本發(fā)明涉及纖維素物質(zhì)。所謂“纖維素物質(zhì)”是指含有纖維素及其它物質(zhì)(例如木質(zhì)素)的植物材料或指通過(guò)各種方法加工所得的纖維素,尤其是以植物為原料加工成的纖維素。
本發(fā)明尤其涉及至少以一種含纖維素酯基團(tuán)的纖維素衍生物(至少有一部分酯基為甲酸酯基)為主體制成的各向異性組合物。本發(fā)明還涉及由這些組合物所得之制品,這些制品中的甲酸纖維素可被再生成纖維素。本發(fā)明還涉及可能獲得這些組合物及制品(以及具有高度機(jī)械性質(zhì)的制品)的方法,這些制品是以纖維素和/或至少有一種前面所定義的纖維素衍生物為主體制成的。這些制品可以為纖維或薄膜等。
德國(guó)專(zhuān)利第189836,189837及561119號(hào),法國(guó)專(zhuān)利第638431及541048號(hào),英國(guó)專(zhuān)利第260650及275641號(hào)及美國(guó)專(zhuān)利第1656119及1900599號(hào)論述了在各種無(wú)機(jī)化合物(尤其是鹽酸,硫酸或磷酐)的存在下,通過(guò)甲酸的作用將纖維素轉(zhuǎn)變成甲酸纖維素的方法。但是上述專(zhuān)利中所述方法至少存在下述一些缺點(diǎn):
1不可能得到一種甲酸纖維的溶液。
2酯化反應(yīng)時(shí)或貯藏時(shí),纖維素會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的降解作用,尤其當(dāng)溫度超過(guò)0℃時(shí)更甚,甲酸纖維素的聚合度明顯地比酯化前的纖維素聚合度低。
3不可能得到具有高度機(jī)械性能的制品。
美國(guó)專(zhuān)利第2363091號(hào)論述了在催化劑(可為磷酸或磷酐等,其量不應(yīng)超過(guò)纖維素重量的30%)之存在下,通過(guò)混合甲-乙酸酐對(duì)纖維素的作用制造混合甲酸-乙酸酯纖維素的方法。但該專(zhuān)利所述的方法,并不可能使得纖維素溶解。
德國(guó)專(zhuān)利第227198號(hào)論述過(guò)通過(guò)乙酸及磷酸的作用以溶解纖維素的方法。但是,此專(zhuān)利并未指出甲酸纖維素溶液的制法。而且,所述之方法不可能得到足以獲得各向異性溶液的乙酸纖維素濃度。
英國(guó)專(zhuān)利第263810號(hào)論述過(guò)通過(guò)磷酸及有機(jī)酸(可為乙酸,丙酸或丁酸)的作用以溶解纖維素的方法。但此專(zhuān)利并未論述甲酸纖維素溶液的制法。而且,該專(zhuān)利所論及的溶液中,纖維素酯濃度不足以得到各向異性溶液。
英國(guó)專(zhuān)利309(1911)及29246(1910),以及瑞士專(zhuān)利第56146號(hào)及德國(guó)專(zhuān)利第249535號(hào)論述過(guò)纖維素與濃甲酸及磷酸混合物相反應(yīng)方法。但這些專(zhuān)利中所述之實(shí)例表明他們并未得到纖維素溶液或各向異性溶液。
德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(OS)第3035084號(hào)論述過(guò)將纖維素酯溶于無(wú)機(jī)酸水溶液中制造各向異性溶液的方法。但此法并未用于制造甲酸纖維素。此外,該法因系使用纖維素酯而非使用纖維素為原料,所以成本較昂貴。而且,這些纖維素酯的聚合度通常要低于作原料的纖維素聚合度。另外,該申請(qǐng)中所述的制品以及由這些酯所制取的制品機(jī)械性能均較低。最后,本技術(shù)并未論述過(guò)任何由纖維素酯溶液再生纖維素的方法。而且,以上述溶液進(jìn)行這種再生將很緩慢,實(shí)際上不可能連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明的目的正是要避免這些缺點(diǎn)的產(chǎn)生。
因此,本發(fā)明涉及到至少具有一種含纖維素酯基團(tuán)(至少這些酯基團(tuán)中有一部分為甲酸酯基團(tuán))的纖維素衍生物為主體的組合物,此組合物的顯著特征為:它是一種可制取纖維及薄膜的各向異性溶液。此組合物包含:
a)一種纖維素衍生物或者諸種衍生物,一種纖維素衍生物或所有纖維素衍生物在溶液中的濃度至少為10.2%(重量),而且在纖維素衍生物或者諸衍生物中的纖維素聚合度(DP)應(yīng)大于150并小于1500。
b)甲酸或至少兩種由一元羧酸和這些酸的酸酐及酰鹵中選取的化合物,這些化合物中有一種為甲酸;
c)至少有一種磷酸。
本發(fā)明還涉及由溶解纖維素而獲得此組合物的方法,此種溶解作用實(shí)質(zhì)上不會(huì)造成纖維素聚合度降低。
本法(通稱(chēng)為“溶解法”)具有下列之特征:
a)由至少三種物質(zhì)形成一種混合物,亦即:
(Ⅰ)纖維素物質(zhì);
(Ⅱ)至少含有一種由一元羧酸和這些酸的酸酐及酰鹵中所選取的化合物,此物質(zhì)中至少含有一部分甲酸和/或甲酸與其它有機(jī)酸的酸酐;
(Ⅲ)含有磷酸酐或至少有一種磷酸物質(zhì),或由磷酸酐和至少一種磷酸組成的物質(zhì)。
b)形成混合物所存在的水量為零或者在此情況下比率
Rwr=(Pw-Pwr)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
小于15.0%且大于-7.5%,Rwr以百分比(%)表示,Pw為可能存在的水重量,Pwr為可能與物質(zhì)(Ⅱ)和/或物質(zhì)(Ⅲ)反應(yīng)的水重量,PⅠ為物質(zhì)(Ⅰ)中的纖維素重量,PⅡ?yàn)槲镔|(zhì)(Ⅱ)的重量,PⅢ為物質(zhì)(Ⅲ)的重量,
c)RⅠRⅡ,RⅢ的比率定義為:
RI=(PI)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RⅡ=(PⅡ)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RⅢ=(PⅢ)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr的比率(RⅠ+RⅡ+RⅢ+Rwr的總數(shù)定為100%)將滿(mǎn)足下列關(guān)系(其值以%表示):
-如果確定12.5≤Rwr<15.0
則具有:
10.0≤RⅠ≤14.5;2.0≤RⅡ≤10.0關(guān)系
并且RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤0.89RⅠ-2.89;
-如果確定10.0≤Rwr<12.5
則具有:
10.0≤RⅠ≤19.5;2.0≤RⅡ≤17.0關(guān)系
并且當(dāng)RⅠ<14.5時(shí),
RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤1.78RⅠ-8.78
或者當(dāng)RⅠ≥14.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤14.0RⅠ+37.30
-如果確定7.5≤Rwr<10.0
則其具有:
10.0≤RⅠ≤31.0;2.0≤RⅡ≤23.0關(guān)系
并且當(dāng)RⅠ≤12.5時(shí),
RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤4.40RⅠ-32.00
或者當(dāng)RⅠ≥15.5時(shí),
則RⅡ≤-1.19RⅠ+41.50
-如果確定5.0≤Rwr<7.5
則具有:
10.0≤RⅠ≤37.0;2.0≤RⅡ≤27.5關(guān)系
并且當(dāng)RⅠ≤13.0時(shí),
RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤4.17RⅠ-26.67
或者當(dāng)RⅠ≥19.0時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.14RⅠ+49.14
-如果確定2.5≤Rwr<5.0
則具有:
10.0≤RⅠ≤37.0;2.0≤RⅡ≤36.5關(guān)系
并且當(dāng)RⅠ≤14.0時(shí),
RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤4.63RⅠ-28.25
或者當(dāng)RⅠ≥15.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.23RⅠ+55.60
-如果確定-2.5<Rwr<2.5
則具有:
10.0≤RⅠ≤38.0;2.0≤RⅡ≤40.0關(guān)系
并且當(dāng)RⅠ<12.5時(shí),
RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤2.80RⅠ+5.00
或者當(dāng)RⅠ≥19.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.14RⅠ+62.14
-如果-5.0<Rwr≤-2.5
則具有:
10.0≤RⅠ≤35.0;2.0≤RⅡ≤45.0關(guān)系
且RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.30RⅠ+64.50
-如果-7.5≤Rwr≤-5.0
則具有:
10.0≤RⅠ≤32.0;2.0≤RⅡ≤36.0關(guān)系
且如果RⅠ≤14.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤4.00RⅠ-22.00;
d)物質(zhì)(Ⅰ)中纖維素聚合度(DP)大于150,小于1500;
e)在混合物中再繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間的纖維素酯化反應(yīng)便足以獲得各向異性溶液。
本發(fā)明還涉及用這種溶解法所得的組合物。
本發(fā)明還涉及至少以一種纖維素衍生物為主體的制品的制法,其顯著特征是本發(fā)明的組合物可被加工成制品,且至少可從制品中棄除掉一部分非纖維素衍生物或諸衍生物的產(chǎn)物。
本發(fā)明還涉及以再生性纖維素為主體的制品制法,它的顯著特點(diǎn)是至少將前述法制得的制品中的纖維素予以部分再生。
本發(fā)明還涉及由這些方法制成的制品。
本發(fā)明還涉及這樣一種纖維,該纖維至少一部分是由一種含纖維素酯基團(tuán)(其中至少有一部分為甲酸酯基團(tuán))的纖維素衍生物為主體制成的單絲(filament)所組成,其具有如下特性:
a)纖維素被甲酸酯基團(tuán)所取代的程度(DS)至少為2%,且纖維素的聚合度DP大于150,小于1500;
b)纖維的強(qiáng)度T及初始模量Mi具有如下關(guān)系,T及Mi是以厘牛頓/特(CN/tex)表示:
T>20;Mi>1000;
c)此單絲具有這樣的形態(tài);它至少有一部分是彼此包埋的層狀結(jié)構(gòu),而這些層狀結(jié)構(gòu)環(huán)繞絲軸分布,同時(shí)每一層狀結(jié)構(gòu)中光學(xué)方向及結(jié)晶方向沿著絲軸呈假周期性地改變。
本發(fā)明還涉及稱(chēng)為“再生性纖維素纖維”的一種纖維,這種纖維至少有一部分是由纖維素為主體和/或至少由一種含纖維素酯基團(tuán)(這些酯基團(tuán)中至少有一部分為甲酸酯基團(tuán))的纖維素衍生為主體的單絲加工成的。它具有下列特性:
a)纖維素被甲酸酯基團(tuán)所取代的程度(DS)為零或小于2%,且纖維素的聚合程度DP大于150,小于1500;
b)纖維素的聚合度DP,纖維的強(qiáng)度T及初始模量Mi之間具有如下關(guān)系,T及Mi是以厘牛頓/特(CN/tex)表示:
在DP<200時(shí),T>20,Mi>1800;
在200≤DP<300時(shí),T>30,Mi>2000;
在300≤DP<400時(shí),T>40,Mi>2400;
在400≤DP≤1500時(shí),T>60,Mi>2600;
c)此單絲具有這樣的形態(tài),它至少有一部分是相互包埋的層狀結(jié)構(gòu),這些層狀結(jié)構(gòu)環(huán)繞絲軸分布,同時(shí)每一層狀結(jié)構(gòu)中的光學(xué)方向和結(jié)晶方向沿著絲軸呈假周期性地改變。
PⅠ,PⅡ,PⅢ重是指假定為無(wú)水的纖維素及物質(zhì)(Ⅱ),(Ⅲ)之重,即,這些重量是在制備混合物時(shí),從一份或多份(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ)中扣除所存在的任何水量而測(cè)得。Pw重是指在制備混合物時(shí)隨物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ)中至少一種和或與這些物質(zhì)無(wú)關(guān),而引入的任何水量。
