由回收材料制造弹性纤维的方法和设备 本发明涉及使用弹性回收材料，通过干法或湿法纺丝方法，自纺丝溶液制造弹性纤维的方法和设备，这些回收材料任选地可以以任何比例混合新鲜的弹性材料的溶液进行补充。
目前，弹性纤维主要是通过两种根本不同的方法制造的，即干法纺丝和湿法纺丝的方法。在干法纺丝的方法中，要将聚氨酯溶液的纺丝溶剂，一般是二甲基乙酰胺，从在纺丝室中纺好的纤维里除去，这个操作是用在纺丝室内的热气体和加热纺丝室进行的。在制造弹性纤维的湿法纺丝的方法中，一般要将待纺的弹性材料溶液脱气，然后进行预过滤并转移到纺丝罐中。然后过滤该聚合物溶液，并在任选地再添加添加剂以后，借助于计量泵将该纺丝溶液送到纺丝板处。在比如F.Fourné在1994年6月的44/96年度《化学纤维/纺织工业》(Chemiefasern/Textilindustrie)的p.365或US-A-3,526,689中叙述了这个方法。
弹性材料溶液指的是聚氨酯或聚氨酯脲在适当的溶剂如二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的溶液，它们一般由刚性链段和柔性链段组成。在聚氨酯(聚氨酯脲)中，一般根据应用目的，加入聚酯二元醇或聚醚二元醇作为柔性链段。
一般采用由各种溶液法制备地新鲜纺丝溶液制造弹性纤维。在比如文献US-A-3,428,711中叙述了常用的溶液法。与此相比，在德国专利公开说明书DE43 27 805和DE 42 22 772 A1公开了更好的溶液法。尽管在DE 43 27 805的情况下，从液体反应物料的流开始，将其在一个微波腔式共振器中加热，制备弹性材料溶液，而DE 42 22772叙述了一种用特殊的多级喷嘴反应器制备具有稳定粘度和低凝胶含量的弹性材料纺丝溶液的方法。在1994年6月的《化学纤维/纺织工业》44/96年度p.393的图3中转述了这些复杂制备方法的方案图。
迄今已知使用纯回收材料的，即比如已经纺过丝的纤维弹性材料的弹性材料溶液法仅用在很特殊的聚合物配方中。
按照加拿大专利CA 771086，可以将由间二甲苯二胺、聚乙二醇和二异氰酸酯制造的斯潘德克斯(Spandex)纱用溶剂溶解、过滤和用通过纺丝板的干法纺丝再加工制成弹性纤维。为了能够溶解，这种纱必须具有线形的聚合物结构。然而一般说来，通常的弹性纱具有呈缩二脲和脲基甲酸酯键形式的网络状的交联结构，结果就不容易形成溶液。
在另一个已知的方法中，按照日本专利公开说明书JP-56122836，将固体的弹性块与氯乙醛和强酸如硫酸一起溶解于异丙醇中，形成的溶液进一步被用来制造合成皮革。没有叙述关于弹性纤维的用途。文献DD 143916叙述了通过在链增长反应中添加回收的聚氨酯溶液制备聚氨酯-/聚脲溶液。然而，那种溶液仅适合于合成皮革的生产，不能用于生产弹性纤维。除了这些使用所谓回收材料的方法以外，也知道重新使用原料的方法，即所谓的化学回收的方法(参见E.Weigand：Plastverarbeiter 1995 46(2)p.88～92)。在化学回收中，比如通过在压力下采用过热蒸汽进行水解使聚氨酯材料返还为二胺和聚醚多元醇。通过加氢、热解或高温气化提供了其他可能的转换聚氨酯的方法。
已经发现，至今没有关于正常的弹性废料比如从纱的制造而来的废料的回收方法，其原因在于如下的事实，即，在所有的溶液法中，必须应用高的溶液温度，通常高于100℃的温度，以将弹性废料制成溶液。然而，在这样的温度下，溶液的粘度增加如此之大，致使无法进行进一步的加工。
