液，將其泵送通過蓮蓬頭樣紡絲嘴的孔至凝固浴(亦稱為紡絲浴(spin bath))。於該處，藉由凝固，每一紡絲嘴孔產生一條黏液長絲。為了使紡絲液凝固，使用酸性凝固浴。如此產生之黏液長絲隨後進行後加工。後加工通常包含數個洗滌及拉伸步驟，以及將長絲切成黏液短纖維。可在未經裁切及/或經裁切之纖維上進行數個其他後加工步驟，諸如捲曲、漂白及/或整理加工(「柔軟加工」)。在本文件上下文中，術語「黏液法」表示黃原酸鹽法。

術語「萊賽爾(Lyocell)」，如本文中所使用，表示包含纖維素之再生纖維型，其係根據直接溶劑法製造。萊賽爾法之纖維素係由含有纖維素之原料萃取。隨後可在脫水且無化學改質之情況下將如此獲得之紙漿溶解於適宜的溶劑中。於大規模工業實施中，N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)目前係使用之溶劑，儘管已知該方法亦可使用其他溶劑，諸如離子液體。然後過濾溶液，以及為了製造纖維，隨後通過紡絲嘴擠出至氣隙，於氣隙利用潮濕氣流拉伸纖維且使之凝固，然後饋入含有含水NMMO溶液之凝固浴。隨後，纖維可經進一步加工，例如，洗滌、漂白、整理加工、捲曲、切成短纖維等。

製造再生纖維素纖維之其他為人熟知的方法為胺基甲酸酯法，其與黏液法相似，但使用脲代替二硫化碳。稱為莫代爾法(modal-process)之又另一方法為用於製造更高品質纖維的經修改黏液法。這些方法亦使用酸性凝固浴。

此外，已知用於製造纖維素產品的方法可使用包含鹽之鹼性紡絲浴。為了製備紡絲液，在受控制溫度下將纖維素溶解於含水鹼性介質中。此等方法於此處通常稱為「冷鹼法」。

WO2018/169479揭露藉由冷鹼法所製造之纖維的實例。該方法包含：提供包含在鹼性溶劑中之纖維素及添加劑的溶液之紡絲原液，於該溶劑中，纖維素的存在濃度為約5至12重量百分比以及添加劑之存在範圍為0.1 - 10重量百分比(以纖維素計算之重量)；使纖維素紡絲原液與pH值高於7且包含鹽之含水凝固浴流體接觸；形成再生纖維素纖維組成物；以及在一或多個洗滌及拉伸浴中拉伸及洗滌纖維組成物。

EP3231901A1揭露相似方法，其中紡絲原液係藉由將纖維素溶解於含水NaOH溶液而製備。紡絲浴包含含有含水鈉鹽溶液之凝固液體。

EP3231899A1揭露藉由纖維素直接溶解於冷鹼中來製備紡絲原液之方法。

WO2020171767A1揭露用於涉及濕式紡絲製程之形成纖維束的方法，其包含以下步驟：將纖維素紙漿溶解於鹼性含水溶劑中以形成纖維素紡絲原液組成物，在pH超過7.0，較佳係pH為至少10之凝固浴中紡絲纖維素紡絲原液組成物以製造纖維束，以及使所製造之纖維束通過一系列連續的拉伸及洗滌步驟，於該等步驟中藉由逆流洗滌製程以洗滌液體洗滌所形成之纖維束。

尤其是根據冷鹼法所製造之纖維對於纖維之後加工提出許多挑戰。後續製造步驟，諸如梳理、紡紗、紡織品製造或絨片製造，需要具有例如充分高韌度、低脆度及適當捲曲之短纖維。

仍需要能使冷鹼纖維之製造擴大(scale-up)至大工業尺寸的新穎且創新的的製造方法及設施。

本揭露內容描述用於製造根據冷鹼法所製造之再生纖維的方法及設備。

於第一態樣中，本揭露內容係關於用於製造再生纖維素纖維之方法，其包含將紡絲液擠出至含有鹽且較佳含有鹼之凝固浴以製造纖維束，紡絲液包含溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑的纖維素，該凝固浴具有至少7之pH值，其中，該纖維束中之纖維係在呈未乾燥狀態切成短纖維之前拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及定向成基本上其最終狀態。

令人意外地發現在調理浴內將纖維拉伸至其最終纖維素比直徑及狀態以及在裁切呈未乾燥狀態之纖維能經濟且可控制地製造具有例如能將纖維紡成紗之適當性質的纖維。

熟習發明所屬技術領域且具有本文所揭露之教示的知識之人士能選擇用於凝固浴之適宜的鹽。該鹽促進紡絲液凝固，以及較佳可以10重量百分比至30重量百分比之比率存在於凝固浴中。較佳地，該鹽為鈉鹽，例如碳酸鈉及硫酸鈉。藉由考慮依離子沉澱能力順序將其分類的霍夫麥士特序列(Hofmeister series)(亦已知為感膠離子序(lyotropic series))，亦可選擇其他適宜的鹽。該鹽一方面應使能迅速凝固，以及其次，其應促進化合物之回收及再循環。可替代但非首選之凝固鈉鹽包含其中相對離子為羧酸根(例如，甲酸根、乙酸根、丙酸根、丁酸根或苯甲酸酸根)、脂族或芳族磺酸根(例如，苯磺酸根、甲苯磺酸根、或甲磺酸根)、脂族或芳族膦酸根離子或其混合物的鈉鹽。較佳地，陰離子相對離子具有密集電荷，將其置於霍夫麥士特序列之起始。因具有密集電荷之陰離子相對離子提高表面張力以及將溶劑合殼中之水分子組織在該溶劑合殼周圍的能力之故，其特徵為強「鹽析」蛋白質。此外，凝固鈉鹽較佳為作為水合物沉澱之鈉鹽。較佳係沉澱水合物中之水對鈉鹽的莫耳比為至少4:1。