“纖維素”是“全纖維素”的簡(jiǎn)稱(chēng),它指纖維素物質(zhì)中所存在的所有α-纖維素及半纖維素。而這里指纖維素物質(zhì)也可能不含半纖維素。
可與甲酸和/或至少一種甲酸的混合酐同時(shí)存在作物質(zhì)(Ⅱ)一元有機(jī)酸最好為2至5個(gè)碳原子的非芳香族酸,例如乙酸,丙酸,丁酸及戊酸等。可作物質(zhì)(Ⅱ)的一元羧酸酐最好為上述酸的酸酐,并且可為混合酐類(lèi),尤其是甲酸的混合酐??捎米魑镔|(zhì)(Ⅱ)的一元酰鹵最好為酰氯化物。本發(fā)明包括含有取代基團(tuán)的(例如鹵素或烷基等)。有機(jī)酸及無(wú)機(jī)酸的酸酐及鹵化物。
用于本發(fā)明物質(zhì)(Ⅲ)的化合物尤其可為磷酸,如正磷酸(H3PO4)焦磷酸(H4P2O7),磷酐(P2O5)或這些化合物彼此間的混合物或這些化合物與“Nouveautraite′dechimieminérale”(發(fā)行于editorshipofpaulpascal,Volumex,MassonEditeur1956)一書(shū)中所述的如多磷酸等其它磷酸的混合物。
前述定義的RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr比率將于下面實(shí)例中詳細(xì)解釋。當(dāng)物質(zhì)(Ⅱ)和/或物質(zhì)(Ⅲ)可與水反應(yīng)時(shí),則Pw的值不為0。否則,Pwr為0。
欲制備混合物,可將物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ)及可加的水同時(shí)混合或者至少先制備一種預(yù)混合物(例如以物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)作為預(yù)先混合物),而后再將其與余下的物質(zhì)混合。
說(shuō)明書(shū)中所用的“各向異性組合物”及“各向同性組合物”有下列含義。
各向異性組合物具有光學(xué)各向異性,亦即松弛狀態(tài)沒(méi)有動(dòng)態(tài)應(yīng)力情況下當(dāng)將這種組合物于室溫下,置于載玻片與蓋玻片之間,用有正交線(xiàn)起偏振鏡的顯微鏡觀察時(shí),可發(fā)現(xiàn)這種組合物具有消偏振作用,且有透光性及均勻的顏色圖案。相反,各向同性組合物于顯微鏡的視野內(nèi)呈現(xiàn)黑色。通常,此各向異性組合物之濃度要大于表示組合物粘度與組合物中纖維素衍生物或諸衍生物濃度關(guān)系曲線(xiàn)上所測(cè)得的臨介濃度。此曲線(xiàn)上,當(dāng)纖維素衍生物或諸衍生物的濃度增加時(shí),則組合物的粘度增加,這種關(guān)系一直延續(xù)到臨界濃度(時(shí)間上稱(chēng)此為“臨界點(diǎn)”,此時(shí)的曲線(xiàn)斜率顯示出很大變化。當(dāng)濃度超過(guò)臨界濃度時(shí),則組合物的粘度將隨著纖維素衍生物或諸衍生物濃度的增加而開(kāi)始較緩慢地降低或增加,此現(xiàn)象尤其可從曲線(xiàn)中的最高點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)而得知。當(dāng)組合物的纖維素衍生物或諸衍生物的濃度大于臨界濃度時(shí),通常此組合物稱(chēng)為“各向異性組合物”。這種表示組合物粘度與濃度關(guān)系的曲線(xiàn),后面將更進(jìn)一步地研究。本說(shuō)明書(shū)所用“粘度”均指動(dòng)態(tài)粘度。
從下列非限定性實(shí)例及有關(guān)這些實(shí)例的完全圖表化之?dāng)?shù)值,很容易理解本發(fā)明。
在附圖中:
-圖1及2每圖為表示本發(fā)明溶解法應(yīng)用條件圖介的三元圖。
-圖3為圖介說(shuō)明與本發(fā)明相關(guān)的各種組合物之三元圖。
-圖4為表示組合物粘度與組合物中纖維素衍生物濃度的關(guān)系曲線(xiàn)。
-圖5為供本發(fā)明纖維X衍射測(cè)量所用的兩種標(biāo)準(zhǔn)物特征光譜曲線(xiàn)。
-圖6為與本發(fā)明相關(guān)的單絲剖面示圖,剖面是沿著絲軸平面取的。
-圖7為圖6所示的單絲橫斷面示圖,此斷面取自垂直于絲軸的平面,圖6中Ⅶ-Ⅶ線(xiàn)圖示出該平面位置。
-圖8及9表示強(qiáng)度T(圖8)及初始模量Mi(圖9)與本發(fā)明相關(guān)的再生性纖維中纖維素聚合度DP之間的函數(shù)關(guān)系圖。
為了清楚地闡明下面這些實(shí)例,我們將其分成三個(gè)大題來(lái)論述:
Ⅰ.纖維素組合物:此大題是要論述這些組合物的制備及所得組合物的測(cè)試法。
Ⅱ.纖維素衍生物的制品:此大題是要論述這些制品的制備及所得制品的測(cè)試法。
Ⅲ.再生性纖維素的制品:此大題是要論述這些再生性纖維素制品的制備及所得制品的測(cè)試法。
這些實(shí)例所述的測(cè)試,可以是與本發(fā)明一致的測(cè)試或并非與本發(fā)明一致的測(cè)試而系供比較用的測(cè)試。
Ⅰ.纖維素組合物
A.使用了八種纖維素物質(zhì)。這些纖維素物質(zhì)編號(hào)為C1至C8,其特性示于表1中。
表中所示的百分比為占纖維素物質(zhì)總重的重量百分比。水量相當(dāng)于殘留的水份含量。此表所示的特性是用下列方法測(cè)定的。
a)α-纖維素含量:是根據(jù)1977年11月德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN54355測(cè)定的。此量相當(dāng)于不溶于18%(重量)氫氧化鈉水溶液中的纖維素物質(zhì)。
b)半纖維含量:此值通過(guò)下式計(jì)算得到:(半纖維素%)=100-(α-纖維素%)-(樹(shù)脂%)-(水%)-(灰%)。
c)全纖維素含量:按前述定義,全纖維素含量用(全纖維素%)=(α-纖維素%)+(半纖維素%),等式計(jì)算得到。
d)樹(shù)脂含量:此量是根據(jù)1977年11月德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DlN54354(即二氯甲烷萃取法)而測(cè)知。
e)灰份含量:灰份含量用熱解重量分析法測(cè)量。所使用的儀器是裝有MettlerTG10微處理機(jī)的TG50型Mettler熱天平。溫度由室溫逐漸增至950℃,加熱速度為每分鐘20℃。起初用氮?dú)饬?,?dāng)溫度到700℃后用空氣。樣品冷卻至室溫,而后稱(chēng)重。
f)水量(殘留水份:用熱解重量分析法測(cè)定。于氮?dú)饬飨率褂门c(e)所述的測(cè)量灰份含量相同的儀器,此溫度是以每分鐘20℃的加熱速率由室溫逐次增至150℃。樣品在150℃維持15分鐘,然后冷卻稱(chēng)重。
g)聚合度DP:纖維素物質(zhì)的特性粘度lV根據(jù)1970年的瑞士標(biāo)準(zhǔn)SNV195598測(cè)得,濃度范圍為0.5至0.05g/dl。
特性粘度由下列方程式測(cè)得
lV=(l)/(C)Ln(t)/(to)
其中C代表干纖維素物質(zhì)的濃度,“t”代表稀釋聚合物溶液的流動(dòng)時(shí)間,to代表純?nèi)軇┯跒踟惵宓拢╒bbelohde)粘度計(jì)中的流動(dòng)時(shí)間,Ln代表Nepierian的對(duì)數(shù),測(cè)量在20℃下進(jìn)行。
特性粘度〔η〕由特性粘度lV外推至零濃度時(shí)而得。
重均分子量MW由馬克-霍溫克(Mark-Houwink)方程式:〔η〕=KMαW而得,其中常數(shù),K=5.31×10-4及α=0.78,這些常數(shù)與供測(cè)定特性粘度所用的溶劑體系有關(guān)。
L.Valtasaari于Tappi48.627(1965)中給出這些常數(shù)值,
聚合度(DP)以下式定義
其中162是指纖維素基本單位的分子量。
h)漿液的PH:根據(jù)1960年12月德意志聯(lián)邦共和國(guó)DIN53124測(cè)得。
B.制備組合物所用的裝置及方法
組合物在圓筒狀玻璃反應(yīng)器中制備。此反應(yīng)器的容量約為50ml,其內(nèi)徑約20mm。此反應(yīng)器備有恒溫外套管,故反應(yīng)器中的產(chǎn)物溫度可保持于25℃。反應(yīng)器中的攪拌作用由兩個(gè)金屬螺旋攪拌器完成,其中之一是固定的,另一個(gè)約以15至20rpm速度環(huán)繞反應(yīng)器圓筒軸轉(zhuǎn)動(dòng),此可動(dòng)螺旋攪拌器與軸的距離較固定螺旋攪拌器遠(yuǎn)。因此整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部均可達(dá)到攪拌。為敘述簡(jiǎn)便,將制備混合物(包括即使有的水)所用的物質(zhì)稱(chēng)為“基本物質(zhì)”。
每次測(cè)試,首先把所用的基本物質(zhì)在碾缽中一起捏和以成糊狀物,繼而將其置入圓筒狀反應(yīng)器中。而后,于反應(yīng)器中進(jìn)一步進(jìn)行攪拌以促進(jìn)纖維素的酯化作用。每隔一段時(shí)間取出混合物的樣品在顯微鏡下檢查之,一當(dāng)溶液形成則停止攪拌。到8小時(shí)無(wú)論溶液是否形成,均停止攪拌。
攪拌停后的最終混合物被稱(chēng)作“組合物”。
C.組合物制備時(shí)的測(cè)試實(shí)例
1.概論
下列實(shí)例由測(cè)試所組成,每一測(cè)試論述混合物的制備及所得組合物的研究。測(cè)試可根據(jù)本發(fā)明也可不根據(jù)本發(fā)明。這些測(cè)試結(jié)果詳細(xì)地示于表4至14中,這些實(shí)例均簡(jiǎn)略說(shuō)明于表2中。每一混合物都由四種基本物質(zhì)(即水和下列物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ))混合而得。
(Ⅰ)一種由上述A段所述物質(zhì)中所選得的纖維素物質(zhì),此物質(zhì)于使用前應(yīng)先干燥,以便至少能夠從中移去部分水。
(Ⅱ)至少含有一種下列產(chǎn)物所組成的物質(zhì):有機(jī)酸,有機(jī)酸酐,有機(jī)酰氯。
(Ⅲ)至少含有一種下列產(chǎn)物所組成的物質(zhì):無(wú)機(jī)酸,無(wú)機(jī)酸酐,有機(jī)酸。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明測(cè)試時(shí),則物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)分別與本發(fā)明溶解法中所定義的物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)相一致。
水可隨物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ)和(Ⅲ)之一〔例如正磷酸水溶液)帶入混合物中,和/或隨其它物質(zhì)帶入。
混合物以上述B段中所述的裝置及方法制取。
為了制備每一種混合物,先定義下例比率:
RI=(PI)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RⅡ=(PⅡ)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RⅢ=(PⅢ)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
RWr=(Pw-Pwr)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW-PWr)
而RⅠ+PⅡ+PⅢ+Pwr=1
這些比率中,PⅠ代表物質(zhì)(Ⅰ)中的全纖維素重,PⅡ代表物質(zhì)(Ⅱ)之重,PⅢ代表物質(zhì)(Ⅲ)之重,Pw代表水重,Pwr代表可與物質(zhì)(Ⅱ)和/或(Ⅲ)反應(yīng)之水重。PⅠ,PⅡ,PⅢ重為無(wú)水物質(zhì)之重,即在制備混合物前,不把已與物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ)或(Ⅲ)結(jié)合的水重計(jì)入,此部分水重稱(chēng)之為Pw。例如,如果通過(guò)C1至C8的一種纖維素物質(zhì)與甲酸水溶液及正磷酸水溶液混合而進(jìn)行測(cè)試時(shí),則PⅠ代表無(wú)水全纖維素之重,PⅡ代表無(wú)水甲酸之重,PⅢ代表無(wú)水正磷酸之重,Pw代表纖維素物質(zhì)中所存在的水和甲酸及正磷酸溶液中所存在的水之總重。
