從含製劑油的短切彈性纖維中分離油的方法和設備的製作方法
2023-09-21 15:18:25 6
專利名稱：從含製劑油的短切彈性纖維中分離油的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種從含製劑油並用於再處理的短切彈性纖維中分離油的方法和設備。
術語「彈性纖維」應該理解為含量至少85重量％的已切斷的聚氨酯或聚氨酯-尿素塑料的纖維。合成所述聚氨酯-尿素塑料，使得大分子具有包含晶體段(硬段)和無定形段(軟段)的切斷的結構。
術語「短切的彈性纖維」指的是......
為了改善其在進一步加工過程中的性能，在其纏繞在線軸上之前，用稱為「製劑油」的潤滑劑混合物處理彈性纖維。取決於其類型和纖度，用於破碎成切碎纖維的彈性纖維具有不同含量的製劑油，相對於彈性固體，製劑油含量範圍約為3-約15重量％。一般來說，在含有聚酯成分(PES)作為增塑劑的彈性纖維上沉積的製劑油含量在3-7重量％範圍內，而對於含有聚醚(PET)成分作為增塑劑的彈性纖維的製劑油的含量高達15重量％是常見的。對於纖度小於33分特的非常細的彈性纖維，優選的是使用高含量的製劑油。
一般使用的預製油是礦物油、矽油和脂肪酸的金屬鹽。根據EP046 073 A2，對於通過幹紡法生產的彈性纖維，一種優選的製劑油是含有90重量％聚二甲基矽氧烷和10重量％的聚戊基矽氧烷的混合物，其中加入相對於製劑油總重量為4-10重量％的脂肪酸的金屬鹽。脂肪酸鹽的金屬是鈣、鋰或鎂。脂肪酸選自含有10-12個碳原子的不飽和和飽和脂肪酸。
一種優選使用的製劑油混合物，例如由91％的聚二甲基矽氧烷、5％的聚戊基矽氧烷和％硬脂酸鎂組成。
根據DD 251 587，由硬脂酸鎂和/或硬脂酸鈣的水基懸浮液和聚二甲基矽氧烷乳液組成的紡絲製劑油可以以1-20克/升的濃度加入到用溼紡絲法生產的彈性纖維中。
在含有製劑油的上述類型的短切彈性纖維的再加工過程中，高含量的製劑油介質混合物構成了一個值得考慮的問題。在幹紡法中，製劑油被紡絲溶液夾帶到紡絲輥中，在溼紡法中，它們與固定裝置，如軋光機或加熱輥接觸，在這裡，它們部分揮發和分解。此外，不能不考慮的製劑油介質的量冷凝在生產設備的較冷部位，這可能導致沉積物或油從所生產的彈性纖維中滴落，並且可能導致生產過程的堵塞和出現問題。
所以，在專利申請CA 771 086中已經提出，用溶劑丙酮或異丙醇從彈性纖維中洗去在彈性纖維上存在的製劑油。這種方法非常昂貴(它必須使用防爆設備)，並且還必須細心乾燥彈性纖維，因為少量殘留溶劑會汙染彈性紡絲溶液，這又會導致紡絲的問題。
專利說明書EP 881 324 A2也提出了一種同時從合成纖維除去增白劑並著色的方法，其中，使用加入表面活性劑，如三甲銨乙內酯、氧化胺和萜烴的水溶液浴，並在4-7.5之間的pH範圍內加入染料。由於其有許多處理步驟，如冷卻、卸料、卷繞和後處理，該方法也非常昂貴和費時間，並且出於環境原因，由於使用了許多添加劑，它也不適合於在工業規模上從短切彈性纖維中除去製劑油。
其它研究使用了如甲苯、環己烷、1-丁醇或1，1，1-三氯乙烷等溶劑，用於濾出短切彈性纖維中的製劑油，但是由於太高的溶劑需求量，其在工業規模上使用是不可行的。在上述溶劑中製劑油的最大含量為5重量％。此外，只有使用昂貴的設備才能進行固/液分離產品。因此，例如在洗滌和過濾後，短切彈性纖維的環己烷含量仍然約為110重量％，在進一步分離操作後，仍然約為40-50重量％，在另外的壓制操作後，仍然有35-40重量％的殘餘溶劑。