因为在任何弹性纤维的生产过程中，在生产过程发生故障时，在纺成其他类型和纤度的时候，或者作为发生故障的批次的结果，都以残丝的形式产生废料，而且由于聚合物原料的价格很高，通常达到5.00DM/kg聚合物以上，因此重新使用弹性废料有很大的经济意义。清除这些废丝(无论是倒掉还是烧掉)也是很费钱的，所以提供一种方法，使得能够对弹性废料再次加工，从生态环境的角度看也是很合适的。
此目标通过使用弹性回收材料、采用干法或湿法的纺丝方法、自纺丝溶液制造弹性纤维的方法和设备而达到，该方法任选可通过以任何重量比例将新鲜的弹性材料纺丝溶液混合到溶液中，和将脂肪族仲胺，优选二乙胺加到溶液中来实施。
本发明提供一种方法，使用弹性回收材料的纺丝溶液，任选地添加新鲜的弹性材料溶液，通过干法纺丝或湿法纺丝的方法来制造弹性纤维，该方法的特征在于：
a)将从弹性材料得到的废料，特别是从弹性纤维得到的废丝切断，特别是切成长度至少0.1mm，优选切断长度为至少1mm，特别优选切断长度为2～10mm，最优选切断长度为3～5mm；
b)在纺丝溶剂中加入切割后的弹性材料和基于固体弹性材料含量的0.1～2wt％的脂肪族仲胺；
c)将切割的弹性材料、纺丝溶剂和脂肪族仲胺的混合物在60～150℃下加热，同时进行均匀化；
d)将得到的均匀弹性材料纺丝溶液进行预过滤；
e)任选地添加新鲜的弹性材料溶液，在70～140℃下将弹性材料纺丝溶液以任何的混合比与优选具有同样固体浓度的新鲜弹性材料溶液混合并继续加热；
f)将得到的纺丝溶液冷却到不高于70℃，优选50～70℃的温度，再过滤一次；
g)最终的纺丝溶液任选地再混合，比如通过搅拌，脱气，然后通过干法纺丝或湿法纺丝的方法纺成弹性纤维。
该弹性废料优选由基于聚醚的弹性材料，和基于聚酯的弹性材料，或者包括任何混合比的混合的含聚醚和聚酯的弹性材料废料组成。
使用的脂肪族仲胺特别是二乙胺(DEA)，基于固体弹性材料计，其用量优选为0.3～1wt％，特别优选0.5～0.8wt％。
在步骤g)最终纺丝溶液的浓度为22～45wt％，优选30～40wt％。
优选使用二甲基乙酰胺作为纺丝溶剂。
在混合纺丝溶液的情况下，在步骤e)中弹性材料纺丝溶液与新鲜弹性材料溶液的混合进行5～60min。
步骤b)和步骤c)一起的总混合时间最好至少10min，优选60～150min，特别优选90～120min。
步骤c)的溶液温度最好是80～120℃。
在使用废弹性材料溶液和新鲜弹性材料溶液的混合物的情况下，不是在步骤b)，而是在步骤e)在新鲜弹性材料溶液中加入仲胺，尤其是二乙胺是特别有利的，而且该仲胺是以仲胺和新鲜弹性材料溶液的原料配料(Stammansatzes)的形式加入。
优选将回收纺丝溶液和新鲜溶液用静态混合器混合在一起，优选在70～140℃，特别优选在100～120℃下进行，混合时间为5～30min，然后将纺丝溶液冷却到50～70℃。
回收纺丝溶液的固体含量正比于包括回收纺丝溶液和新鲜弹性材料溶液的总纺丝溶液的固体含量，前者优选为至少10wt％，特别优选为至少20wt％。
用湿法纺丝的方法，特别是用纺丝孔直径0.10～0.3mm，优选0.1～0.2mm的纺丝板，能够更有效地将该纺丝溶液纺丝。
步骤a)中的弹性材料，优选通过计量/称重装置，优选以1～10kg/min的节律，特别优选3～5kg/min，优选分批加入到在预先制备好的纺丝溶液中的、由搅拌分散器建立的涡流中。
