[发明专利]对基于纤维素物料的液晶溶液进行纺丝的方法及由该方法达到的纺丝制品

说明书

本发明涉及纤维素物料，即纤维素或纤维素衍生物，涉及基于这种纤维素物料的液晶溶液，特别是在凝结之后能够得到纺丝制品如纤维或薄膜的可纺丝加工的溶液，涉及这些纺丝制品自身，以及还涉及制备这些纺丝制品的方法。

更具体地，本发明涉及适用于凝结基于纤维素物料的液晶溶液的水凝结剂，和所述凝结剂特别是在纺丝过程中用于凝结所述溶液的用途，以及具有意想不到的综合力学性能的新型纤维素纤维。

长期以来人们已经知道要通过纺丝的方法获得具有高的或非常高的力学性能的纤维，液晶溶液的制备是必不可少的，特别是参见例如涉及芳基聚酰胺纤维的美国专利申请No.3 767 756和涉及芳基聚酯纤维的美国专利申请No.4 746 694。将纤维素的液晶溶液特别是通过被称为“干态—喷射—湿态纺丝”的工艺进行纺丝也可以得到具有高力学性能的纤维，例如PCT申请PCT/CH 85/00065和PCT/CH95/00206所描述的针对基于纤维素和至少一种磷酸的液晶溶液所采用的方法。

PCT申请PCT/CH85/00065，公布号为WO85/05115，或它的同含义专利EP-B-179 822和US-A-4 839 113描述了通过纤维素与甲酸和磷酸的反应而得到基于甲酸纤维素的纺丝溶液，这些溶液处于液晶状态。这些专利文献也叙述了通过所谓的“干态—喷射—湿态纺丝”技术将这些溶液进行纺丝以得到甲酸纤维素纤维，以及由这些甲酸纤维再生得到纤维素纤维。

PCT申请PCT/CH95/00206，公布号为WO96/09356，描述了一种为了得到液晶溶液，在没有甲酸的情况下于一种溶剂中直接溶解纤维素的方法，该溶剂含有超过85％(重量)的至少一种磷酸。这种溶液纺丝后所得到的纤维为非再生纤维素纤维。

与常规纤维素纤维，例如人造纤维或纤维胶纤维相比较，或与其它的非纤维素纤维，例如尼龙或聚酯纤维如所有由光学各向同性液体而制得的纺丝纤维相比较，这两个专利申请WO85/05115和WO96/09356所描述的纤维，其特征在于它们具有更为有序的或取向的结构，这是因为它们是从具有液晶特性的纺丝溶液而制备的。它们在拉伸下具有非常高的力学性能，特别是韧度达到80至120cN/tex(厘牛顿/特克斯)或更高，而且起始模量可以达到2500至3000cN/tex。

然而，为了得到具有很高力学性能纤维的上述两个专利申请所描述的工艺方法都具有共同的缺点：凝结过程是在丙酮中进行的。

目前丙酮是一种较便宜的挥发性产品，但也存在有爆炸性的危险，需要特殊的安全防护措施。这些缺点也并不是丙酮所特有的，对纺丝工业中所用到的大量有机溶剂特别是作为凝结剂的溶剂来说这些是都共有的缺点。

因此，完全需要寻找一种丙酮的替代物，从工业的角度看它作为凝结剂来替代丙酮具有更多的优点和更易于使用，即使是以牺牲所得纤维的某些力学性能为代价也在所不惜，特别是前述非常高的力学性能可能对某些技术应用来说是过高了。

虽然用水替代丙酮来凝结上述两个专利申请WO85/05115和WO96/09356所描述的液晶溶液在技术上已经被证明是可行的，但经验表明与上述专利申请所描述的过程相比，用水替代丙酮会给纺丝带来一些困难，而且所得的纤维素纤维的韧性非常低，其韧度几乎从不超过30-35cN/tex，当所得的纤维进行处理后，例如经过特别高拉伸应力的处理，其韧度大多也仅达35-40cN/tex，这些都对最终产品的质量是不利的。这种30-40cN/tex的韧度值比人造丝型的普通纤维的已知的韧度值(40-50cN/tex)还要低，而后者却是从非液晶性的纺丝溶液，即光学各向同性的溶液中得到的。

因此，对于基于纤维素物料的纺丝液晶溶液，水已经被证明是一种不能够制备对例如用于增强橡胶制品或轮胎的许多技术应用来说具有令人满意的力学性能，特别是与通用的人造纤维相比具有至少相同韧性的纤维的凝结剂。

本发明的第一个目标是提供一种新型的水基凝结剂，从工业的角度看它比丙酮具有更多的优点，也比单独采用水作为凝结剂更为有效，它能够制造韧性和模量与只采用水而凝结得到的纤维相比基本上都得到提高的纤维。

本发明的能够凝结基于纤维素物料的液晶溶液的凝结剂，其特征在于以下几个方面：

—它含有水和至少一种添加剂；

—当它与所说的溶液相混合时，凝结剂在溶液中的扩散动力学和纤维素物料在所说凝结剂的作用下的沉淀动力学满足下面的关系式：

                  0.55＜K_p/K_d≤1