從周?chē)諝庵锌赡芤氲乃话ㄔ赑w中。當(dāng)然測(cè)試時(shí)纖維素酯化作用所釋出的水也不包括于Pw中。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明測(cè)試時(shí),則RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr之比符合前述的本發(fā)明溶解法已確定之比率。
Pwr重為可與物質(zhì)(Ⅱ)和/或物質(zhì)(Ⅲ)反應(yīng)的理論總水重。因此,如使用本發(fā)明的溶解法,當(dāng)此物質(zhì)含有至少一種有機(jī)酸酐和/或至少一種有機(jī)酸酰鹵時(shí),則水可與物質(zhì)(Ⅱ)起反應(yīng),當(dāng)上述物質(zhì)含有磷酸酐和/或至少一種非正磷酸之磷酸時(shí),則水可與物質(zhì)(Ⅲ)起反應(yīng)。
如果,物質(zhì)(Ⅱ),(Ⅲ)均不可與水反應(yīng),則Pwr為零。
在這種情形下,
Rwr=RW(PW)/(PI+PⅡ+PⅢ+PW)
當(dāng)Pwr等于或大于Pw時(shí),則Rwr為0或負(fù)值,亦即整個(gè)水重Pw均可與物質(zhì)(Ⅱ)和/或(Ⅲ)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明,Pwr小于15%,大于-7.5%。
2.對(duì)所得組合物的測(cè)量及觀察
對(duì)所得組合物測(cè)試及觀察的項(xiàng)目如下:
a)溶解度:從圓狀反應(yīng)器中取出的滴液使用具有100倍放大率的OlympusBH2型光學(xué)顯微鏡觀察。
-當(dāng)見(jiàn)不到纖維素的固體微粒時(shí),則表示已得到纖維素溶液。
-當(dāng)觀察到纖維素的固體微粒時(shí),則表示纖維素有不可溶性。
每次測(cè)試期間,都每間隔一定時(shí)間進(jìn)行這種檢驗(yàn)。下面實(shí)例中如測(cè)試已形成溶液情況下,則表4至14中所示的攪拌時(shí)間,相當(dāng)于上述測(cè)試中顯示溶液已形成時(shí)的圓筒狀反應(yīng)器的攪拌時(shí)間。根據(jù)這種測(cè)試然后停止攪拌。任何情況下,到8小時(shí)都停止反應(yīng)器的攪拌。
b)溶液的光學(xué)各向同性或各向異性:僅用于觀察溶液。將一滴溶液置于Olympus光學(xué)偏振顯微鏡(BH2型)的交叉偏振器和分析器間,而后觀察之。
c)在纖維素衍生物溶液中纖維素的取代程度(DS)。將此溶液于液態(tài)氮中冷凍,再將所得之固體產(chǎn)物與干冰混合,并搗碎,以得到粉狀物,繼而使其與丙酮混合,將所得沉淀物過(guò)濾,再用丙酮萃?。ㄊ褂肧oxlhet萃取器)。將殘留的粉末在空氣中70℃下至少干燥30分鐘。
而后精確稱(chēng)出400mg所得到的纖維素衍生物,置于含70ml水及4ml1N氫氧化鈉的錐形瓶中。于100℃,氮?dú)饬飨禄亓靼胄r(shí),從而纖維素衍生物中的纖維素得到再生。冷卻后,使用0.1NHCl溶液將過(guò)量的氫氧化鈉予以回滴。
由此方法所得的總DS是已經(jīng)酯化的纖維素醇基的總百分比,即當(dāng)纖維素基本單位中的三個(gè)醇官能基全被酯化時(shí),則DS=100%。
當(dāng)此纖維素衍生物的所有酯基均為甲酸酯基時(shí),則所測(cè)得的DS直接為纖維素中已被轉(zhuǎn)換成甲酸酯基的醇基百分比。當(dāng)纖維素衍生物含有數(shù)種酯基(例如甲酸酯基及乙酸酯基)時(shí),為了區(qū)別每一有機(jī)酸的取代程度,在用前述的方法測(cè)得總DS后,再按下列方法進(jìn)行測(cè)定。將測(cè)定總DS時(shí)的中性溶液變?yōu)閴A性(PH=11)以便使再生的纖維素沉淀,再將此纖維素過(guò)濾。濾液經(jīng)蒸發(fā)掉水后而濃縮,繼而用鹽酸酸化。將此殘留物稱(chēng)重,而后用氣相色層分離法分析測(cè)定非甲酸的有機(jī)酸含量。例如,如果為醋酸,則氣相色層分離法之分離條件如下:玻璃柱:長(zhǎng)1.5m,內(nèi)徑2mm;填料:PoropakQ;儀器:PyeUnicam;注射器的溫度:250℃;爐溫:140℃;FlD檢測(cè)器的溫度:220℃,由此測(cè)得相應(yīng)于甲酸之外的有機(jī)酸的DS,然后再根據(jù)總的DS值通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)甲酸的DS。
d)纖維素衍生物溶液中的纖維素聚合度(DP)。將纖維素衍生物分離,然后用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉回流處理此衍生物纖維素使其再生,此兩步操作與上述c)段中所述的相同。將所得的纖維素用水清洗,干燥,再以前述A·g)段中所述方法測(cè)定DP。
酯化纖維素除了DP值外,下列實(shí)例表中也指出與初始纖維素DP之間的偏差(△DP)(表1所列的DP為相應(yīng)測(cè)試中所用纖維素物質(zhì)的DP值)?!鱀P以絕對(duì)值和相對(duì)于初始纖維素DP的百分比表示。
e)組合物之組成:組成是通過(guò)纖維素衍生物中測(cè)定的DS和基本物質(zhì)的各自比例計(jì)算而求出的。
下列表2給出了每一實(shí)例之梗概條件。此表中,某些實(shí)例號(hào)碼后所標(biāo)之星標(biāo)表示此例根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的其它則不是。表4至14詳細(xì)地說(shuō)明了這些實(shí)例,并使用下列簡(jiǎn)稱(chēng):
-“溶解度”行中:“SL”指“可溶”,“l(fā)NSL”表示“不可溶?!?/p>
-“溶液的性質(zhì)”行中:“l(fā)S”指“各向同性”,“ANlS”表示“各向異性”。
在這些細(xì)表中,僅當(dāng)組合物為溶液時(shí),方列出所得組合物的組成(重量%)。
表4至14中,列入基本物質(zhì),攪拌時(shí)間及所得組合物的數(shù)值。給出的每一個(gè)纖維素衍生物,有機(jī)酸,無(wú)機(jī)酸的百分比是指化合物的百分比,給出的相應(yīng)化合物總量就是指表中所示溶液組成的總重,例如表4至14之溶液,就是指纖維素衍生物加上有機(jī)酸加上無(wú)機(jī)酸(或諸種無(wú)機(jī)酸)加上水之總重。
在表4至14中,RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr及Rw比率是以百分比表示,即相應(yīng)于這些比率行列中所示之值也可視為重量比值(取PⅠ+PⅡ+PⅢ+Pw-Pwr等于100份重量)。例如,實(shí)例Ⅰ-1的第1號(hào)測(cè)試(表4),使用PⅠ=29.8(重量)份全纖維素,PⅡ=9.9(重量)份甲酸,PⅢ=59.7(重量)份正磷酸,Pw=0.6(重量)份之水(PⅠ+PⅡ+PⅢ+Pw=100),由于Pwr為0,即Rwr等于Rw,為0.6%(也就是0.006),Rw值以百分比表示則等于0.6。
表4至14的注解中包括除Rwr之重量比率外,還包括水產(chǎn)物的重量比。
供實(shí)例使用的物質(zhì)(Ⅱ)和(Ⅲ)及它們的含水量表列于表3中。
D.有關(guān)這些實(shí)例的結(jié)論
由實(shí)例Ⅰ-1至Ⅰ-11可得出如下結(jié)論:
1)不與本發(fā)明一致的實(shí)例:實(shí)例Ⅰ-3,Ⅰ-4,Ⅰ-7,Ⅰ-9,Ⅰ-10及Ⅰ-11基于下列之理由,故與本發(fā)明不一致:
-或者實(shí)例Ⅰ-3,Ⅰ-4,Ⅰ-7,Ⅰ-9中,RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr之比率中至少有一個(gè)不符合本發(fā)明前述溶解法定義的比率。
-或者實(shí)例Ⅰ-10,Ⅰ-11中,物質(zhì)(Ⅱ)或(Ⅲ)與上述溶解法定義不一致。
在所有情形中,不與本發(fā)明一致的實(shí)例均導(dǎo)致如下結(jié)果:
-或者不產(chǎn)生纖維素衍生物形式的纖維素溶液,
-或者形成溶液,但此溶液為各向同性。
這兩種組合物形式均不符合前述本發(fā)明組合物的定義。這些不與本發(fā)明一致的組合物不適于制造具有高度機(jī)械性能的纖維或薄膜。
2)與本發(fā)明一致的實(shí)例:實(shí)例Ⅰ-1,Ⅰ-2,Ⅰ-5,Ⅰ-6,Ⅰ-8與本發(fā)明的溶解法一致。在所有情形下這些實(shí)例均產(chǎn)生與本發(fā)明一致的組合物,每一組合物均形成纖維素衍生物形式的各向異性纖維素溶液,即組合物可供制造具有高度機(jī)械性能的纖維或薄膜(其詳細(xì)情況如以下第Ⅱ及Ⅲ大題的實(shí)例所述。
在本發(fā)明溶解法中,RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr之間的關(guān)系意外地與一個(gè)極有限的范圍相對(duì)應(yīng),通過(guò)圖1及2表示的三元圖實(shí)例能闡明這一事實(shí)。用以繪成這些圖的物質(zhì)(Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ)如下所示:
-物質(zhì)(Ⅰ):纖維素的聚合度DP大于150,小于1500的纖維素物質(zhì),這些物質(zhì)由表1的C1至C8物質(zhì)中選定。
-物質(zhì)(Ⅱ):甲酸(產(chǎn)物1,表3)和乙酸(產(chǎn)物3,表3)的混合物,甲酸重與乙酸重之比率(無(wú)水重之比)等于9。
-物質(zhì)(Ⅲ):正磷酸(產(chǎn)物2,表3)。
圖1的圖形相當(dāng)于Rwr=Rw=0.0%,圖2的圖形相當(dāng)于Rwr=Rw=7.5%,這些圖形的座標(biāo)相應(yīng)于具有下列關(guān)系的RⅠ,RⅡ,RⅢ。
RⅠ+RⅡ+RⅢ+Rw=1
圖1中,多邊形A1,A2,A3,A4,A5,A6或此多邊形邊所圍繞的區(qū)域相應(yīng)于前述本發(fā)明溶解法特征(C)中Rwr=Rw=0.0%時(shí)的RⅠ,RⅡ,RⅢ間的關(guān)系,這些關(guān)系在-2.5%<Rwr<2.5%時(shí)仍能滿(mǎn)足。
圖1中,點(diǎn)A1,A2,A3,A4,A5,及A6的座標(biāo)如下:
A1:RⅠ=10.0%,RⅡ=2.0%,RⅢ=88.0%;
A2:RⅠ=38.0%,RⅡ=2.0%,RⅢ=60.0%;
A3:RⅠ=38.0%,RⅡ=19.0%,RⅢ=43.0%;
A4:RⅠ=19.5%,RⅡ=40.0%,RⅢ=40.5%;
A5:RⅠ=12.5%,RⅡ=40.0%,RⅢ=47.5%;
A6:RⅠ=10.0%,RⅡ=33.0%,RⅢ=57.0%;
圖2中,多邊形B1,B2,B3,B4,B5,B6或此多邊形邊所圍繞的區(qū)域指出本發(fā)明溶解法的特性(c)(Rwr=Rw=7.5%)中的前述RⅠ,RⅡ,RⅢ間的關(guān)系,這些關(guān)系在7.5%≤Rwr<10.0%間保持有效。
圖2中,點(diǎn)B1,B2,B3,B4,B5及B6的座標(biāo)如下:
B1:RⅠ=10.0%,RⅡ=2.0%,RⅢ=80.5%;
B2:RⅠ=31.0%,RⅡ=2.0%,RⅢ=59.5%;
B3:RⅠ=31.0%,RⅡ=4.5%,RⅢ=57.0%;
B4:RⅠ=15.5%,RⅡ=23.0%,RⅢ=54.0%;
B5:RⅠ=12.5%,RⅡ=23.0%,RⅢ=57.0%;
B6:RⅠ=10.0%,RⅡ=12.0%,RⅢ=70.5%;
這些區(qū)域均比相應(yīng)三元圖形(以討論中的三角圖代表)為小。當(dāng)Rw為正時(shí),此區(qū)域愈小,則Rwr愈高。
圖1中的點(diǎn)EⅠ-1,1相當(dāng)于實(shí)例Ⅰ-1的測(cè)試1,圖2中的點(diǎn)EⅠ-1,12相當(dāng)于實(shí)例Ⅰ-1的測(cè)試12。
可以發(fā)現(xiàn),至少有一種物質(zhì)(Ⅰ),其纖維素的聚合度DP大于150而小于1500,這樣,本發(fā)明溶解法特性(c)所提供的關(guān)系可產(chǎn)生與本發(fā)明一致的組合物。
纖維素物質(zhì)(Ⅰ)中的纖維素聚合度DP最好至少為200,至多為1200,且其RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr間具有下列關(guān)系(以%表示):
-如果確定10.0≤Rwr<12.5
則其具有如下關(guān)系:
13.0≤RⅠ≤19.0;4.0≤RⅡ≤11.0
并且當(dāng)RⅠ<18.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤0.73RⅠ-2.45,