本发明还提供由按照本发明的方法得到的弹性纤维，特别是其纤度为10,000dtex，纤维强度为0.5～0.95cN/dtex，优选为0.7～0.9cN/dtex，撕断伸长率为500～750％，优选550～700％。
本发明进一步提供实施本发明方法的设备，该设备由至少一个带固体物料入口、搅拌器和分散装置的可加热混合罐，至少一个装有静态混合元件的混合区(其连接着混合罐下游)，至少一个具有混合元件的冷却区，和至少一个随后过滤制备好的弹性材料纺丝溶液的过滤装置。
该分散装置特别由至少一个，特别是两个搅拌分散器组成。
搅拌分散器优选装有螺杆型镶拼式(Schneckensegment)器件。
螺杆型镶拼式器件特别选自吸入式切刀、网纹环(Stegringe)、捏合螺旋和多流器件。
混合罐中的搅拌器优选是锚式搅拌器，混合罐装有用于混合器内部配件的另外的清洁设施。
意外地发现，在切割车间用适当的工具将从纺丝室的弹性筒管材料和毛型切成切断长度特别为大约3～5mm的短纤维不会有什么困难。这些短纤维的密度大约为0.2g/cm3，可以完美地在螺旋和螺杆上例如从料斗输送到用来制备纺丝溶液的混合罐，不会引起粘结或阻塞。
特殊的混合装置特别有助于从废纤维材料制备适当的纺丝溶液。在一个带有各种搅拌器附件的单轴搅拌罐里进行的试验表明，由于溶解时间和混合时间很长，以及鉴于混合材料的粘度高而需要很高的比驱动功率，所以不能够得到满意的结果。也很明显的是，在已经装有纺丝溶剂(DMAC)的搅拌罐中，随着越来越多地加入废弹性短纤维，只要在纺丝溶液中加入上述量即占固体弹性材料0.5wt％的脂肪族仲胺如二乙胺(DEA)就能控制和降低粘度。如果不加入脂肪族仲胺，溶解、搅拌和加热会导致纺丝溶液的粘度迅速增加。从技术上讲，这样的纺丝溶液将不再能够控制。这样的纺丝溶液的粘度高到倾向于凝胶化，而且由于需要高压，它们也不再能够输送。然后根据接触时间不同，通过加热比如含二乙胺的纺丝溶液到最高150℃的温度，就能够调节纺丝工艺所要求的粘度。在DE44 46 339中已经叙述了，通过使所述溶液与脂肪族仲胺反应来调节高浓度弹性材料溶液的粘度，以制造用于弹性纤维干法纺丝或湿法纺丝的纺丝溶液。意外地是，现在仲胺还可以用于弹性材料的直接加工。
正如在前面已经叙述过的，单用带有不同搅拌附件的单轴搅拌罐，即使在纺丝溶剂中加入脂肪族仲胺，也不能成功地从废弹性纤维制备适当的纺丝溶液。这样反复就造成对搅拌罐边缘的粘结和在搅拌罐内的堵塞。换句话说，得到的是不能完美地纺成纤维的不均匀的纺丝溶液，即使加入胺也不成。
意外地发现，如果从具有特定性能的混合罐开始制备纺丝溶液，就能够解决这些问题。
已经证明，最特别适用的混合和分散机械是装有用于加热和冷却的双夹套和至少一个，优选两个具有溶解器的混合轴以及具有锚式搅拌器混合轴的装置(参见图1)。混合轴最好装有螺杆型镶拼式器件，如吸入式切刀、网纹环、捏合螺旋和多流器件。为了防止聚合物黏结沉淀在与产品接触的罐内壁上，优选给锚式混合器装上装有弹簧的清洁部件。
借助于这样的混合和分散机械，通过一开始就使用纺丝溶剂(特别是二甲基乙酰胺)和脂肪族仲胺，以及通过加入废短纤维，就能够成功地制备固体含量高达40wt％的弹性材料纺丝溶液，该溶液在随后能够完美地被纺成具有良好纤维性能的弹性纤维。
已经证实，有利的是，通过具有恒定时间节律的计量/称量设施加入废纤维以得到均匀的溶液的方法。