術語「拉伸成基本上纖維素最終比直徑」，如於本文中使用，應闡釋為在拉伸步驟下游未對纖維束進行進一步拉伸步驟，即，直到纖維經裁切(其後無可避免以及有時甚至是刻意的少量鬆弛)或乾燥(其中實際測量的纖維之直徑因液體流失而縮小，通常纖維之拉伸無任何改變)為止，纖維之直徑基本上保持固定的效果。

術語「纖維素比直徑」，如於本文中使用，表示呈實際上經洗滌且乾燥狀態(即，僅包含乾燥纖維素)的直徑。與纖維有關的纖維素比直徑之一實例為纖維纖度(fiber titer)，其定義為每單位長度之纖維的纖維素含量之重量。

在纖維具有圓形橫斷面的情況下，直徑對應於圓形橫斷面之直徑。作為通用定義，如於本文中使用，直徑對應於可內切至纖維之橫斷面的最大圓之直徑(穿過主軸)。例如，具有橢圓直徑之纖維的直徑會對應於橢圓之短軸的長度。

術語「定向成基本上其最終狀態」，如於本文中使用，應闡釋為在下游加工步驟中，除了自然發生或其他下游後加工步驟之(通常不想要的)副作用之微小變化外，纖維中之纖維素的分子定向未極積改變(即，保持固定)的效果。

術語「未乾燥」，如於本文中使用，定義濕纖維僅以機械工具(即，藉由擠壓)脫水，且未經歷任何乾燥步驟之狀態。更具體而言，該術語表示未曾乾燥纖維，即，於擠出之後未經歷任何乾燥步驟的纖維。

根據一具體例，於離開凝固浴之後，使纖維束循路線進入至少一個調理浴，調理浴包含10重量百分比至30重量百分比之促進紡絲液進一步凝固的鹽，調理浴較佳係與下游洗滌管路流體分離，其中，纖維束中之纖維係於至少一個調理浴中拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及定向成基本上其最終狀態。該方法使能具有成本效益地製造纖維以及減少製造開始時纖維束穿線的複雜度。令人意外地發現在調理浴內將纖維拉伸至其最終纖維素比直徑及狀態能經濟且可控制地製造具有例如能將纖維紡成紗之適當性質的纖維。該方法可擴展至大工業規模。

調理浴中之鹽較佳可與凝固浴中所使用之鹽相同，或可根據以上概述之凝固浴中的鹽之相同要求來選擇。

根據另一具體例，凝固浴與調理浴可流體連接，其中，該凝固浴之溫度及該調理浴之溫度較佳可獨立地設定、調整、及/或維持。此促進能在調理浴中完全且有利地定向以及強力拉伸纖維之最佳化加工條件的設定。

術語「流體連接」，如於本文中使用，表示單元(例如，浴，諸如凝固浴或調理浴、或者洗滌單元)係與相同循環系統相關聯，其間未插入顯著地改變液體之性質(例如，藉由添加物質至液體及/或自液體移除物質或藉由濃縮或稀釋液體)的安裝。例如，一單元可串聯連接另一單元且藉由液體流例如以逆流布置或以同向流布置(concurrent-arrangement)穿越。於另一途徑中，流體連接單元可獨立地自相同儲液槽進料。

術語「流體分離」，如於本文中使用，表示系統係與完全分離之循環系統相關聯或經由顯著地改變液體之性質(例如，藉由添加物質至液體及/或自液體移除物質或藉由濃縮或稀釋液體)的安裝連接。

代替僅一個調理浴，亦可應用一系列二或更多個調理浴。此會予許個別調整凝固液體之溫度及以不同溫度逐步拉伸纖維。一方面，此會提高製造方法之成本及複雜度，另一方面，可能改善纖維性質。

根據另一具體例，使纖維束循路線通過洗滌管路，該洗滌管路包含至少一個洗滌步驟，其中，該洗滌管路較佳布置在至少一個調理浴之下游，以及其中，該纖維束之張力及該纖維之纖維素比直徑於洗滌管路中較佳為基本上保持固定。此進一步「固定」模製體之定向及伸長率，以及能獲得模製體之良好性能，例如就強度及延伸性而論。

根據另外的具體例，該方法進一步包含以下步驟：懸浮經裁切之纖維且呈不織纖維層之形式收集彼等，壓製不織纖維層，從而使纖維具有自然捲曲。該方法使能製造具有改善之後加工性質的自然捲曲之纖維。就許多應用而言，更自然的捲曲會較佳。如於本文中使用，術語「自然捲曲」稱呼包含具有不同且隨機分布曲度及長度的波紋之纖維的捲曲圖案。此類纖維更像一些天然纖維(諸如棉或羊毛)的捲曲。