或者RⅠ≥18.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-2.00RⅠ+48.00;
-如果確定7.5≤Rwr<10.0
則其具有下列關(guān)系:
12.25≤RⅠ≤23.0;4.0≤RⅡ≤19.5
并且當(dāng)RⅠ<18.0,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤1.65RⅠ-10.24,
或者RⅠ≥18.0時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.40RⅠ+44.70;
-如果確定5.0≤Rwr<7.5,
則其具有下列關(guān)系:
11.5≤RⅠ≤27.5;4.0≤RⅡ≤24.0
且當(dāng)RⅠ<19.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤1.38RⅠ-2.81
或者RⅠ≥19.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.56RⅠ+54.47;
-如果確定2.5≤Rwr<5.0,
則其具有下列關(guān)系:
10.75≤RⅠ≤32.0;4.0≤RⅡ≤30.0
且當(dāng)RⅠ≤17.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤2.07RⅠ-5.80
或者RⅠ≥20.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.30RⅠ+56.74
-如果確定-2.5<Rwr<2.5
則其具有下列關(guān)系:
10.0≤RⅠ≤33.5;4.0≤RⅡ≤35.0
且當(dāng)RⅠ≤15.0,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤3.20RⅠ-13.00,
或者RⅠ≥23.0時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.76RⅠ+75.52;
-如果確定-5.0≤Rwr≤-2.5,
則其具有下列關(guān)系:
10.0≤RⅠ≤33.5;4.0≤RⅡ≤35.0,
且當(dāng)RⅠ≤15.0,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤3.20RⅠ-13.00,
或者RⅠ≥20.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.85RⅠ+72.85。
在此情形下,只要纖維素物質(zhì)(Ⅰ)的聚合度DP具有前示200≤1200的DP范圍,則可得到各向異性的溶液。纖維素物質(zhì)(Ⅰ)的纖維素聚合度DP至少需為200,而至多為1200,且其RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr間的關(guān)系如下(以%表示):
-如果確定7.5<Rwr≤10.0,
則其具有下列關(guān)系:
13.0≤RⅠ≤19.0;4.0≤RⅡ≤11.0,
且當(dāng)RⅠ<18.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤0.73RⅠ-2.45
或者RⅠ≥18.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-2.00RⅠ+48.00
-如果確定5.0<Rwr≤7.5
則其具有下列關(guān)系:
12.25≤RⅠ≤23.0;4.0≤RⅡ≤19.5,
且當(dāng)RⅠ<18.0,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤1.65RⅠ-10.24,
或者RⅠ≥18.0時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.40RⅠ+44.70;
-如果確定2.5<Rwr≤5.0,
則其具有下列關(guān)系:
11.5≤RⅠ≤27.5;4.0≤RⅡ≤24.0,
且當(dāng)RⅠ<19.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤1.38RⅠ-2.81
或者RⅠ≥19.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.56RⅠ+54.47;
-如果確定0.0<Rwr≤2.5,
則其具有下列關(guān)系:
10.75≤RⅠ≤32.0;4.0≤RⅡ≤30.0,
且當(dāng)RⅠ≤17.5,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤2.07RⅠ-5.80,
或者RⅠ≥20.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.30RⅠ+56.74;
-如果確定-2.5≤Rwr≤0.0
則其具有下列關(guān)系:
10.0≤RⅠ≤33.5;4.0≤RⅡ≤35.0
且當(dāng)RⅠ≤15.0,
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤3.20RⅠ-13.00
或者RⅠ≥20.5時(shí),
則RⅠ及RⅡ的關(guān)系為:RⅡ≤-1.85RⅠ+72.85。
由本發(fā)明溶解法所得的本發(fā)明組合物它既是至少含甲酸纖維素的一種纖維素衍生物溶液,且為一種各向異性溶液。這兩種情況意外地符合以下注解所示的極有限范圍。
本發(fā)明組合物中,rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw重量百分比的定義如下:
rⅠ:纖維素衍生物或諸衍生物之百分比;
rⅡ:所謂“有機(jī)酸”相的百分比,此相包含所有可能存在于組合物中的有機(jī)酸,有機(jī)酸酐及有機(jī)酸的酰鹵。
rⅢ:所謂“磷酸”相的百分比,此相包含所有可能存在于組合物中的磷酸及磷酐。
rw:可能存在于組合物中的水的百分比。
rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw這些百分比按以下總重計(jì)算之:纖維素衍生物或諸衍生物重+“有機(jī)酸”相重+“磷酸”相重+任何存在的水重。
這些百分比rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw為符合本發(fā)明測(cè)試的表中所示的百分比,符合如下條件:
rⅠ:在纖維素衍生物列中所示的百分比。
rⅡ:有機(jī)酸列中所示的百分比。
rⅢ:無(wú)機(jī)酸列中所示的百分比。
rw:水列中所示的百分比。
百分比rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw可滿(mǎn)足下列關(guān)系:rⅠ+rⅡ+rⅢ+rw=1。當(dāng)組合物不含水時(shí),rw當(dāng)然等于0。本發(fā)明的組合物中,rⅠ至少為10.2%。
可利用百分比rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw來(lái)定義四元圖。
將rw值分成數(shù)個(gè)間隔。每一間隔中,rwi≤rw<rwj,且rwi及rwj為固定值。在每一個(gè)rwi值下,即當(dāng)rⅠ+rⅡ+rⅢ=1-rwi時(shí),其定義為含有多個(gè)頂點(diǎn)(其可由一間隔改變至另一間隔中)的多角形,每一頂點(diǎn)通常均以Ck標(biāo)志(k為變數(shù))且可通過(guò)rwi值在三元圖(即rwi平面之三元圖)中的座標(biāo)rⅠk,rⅡk,rⅢk予以定義。每一間隔rwi≤rw<rwj中,與本發(fā)明組合物相應(yīng)的四元圖中的座標(biāo)rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw的每一點(diǎn)投影至平面rwi上,且垂直于此平面(投影范圍在諸頂點(diǎn)Ck所形成的多角形內(nèi),或在此多角形的邊上)。
這些rwi≤rw<rwj間隔及這些Ck頂點(diǎn)所形成的諸多角形具有下列關(guān)系,rwi,rw,rwj及頂點(diǎn)Ck的座標(biāo)值均以%表示:
-0.0≤rw<1.4時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=10.8,rⅡ1=0.4,rⅢ1=88.8)
C2(rⅠ2=36.1,rⅡ2=0.2,rⅢ2=60.9)
C3(rⅠ3=43.6,rⅡ3=9.8,rⅢ3=45.6)
C4(rⅠ4=19.0,rⅡ4=38.5,rⅢ4=42.5)
C5(rⅠ5=12.8,rⅡ5=40.3,rⅢ5=46.9)
-1.4≤rw<3.8時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的七角形:
C1(rⅠ1=10.8,rⅡ1=0.5,rⅢ1=87.3)
C2(rⅠ2=38.9,rⅡ2=0.1,rⅢ2=59.6)
C3(rⅠ3=43.1,rⅡ3=1.4,rⅢ3=51.7)
C4(rⅠ4=43.6,rⅡ4=9.8,rⅢ4=45.2)
C5(rⅠ5=23.6,rⅡ5=33.3,rⅢ5=41.7)
C6(rⅠ6=15.2,rⅡ6=35.5,rⅢ6=47.9)
C7(rⅠ7=12.7,rⅡ7=28.6,rⅢ7=57.3)
-3.8≤rw<6.2時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的七角形:
C1(rⅠ1=10.9,rⅡ1=0.5,rⅢ1=84.8)
C2(rⅠ2=37.9,rⅡ2=0.2,rⅢ2=58.1)
C3(rⅠ3=43.1,rⅡ3=1.4,rⅢ3=51.7)
C4(rⅠ4=43.0,rⅡ4=10.5,rⅢ4=57.3)
C5(rⅠ5=19.3,rⅡ5=30.9,rⅢ5=46.0)
C6(rⅠ6=17.4,rⅡ6=31.4,rⅢ6=47.4)
C7(rⅠ7=12.4,rⅡ7=14.2,rⅢ7=69.6)
-6.2≤rw<8.6時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=10.6,rⅡ1=1.1,rⅢ1=82.1)
C2(rⅠ2=38.1,rⅡ2=0.2,rⅢ2=55.5)
C3(rⅠ3=43.0,rⅡ3=1.5,rⅢ3=49.3)
C4(rⅠ4=22.7,rⅡ4=22.0,rⅢ4=49.0)
C5(rⅠ5=15.6,rⅡ5=23.5,rⅢ5=54.7)
C6(rⅠ6=11.7,rⅡ6=12.2,rⅢ6=69.9)
-8.6≤rw<11.0時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=10.5,rⅡ1=1.2,rⅢ1=79.7)
C2(rⅠ2=32.1,rⅡ2=0.2,rⅢ2=59.1)
C3(rⅠ3=32.8,rⅡ3=1.6,rⅢ3=57.0)
C4(rⅠ4=17.7,rⅡ4=19.4,rⅢ4=54.3)
C5(rⅠ5=14.2,rⅡ5=20.2,rⅢ5=57.0)
-11.0≤rw<13.4時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=10.4,rⅡ1=1.3,rⅢ1=77.3)
C2(rⅠ2=20.1,rⅡ2=1.0,rⅢ2=67.9)
C3(rⅠ3=21.5,rⅡ3=6.7,rⅢ3=60.8)
C4(rⅠ4=16.2,rⅡ4=14.1,rⅢ4=58.7)
C5(rⅠ5=10.9,rⅡ5=7.5,rⅢ5=70.6)
通過(guò)實(shí)例,圖3所示三元圖可闡明這一事實(shí)。供此圖所用的物質(zhì)如下:
-纖維素衍生物:含有甲酸酯基及乙酸酯基的混合纖維素酯,此衍生物中的纖維素聚合度DP大于150,小于1500。
-“有機(jī)酸”相:甲酸,也可能含有乙酸。
-“磷酸”相:正磷酸。
圖3相當(dāng)于rwi=1.4%。相應(yīng)于此rwi值的多角形為六角形,其頂點(diǎn)C1,C2,C3,C4,C5及C6與前述rwi=1.4%所定義相一致也即此頂點(diǎn)的座標(biāo)如下:
C1(rⅠ=10.8%,rⅡ=0.5%,rⅢ=87.3%)
C2(rⅠ=38.9%,rⅡ=0.1%,rⅢ=59.6%)
C3(rⅠ=43.6%,rⅡ=9.8%,rⅢ=45.2%)
C4(rⅠ=23.6%,rⅡ=33.3%,rⅢ=41.7%)
此多角形的區(qū)域小于圖3三角形所代表的三元圖形。1.4%≤rw<3.8%間隔中,可提供本發(fā)明組合物四元圖的座標(biāo)rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw每一點(diǎn)均投影至圖3平面上并垂直于此平面上(在多角形內(nèi),或于此多角形C1,C2,C3,C4,C5及C6的邊上)。