再有，已经发现，特别有益的是，尽可能在离混合轴所造成的液体涡流的附近加入废短纤维，以实现纤维的良好浸润和溶解。
所叙述的溶液法适合于制备能够通过干法纺丝和通过湿法纺丝的方法纺成弹性纤维的纺丝溶液。需要的纺丝粘度在干法纺丝的方法中显然比在湿法纺丝的方法中要高，它能够通过胺含量、溶液温度和在加热器中的停留时间随意加以调节(参见图2和图3)。
除了从纯回收材料制备的纺丝溶液以外，还可以如上所述以任何的混合比制备与新制备的弹性材料纺丝溶液的混合物。
在这里，与所述纺丝溶液的种类无关，无论是比如通过溶解含聚酯或含聚醚的纤维材料得到的纺丝溶液，还是它们以任何组成的混合物均可行(参见表1)。在所有的情况下，可以由这样的纺丝溶液制造出具有良好纤维性能的弹性纤维。
弹性废材料(比如纤维或毛)可含有最多15tw％的制造纤维常用的试剂，特别是矿物油或基于聚烷基硅氧烷(比如聚二甲基硅氧烷PDMS和/或乙氧基化的PDMS)的油或脂肪酸的金属盐(比如硬脂酸镁)或者单独的或以任何混合物形式的水滑石。
使用新鲜溶液和回收材料的混合物的方法特别适合于连续操作。而对于间歇操作，使用纯的回收溶液是合适的。
使用所叙述的设备和溶液法，能够很容易地制备固体含量高达40wt％的弹性材料纺丝溶液(参见实施例11，表I)。
除了制备纺丝溶液外，在本发明回收方法中纺丝溶液的质量也是决定性的。纺丝溶液的良好质量可以得到容易过滤的纺丝溶液，在过滤装置中压力不会迅速地升高，并延长纺丝板的寿命，因而有高的产品收率。
已经发现，使用纺丝孔径0.10～0.3mm，特别是0.1～0.2mm的纺丝板，所建议的溶液法能够特别有利地和湿法纺丝方法结合，实现了长的纺丝板寿命。当纺丝的孔径更细时，比如小于0.1mm时，在纺丝板前的纺丝溶液上就有可能聚集起显著增加的压力，这导致明显地缩短纺丝板的寿命。当纺丝孔径大于0.3mm时，喷丝速度极低(小于5)，可能导致很长的纺丝延迟(大于50)，这使纺丝过程不稳定，在固化时会断丝。
由下面的公式得到喷丝速度(S)：S=4·F(m/min)Z·d2·π·100]]>
F＝出料量(ccm/min)
Z＝纺丝板孔数
d＝纺丝孔径(cm)
下面的实施例结合图1～3用来进一步说明本发明。除非另有说明，所给的所有百分比都是基于重量的。
图1显示用于从废丝制备弹性材料溶液的装置的结构。
图2显示在不同处理温度下实施例1的纺丝溶液粘度随时间而下降的情况。
图3显示由回收材料得到的不同纺丝溶液的粘度随时间降低的情况。实施例实施例1
a)由回收材料制备纺丝溶液
通过入口管线2向600升的混合罐1中(参见图1)加入280kg二甲基乙酰胺(DMAC)和600g二乙胺(DEA)。借助于锚式搅拌器3在室温下搅拌两种液体并混合在一起。然后启动溶解器4(分散装置)，它装有由吸入式切刀、溶解器盘和捏合螺旋组成的螺杆型镶拼式器件5。混合罐1的夹套加热被调节到80℃。然后将从剩余筒管上来的弹性纤维材料切成3～5mm的长度，以4kg/min的速度分批交替经磅秤(未显示)，通过过滤器颈部6用螺旋输送到混合罐1中。该弹性纤维材料由60kg含聚醚(PET)作为柔性链段组分的弹性纤维材料和60kg含聚酯(PES)作为刚性链段组分的弹性纤维材料组成，它们如上所述交替地经磅秤加入。固体浓度是30wt％，基于固体弹性材料，二乙胺(DEA)的含量是0.5wt％。
以如下的方式分批加入切断的弹性纤维材料，即，将材料加入到溶解器4，5所建立的涡流中。溶解器4，5开始时转速为700rpm，在大约30min以后，在加入纤维的操作完成时，再在1500rpm下操作大约85min。这样总搅拌时间大约为115min。