此處所述之方法可藉由下列步驟之一或多者的任何技術可行組合而進一步改善： - 較佳以水洗滌不織纖維層。洗滌呈不織纖維層之形式的已裁切纖維可以可能採用未經裁切之纖維束之更經濟方式實現。 - 以酸性液體中和經裁切或未經裁切之纖維，其中，該酸性液體較佳係選自稀乙酸、乳酸、硫酸等。鹼性殘留物可因此而被中和。較佳地，第二洗滌步驟可在中和步驟之後進行以洗出中和步驟期間所形成的鹽。 - 漂白經裁切或未經裁切之纖維。 - 將交聯劑添加於經裁切或未經裁切之纖維，例如，以減少纖維化。 - 將整理加工劑(finishing agent)，特別是柔軟加工劑(soft finish)施加至經裁切或未經裁切之纖維。(柔軟)整理加工例如改善纖維之可紡性以及如此製造之產品的品質。 - 乾燥纖維，較佳係於桶式乾燥機或輸送式乾燥機中進行。已裁切纖維在乾燥期間未接受張應力(如同在裁切前乾燥纖維束之情況)，其可改善纖維品質。 - 於任何其他處理步驟之前及/或之後擠壓纖維束及/或不織纖維層。擠壓可例如藉由使經裁切之纖維之不織纖維層通過壓製滾筒而輕易完成。尤其是在不織纖維層之後加工開始時，額外壓製可改變以及進一步改善捲曲之程度及品質。

上列步驟可以任何技術合理以及可用順序實施，以及明白當前教示的熟習發明所屬技術領域之人士能在不偏離本揭露內容的情況下實施許多構造。

在另一較佳具體例中，後加工可進一步包含至少一個鬆開不織纖維層以使纖維變鬆及/或至少部分分離之步驟。鬆開可改善下游後加工步驟，諸如乾燥及綑包，以及促進經綑包纖維之鬆開。另一方面，鬆開能於上游後加工步驟中提供具有較高密度之纖維層，然後其可以更經濟方式實施。

於第二態樣中，本揭露內容係關於用於製造再生纖維素纖維之加工設施，其包含將紡絲液擠出至含有鹽且較佳含有鹼之凝固浴以製造纖維束的紡嘴，紡絲液包含溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑的纖維素，該凝固浴具有至少7之pH值，其中，該設施進一步包含至少一個用於將纖維束中之纖維拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及將纖維中之纖維素定向成基本上其最終狀態的拉伸裝置，以及用於將呈未乾燥狀態切成短纖維之切刀。加工設施能使本文所揭露之方法工業實施以及擴大規模。

根據一較佳具體例，設施可進一步包含至少一個在凝固浴下游之調理浴，該調理浴包含10重量百分比至30重量百分比之促進紡絲液進一步凝固的鹽，該調理浴較佳係與下游洗滌管路流體分離，以及至少一個用於在至少一個調理浴內將纖維束中之纖維拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及將纖維中之纖維素定向成基本上其最終狀態的拉伸裝置。

根據另一具體例，凝固浴與調理浴係流體連接，其中，該凝固浴之溫度及調理浴之溫度較佳可獨立地設定、調整、及/或維持。藉由設定此等參數，可使凝固速度最佳化以提供充分堅固且可延伸之纖維。

根據另外的具體例，使纖維束循路線通過洗滌管路，洗滌管路包含至少一個洗滌步驟，其中，該洗滌管路較佳布置在至少一個調理浴之下游，以及其中，該纖維束之張力及纖維之纖維素比直徑於洗滌管路中較佳為基本上保持固定。以拉緊狀態洗滌纖維束(且較佳係不進一步拉伸彼等)可改善纖維性質。

於另一具體例中，加工設施可進一步包含用於懸浮經裁切之纖維且呈不織纖維層之形式收集彼等之絨片形成裝置、以及至少一個用於壓製不織纖維層從而使纖維具有自然捲曲之壓製裝置。不需要於纖維束生產線中之捲曲設施。

根據其他具體例，加工設施可進一步包含一或多個處理設施，其獨立地選自包含下列之清單： - 一或多個用於洗滌纖維束或不織纖維層之洗滌裝置， - 一或多個用於擠壓纖維束或不織纖維層之另外的壓製裝置， - 用於以酸性液體中和該等經裁切或未經裁切之纖維之中和器， - 用於漂白該等經裁切或未經裁切之纖維之漂白設施， - 用於將交聯劑施加於該等經裁切或未經裁切之纖維上之交聯設施， - 用於將整理加工劑(特別是柔軟加工劑)施加至該等經裁切或未經裁切之纖維之整理加工設施， - 用於鬆開該不織纖維層以使該等經裁切之纖維變鬆及/或至少部分分離之開布機(opener)， - 乾燥機，較佳為桶式乾燥機或輸送式乾燥機，以乾燥纖維。

此改善可擴展性以及能大規模工業應用。上列設施可以任何技術合理以及可用順序實施，以及明白當前教示的熟習發明所屬技術領域之人士能在不偏離本揭露內容的情況下實施許多構造。

於第三態樣中，本揭露內容係關於在如本文所述之加工設施中所製造及/或藉由如本文所述之方法所製造的再生纖維素纖維。考慮到進一步加工步驟之要求以及就包含纖維之中間產品及末端產品的性質而論，纖維可符合增強品質標準。