通過(guò)實(shí)例,點(diǎn)F1-6,2相當(dāng)于實(shí)例Ⅰ-6的測(cè)試2中的組合物。
纖維素衍生物或諸衍生物中纖維素聚合度DP最好至少為200至多為1200,并且間隔為rwi≤rw<rwj以及與此間隔有關(guān)且位于平面rwi的三元圖的頂點(diǎn)Ck所形成的多角形具有下列關(guān)系(rwi,rwrwj值和Ck頂點(diǎn)的座標(biāo)值以%表示)。
-0.0≤rw<1.4時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=11.5,rⅡ1=1.9,rⅢ1=86.6)
C2(rⅠ2=35.5,rⅡ2=0.4,rⅢ2=64.1)
C3(rⅠ3=37.3,rⅡ3=4.7,rⅢ3=58.0)
C4(rⅠ4=24.9,rⅡ4=27.8,rⅢ4=47.3)
C5(rⅠ5=18.7,rⅡ5=28.9,rⅢ5=52.4)
C6(rⅠ6=12.5,rⅡ6=14.9,rⅢ6=72.6)
-1.4≤rw<3.8時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=11.0,rⅡ1=2.4,rⅢ1=85.2)
C2(rⅠ2=35.8,rⅡ2=0.3,rⅢ2=62.5)
C3(rⅠ3=37.8,rⅡ3=9.4,rⅢ3=51.4)
C4(rⅠ4=27.5,rⅡ4=27.6,rⅢ4=43.5)
C5(rⅠ5=18.3,rⅡ5=29.6,rⅢ5=50.7)
C6(rⅠ6=12.5,rⅡ6=14.8,rⅢ6=71.3)
-3.8≤rw<6.2時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=11.8,rⅡ1=2.4,rⅢ1=82.0)
C2(rⅠ2=34.0,rⅡ2=0.7,rⅢ2=61.5)
C3(rⅠ3=36.6,rⅡ3=7.4,rⅢ3=52.2)
C4(rⅠ4=23.9,rⅡ4=24.4,rⅢ4=47.9)
C5(rⅠ5=20.7,rⅡ5=24.8,rⅢ5=50.7)
C6(rⅠ6=13.2,rⅡ6=11.9,rⅢ6=71.1)
-6.2≤rw<8.6時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=13.1,rⅡ1=1.4,rⅢ1=79.3)
C2(rⅠ2=29.1,rⅡ2=1.4,rⅢ2=63.3)
C3(rⅠ3=31.1,rⅡ3=5.6,rⅢ3=57.1)
C4(rⅠ4=22.7,rⅡ4=18.7,rⅢ4=52.4)
C5(rⅠ5=13.3,rⅡ5=10.1,rⅢ5=70.4)
-8.6≤rw<11.0時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=12.9,rⅡ1=3.0,rⅢ1=75.6)
C2(rⅠ2=24.1,rⅡ2=2.2,rⅢ2=65.1)
C3(rⅠ3=24.8,rⅡ3=9.6,rⅢ3=57.0)
C4(rⅠ4=20.1,rⅡ4=16.0,rⅢ4=55.0)
C5(rⅠ5=13.6,rⅡ5=7.7,rⅢ5=70.1)
-11.0≤rw<13.4,此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=13.6,rⅡ1=3.0,rⅢ1=72.4)
C2(rⅠ2=19.9,rⅡ2=2.5,rⅢ2=66.6)
C3(rⅠ3=21.0,rⅡ3=6.8,rⅢ3=61.2)
C4(rⅠ4=20.1,rⅡ4=8.3,rⅢ4=60.6)
C5(rⅠ5=14.1,rⅡ5=5.2,rⅢ5=69.7)
纖維素衍生物或諸衍生物中纖維素聚合度DP最好至少為200,而至多為1200,在rwi<rw≤rwj每一間隔中的每一個(gè)rwj值,即當(dāng)rⅠ+rⅡ+rⅢ=1-rwj時(shí),多角形被定義為含有多個(gè)頂點(diǎn),并可由一間隔改變至另一間隔,每一頂點(diǎn)通常均以Cq標(biāo)志(q為變數(shù))并可由相應(yīng)rwj值的三元圖(即rwj平面的三元圖)中的座標(biāo)rⅠq,rⅡq,rⅢq予以定義。
每一間隔rwi<rw<rwj中,與本發(fā)明組合物相關(guān)的四元圖中的座標(biāo)rⅠ,rⅡ,rⅢ,rw中的每一點(diǎn)為投影至平面rwj上且垂直于此平面(投影范圍在諸頂點(diǎn)所形成的多角形內(nèi)或在此多角形的邊上)。
這些rwi<rw≤rwj的間隔及這些由頂點(diǎn)Cq所形成的多角形具有下列關(guān)系(rwi,rw,rwj,及頂點(diǎn)座標(biāo)Cq均以%表示):
-0.0<rw≤1.4時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=11.0,rⅡ1=2.4,rⅢ1=85.2)
C2(rⅠ2=35.8,rⅡ2=0.3,rⅢ2=62.5)
C3(rⅠ3=37.8,rⅡ3=9.4,rⅢ3=51.4)
C4(rⅠ4=27.5,rⅡ4=27.6,rⅢ4=43.5)
C5(rⅠ5=18.3,rⅡ5=29.6,rⅢ5=50.7)
C6(rⅠ6=12.5,rⅡ6=14.8,rⅢ6=71.3)
-1.4<rw≤3.8時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的六角形:
C1(rⅠ1=11.8,rⅡ1=2.4,rⅢ1=82.0)
C2(rⅠ2=34.0,rⅡ2=0.7,rⅢ2=61.5)
C3(rⅠ3=36.6,rⅡ3=7.4,rⅢ3=52.2)
C4(rⅠ4=23.9,rⅡ4=24.4,rⅢ4=47.9)
C5(rⅠ5=20.7,rⅡ5=24.8,rⅢ5=50.7)
C6(rⅠ6=13.2,rⅡ6=11.9,rⅢ6=71.1)
-3.8<rw≤6.2時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=13.1,rⅡ1=1.4,rⅢ1=79.3)
C2(rⅠ2=29.1,rⅡ2=1.4,rⅢ2=63.3)
C3(rⅠ3=31.1,rⅡ3=5.6,rⅢ3=57.1)
C4(rⅠ4=22.7,rⅡ4=18.7,rⅢ4=52.4)
C5(rⅠ5=13.3,rⅡ5=10.1,rⅢ5=70.4)
-6.2<rw≤8.6時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=12.9,rⅡ1=3.0,rⅢ1=75.6)
C2(rⅠ2=24.1,rⅡ2=2.2,rⅢ2=65.1)
C3(rⅠ3=24.8,rⅡ3=9.6,rⅢ3=57.0)
C4(rⅠ4=20.1,rⅡ4=16.0,rⅢ4=55.0)
C5(rⅠ5=13.6,rⅡ5=7.7,rⅢ5=70.1)
-8.6<rw≤11.0時(shí),此多角形為具有下列頂點(diǎn)的五角形:
C1(rⅠ1=13.6,rⅡ1=3.0,rⅢ1=72.4)
C2(rⅠ2=19.9,rⅡ2=2.5,rⅢ2=66.6)
C3(rⅠ3=21.0,rⅡ3=6.8,rⅢ3=61.2)
C4(rⅠ4=20.1,rⅡ4=8.3,rⅢ4=60.6)
C5(rⅠ5=14.1,rⅡ5=5.2,rⅢ5=69.7)。
以上所示四元圖均相當(dāng)于已知方法中的規(guī)則四面體(為了簡(jiǎn)化未示于圖中)。
本發(fā)明組合物的濃度通常大于臨界濃度。例如,圖4為表示溶液中纖維素衍生物濃度和此溶液粘度間關(guān)系的曲線(xiàn)。纖維素衍生物為甲酸纖維素,其在溶液中的濃度(即c)以相對(duì)溶液總重的重量百分比表示。動(dòng)態(tài)粘度(η)則以帕斯卡-秒表示。當(dāng)衍生物的濃度小于臨界濃度Cc(A區(qū)域)時(shí),則粘度隨濃度而增加,而當(dāng)衍生物濃度大于臨界濃度(B區(qū)域)時(shí),則隨著濃度的增加而粘度開(kāi)始降低,此B區(qū)域與各向異性有關(guān),在此B區(qū)域中,在Cm濃度時(shí),粘度達(dá)到最小。
在此曲線(xiàn)上,參考點(diǎn)M相當(dāng)于實(shí)例Ⅰ-1的測(cè)試7中的組合物(表4),它位于B區(qū)域中。
本發(fā)明的方法可得到一種僅使初始纖維素稍微降解而得的組合物,例如,在前述實(shí)例中,DP的相對(duì)偏差(△DP)通常小于20%。在本發(fā)明溶液中,最好纖維素衍生物或諸衍生物中甲酸酯基取代程度DS至少等于5.0%,而其它酯基的取代程度DS為0或小于15.0%。
Ⅱ.纖維素衍生物的制品
A.生產(chǎn)設(shè)備及方法
1.紡絲溶液的制備:此溶液可在任何可用適當(dāng)方法進(jìn)行恒溫控制并允許于真空中進(jìn)行操作的混合器中制得。如果混合器不可能得到真空,則必需接著通過(guò)某些適當(dāng)方法將紡絲溶液予以脫氣。
欲制得本發(fā)明法的紡絲溶液,則可使用下列例舉的操作方法??捎萌莘e約4升的帶夾套反應(yīng)器,首先將物質(zhì)(Ⅱ)及物質(zhì)(Ⅲ)放入此反應(yīng)器中,攪拌均勻,而后,不開(kāi)攪拌情況下將物質(zhì)(Ⅰ)加入,將反應(yīng)器抽真空,真空度約為5至10mbar(500至1000Pa)。然后攪拌,此時(shí)開(kāi)始酯化作用及溶解作用。攪拌期間,混合物溫度最好維持于5至20℃間。
需注意其它方法也可使用,例如人們可以用下述過(guò)程先制成一種預(yù)溶液,即將物質(zhì)(Ⅰ)浸漬于物質(zhì)(Ⅱ)中,然后冷卻此混合物(最佳溫度;-15至0℃),再加入固體物質(zhì)(Ⅲ),而后,混合均勻得到固體形式的預(yù)溶液。為了完成酯化及溶解作用。再將此預(yù)溶液以前述法于5至20℃間攪拌。
也可使用單螺桿或多螺桿擠出機(jī)制備溶液。即將基本物質(zhì)連續(xù)加進(jìn)擠出機(jī)中,最好于真空下進(jìn)行制備。
2.溶液紡絲制取纖維
將第1節(jié)所述方法所得的溶液直接用以制造纖維,無(wú)需進(jìn)行纖維素衍生物預(yù)萃取。所使用的紡絲技術(shù)為美國(guó)專(zhuān)利第3414645號(hào)論述的所謂“氣隙法”(干噴濕紡)(dryjet-wet)技術(shù)。將直接來(lái)自溶解反應(yīng)器中的溶液加入齒輪泵。而后此溶液通過(guò)有噴絲孔的噴嘴擠出。噴嘴面水平地位于凝固浴液面上方一定距離,(數(shù)毫米至數(shù)厘米)。進(jìn)入凝固浴前,先將噴嘴撥出到空氣層中以便使紡絲分子取向同時(shí)使其在凝固前有機(jī)械性能。纖維素衍生物的纖維于凝固浴中形成。浴中凝固液必需能沉淀纖維素物質(zhì)而又可溶解有機(jī)及無(wú)機(jī)酸物質(zhì)。凝固液最好用丙酮為基本物質(zhì),凝固浴溫度范圍介于10℃至-20℃間。于凝固浴的出口處,由許多單絲組成的紡絲產(chǎn)物卷繞在一臺(tái)傳動(dòng)裝置上。紡絲產(chǎn)物在傳動(dòng)裝置的卷繞速度與噴絲板噴出的速度之比率定義為紡絲拉伸因數(shù)(S.S.F.)。
應(yīng)注意,本發(fā)明適合于在所謂“氣隙”技術(shù)中所用的除空氣外的非凝固流體(例如,氮?dú)饣蚱渌鼩怏w)。同時(shí)本發(fā)明也適合于其它紡絲技術(shù)(例如濕紡絲技術(shù))。
B.制品特性的測(cè)定
1.紡絲制品的機(jī)械性能
此處所謂的“紡絲制品”是指由紡絲法所制得的所有各種制品,而專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)“紡絲紗”(SpunYarn)則僅指通過(guò)噴絲板以各種紡絲工藝所得的單絲集合體。
此處所謂的“調(diào)制”(Conditioning)是指根據(jù)德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53802-20/65(1979年7月)處理紡絲制品。
紡絲紗的纖度是根據(jù)1965年6月的德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53830測(cè)定(紡絲紗予先經(jīng)調(diào)制)。測(cè)量至少用三個(gè)樣品,每個(gè)樣稱(chēng)取相當(dāng)于50m長(zhǎng)的紡絲紗重進(jìn)行測(cè)量。
單絲的纖度是通過(guò)檢驗(yàn)單根單絲在承受特定張力(于0.5CN/tex級(jí)下)下的共振頻率而測(cè)知的。絕對(duì)誤差小于0.01。
紡絲紗的機(jī)械性質(zhì)是使用ZwickGmbH&Co(德意志聯(lián)邦共和國(guó))所造的1435型拉伸機(jī)(相當(dāng)于1976年10月的德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN51220及1976年8月的DIN51221)且根據(jù)1979年1月的德意志聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)DIN53834所述的操作方法測(cè)得。為了測(cè)量人們給紡絲紗每米加100個(gè)保護(hù)性捻,繼而用初始長(zhǎng)度超過(guò)400mm的紡絲紗進(jìn)行拉伸。所有結(jié)果均以10次測(cè)量的平均值為準(zhǔn)。