在此过程中，由于产生了混合能，混合物的温度上升到大约110℃。在搅拌时间60min后，在50℃下测量的所得纺丝溶液的粘度是146Pa·s，而在处理结束时的粘度是48Pa·s。然后让纺丝溶液通过节筛13，并与纺丝溶液b)一起通过加热的静态混合器7(参见图1)。
b)从具有适当的湿法纺丝粘度的新鲜溶液制备纺丝溶液并与纺丝溶液a)相混合
把如文献DE-A42 22 772的实施例2所述制备的，在50℃下测量的纺丝粘度为138Pa·s的30wt％弹性材料纺丝溶液放入搅拌罐8中(参见图1)。(本申请书包括DE-A42 22 772的内容，作为公开的内容)。在侧线，从第二搅拌罐9把含二乙胺的原料配料经齿轮泵10加入到纺丝溶液中，然后此纺丝溶液与纺丝溶液a)一起，以1∶1的比例用另一个齿轮泵通过加热的静态混合器7输送并混合。该静态混合器7衬有混合元件，被加热到120℃。在该混合器内的停留时间为大约15min。在该侧线，加入的含DEA的原料配料的量使得在与纺丝溶液a)混合前和合并前，纺丝溶液b)的DEA含量是弹性材料固体的0.5wt％。如上所述，通过在40℃加入4,800g二乙胺(DEA)同时搅拌30min，从20kg的30wt％弹性材料纺丝溶液在搅拌罐9中制备了原料配料。由a)和b)合并的纺丝溶液，在它们通过并在混合器7中经受处理后，在第二个混合器11中被冷却到70℃，通过压滤器12过滤，并再循环到带有混合器(未显示)的纺丝罐中。合并的弹性材料纺丝溶液由50wt％的新鲜溶液(纺丝溶液b))组成，用肉眼看是均匀的，既不含有大量的凝胶颗粒，也没有留下未溶解的纤维材料。在50℃下测量的该溶液的纺丝粘度为18Pa·s。
c)制备弹性纤维
从纺丝罐来的纺丝溶液直接通过4个浸入到含22％DMAC的纺丝水浴中的、有172个孔径为0.2mm的孔的纺丝板上。将如此形成的丝在80m/min下引出、凝聚、洗涤、固化、准备和以125m/min的速度卷绕到络筒机机上。得到的纤维单根纤度是751dtex，纤维强度是0.95cN/dtex，撕断伸长率为633％。
图2显示了，在三个不同处理温度下具有在实施例1中所述组成的纺丝溶液粘度随在混合罐1(参见图1)中的处理时间而降低的情况。正如从这些曲线能够看出的，粘度可以在一个很宽的范围内调节。图3显示了由不同组成的回收材料得到的30wt％纺丝溶液粘度随处理时间而降低的情况。正如从这些曲线能够看出的，对于同样的在混合罐1中的处理时间，在溶解器4，5中的相同混合条件下，以及在约110℃的混合温度下，从含有基于聚醚(PET)的纯弹性纤维材料的回收纺丝溶液得到具有最低粘度的纺丝溶液，而从含有混合比为1∶1的含聚醚(PET)和聚酯(PES)的弹性纤维材料的回收纺丝溶液得到具有最高粘度的纺丝溶液。实施例2
a)从纯的回收材料制备纺丝溶液