在另一態樣中，本揭露內容係關於產品，特別是包含如本文所揭露之再生纖維素纖維的消費產品或中間產品。較佳地，產品可選自包含下列之清單：紗、織物、紡織品、家用紡織品、衣服、不織布、衛生產品、室內裝飾品、技術應用，諸如濾材、紙。

圖1顯示表示根據本揭露內容之例示性纖維製造方法的流程圖。該圖為簡化呈現且以示意方式顯示該方法。

該方法可分成下列基本步驟，其於圖1中係以羅馬數字表示： I. 供應原料

就根據本揭露內容之方法而言，可使用廣範圍之可能纖維素原料。通常，用作原料之纖維素的固有黏度及聚合度低於黏液法或萊賽爾法常見之固有黏度及聚合度。例如，可使用固有黏度(根據SCAN-CM 15:99，於Cuen中測量)為約200 mL/g至700 mL/g (聚合度DP為500至1900)、較佳介於約250與約400 mL/g (DP為600至950)之溶解紙漿(牛皮紙漿或雞皮紙漿(sulphite))。此外，可使用回收紙漿或棉絨(較佳具有與上述相同的DP)。回收紙漿可例如衍生自廢紙、回收黏液紡織品材料、回收莫代爾紡織品材料、回收萊賽爾紡織品材料及/或回收棉纖維紡織品材料。可能使用不同來源之紙漿的摻合物，諸如初生木材紙漿與回收紙漿之摻合物，以及可能甚至更理想。

於圖1中，溶解紙漿1之短纖維例示性描繪為原料。 II. 原料之預處理

纖維素原料可接受預處理，其中聚合度係調整至所希望的DP以將紡絲原液之黏度調整至能過濾及紡絲之值。預處理可包含使原料接受酸性紙漿處理，其中DP值主要受預處理之持續期間以及酸之濃度影響。在其他情況下，若DP值已於所希望值，可省略預處理。例如，衍生自纖維素再生纖維之紙漿可具有未經預處理即能直接溶解的DP。

於更具體實例中，可使用1至10重量百分比之硫酸於50℃至95℃達5min至2h之持續時間之酸性紙漿處理作為預處理。由於該方法之獲利能力因該處理步驟之長持續期間而降低，通常較佳係使預處理之持續期間儘可能最短。明白本揭露內容之教示的熟習發明所屬技術領域之人士能在無不當負擔的情況下發現適合之參數以及使其最佳化。

預處理進一步包含以水洗滌纖維素材料以及壓製以使含水量減少至例如纖維素材料之約50重量百分比。

於圖1中，例示性描繪預處理化學品源2 (例如硫酸)以及預處理容器3。於預處理容器3中預處理之後，纖維素材料可經擠壓以及洗滌以減少遷移至下一步驟之酸量。 III. 紡絲原液之製備

為製備紡絲原液(亦稱為紡絲液)，先將濕潤且經預處理之紙漿冷卻至約0℃(同時應避免紙漿凍結)以及製備包含NaOH及ZnO之含水溶劑。較佳地，調整溶劑以提供包含5至10重量百分比之NaOH及0.8至3重量百分比之ZnO的紡絲液。將溶劑冷卻至加工溫度，較佳介於-5℃與-10℃。

摻合紙漿與溶劑以使纖維素溶解於溶劑中。為改善加工性，紡絲原液之製備包含混合步驟，隨後為均質化步驟。在混合步驟期間，以高剪應力混合摻合物，此係於高剪切混合機中進行。此高剪應力混合較佳僅進行相當短時間期間，例如混合可進行1至2分鐘。於隨後均質化步驟中，以低剪切強度攪動摻合物。均質化步驟可比混合步驟持續得更久，例如約5分鐘。

在混合與均質化步驟二者期間，混合物之溫度受到控制，尤其是經冷卻。較佳係溫度保持低於0℃。加工溫度絕不應超過5℃，原因係否則溶液會變稠以及不可挽回地損失。

然後使如此製備之紡絲液過濾及脫氣。例如，可用具有15微米篩孔大小之KK過濾器(Kolben-Korb-Filter，Lenzing Technik)過濾至少兩次。

為進行脫氣，使紡絲液曝露於減壓。此步驟本身從黏液法得知。可使用之用於使紡絲原液過濾及脫氣之其他技術為熟習發明所屬技術領域之人士已知。

所製備之紡絲原液應無空隙，具有均勻稠度以及能以隨後擠出步驟中所使用之紡嘴擠出的適當黏度。

於一較佳具體例中，紡絲原液之落球黏度(ballfall-viscosity)應在約30至200 s之範圍。落球黏度可根據DIN 53015-2019測量。紡絲原液之黏度可藉由數種不同工具調整。例如，黏度可藉由改變纖維素之DP值、藉由改變溶劑之組成及/或紡絲原液中之纖維素的濃度而調整。例如，纖維素之濃度可在4重量百分比至約12重量百分比之範圍、特別是在約5重量百分比至約8重量百分比之範圍、較佳為約6重量百分比至約7重量百分比。