單絲的機(jī)械性能是使用FAFEGRAPH-T型的Textechno(德意志聯(lián)邦共和國(guó))拉伸機(jī),并使用1976年6月德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53816所示的操作方法測(cè)得,其結(jié)果為10次測(cè)量的平均值。
強(qiáng)度(T)及初始模量(Mi)是以CN/tex表示。斷裂下的伸長(zhǎng)率(Ar)以百分比表示。初始模量(Mi)的定義為剛施加0.5CN/tex予應(yīng)力后產(chǎn)生的拉力/伸長(zhǎng)曲線(xiàn)之直線(xiàn)部分的斜率。
音波模量的測(cè)定。
纖維中聲音傳播的速率使用Morgan公司劍橋有限公司所制造的PPM-5R型動(dòng)態(tài)模量測(cè)量?jī)x”測(cè)量。
測(cè)量樣品為經(jīng)過(guò)予先調(diào)制的紡絲紗。此測(cè)量在與此調(diào)制相同的環(huán)境條件下進(jìn)行。于約2米長(zhǎng)的此紡絲紗上施加5CN/tex的預(yù)荷載。而后將兩個(gè)MORGAN-WTRT-5FB型傳感器施放于有著輕微的恒定軸向力的紡絲紗上。傳感器的壓電陶器的共振頻率為5KHz。L為兩傳感器間的距離(以米表示)。測(cè)量距離的絕對(duì)誤差小于1毫米;“t”為使發(fā)射傳感器放出脈沖到達(dá)接收傳感器所需的傳播時(shí)間(以秒表示)。
對(duì)傳播時(shí)間“t”測(cè)量的相對(duì)誤差小于3%。音波模量Ms以下式定義為:Ms=V2×10-4CN/tex,V(米/秒)是由N對(duì)不同的L及“t”所測(cè)得的直線(xiàn)回歸斜率的倒數(shù)所求出的音速,N至少為3。
2.紡絲制品的化學(xué)性質(zhì)
取代程度(DS)及聚合度(DP)
將紡絲制品于室溫(例如約22℃)及相對(duì)濕度下調(diào)制,并在此條件下進(jìn)行DS及DP的測(cè)量。紡絲制品的水含量用熱解重量分析法測(cè)定。
纖維素衍生物的纖維素取代程度DS及聚合度DP測(cè)定與上述第I.C段的方法一樣,但不用丙酮萃取。
3.紡絲制品的物理性質(zhì)
3.1光學(xué)性質(zhì)
使用OlympusBH2型偏振光顯微鏡來(lái)觀察及測(cè)量紡絲制品的光學(xué)異向性。尤其,雙折射是使用貝瑞克(Berek)補(bǔ)償棱鏡法測(cè)知。
3.2X-衍射結(jié)構(gòu)
a)實(shí)驗(yàn)儀器及裝置
-儀器:測(cè)定是以?xún)煞N型式的儀器進(jìn)行。
-高功率發(fā)生器(發(fā)生器A)。此為裝有旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的日本理學(xué)(Rigaku)RU-200PL系統(tǒng),操作條件為:40kV,200mA;陽(yáng)極上的焦點(diǎn)0.5×10mm2;點(diǎn)表觀焦點(diǎn)0.5×1mm2;用鎳片過(guò)濾及能量鑒別來(lái)消除銅的Kβ線(xiàn)放射。
Siemens制的通用發(fā)生器(發(fā)生器B,封閉管)操作條件為:40KV,30mA;細(xì)線(xiàn)性焦點(diǎn)0.04×8mm2;銅的Kα1放射可經(jīng)弧形結(jié)晶體(R=1400mm)的CGR單色器獲得;聚焦距離D=510mm,CGR=法國(guó)的CompagnieGeneraledeRadiologie。
此兩種發(fā)生器已用于四種不同的裝置。
-實(shí)驗(yàn)裝置
-裝置1:備有一個(gè)歐拉(Euler)圈及一個(gè)閃爍計(jì)數(shù)器的RigakuSG-R大角度測(cè)角器(半徑250mm);2θ內(nèi)的掃描速度:2°/分;歐拉(Euler)圈的旋轉(zhuǎn)速度:在固定的2θ下為2°/分。
選定X光束的瞄準(zhǔn)平面。
發(fā)散:點(diǎn)瞄準(zhǔn)儀直徑1mm;
分析:位于距樣品平面110mm的交叉縫0.9×0.9mm2(角孔0.5°×0.5°)。
-裝置2:
裝備有一個(gè)旋轉(zhuǎn)樣品架(旋轉(zhuǎn)速度:100rpm及一個(gè)閃爍計(jì)數(shù)器的RigakuSG-9R測(cè)角器,2θ以0.1°增量步進(jìn)操作。
-選定X光束的瞄準(zhǔn)平面:發(fā)散縫1/6°;擴(kuò)散縫:1°;分析縫0.15mm(位于距離樣品250mm處)。
-裝置3:
-裝有一個(gè)歐拉(Euler)圈及一個(gè)閃爍計(jì)數(shù)器的Siemens大角度測(cè)角器,2θ的掃描速度為0.1°/分。
-CGR單色光鏡,焦距510mm。
-距離樣品155mm處的分析縫為0.4mm。
-裝置4:
-備有一個(gè)Leti型線(xiàn)性檢測(cè)器及一個(gè)Ortec多槽分析器的RigakuSASG中央散射測(cè)角器。
-選定X光束的瞄準(zhǔn)平面:第一個(gè)縫15×0.1mm2,第二個(gè)縫15×0.05mm2(于250mm下)。
-樣品與檢測(cè)器的距離:360mm。
-樣品與第二個(gè)縫的距離:105mm。
表15給出適用的裝置,角度范圍及所用的發(fā)生器與所測(cè)量參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。
表15
測(cè)量參數(shù)適用的裝置X光衍射角度使用的發(fā)生器
結(jié)晶取向指數(shù)(I-O)1廣角度A
結(jié)晶度指數(shù)(I.C.)2廣角度A
表觀微晶大小
-縱向(T1)
-橫向(Tt)3廣角度B
長(zhǎng)期間(L.P.)4小角度A
半高寬度(△ψ)4小角度A
積分強(qiáng)度(I.I.)4小角度A
b)用于角衍射法測(cè)量不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的反射作用
纖維的X光衍射現(xiàn)象的照片顯示出在子午線(xiàn)上,赤道上及此二軸外側(cè)有一些弧線(xiàn)。這些弧線(xiàn)的特性與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。
位于衍射角2θ約34.7°處的子午線(xiàn)的孔徑角與微晶相對(duì)于纖維軸的統(tǒng)計(jì)取向有關(guān)。所以2θ約34.7°處的這種反射被選用來(lái)測(cè)定取向指數(shù)I-O和微晶之表觀縱向大小,T1。
赤道線(xiàn)上2θ位于11°的弧線(xiàn)用來(lái)測(cè)定微晶的表觀橫向大小(Tt)。
測(cè)定上述指定的參數(shù)使用特定反射,但測(cè)定結(jié)晶度指數(shù)時(shí),需考慮整個(gè)衍射圖。
c)用以測(cè)量不同參數(shù)的方法
所有測(cè)量用一個(gè)或多個(gè)纖維樣品進(jìn)行,每一個(gè)纖維樣品均由一些相互平行(即不扭轉(zhuǎn))的單絲組成。
-結(jié)晶取向指數(shù)(I-O)
結(jié)晶取向可以用纖維軸與晶面的法線(xiàn)之角度來(lái)表征。
測(cè)量位于2θ約為34.7°處的子午弧線(xiàn)的孔徑角可直接指示出與纖維軸有關(guān)的結(jié)晶取向程度。
取向指數(shù)可由下式定義:
I.O.=(180-α)/180×100
其中α為由角掃描所得曲線(xiàn)的半高的總寬度;α以度數(shù)表示。
-結(jié)晶度指數(shù)(I-C)
相對(duì)結(jié)晶度指數(shù)是根據(jù)魏克林(Wakelin)的方法(JournalofAppliedPhysics.Vol.30.No.11.Page1654.November1959)測(cè)知。
在將任何樣品的X光衍射圖與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衍射圖(一個(gè)被視為100%無(wú)定形,另一視為100%結(jié)晶)比較以前,粗略實(shí)驗(yàn)值先要經(jīng)各種參數(shù),計(jì)數(shù)速率,X光束穩(wěn)定度,空氣引起的擴(kuò)散作用,偏振及吸收效應(yīng)的修正。
在用所謂“相關(guān)法”研究之前,先將圖形予以標(biāo)準(zhǔn)化。
當(dāng)然,所得結(jié)晶度指數(shù)與所選定的無(wú)定形標(biāo)準(zhǔn)物及結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)物有密切關(guān)系。此二標(biāo)準(zhǔn)物由下列方法制得:
結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)物:用已具有很高結(jié)晶度的甲酸纖維素再生后的纖維經(jīng)酸處理而得(60℃下,于標(biāo)準(zhǔn)鹽酸水溶液中處理24小時(shí))。
無(wú)定形標(biāo)準(zhǔn)物:無(wú)定形的甲酸纖維素。
此二標(biāo)準(zhǔn)物的特征光譜示于圖5。圖5中,相應(yīng)于結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)物的光譜S1以實(shí)線(xiàn)表示,相應(yīng)于無(wú)定形標(biāo)準(zhǔn)物的光譜S2則以虛線(xiàn)表示。在這些光譜圖中,橫座標(biāo)軸為2θ角度以度數(shù)表示),縱座標(biāo)軸為修正過(guò)的強(qiáng)度1(以每秒振動(dòng)次數(shù)(C.P.S.)表示)。
光譜是“旋轉(zhuǎn)樣品”從2θ=10°至2θ=38°的透射度記錄。由于“旋轉(zhuǎn)樣品”可理解為有一連續(xù)平行的纖維層,在暴露于X光的情況下纖維層環(huán)繞軸転并與其垂直。
-微晶的表觀大小
在選取的反射方向掃描后德拜-謝爾(Debye-Scherrer)方程式可計(jì)算微晶表觀大小。沿著與2θ呈函數(shù)關(guān)系的位于約34.7°的子午線(xiàn)反射掃描則可得到衍射強(qiáng)度與2θ角函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)。利用外形圖半高寬度即β0(以弧度表示),由下列方程式可獲得微晶的縱向表觀大小
β相當(dāng)于用六甲撐四胺粉末衍射所測(cè)得的“儀器寬度”。
角θ為外形圖最大角2θ之一半。λ為所用X光放射線(xiàn)的波長(zhǎng)。
相同步驟(即在位于赤道線(xiàn)約11°2θ的反射面進(jìn)行赤道掃描)可得到微晶的橫向表觀大?。═t)。微晶表觀大小的增加必被視為實(shí)際大小增加和/或內(nèi)部排列改善的結(jié)果。
-長(zhǎng)周期
有機(jī)纖維的X光中央散射實(shí)驗(yàn)照片顯示出,它有環(huán)繞入射線(xiàn)(沿赤道延伸)的散射和位于子午線(xiàn)上(在中央散射兩側(cè))兩個(gè)很小角度的散射點(diǎn)。此種小角度衍射現(xiàn)象是由于所研究物質(zhì)中電子密度的周期性所致。我們可用L.P.=λ/sinε方程來(lái)表征此周期性,其中λ為X光輻射波長(zhǎng),ε(沿子午線(xiàn)之2θ角)相當(dāng)于此衍射的最大強(qiáng)度。
記錄下沿著子午線(xiàn)小角度下的衍射強(qiáng)度與ε的函數(shù)關(guān)系可得到一曲線(xiàn),曲線(xiàn)的半高寬度△ψ代表周期性的規(guī)律性,曲線(xiàn)以下的面積(積分強(qiáng)度)則代表周期現(xiàn)象的幅度,此種可能的長(zhǎng)周期現(xiàn)象以參數(shù)L.P.,△ψ.I.I.表征。
3.3形態(tài)學(xué)
紡絲制品的形態(tài)性質(zhì)是以光學(xué)顯微鏡及掃描電子顯微鏡測(cè)知。
C.實(shí)例
以下實(shí)例敘述由前面A.1段所述方法制得酯化纖維素纖維(可參考以上表1及3)。所有這些實(shí)例中,RⅠ,RⅡ,RⅢ,Rwr具有相同的含義,并以前述同樣方法計(jì)算。紡絲也用上述A.2段方法完成。
實(shí)例Ⅱ.1
混合物由下列基本物質(zhì)形成:
-物質(zhì)(Ⅰ):含有99.3(重量)%全纖維素(45.7重量%α-纖維素及53.6(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