在這些條件下，因為即使在短切彈性纖維乾燥後，帶入到紡絲和蒸餾過程中的溶劑幾乎不能完全避免，所以，上述溶劑不適合於從短切彈性纖維中清洗出製劑油，同時又沒有對設備和能量的明顯消耗。
本發明的目的是提供一種從含有製劑油的短切彈性纖維中分離油的方法，該方法不出現上述缺點，並且它可以在工業規模上以成本有效的方式實施。
優選的是不加入化學乳化劑。詳細描述通過H NMR分析測量起始材料中的聚二甲基矽氧烷含量。在100℃的再循環空氣乾燥爐中把切斷的纖維乾燥1小時後，用相同的方法測定用水溶液浴處理後的短切彈性纖維的聚二甲基矽氧烷含量。水溶液浴的聚二甲基矽氧烷含量測定如下用氯仿搖動水溶液浴，並且用H NMR分析類似地定量測定萃取物中的矽油。
製劑油從回收的彈性材料中的損失計算如下製劑油的損失(％)＝ 本發明涉及一種從含有製劑油，優選的是含有聚二烷基矽氧烷，最優選的是含有聚二甲基矽氧烷的製劑油的彈性纖維中分離出至少30重量％，優選的是至少50重量％(相對於彈性原料中的製劑油介質的原始重量為100％)的油質製劑油介質的方法，其中，a)使用不同纖度的彈性纖維混合物作為短切纖維，其中，使用纖度在約11-10000分特範圍內的纖維作為原料，特別地，纖度小於或等於900分特的纖維比例在纖維原始重量為100重量％時保持小於80重量％，
b)短切彈性纖維在混合容器中以至少5/1的水與短切彈性纖維的比例與水浴混合，c)使用轉速至少為1200轉/分的旋轉混合裝置進行混合，d)在室溫或在高溫，優選的是最高90℃，特別優選的是最高70℃下進行混合，e)連續混合10-60分鐘，和f)從而以水浴中的水從纖維材料中除去至少一部分製劑油介質，然後從水溶液浴中分離纖維材料。
術語「回收的彈性材料」在下文中被理解為是指製劑油含量一般為3-15重量％的聚酯和/或聚醚型的短切彈性纖維。
在本發明意義上的製劑油一般由礦物油和/或矽油組成，任選地加入脂肪酸的金屬鹽。例如，一種用於彈性纖維的製劑油由90％的聚二甲基矽氧烷和10％聚戊基矽氧烷組成，並含有相對於製劑油總重量計為4-10重量％的脂肪酸的金屬鹽。脂肪酸鹽的金屬通常是鈣、鋰或鎂。脂肪酸選自含有10-12個碳原子的不飽和和飽和脂肪酸。
優選的是使用任意混合比的基於聚醚氨基甲酸乙酯和/或聚酯氨基甲酸乙酯，或聚醚基和聚酯基的短切彈性纖維的混合物的彈性料作為短切彈性纖維。
在該方法的一種有利的方案中，所述混合裝置由至少兩個攪拌器軸組成，每個攪拌器有至少兩個溶解器圓盤，溶解器圓盤的直徑與容器直徑的比值在1∶5-3∶5範圍內。
攪拌器軸的旋轉速度優選的是至少2000轉/分，最優選的是至少3000轉/分。
通過這些措施，增大了製劑油介質從纖維中釋放的效率。為了防止纖維材料上的沉降和結塊，在一種優選的工藝方案中，該混合物另外用錨式攪拌器攪拌。
錨式攪拌器的旋轉速度優選的是至少50轉/分，最優選的是60-100轉/分。
如果水與彈性纖維材料的定量比在5/1-15/1，優選的是在5/1-10/1範圍內，則可以特別有效地進行該過程。
在混合容器中，彈性纖維材料與水溶液浴的混合時間在15-60分鐘範圍內，優選的是15-45分鐘，特別優選的是30-45分鐘。
該方法的一種方案也是優選的，即其中，在彈性纖維與水浴的混合開始時，混合容器的內容物的溫度在室溫-70℃範圍內。
混合容器中的材料還可以被混合過程中混合器引入的機械能略微加熱。