混合、均質化及過濾步驟之具體參數可由明白本揭露內容熟習發明所屬技術領域之人士藉由例行性工作及實驗而發現。

於圖1中，例示性描繪用於儲存溶劑之成分的化學品儲存庫4、用於冷卻至少部分溶劑之溶劑冷卻裝置5、紙漿冷卻裝置6、混合容器7及脫氣過濾器8。混合容器7配備有冷卻套管9。 IV. 擠出至凝固浴

紡絲原液可通過噴嘴直接擠出至凝固浴。在將添加劑添加至紡絲原液的情況下，紡絲原液可經由靜態混合器均質化以併入添加劑。在擠出步驟之前，紡絲原液較佳可經回火至紡絲溫度，例如至5℃至30℃之範圍的溫度。為了製造纖維，簡單途徑可使用包含例如多達150個直徑為12.5至16 mm之杯，包含多達3000個直徑為40至75微米之孔(其對應於本身已知以及常用於黏液紡絲法之尺寸)的紡嘴作為擠出噴嘴。然而，令人意外地發現關於冷鹼法，較寬廣的直徑可改善加工安定性以及促進纖維之凝固及拉伸。根據本揭露內容，因此建議使用包含直徑為約80至120 µm、較佳介於90與110 µm之孔的紡嘴。例如，於工業規模製造機具設備中，一個紡嘴可包含多達150個直徑為12.5至16 mm之杯，包含約600至1400個直徑為約80至120 µm、較佳介於90與110 µm之孔。紡絲孔之相對厚直徑導致不同凝固過程，即，新擠出之纖維僅外表面先凝固，而纖維中間停留在液態較長時間。此使得能更高度拉伸以及可以更安定方式維持拉伸狀態。凝固浴包含鹼，較佳為NaOH，以及鹽，較佳為碳酸鈉(Na ₂CO ₃)、或硫酸鈉(Na ₂SO ₄)。作為實例，凝固浴可包含10重量百分比至30重量百分比之Na ₂CO ₃或Na ₂SO ₄以及0至7.5重量百分比之NaOH、較佳為0.1至3%、更佳為0.2至0.7重量百分比之NaOH。於一具體實例中，凝固浴可包含約22重量百分比之Na ₂CO ₃以及約0.5重量百分比之NaOH。凝固浴之溫度可例如調整至介於10℃與30℃，較佳於約20℃回火。

新擠出之纖維行經凝固浴之最佳距離(即，凝固浴距離)尤其取決於擠出速度、拉出速度、紡絲原液之組成及稠度、凝固浴之組成以及溫度。不受此等值限制，在大部分參數條件下，可在約10 cm至約100 cm之範圍內發現最佳凝固浴距離。凝固浴距離之較佳值範圍在約15 cm至約60 cm。

將纖維束拉出凝固浴至運送段，運送段可包含將纖維束運送通過一系列後加工階段的數個導輥及/或滑輪。施加在新擠出纖維上之拉出力可由擠出速度及第一運送單元(或導輥)的速度調節，該第一運送單元(或導輥)較佳可定位在凝固浴的外部。因第一運送單元而施加在新擠出纖維的拉出力之故，纖維在凝固浴內部已被拉伸。進一步拉伸步驟可在纖維之後續後加工期間進行。

於圖1中，例示性描繪包含凝固液體11、紡嘴12及第一導輥13之凝固浴10。紡嘴12將一些纖維14 (對應於紡嘴12之孔的數目)擠出至凝固液體11中。新擠出纖維14係藉由第一導輥13而收集成纖維束15。藉由調整紡嘴12之擠出速度及導輥13之速度，可設定擠出後直接在凝固浴10內完成的拉伸量。雖然圖1中顯示紡嘴12 (及新擠出纖維14)之傾斜角，但明白當前教示的熟習之從業人員能應用該領域中本身已知(例如從黏液製造)的其他紡絲構造。 V. 纖維束之後加工

如本揭露內容通篇所使用，術語「後加工」涵蓋於擠出纖維已從凝固浴拉出後在該等擠出纖維上進行的所有加工步驟。後加工步驟可於纖維束在運送單元上運送時應用於纖維束上。另外，纖維束可於裁切設備中裁切以及可在經裁切之纖維上進行進一步後加工步驟。

於圖1中，後加工僅以代表參考符號V示意表示。

纖維之後加工可包含但不限於下列步驟中之一或多者的任何組合： - 纖維束及/或經裁切之纖維之洗滌， - 擠壓纖維束及/或經裁切之纖維以減少其中之液體量， - 以酸性液體中和纖維束及/或經裁切之纖維， - 漂白纖維束及/或經裁切之纖維， - 藉由在纖維上施加交聯劑來使纖維束及/或經裁切之纖維交聯， - 將整理加工劑(「柔軟加工劑」)施加至纖維束之纖維及/或經裁切之纖維， - 乾燥經裁切之纖維。

纖維束中之纖維自凝固浴拉出之後已立刻拉伸至一定程度，但可能未達到其最終伸長率(及最終纖維素比直徑)。

於不同途徑中，於後加工期間可實施數個連續拉伸步驟。例如，可於後加工中實施逆流洗滌，其中該纖維束中之纖維係在數個洗滌步驟期間或在數個洗滌步驟之間逐漸地拉伸直到達到其最終延伸。