-物質(zhì)(Ⅱ):甲酸(表3,產(chǎn)物22)。
-物質(zhì)(Ⅲ):正磷酸(表3,產(chǎn)物23)。
制備混合物時(shí),按照下列比例:
RⅠ=19.8%;RⅡ=18.1%;RⅢ=61.05%;
Rwr=Rw=1.05%。
20分鐘后,可得具有下列組份的溶液:
纖維素衍生物(甲酸纖維素):23.65(重量)%;有機(jī)酸(甲酸);11.8(重量)%;無(wú)機(jī)酸(正磷酸):61.05(重量)%;水:3.5(重量)%。此溶液為各向異性。
將溶液由溶解反應(yīng)器直接置入紡絲泵中。
經(jīng)過(guò)泵的溶液通過(guò)具有100個(gè)噴絲孔(每孔的直徑為0.05cm)的噴嘴予以擠出。此噴嘴位于-17℃之凝固浴(含丙酮)上2cm處傳動(dòng)裝置上。此纖維具有90米/分的速度,它相當(dāng)于4.5S.S.F。將所得的紗筒以水清洗,而后于空氣中干燥。以此法可得含有100根單絲的紡絲紗,纖維則由此紡絲紗構(gòu)成。
實(shí)例Ⅱ-2
混合物是由下列基本物質(zhì)制得:
-物質(zhì)(Ⅰ):含有99.3(重量)%全纖維素(52.2(重量)%α-纖維素及47.1(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
-物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ):與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此混合物時(shí),按照下列關(guān)系:
RⅠ=19.8%;RⅡ=18.1%;RⅢ=61.05%;
Rwr=Rw=1.05%。
20分鐘后,可得具有下列組份的各向異性溶液:甲酸纖維素24.05(重量)%;甲酸:11.1(重量)%;正磷酸:61.05(重量)%;水:3.8(重量)%。
使用此溶液按以上實(shí)例Ⅱ-1過(guò)程紡成纖維。
實(shí)例Ⅱ-3
混合物是將368.6g部分干燥的物質(zhì)C1(表1),442.6g甲酸(表3,產(chǎn)物22)及1500g正磷酸(表3,產(chǎn)物23)置入反應(yīng)器中而制得。
制備此混合物時(shí)按照下列關(guān)系:
RⅠ=15.85%;RⅡ=19.0%;RⅢ=64.05%;
Rwr=Rw=1.1%。
20分鐘后,可得具有下列組份(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素:19.6%;甲酸:12.85%;正磷酸:64.05%;水:3.5%。
使用此溶液并依上述實(shí)例Ⅱ-1過(guò)程制成纖維。
實(shí)例Ⅱ-4
此溶液的制法與實(shí)例Ⅱ-2類(lèi)同,但制此混合物時(shí),有下列關(guān)系:
RⅠ=23.75%;RⅡ=17.2%;RⅢ=58.0%;
Rwr=Rw=1.05%。
20分鐘后,即得具有下列組份(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素(28.5%);甲酸:9.4%;正磷酸:58.0%;水:4.1%。使用此溶液并根據(jù)以上實(shí)例Ⅱ-1過(guò)程制成纖維。但紡絲過(guò)程中有如下差異:在傳動(dòng)裝置上的卷繞速度為81米/分;S.S.F=5.4。
實(shí)例Ⅱ-5
混合物由以下基本物質(zhì)制得:
物質(zhì)(Ⅰ):含有99.4(重量)%全纖維素(91.3(重量)%α-纖維素及8.1(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ):與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此混合物時(shí),有下列關(guān)系:
RⅠ=15.85%;RⅡ=19.0%;RⅢ=64.05%;
Rwr=Rw=1.1%。
90分鐘后,即得具有下列組份(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素19.35%;甲酸:13.25%;正磷酸:64.05%;水:3.35%。使用此溶液并根據(jù)以上實(shí)例Ⅱ-1之法紡絲過(guò)程制成纖維。但有下列差異:傳動(dòng)裝置速度:90米/分;S.S.F=3.6。
實(shí)例Ⅱ-6
混合物由下列基本物質(zhì)制得:
物質(zhì)(Ⅰ):含有99.1(重量)%全纖維素(89.4(重量)%α-纖維素及9.7(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ):與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此混合物時(shí),有下列關(guān)系:
RⅠ=19.75%;RⅡ=18.1%;RⅢ=61.05%;
Rwr=Rw=1.1%。
90分鐘后,即得具有下列組份(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素24.95%;甲酸:9.6%;正磷酸:61.05%;水:4.4%。纖維則使用此溶液并根據(jù)實(shí)例Ⅱ-1之法制得。
實(shí)例Ⅱ-7
溶液用與實(shí)例Ⅱ-2相同條件下制得,但,所使用的物質(zhì)(Ⅱ)為甲酸和乙酸(表3,產(chǎn)物22及3)的混合物,甲酸重與乙酸重之比為9,比率RⅡ與測(cè)試Ⅱ-2值相同。30分鐘后即得具有下列組分(重量%)的各向異性溶液:乙酸甲酸纖維素:23.45%;甲酸和乙酸的混合物:12.1%;正磷酸:61.05%;水:3.4%?!耙宜峒姿崂w維素”包括具有甲酸酯基及乙酸酯基的混合纖維素酯。使用此溶液并根據(jù)實(shí)例Ⅱ-1之法制得纖維。
實(shí)例Ⅱ-8
混合物由下列基本物質(zhì)形成:
物質(zhì)(Ⅰ):含有97.4(重量)%全纖維素(95.1(重量)%α-纖維素及2.3(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ):與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此混合物時(shí),有下列之關(guān)系:
RⅠ=15.55%;RⅡ=19.0%;RⅢ=64.05%;Rwr=Rw=1.4%。
通過(guò)雙螺旋混合器后30分鐘,即得具有下列組成的(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素:18.85%;甲酸:13.6%;正磷酸:64.05%;水:3.5%。纖維則使用此溶液并根據(jù)實(shí)例Ⅱ-1之法制得,溶液預(yù)先于真空下脫氣30分鐘。
實(shí)例Ⅱ-9
混合物由下列基本物質(zhì)制得:
物質(zhì)(Ⅰ):含有98.7(重量)%全纖維素(89(重量)%α-纖維素及9.7(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。
物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ):與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此混合物時(shí),有下列之關(guān)系:
RⅠ=19.7%;RⅡ=18.1%;RⅢ=61.05%;Rwr=Rw=1.15%。
90分鐘后,即得具有下列組成的(重量%)的各向異性溶液:甲酸纖維素:23.75%;甲酸:11.4%;正磷酸:61.05%;水:3.8%。纖維則是由此溶液并根據(jù)實(shí)例Ⅱ-1之法制得。
以上實(shí)例Ⅱ-1至Ⅱ-9中,物質(zhì)(Ⅰ)纖維素的聚合度DP均大于150,小于1500,并且,制備組合物時(shí)DP偏差總小于20%。
紡絲制品的機(jī)械性質(zhì)及化學(xué)特性列于以下表16中。所有測(cè)試中都進(jìn)行T,Ar,Mi,DP及DS性能測(cè)定,而在大多數(shù)測(cè)試中測(cè)定Ms。
表中所用簡(jiǎn)稱(chēng)如下:F=紡絲紗;Ft=單絲;Ti=纖度;T=強(qiáng)度;Ar=斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率;Mi=初始模量;Ms=音波模量;Ds=纖維素的總?cè)〈潭?Dp=纖維素衍生物中纖維素的聚合度。
測(cè)試Ⅱ-1至Ⅱ-9的注解:
所有測(cè)試均與本發(fā)明一致。由這些實(shí)例中所得的構(gòu)成紡絲紗的單絲經(jīng)由偏振光顯微鏡觀察結(jié)果表明每一單絲均具有復(fù)雜的形態(tài)(由邊緣向中央變化)。其中單絲1圖示于圖6及7中。
圖6為沿著含有此種單纖絲軸XX′(假定為直線(xiàn)型)某平面并通過(guò)此纖維1的剖面圖。圖7為沿著垂直于上述軸XX′某平面(于圖7中以字母O表示)并通過(guò)此纖維1的橫斷面圖。此單絲具有稱(chēng)為“皮層”的外部區(qū)域2及稱(chēng)為“心”的內(nèi)部區(qū)域3。于偏振顯微鏡下,皮層2顯示與人造絲相似的均勻結(jié)構(gòu)形態(tài)。另方面類(lèi)似手掌心的心3是由一系列層4組成的。這些層實(shí)際上是與垂直于軸XX′的平面同心(如圖7所示)。因此,單絲1至少有一部分是由層與層之間相互包埋而形成的。這些層環(huán)繞單絲之軸。厚度小于一微米的層4在平行于軸XX′方向的圖6平面中呈波浪形。每一層中的光學(xué)軸(光學(xué)方向)及結(jié)晶方向在軸XX′的方向呈假周期性地變化。為簡(jiǎn)化起見(jiàn),這些方向未示于圖中。
所得纖維的T及Mi值可滿(mǎn)足按本發(fā)明的纖維素衍生物定義中所給的方程式。
其關(guān)系如下:DS≥2%;150<DP<1500;T>20;Mi>1000,T及Mi以CN/tex表示。
因此,這些纖維具有高機(jī)械性能,定型后立即有此性能,紡絲后無(wú)需另行牽伸。
只要纖維素中的甲酸酯基取代程度DS至少為2%(此DS值是由纖維素衍生物中纖維素予以部分再生而得),則這些結(jié)論繼續(xù)存在。
下列事實(shí)表現(xiàn)于實(shí)例Ⅱ-1至Ⅱ-9中:
-雙重折射△n大于0.03,故為高。
-經(jīng)X光纖維分析后,顯示并無(wú)長(zhǎng)周期現(xiàn)象。
-本發(fā)明纖維中,纖維素的甲酸酯基取代程度DS至少為30.0%較好,最多不過(guò)等于70.0%,而纖維素的其它酯基取代程度則為0或小于10.0%。
本發(fā)明纖維素中,纖維素衍生物或諸衍生物中的纖維素聚合度DP至少為200,最多不過(guò)1200。
用已知方法(例如狹縫噴嘴的紡絲法或澆鑄法)用本發(fā)明的組合物可制造纖維素衍生物薄膜。
當(dāng)纖維素甲酸酯基的取代程度DS小于2%時(shí),則將這些纖維稱(chēng)為“再生性纖維素纖維”后面第Ⅲ大題提供這些再生性纖維素的實(shí)例。
Ⅲ.再生性纖維制品
A.制備裝置及方法
溶液的制備及這些溶液的紡絲是按上述第二大題進(jìn)行的,但當(dāng)期望制得薄膜時(shí),則使用有一條狹縫的噴嘴。由紡絲制品的部分皂化使纖維素再生可間歇性地將纖維筒或甲酸酯纖維素薄膜浸漬于再生浴中進(jìn)行,也可連續(xù)地將這些纖維或薄膜通到再生浴中而完成。此浴最好用氫氧化鈉(NaOH)水溶液,此溶液中的氫氧化物濃度為4-5%(重量)。間歇操作中,再生時(shí)間為筒厚度的函數(shù),可為數(shù)小時(shí)至數(shù)天。連續(xù)操作中,再生時(shí)間相當(dāng)短,為一分鐘或在一分鐘以下。二種情況下再生溶液溫度均為室溫。
B.制品性能的測(cè)定
所用方法與前述Ⅱ-B段相同,僅有下列差異:
-微晶的橫向表觀大小Tt的測(cè)定是使用2θ為12.3°處的弧線(xiàn)進(jìn)行的。
-薄膜的機(jī)械性能是使用測(cè)定短纖維所用相同的強(qiáng)力測(cè)試機(jī)(根據(jù)1968年4月德意志聯(lián)邦共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53455)測(cè)得。
-紡絲制品的取代程度DS由下列方法測(cè)得:如Ⅱ-B段所述的室溫及環(huán)境溫度下調(diào)制紡絲制品,并在此條件下完成DS測(cè)定。紡絲制品的水量以卡爾弗胥(KarlFisher)技術(shù)測(cè)得。而后,稱(chēng)出2g紡絲制品,以50ml蒸餾水清洗之,此紡絲制品物質(zhì)在攪拌下連續(xù)清洗15分鐘。取出此物質(zhì),再用10ml蒸餾水漂洗并離心之。繼而將10ml蒸餾水和10ml氫氧化鈉水溶液(0.1NNaOH)及10ml水加入此紡絲制品物質(zhì)中。此物質(zhì)于此介質(zhì)下,于氮?dú)饬骷笆覝叵聰嚢?5分鐘。然后取出此物,離心,以20ml水清洗再以160ml乙醇沖洗,得到約80∶20的乙醇/水溶液,因而此溶液不再含有紡絲制品物質(zhì)。而后借助于乙醇/水介質(zhì)中適用的電極用十分之一當(dāng)量鹽酸(0.1NHCl)乙醇液對(duì)此溶液進(jìn)行電勢(shì)測(cè)量。由甲酸鈉電勢(shì)的特有增加可測(cè)得所形成的甲酸酯量,因而得到根據(jù)第Ⅰ及Ⅱ大題所定義的DS值。