本發明還涉及一種從彈性短切纖維材料生產彈性紡絲溶液的方法，其中，通過根據本發明的分離方法首先進行從纖維材料中分離製劑油介質，然後在從混合器中的水溶液浴分離纖維材料後，通過合適的處理單元(如篩子、離心機和/或壓機)，使彈性纖維材料脫水，隨後在至少100℃的溫度乾燥彈性纖維材料，達到殘餘含水量按其固體含量計小於5重量％，優選的是1-3重量％，特別優選的是0.5-1.0重量％，並溶解在紡絲溶劑(如二甲基甲醯胺或二甲基乙醯胺)中，並加入第二種芳基胺，轉變成均勻的彈性紡絲溶液。
本發明還涉及一種實施根據本發明的方法的設備，它包括至少一個混合容器，和至少包括兩個攪拌器軸的分散單元，可任選地加熱該混合容器，每個攪拌器軸至少安裝一個，優選的是兩個溶解器圓盤。
一種設備是優選的，其中，另外提供一種中心的攪拌器，特別是一種錨式攪拌器，它可以用比上述攪拌器軸更低的轉速操作。
同樣優選的是所述設備的一種變體，其中，混合容器為攪拌器的旋轉部件提供一種另外的剝落裝置。
圖2表示本發明的另一種有旋轉混合器的混合容器。
下面的實施例用於更詳細解釋本發明，但是不限制本發明。除了另外說明，所有的百分數用重量百分數給出。
隨後把水浴排空，通過篩網吸水取出回收彈性材料，並用壓實器加壓。仍然具有約38重量％的殘餘含水量的回收彈性材料然後在100℃乾燥(殘餘含水量＜1重量％)，隨後如開始時所描述的那樣用於生產彈性紡絲溶液。
回收彈性材料的聚二甲基矽氧烷(PDMS)含量如下
從該實施例中可以看出，以45分鐘的處理時間獲得了製劑油的最高損失，即77.1％。在45分鐘的處理過程中，含有油的水與聚二甲基矽氧烷的乳液明顯獲得了其最大飽和程度，而對於60分鐘的處理時間，製劑油的損失重新降低。在60分鐘的處理過程後，通過水中的製劑油的較低含量也證實了這一結果。
而在根據實施例1的水浴比為11.5/1時，製劑油在處理45分鐘後從纖維材料中的損失為77.1％，在根據實施例2的水浴比為7.5/1時，獲得81.2％的製劑油損失，最後在根據實施例3的水浴比為5/1時，獲得了90.6％的製劑油損失。在甚至更低的水浴比時，在所用的高轉速下達到了機械性能的極限。在實施例4中，使用包含純聚醚(PET)型的回收彈性材料。與實施例2相比，在相同條件下使用純聚酯(PES)型時，製劑油的損失為64.4％，而不是81.2％。在聚醚型的情況下，製劑油的損失降低可能是由於不同的纖度混合物。在聚酯型的情況下，在45-1280分特的較粗纖度混合物下，可能存在更少的纖維材料結塊。換言之，聚酯型的回收材料以「更疏鬆的」形式存在。如實施例5和6所示，聚醚/聚酯型混合物比例，以及回收彈性材料的各自的製劑油超始含量，對製劑油從回收彈性材料中損失的數量不起明顯的作用。在實施例7-9中，表明製劑油從回收彈性材料中的損失隨攪拌器軸轉速增大而明顯增大。當兩個攪拌器軸以1500轉/分的轉速操作時，製劑油的損失僅為37.3％(實施例7)，以2000轉/分的轉速操作時，為51.0％(實施例8)，以3500轉/分的轉速操作時，有73.5％的製劑油損失(實施例9)。在實施例10-12中，通過插入輔助的蒸汽加熱器，把混合容器中的水溫從室溫提高到60℃，然後經由70℃再提高到90℃。從表1可以看出，在70℃以上的溫度提高不引起製劑油損失的增加。而在室溫處理後，製劑油損失為63.7％(見實施例14)，在60℃的處理溫度下處理後，製劑油的損失為67.6％(實施例10)，在70℃的處理溫度下處理後，製劑油的損失為68.6％(實施例11)，在90℃的處理溫度處理後，製劑油的損失僅為44.1％(實施例12)。從實施例13-15可以得出，對於大於45分鐘的處理時間(見實施例14，製劑油損失＝63.7％)，製劑油從回收材料中的損失重新降低(見實施例15，製劑油損失＝52.0％)。水與聚二甲基矽氧烷的乳液在約45分鐘的處理時間時已經明顯達到其最大飽和程度。實施例16表明，在水與回收彈性材料的水浴比為15∶1時，回收材料中的製劑油的損失仍然為53.9％。