根據另一途徑，可將纖維束導入包含10重量百分比至30重量百分比之促進紡絲液進一步凝固之鹽的調理浴，該調理浴較佳係與任何下游洗滌設施流體分離，以及在該調理浴內拉伸至纖維之基本上最終纖維素比直徑以及定向成基本上其最終狀態。調理浴可包含與凝固浴液體相似或相同之凝固液體。調理浴中之凝固速度可藉由其中之液體的溫度調整，溫度較佳可與凝固浴獨立地控制。

在第二浴之後，可於下游洗滌管路中洗滌纖維束，於該處未對纖維施加額外的拉伸。

視情況而定(以及根據技術要求)，其他後加工步驟可根據任何技術有用之構造布置在加工產線上。

圖2為顯示用於處理根據根據本揭露內容(例如藉由圖1所描繪之設施)所製造的纖維束之後加工設施的例示性構造之示意方塊圖。

纖維14係藉由紡嘴12擠出至凝固浴10內之凝固液體11中，且藉由第一導輥13收集成纖維束15(與圖1相似)。將纖維束從第一導輥13導至第二導輥18。在第一導輥13與第二導輥18之間，纖維束15經由導件16(例如，滾筒、棒等)轉向，以及浸沒至含有凝固液體11'之調理浴17中。凝固液體可與凝固浴10中之凝固液體11相同或相似。較佳地，凝固浴10中之凝固液體11以及調理浴17中之凝固液體11'係以共同流體循環進行循環。較佳地，調理浴17中之凝固液體11'的溫度可與凝固浴10中之凝固液體11的溫度獨立地控制。通常，較高溫度對於調理浴17中之凝固液體11'為較佳。例如，凝固浴10中之凝固液體11的溫度可調整至介於約10℃與約20℃之值以及調理浴17中之凝固液體11'的溫度可調整至介於約20℃與約40℃之值。

在第一導輥13與第二導輥18之間以及基本上在調理浴17內，纖維束中之纖維拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及定向成基本上其最終狀態。

圖2中僅顯示一個調理浴。然而，可能安裝超過一個調理浴，例如兩個相繼的調理浴或一系列連續的調理浴。較佳地，調理浴與凝固浴共用流體迴路以及具有基本上相同或至少相似含量之鹽及/或鹼。視情況而定，調理浴之溫度可相同或獨立地控制。視構造而定，纖維可以串級型式拉伸，即，連續的調理浴具有漸增之拉伸率。纖維亦於上游調理浴(或數個上游調理浴)中可拉伸成基本上其最終狀態，然後於一(或多個)下游調理浴內以固定速度及拉伸進一步凝固及「固定」。熟習發明所屬技術領域且具有本文所揭露之教示的知識之人士能在不偏離本揭露內容的情況下藉由例行性試驗及實驗而最佳化調理浴之數目、其溫度及評定之延伸。纖維參數，諸如抗張強度、伸長率、結晶度等可以有條理方式最佳化。

將纖維束15從第二導輥18導至可包含數個洗滌步驟之洗滌管路19，該等洗滌步驟於圖2中例示性地描繪為洗滌步驟20及20'。視情況而定，洗滌管路19亦可僅包含一個洗滌步驟20或超過二之任何數目的洗滌步驟。此外，可於洗滌管路19中使用於發明所屬技術領域中本身已知之用於洗滌纖維束的任何洗滌技術。

洗滌管路中之纖維束的運送工具，諸如滾筒及導輥等係以固定速度操作以使張力基保持基本上固定以及纖維束中之纖維未發生進一步拉伸。此亦使纖維之定向基本上保持在其於調理浴內拉伸之後離開第二導輥18時的狀態。

於洗滌管路19之後，將纖維束15導至切刀21，其將纖維束裁切成短纖維22。於洗滌步驟20期間，纖維之一致性已安定，因此即使以潮濕或未曾乾燥狀態裁切纖維，其基本上保持其纖維素比直徑、伸長率及定向。因此，不必於裁切前乾燥纖維束15，其可降低成本以及使能實施更有效率的後加工步驟。

於圖2之下方部分，顯示用於經裁切短纖維之例示性後加工設施。將經裁切短纖維從切刀21運送(或落)至具有填充液體(例如水)之盆24、及輸送帶25之絨片形成裝置23。輸送帶25為液體可滲透的以及在盆中維持水流，該水流將懸浮在盆之液體中的纖維運送至輸送帶25，於該處收集纖維且在輸送帶25之頂面上形成不織纖維層26。使輸送帶之表面傾斜以及將新形成之不織纖維層26運送出液體以及運送至另外的運送設備(基於簡明因素，其未顯示於圖2)。新裁切之短纖維22應橫跨絨片形成裝置23之寬度規律地分布，以使不織纖維層26具有均勻寬度及一致性。

離開絨片形成裝置23之後，於第一壓製裝置27a中擠壓不織纖維層26以去除不織纖維層26中的一些液體。將數個進一步壓製裝置27b至27e布置在下游介於數個加工步驟之間。尤其是第一壓製裝置27a(但其他壓製裝置亦然)在不織纖維層中之纖維上產生對於許多纖維用具(fiber appliance)而言較佳的自然捲曲。