C.實(shí)例
實(shí)例Ⅲ-1
甲酸酯纖維素的纖維形成與實(shí)例Ⅱ-1相同。將所得纖維纏繞于多孔紗筒上,再將它們于含有4%(重量)氫氧化鈉的水溶液中浸漬24小時(shí)以完成甲酸酯的皂化及纖維素的再生,而后將此紗筒于水中清洗,并在筒上將纖維干燥。
實(shí)例Ⅲ-2
甲酸酯纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-2制得,而此纖維的纖維素則以實(shí)例Ⅲ-1所述之法予以再生,但此纖維是從紗筒上將其解開(kāi),讓它在熱空氣風(fēng)道中不斷地循環(huán)使之干燥的。調(diào)制后,纖維中的水量為10.3%,此水量是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D2654-76(1976)測(cè)得。
實(shí)例Ⅲ-3
甲酸酯纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-3制得,且此纖維的纖維素以實(shí)例Ⅲ-2之法予以再生。
實(shí)例Ⅲ-4
甲酸酯纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-4制得,且此纖維的纖維素是以實(shí)
例Ⅲ-2所述之法再生。
實(shí)例Ⅲ-5
甲酸酯纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-5制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘90米,S.S.F相當(dāng)于4.5。此纖維的纖維素以實(shí)例Ⅲ-2所述之法再生。
實(shí)例Ⅲ-6
甲酸酯纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-6制得,且此纖維的纖維素以實(shí)例Ⅲ-2所述之法再生。
實(shí)例Ⅲ-7
遵循實(shí)例Ⅲ-6的步驟,但傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘80米,S.S.F相當(dāng)于8。
實(shí)例Ⅲ-8
混合物以實(shí)例Ⅱ-1相同方法形成,但其物質(zhì)(Ⅰ)為含有97.5(重量)%全纖維素(95.2(重量)%α-纖維素及2.3(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì);物質(zhì)(Ⅱ)與物質(zhì)(Ⅲ)則與實(shí)例Ⅱ-1相同。
制備此物質(zhì)時(shí),有下列關(guān)系:
RⅠ=15.5%;RⅡ=19%;RⅢ=64.05%;Rwr=Rw=1.4%。
30分鐘后,即得具有下列組成(重量)%的各向異性溶液:甲酸酯纖維素:18.95%;甲酸:13.4%;正磷酸:64.05%;水:3.6%。
纖維按實(shí)例Ⅱ-1制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘90米,S.S.F為6.6。
此纖維的纖維素則依實(shí)例Ⅲ-2所述方法予再生。
實(shí)例Ⅲ-9
甲酸酯纖維素纖維按根據(jù)實(shí)例Ⅱ-9制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘90米,S.S.F為9。此纖維的纖維素則以實(shí)例Ⅲ-2所述之法再生。
實(shí)例Ⅲ-10
混合物以類(lèi)同于實(shí)例Ⅱ-1之法制得,但其物質(zhì)(Ⅰ)為含有97.4(重量)%全纖維素(95.1(重量)%α-纖維素及2.3(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)則與實(shí)例Ⅱ-1相同。制備此混合物時(shí),其應(yīng)有下列關(guān)系:
RⅠ=6.2%;rⅡ=21.2%;RⅢ=71.35%;Rwr=Rw=1.25%
因此此實(shí)例不與本發(fā)明相一致。90分鐘后,即得具有下列組成(重量%)的各向同性溶液:甲酸酯纖維素:7.45%;甲酸:19.15%;正磷酸:71.35%;水:2.05%,纖維按實(shí)例Ⅱ-1制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘93米,S.S.F為1.5,此纖維的纖維素以實(shí)例Ⅲ-2之法予以再生。
實(shí)例Ⅲ-11
此實(shí)例說(shuō)明按本發(fā)明制造薄膜的可能性。溶液按實(shí)例Ⅱ-4制得。使用裝備有長(zhǎng)方形狹縫(10mm×0.15mm)的噴嘴使此溶液紡絲。傳動(dòng)裝置為每分鐘20米,S.S.F為8。此薄膜纖維素以實(shí)例Ⅲ-1所述之法再生。
實(shí)例Ⅲ-12
乙酸甲酸纖維素纖維是按實(shí)例Ⅱ-7制得。將此纖維在5(重量)%氫氧化鈉溶液中連續(xù)再生20秒以完成甲酸酯而非乙酸酯的皂化作用再依據(jù)實(shí)例Ⅲ-2將所得的紗筒清洗并干燥。
實(shí)例Ⅲ-13
混合物以類(lèi)似于實(shí)例Ⅱ-1的方法制得,但物質(zhì)(Ⅰ)為含有97.3(重量)%全纖維素(95.0(重量)%α-纖維素及2.3(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)則與實(shí)例Ⅱ-1相同。制備此混合物時(shí),應(yīng)具有下列關(guān)系:
RⅠ=17.85%;RⅡ=18.5%;RⅢ=62.2%;Rwr=Rw=1.45%。
30分鐘后,得到具有下列組成(重量%)的各向異性溶液:甲酸酯纖維素:21.4%;甲酸12.7%;正磷酸:62.2%;水:37.0%。纖維按實(shí)例Ⅱ-1制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘80米,S.S.F為14,此纖維的纖維素則以實(shí)例Ⅲ-2之法再生。
實(shí)例Ⅲ-14
混合物以類(lèi)似于實(shí)例Ⅱ-1之法制得,但其物質(zhì)(Ⅰ)為含有99.0(重量)%全纖維素(97.5(重量)%α-纖維素及1.5(重量)%半纖維素)的纖維素物質(zhì)。物質(zhì)(Ⅱ)及(Ⅲ)則與實(shí)例Ⅱ-1相同。制備此物質(zhì)時(shí),應(yīng)具有下列關(guān)系:
RⅠ=19.8%;RⅡ=17.8%;RⅢ=61.4%;Rwr=Rw=1.0%。
30分鐘后,得到具有下列組成(重量%)的各向異性溶液:甲酸酯纖維素:23.7%;甲酸:11.4%;正磷酸:61.4%;水:3.5%。
纖維按實(shí)例Ⅱ-1制得,但其傳動(dòng)裝置的速度為每分鐘45米,S.S.F為5.6。此纖維的纖維素則以實(shí)例Ⅲ-2所述之法予以再生。
除測(cè)試Ⅲ-10外,所有測(cè)試均與本發(fā)明一致。由實(shí)例Ⅲ-1至Ⅲ-14所得的纖維及薄膜的機(jī)械性能及化學(xué)特性列于以下表18中,此表的簡(jiǎn)稱(chēng)與上示表16相同,另外Fm代表薄膜。表18中,特性T,Ar,Mi,DP,DS在所有測(cè)試中均測(cè)定,特性MS則在大多數(shù)測(cè)試中測(cè)定。
*Ac=與乙酸酯基的DS有關(guān);
F=與甲酸酯基的DS有關(guān)。
實(shí)例Ⅲ-1至Ⅲ-9及Ⅲ-12至Ⅲ-14所得的再生性纖維素纖維與本發(fā)明一致,而實(shí)例Ⅲ-10所得的再生性纖維素纖維則與本發(fā)明不一致。所有這些纖維的甲酸酯基取代程度小于2%。
本發(fā)明實(shí)例Ⅲ-1至Ⅲ-9及Ⅲ-12至Ⅲ-14中,所有物質(zhì)(Ⅰ)和纖維的纖維素聚合度DP均大于150小于1500,且所有情形中制備組合物時(shí)的DP偏差小于20%。
圖8表示纖維強(qiáng)度T與這些纖維的纖維素聚合度DP間的函數(shù)關(guān)系。圖9表示纖維初始模量Mi與這些纖維的纖維素聚合度DP間的函數(shù)關(guān)系。圖8,9中,橫座標(biāo)軸向相當(dāng)于DPs,縱座標(biāo)軸相當(dāng)于以CN/tex表示的T(圖8),或相當(dāng)于以CN/tex表示的Mi(圖9),DP,T及Mi值列于以上表18中。在圖8,9中,根據(jù)本發(fā)明所得的纖維以十字表示為簡(jiǎn)化,圖上沒(méi)有標(biāo)出每一纖維編號(hào)。與本發(fā)明不一致的纖維(實(shí)例Ⅲ-10)則以標(biāo)有Ⅲ-10的黑色三角形表示。圖8中,還用點(diǎn)表示出兩種已知的人造纖維,在圖上這兩種已知纖維以F1及F2標(biāo)示。這些已知纖維的性質(zhì)列于以下表20中。
表20
性質(zhì)F1纖維F2纖維
DP560630
T4248
Mi8001000
對(duì)于這些已知纖維按短纖紗測(cè)定T及Mi性質(zhì)(以CN/tex表示)。
圖8,9表明與本發(fā)明一致的再生性纖維素纖維具有以下關(guān)系:如果DP<200,則T>20且Mi>1800;
如果200≤DP<300,則T>30且Mi>2000;
如果300≤DP<400,則T>40且Mi>2400;
如果400≤DP<1500,則T>60且Mi>2600。
T及Mi以CN/tex表示。
由圖8及9進(jìn)一步可知,所有按本發(fā)明的再生性纖維素纖維(實(shí)例Ⅲ-12除外)都具有下列關(guān)系:
如果150<DP<250,則T≥1/3DP-26和Mi≥2300;
如果250≤DP<1500,則T≥-18675/DP+132和Mi≥-502250/DP+4309;
T及Mi以CN/tex表示。
圖8表示具有方程式T=1/3DP-26的直線(xiàn)部份D8,及具有方程式T=-18675/DP+132的雙曲線(xiàn)部分H8,由這些部分所得的DP值為250。
圖9表示具有方程式Mi=2300的直線(xiàn)部分D9,及具有方程式Mi=-502250/DP+4309的雙曲線(xiàn)部分H9,由這些部分所得的DP值為250。
在圖8,9中,與本發(fā)明不一致的纖維則不具有上述所有關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的再生性纖維素纖維與本發(fā)明不一致的實(shí)例Ⅲ-10所得纖維間的實(shí)質(zhì)差異如下:
-按本發(fā)明的纖維是由各向異性溶液得到的,其纖維素衍生物的濃度大于臨界濃度;
-實(shí)例Ⅲ-10的纖維是由各向同性溶液所得,其纖維素衍生物的濃度低于臨界濃度。
所謂“臨界濃度”已于前述及。
另一方面,研究表18表明,根據(jù)本發(fā)明的再生性纖維素纖維具有大于3000CN/tex的高音波模量。必需注意按本發(fā)明的再生性纖維素制品的高度機(jī)械性質(zhì)是于定形后立即達(dá)到的,無(wú)需另經(jīng)牽伸。
研究表19后也表明本發(fā)明再生性纖維素纖維有如下特性:
-取向指數(shù)I.O.大于95.5%,很高。
-其有意外的關(guān)系T1≥L.P.的長(zhǎng)周期現(xiàn)象存在。
與本發(fā)明不一致的纖維不具有這些特性。
以光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡研究本發(fā)明再生性纖維素纖維后表明,這些纖維的形態(tài)與前述第Ⅱ大題中,甲酸酯基的取代程度DS大于或等于2%的纖維素衍生物纖維形態(tài)相同。
前面已論述的制造再生性纖維素纖維的本發(fā)明,具有以下綜合優(yōu)點(diǎn):
-無(wú)需由纖維素衍生物開(kāi)始,而是直接既快速又廉價(jià)地將纖維素溶解而制得可紡絲的溶液;
-使用廉價(jià)且無(wú)毒性的產(chǎn)物作為纖維素溶解的試劑。
-溶解期間纖維素很少發(fā)生降解作用;
-紡絲制品容易再生;
-所得的再生性纖維素纖維具有高強(qiáng)度及高模量?jī)煞N綜合特性。
本發(fā)明的再生性纖維素纖維中,最好纖維素中非甲酸酯的酯基取代程度DS為0或小于1.5%。
本發(fā)明的再生性纖維素纖維中,最好,纖維素的DP至少為200,而至多為1200。
當(dāng)然,本發(fā)明并不限定于以上所述的諸實(shí)例。尤其本發(fā)明的組合物也可包含一些未曾述及到的物質(zhì),例如色素,填料及在組合物的制造期間能被酯化的非纖維素聚合物等。在此情形下,以本發(fā)明溶解法最好可由前述的基本物質(zhì)制得混合物,按本發(fā)明的組合物基本上具有前述組分。本發(fā)明也包括由纖維素衍生物混合物所組成的組合物和制品。