實施例17(不根據本發明)把4.8公斤的由純聚醚型(PET)組成的初始製劑油含量為8.8重量％的纖度為160分特的回收彈性材料在如實施例1所述攪拌條件下，引入到在100升混合容器中的室溫(24.7℃)下的55升水中，並如實施例1所述進一步處理。回收的切斷纖維成塊，所以，兩個攪拌器軸的轉速必須降低到低於1000轉/分-約800轉/分。由於纖維成塊，所以，必須放棄試驗，以防損壞攪拌器。
與含有粗纖度纖維的纖度混合物相反，只由細纖度纖維組成的回收彈性材料因此絕對不適合於本方法。
從與表1中的實施例14的對比可以看出，僅使用一個攪拌器代替兩個攪拌器沒有在實施例14中獲得良好結果，儘管使用了更大的溶解器圓盤和擋板(實施例14製劑油損失＝63.7％)。
回收彈性材料的聚二甲基矽氧烷含量如下
與表1所列的實施例13-15(有錨式攪拌器)相比，在實施例19中沒有獲得良好的結果，實施例19中錨式攪拌器和剝落部件被多流動攪拌器代替，儘管使用了相同的攪拌器軸轉速(在實施例13中在30分鐘的處理時間後，製劑油的損失＝62.7％，實施例19中的為39.2％；在實施例14中在45分鐘的處理時間後，製劑油的損失＝63.7％，而不是實施例19中的45.1％，在實施例15中在60分鐘的處理時間後，製劑油的損失＝52.0％，而不是實施例19中的41.2％)。還確定了在60分鐘而不是30-45分鐘的更長處理時間後，製劑油從回收彈性材料中的損失重新明顯降低。在水浴中製劑油的含量降低也證實了這一點。實施例20(不根據本發明)原料還是與實施例18中所述的相同的回收彈性材料。回收材料的PET/PES混合比和10/1的水浴比也是相同的。混合容器安裝唯一的一種固定在中心軸上的傳統漿輪攪拌器(未示出)。處理時間為45分鐘。在引入回收材料(約3分鐘)的過程中，漿輪攪拌器以60轉/分的轉速操作，隨後以約195轉/分的最高可能轉速操作。殘餘的聚二甲基矽氧烷含量為8.8重量％，對應於油的損失僅為13.7％。從對比實施例20可以看出，用傳統的攪拌器和低轉速沒有獲得從回收彈性材料中分離聚二甲基矽氧烷的令人滿意的結果。
權利要求
1.一種從含有聚二甲基矽氧烷的製劑油的彈性纖維中分離至少30重量％的這種製劑油的方法，包括a)製備使用不同纖度的短切彈性纖維的混合物，包括纖度在約11-10000分特範圍內的纖維，並且其中，纖度小於或等於900分特的纖維比例小於纖維混合物總重量的80％，b)在有旋轉混合器的混合容器中，以至少5/1的水與短切彈性纖維的產量比例使短切彈性纖維混合物與水浴混合，c)以至少為1200轉/分的所述旋轉混合器的轉速混合所述纖維混合物和所述水，d)在纖維與水的所述混合過程中，保持混合容器內容物在室溫-90℃範圍內的溫度，e)繼續混合纖維與水10-60分鐘，然後，f)從水浴中分離纖維材料。
2.根據權利要求1的方法，其中，彈性纖維是聚醚氨基甲酸乙酯纖維、聚酯氨基甲酸乙酯纖維或聚醚-氨基甲酸乙酯纖維和聚酯-氨基甲酸乙酯纖維的混合物。