通过入口管线2向600升的混合罐1中(参见图1)加入280kgDMAC和600g DEA。借助于搅拌器在室温下将两种液体混合在一起。然后启动溶解器4，它装有螺杆型镶拼式器件5，以700rpm的转速开始。混合罐1的夹套加热被调节到大约80℃。然后将从剩余筒管上来的弹性纤维材料切成3～5mm的长度，以4kg/min的速度经磅秤通过过滤器颈部6用螺旋分批输送到混合罐1中。该弹性纤维材料由120kg切断的含聚醚(PET)作为弹性材料的柔性链段组分的复合纤维组成。固体浓度还是30wt％，基于固体计，二乙胺的含量是0.5wt％。切断的复合纤维也是加入到溶解器4所建立的涡流中。在大约30min以后，在加入纤维的操作完成时，再在1500rpm下操作溶解器470min。这样总搅拌时间大约为100min。在此过程中，由于产生了混合能，产物的温度上升到大约110℃。在搅拌时间63min后，在50℃下测量的纺丝溶液的粘度是72Pa·s，而在处理结束时的粘度是30Pa.s(参见图3)。然后让纺丝溶液通过节筛13，并通过加热的混合器7。静态混合器7衬有混合元件，被加热到80℃。混合器7中的停留时间为大约10min。然后将混合器11中的纺丝溶液冷却到70℃，通过压滤机12过滤并再循环到纺丝罐(未显示)中。由100％回收材料组成的纺丝溶液用肉眼看也是完全均匀的，既不含大凝胶颗粒也没保留未溶解的纤维材料。在50℃下测量的溶液纺丝粘度是20Pa.s。
b)制造弹性纤维
然后如在实施例1中所述，将纺丝溶液从纺丝罐进而直接送到4个浸入到含25％的DMAC的纺丝水浴中的、有172个孔的、孔径不是0.2mm而是0.25mm的纺丝板上，然后按与实施例1中所述的方式进行纺丝和后处理。得到的弹性纤维的纤度是822dtex，纤维强度是0.79cN/dtex，撕断伸长率是626％。实施例3～12
在表1上列出了相应于实施例3～11的、以不同混合比的不同化学来源的回收材料和不同来源的新鲜溶液组成的其它组合物。这里使用的缩写PES表示含有聚酯组分作为柔性链段(按照DE42 22 772A1的实施例4制备的)的弹性材料纺丝溶液，而缩写PET表示相当于DE42 222 772 A1的实施例2的含聚醚材料的弹性材料纺丝溶液。所有的纺丝溶液都是如实施例1所陈述而制备的，纺成的弹性纤维的纤度为800dtex。在实施例10和11的情况下，分别制备了纺丝溶液浓度为36wt％和40.3wt％的高浓度纺丝溶液，在混合罐1中同时在110℃下加热，而不是80℃。总搅拌时间增加到130min，溶解器4在1750rpm下操作，而不是1500rpm。产品的温度接近133℃，在处理时间末尾纺丝溶液的粘度分别是52Pa·s和46Pa·s。最后，实施例12是一个用新鲜的纯聚醚溶液开始的对照实施例。正如在表1中所看到的，无论是用100％回收的纺丝溶液(参见实施例3)，还是用各种混合比，这些溶液纺丝所得到的弹性纤维都具有至少0.72cN/dtex的纤维强度和至少590％的纤维撕断伸长率。
表1 纺丝溶液组成 有关纤维的数据实例号新鲜溶液/类型(％)回收溶液/类型(％)纺丝溶液浓度(％) 纤度 (dtex) 强度(cN/dtex) 伸长率 (％) 3 - 100/PES 30 802 0.75 631 4 75/PES 25/PET 30 777 0.81 617 5 50/PES 50/PET 30 772 0.77 615 6 50/PET 50/PET 30 753 0.79 627 7 50/PET 50/PES 30 779 0.9 612 8 70/PET 15/PET； 15/PES 30 817 0.76 590 9 75/PET 25/PES 30 814 0.73 649 10 50/PET 50/PET 36 797 0.78 624 11 50/PET 50/PET 40.3 808 0.72 663 12 100/PET 比较 30 774 0.92 584