如圖2中所示，在不織纖維層26上進行之後加工包含中和器28、漂白設施29、交聯設施30、整理加工設施31、開布機32、乾燥機33及綑包壓機34。

於中和器28中，以酸性液體中和仍含有鹼殘留物之纖維，該酸性液體可選自包含稀乙酸、乳酸、硫酸等之清單。視具體加工條件而定，中和步驟可能不一定必要。

然後於漂白設施29中漂白不織纖維層26中之纖維。若適當，可於中和器28與漂白設施29之間實施進一步洗滌步驟(未顯示於圖2)。該(及任何其他)洗滌步驟可以逆流洗滌系統之形式轉送至洗滌管路19之上游洗滌步驟及/或切刀21。

於交聯設施30中，可將交聯劑施加於纖維後減少纖維之纖維化以及改善紡織品鏈中之纖維的加工及處理。

於整理加工設施31中，可將整理加工劑或柔軟加工劑施加至纖維。

於壓製裝置27e中使不織纖維層26脫水之後，將不織纖維層26饋入開布機32，其使纖維層26之結構變鬆且鬆開以改善於後續乾燥機33中之乾燥效率以及改善完工短纖維之進一步加工。實施例

根據本文所述之方案製造四種纖維樣本。

為了製備纖維樣本，使用於Cuen中之固有黏度為405 mL/g的預水解牛皮紙漿(PHK)作為原料。紙漿係於10重量百分比之硫酸中以70℃預處理23 min期間以獲得255 mL/g之固有黏度。洗滌且擠壓經預處理之紙漿以減少含水量。

紡絲液係根據本文所述之方法，藉由將紙漿溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑而製備，最終紡絲液包含6重量百分比之纖維素、2.3重量百分比之ZnO及7.5重量百分比之NaOH。在高剪切混合機中於冷卻之下摻合及均勻化紡絲液，然後使之過濾及脫氣。於混合期間，紡絲液之溫度保持在0℃與5℃之間的範圍。將根據DIN 53015-2019之落球黏度調整至65 sec。

為了以實驗室規模試驗機具設備製造纖維樣本，將紡絲液擠出通過91孔紡嘴(各孔具有100 µm之直徑)至包含15重量百分比之碳酸鈉(Na ₂CO ₃)及0.5重量百分比之NaOH的水溶液之凝固浴。凝固浴之溫度係調節至19℃。將擠出之纖維束導至凝固浴距離為約20 cm之第一導輥，其中，於凝固浴中之停留時間多於1.5 s。將纖維束從第一導輥穿線至第二導輥，其中在42℃之高溫，將纖維束導引通過含有15重量百分比之碳酸鈉(Na ₂CO ₃)及0.5重量百分比之NaOH(與凝固浴相同)的調理浴。

在調理浴內(即，在第一及第二導輥之間)將纖維拉至其最終伸長率。將第二導輥之速度設為12 m/min以及將第一導輥之拉出速度設為達到樣本之間各不相同的所選定最終延伸。

視樣本而定，纖維係在裁切之前於纖維束內經洗滌或在洗滌之前裁切。

根據相同方案，但在纖維束內乾燥及裁切乾燥製造三種比較例。

評估所得纖維之下列性質(根據DIN EN ISO 1973:1995-12及ISO 3341:2000-05)： - 纖維纖度[dtex] - 抗張強度 - FFk [cN/tex] - 伸長率 - FDk [%]

表1顯示根據本文所揭露之方法所製造的樣本纖維之結果。比較例之結果顯示於表2。

結果顯示呈潮濕狀態裁切之根據樣本1至4的纖維令人意外地顯示比在裁切之前(即，仍呈纖維束)經乾燥之比較例1至3的纖維明顯夜高之伸長率。

1:溶解紙漿 2:預處理化學品源 3:預處理容器 4:化學品儲存庫 5:溶劑冷卻裝置 6:紙漿冷卻裝置 7:混合容器 8:脫氣過濾器 9:冷卻套管 10:凝固浴 11:凝固液體 12:紡嘴 13:第一導輥 14:纖維 15:纖維束 16:導件 17:調理浴 18:第二導輥 19:洗滌管路 20:洗滌步驟 21:切刀 22:短纖維 23:絨片形成裝置 24:盆 25:輸送帶 26:不織纖維層 27:壓製裝置 28:中和器 29:漂白設施 30:交聯設施 31:整理加工設施 32:開布機 33:乾燥機 34:綑包壓機

以下茲參考圖式說明本發明之例示性具體例，其中 [圖1] 為著重於紡絲原液製備之根據本揭露內容的纖維製造方法之示意且例示性呈現，以及 [圖2] 為著重於所紡纖維之後加工之根據本揭露內容的加工設施之示意且例示性呈現。