3.根據權利要求1的方法，其中，所述混合裝置由至少兩個攪拌器軸組成，每個攪拌器軸有至少兩個溶解器圓盤，其中，溶解器圓盤的直徑與容器直徑的比值在約1∶5-3∶5範圍內。
4.根據權利要求1、2或3的方法，其中，所述攪拌器軸3的轉速至少為2000轉/分。
5.根據權利要求3的方法，其中，所述混合物另外通過錨式攪拌器攪拌。
6.根據權利要求5的方法，其中，所述錨式攪拌器的轉速至少為50轉/分。
7.根據權利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在纖維與水的混合物中，水與彈性纖維材料的重量比在5/1-15/1範圍內。
8.根據權利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在混合容器中，彈性纖維材料與水的混合時間在15-45分鐘範圍內。
9.根據權利要求1、2、3、5或6的方法，其中，在混合開始時，混合容器內容物的溫度在室溫-70℃範圍內。
10.一種從短切彈性纖維材料生產彈性紡絲溶液的方法，根據權利要求1、2、3、5或6的方法，製劑油首先從所述短切纖維材料分離，在纖維從水浴中分離後，使彈性纖維材料脫水，然後在至少100℃的溫度乾燥到殘餘含水量按其固體含量計小於5重量％，並溶解在紡絲溶劑中，以形成均勻的彈性紡絲溶液。
11.一種用於實施根據權利要求1或10的方法的設備，包含至少一個混合容器，該混合容器任選地包括加熱器，並且它包括一種由至少兩個攪拌器軸組成的分散裝置，每個攪拌器軸有至少一個溶解器圓盤。
12.根據權利要求11的設備，其中，所述混合容器還包括錨式攪拌器，適用於在低於所述攪拌器軸轉速的轉速下操作。
13.根據權利要求11或12的設備，其中，混合容器還設有剝落裝置，用於從錨式攪拌器中除去纖維材料。
14.根據權利要求4的方法，其中，所述轉速至少為3000轉/分。
15.根據權利要求6的方法，其中，所述轉速值為60-100轉/分。
16.根據權利要求7的方法，其中，所述比例為5/1-10/1。
17.根據權利要求8的方法，其中，所述時間為30-45分鐘。
18.根據權利要求10的方法，其中，所述殘餘含水量為1-3重量％。
19.根據權利要求18的方法，其中，所述殘餘含水量為0.5-1.0重量％。
20.根據權利要求10的方法，其中，所述紡絲溶劑選自二甲基甲醯胺和二甲基乙醯胺。
21.根據權利要求10的方法，其中，向所述溶劑中加入第二種芳基胺。
22.根據權利要求11的方法，其中，每個所述攪拌器軸設有兩個溶解器圓盤。
全文摘要
描述了一種按在彈性原料中的製劑油介質的原始含量為100重量%計,從含有製劑油的彈性纖維中分離至少50重量%的油質製劑油介質的方法和設備,其中,使用不同纖度的彈性纖維混合物作為短切纖維,其中,使用纖度為11－10000分特的纖維作為原料,使切彈性纖維與水在混合容器中以水與短切彈性纖維水浴比至少為5/1混合,其中,使用轉速至少為1500轉/分的轉速的混合裝置(3)進行混合,在室溫或高溫(特別地最高為90℃)下進行處理,保持10－60分鐘的處理時間,隨後將含有製劑油介質的水溶液與纖維材料分離。
文檔編號B01F7/16GK1367277SQ0210281
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月24日 優先權日2001年1月24日
發明者W·安根赫根, T·赫爾貝茨, U·雷尼爾, T·塞姆 申請人:拜爾法斯爾股份有限公司