1:溶解紙漿

2:預處理化學品源

3:預處理容器

4:化學品儲存庫

5:溶劑冷卻裝置

6:紙漿冷卻裝置

7:混合容器

8:脫氣過濾器

9:冷卻套管

10:凝固浴

11:凝固液體

12:紡嘴

13:第一導輥

14:纖維

15:纖維束

Claims

一種用於製造再生纖維素纖維之方法，其包含將紡絲液擠出至含有鹽且較佳含有鹼之凝固浴(coagulation bath)以製造纖維束，該紡絲液包含溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑的纖維素，該凝固浴具有至少7之pH值，其中，該纖維束中之纖維在呈未乾燥狀態切成短纖維之前係拉伸成基本上其最終纖維素比直徑(specific diameter)以及定向成基本上其最終狀態。
如請求項1之方法，其中，於離開該凝固浴之後，使該纖維束循路線進入至少一個調理浴(conditioning bath)，該調理浴包含10重量百分比至30重量百分比之促進該紡絲液進一步凝固的鹽，該調理浴較佳係與下游洗滌管路流體分離，其中，該纖維束中之纖維係於該至少一個調理浴中拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及定向成基本上其最終狀態。
如請求項2之方法，其中，該凝固浴與該調理浴係流體連接，其中，該凝固浴之溫度及該調理浴之溫度可較佳獨立地設定、調整、及/或維持。
如請求項1至3中任一項之方法，其中，使該纖維束循路線通過洗滌管路，該洗滌管路包含至少一個洗滌步驟，其中，該洗滌管路較佳布置在該至少一個調理浴之下游，以及其中，於該洗滌管路中，該纖維束之張力及該等纖維之纖維素比直徑較佳為基本上保持固定。
如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包含以下步驟： a. 懸浮經裁切之纖維且呈不織纖維層之形式收集彼等， b. 壓製該不織纖維層，從而使該等纖維具有自然捲曲。
如請求項1至3中任一項之方法，其中，該方法進一步包含至少一個選自包含下列之清單的步驟： - 較佳以水洗滌該不織纖維層， - 以酸性液體中和該等經裁切或未經裁切之纖維，其中，該酸性液體較佳係選自稀乙酸、乳酸、硫酸等， - 漂白該等經裁切或未經裁切之纖維， - 將交聯劑施加於該等經裁切或未經裁切之纖維上， - 將整理加工劑，特別是柔軟加工劑(soft finish)施加至該等經裁切或未經裁切之纖維， - 乾燥該等纖維，較佳係於桶式乾燥機或輸送式乾燥機中進行， - 於任何其他處理步驟之前及/或之後壓製該纖維束及/或該不織纖維層。
如請求項1至3中任一項之方法，其中，該後處理進一步包含至少一個鬆開該不織纖維層以使該等纖維變鬆及/或至少部分分離之步驟。
一種用於製造再生纖維素纖維之加工設施，其包含將紡絲液擠出至含有鹽且較佳含有鹼之凝固浴以製造纖維束的紡嘴，該紡絲液包含溶解於包含NaOH及ZnO之含水溶劑的纖維素，該凝固浴具有至少7之pH值，其中，該設施進一步包含至少一個用於將該纖維束中之纖維拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及將該等纖維中之纖維素定向成基本上其最終狀態的拉伸裝置，以及用於在呈未乾燥狀態切成短纖維之切刀。
如請求項8之加工設施，其中，該設施進一步包含至少一個在該凝固浴下游之調理浴，該調理浴包含10重量百分比至30重量百分比之促進該紡絲液進一步凝固的鹽，該調理浴較佳係與下游洗滌管路流體分離，以及至少一個用於在該至少一個調理浴內將該纖維束中之纖維拉伸成基本上其最終纖維素比直徑以及將該等纖維中之纖維素定向成基本上其最終狀態的拉伸裝置。
如請求項9之加工設施，其中，該凝固浴與該調理浴係流體連接，其中，該凝固浴之溫度及該調理浴之溫度可較佳獨立地設定、調整、及/或維持。
如請求項8至10中任一項之加工設施，其中，使該纖維束循路線通過洗滌管路，該洗滌管路包含至少一個洗滌步驟，其中，該洗滌管路較佳布置在該至少一個調理浴之下游，以及其中，於該洗滌管路中，該纖維束之張力及該等纖維之纖維素比直徑較佳為基本上保持固定。
如請求項8至10中任一項之加工設施，其進一步包含用於懸浮該等經裁切之纖維且呈不織纖維層之形式收集彼等之絨片形成裝置(fleece-forming device)、以及至少一用於壓製該不織纖維層從而使該等纖維具有自然捲曲之壓製裝置。
如請求項8至10中任一項之加工設施，其中，該設施進一步包含一或多個處理設施，該等處理設施獨立地選自包含下列之清單： - 一或多個用於洗滌該纖維束或該不織纖維層之洗滌裝置， - 一或多個用於壓製該纖維束或該不織纖維層之另外的壓製裝置， - 用於以酸性液體中和該等經裁切或未經裁切之纖維之中和器， - 用於漂白該等經裁切或未經裁切之纖維之漂白設施， - 用於將交聯劑施加於該等經裁切或未經裁切之纖維上之交聯設施， - 用於將整理加工劑，特別是柔軟加工劑施加至該等經裁切或未經裁切之纖維之整理加工設施， - 用於鬆開該不織纖維層以使該等經裁切之纖維變鬆及/或至少部分分離之開布機(opener)， - 乾燥機，較佳為桶式乾燥機或輸送式乾燥機，以乾燥該等纖維。
一種再生纖維素纖維，其係於如請求項8至13中任一項之加工設施中製造及/或藉由如請求項1至7中任一項之方法製造。
一種產品，特別是消費產品或中間產品，其包含如請求項14之再生纖維素纖維。
如請求項15之消費產品，其中，該產品係選自包含下列之清單：紗、織物、紡織品、家用紡織品、衣服、不織布、衛生產品、室內裝飾品、技術應用，諸如濾材、紙。