CN101787572B - 一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法，包括将纤维素离子液体溶液使用薄膜蒸发器进行脱泡的步骤，所述方法还包括在脱泡之前对离子液体进行保温存放和升温处理的步骤。本发明在使用薄膜蒸发器进行脱泡前先对溶液进行保温和升温处理，使其粘度和性能能够满足现有脱泡设备对高温高粘的纤维素离子液体溶液的要求，并保证了脱泡效果，因此完全可以满足工业化生产的使用要求，解决了纤维素离子液体溶液纺丝工业化生产的瓶颈问题。
Description
技术领域
本发明涉及溶剂纺工艺的纺丝液体系的脱泡方法，尤其涉及一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法。
背景技术
纤维素纤维是服用纺织品和产业用纺织品的重要原料，但天然纤维在产量和性能上都难以满足目前的市场需要，而再生纤维素纤维的传统生产工艺-粘胶法因其严重的环境污染，又对环境保护带来了巨大的压力，这一问题成为制约再生纤维素纤维进一步发展的瓶颈。因此寻求再生纤维素纤维绿色加工的新溶剂，成为当前解决传统纤维素纤维的环境污染问题，和为纤维素纤维的生存提供新途径的重要研究课题。
纤维素新溶剂NMMO的诞生，一度成为开发纤维素纤维绿色加工的新亮点，但从成本和技术路线上都还难以取代传统的粘胶生产工艺。2001年Alabama大学的Rogers教授首次报道了离子液体在纤维素的溶解和成形中的应用，开辟了纤维素直接溶解加工的新思路。之后人们对于将离子液体新溶剂如何用于再生纤维素的生产进行了不懈的研究和探索。尽管广大科技工作者和工程技术人员为了能使纤维素离子液体溶液纺丝的工业化生产早日实现，做了大量卓有成效的工作，但是这种溶液高温高粘、难脱泡的特性却是必须解决而又当前存在的诸多技术难题中最为艰巨的一个。
纤维素/离子液体溶液的粘度一般为100-2000Pa.S，具有高温高粘的特性，因此其流动性能差，气泡溢出需要克服的内部阻力和表面张力大，所以相对于一般的纺丝流体来说气泡更加难以脱除。而且在如此高的粘度下直接进行脱泡，现行工艺和设备均难以满足工业化生产的使用要求。对于人造纤维纺丝液一般常用的脱泡方法是静置真空脱泡法和狭缝溢流真空脱泡法。这些常规方法对于常温(50℃以下)以及低粘度(2Pa.S以下)的一般纺丝液比较适用，但对于具有较高温度和很高粘度特性的纤维素离子液体溶液的脱泡，就无能为力了。
申请号为200810082442.X的专利以狭缝溢流真空脱泡法为基础，采用高压泵增大高粘流体的输送压力，使之呈线状从圆形窄孔中喷出，经过锥形过渡区再连续成膜，最后通过侧壁的抽真空接口将气泡抽出，从而实现脱泡功能。该方法对狭缝溢流真空脱泡法进行了优化和改进，对粘度在200-500Pa.S的中等粘度的流体具有一定的脱泡功效，但是对于粘度更高的流体就不能有效、彻底的实现脱泡了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法，以解决高温高粘的纤维素/离子液体溶液中空气泡的脱除问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法，包括将纤维素离子液体溶液使用薄膜蒸发器进行脱泡的步骤，所述方法还包括在脱泡之前对离子液体进行保温存放和升温处理的步骤。
所述离子液体的保温温度为70～150℃，所述保温存放时间为0～50小时，所述升温处理是在保温存放后将纤维素离子液体的温度在保温存放时温度的基础上再升高10～30℃。
所述薄膜蒸发器为刮板式薄膜蒸发器，所述使用薄膜蒸发器进行脱泡在真空条件下进行。
所述刮板式薄膜蒸发器进行脱泡是纤维素离子液体溶液从蒸发器的上方径向进入蒸发器，经布料器分布到蒸发器的加热壁面，通过旋转刮板将离子液体溶液连续均匀地在加热壁面上刮成厚薄均匀的液膜，并使液膜在加热壁面上高速流动，使纤维素离子液体溶液的液膜在高温负压和真空吸附条件下进行的快速蒸发、脱泡。
所述刮板式薄膜蒸发器的刮板结构为固定式旋转刮板，所述刮板的长度同薄膜蒸发器桶身长度一致，所述刮板与薄膜蒸发器桶身内壁的间隙为0.5～3.5mm。
所述薄膜蒸发器内的真空度≤5mmHg，离子液体溶液在蒸发器内的流经时间为10～50秒。
所述离子液体由阳离子和阴离子组成，所述阳离子为下列阳离子中的一种：
烷基铵阳离子 烷基鏻阳离子
N，N’-二烷基咪唑阳离子 N-烷基吡啶阳离子
所述阴离子为CI-、BF4 -、PF4 -、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2C-中的一种；所述离子液体为以上所述类型中的一种或几种。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明使用刮板式薄膜蒸发器对纤维素离子液体溶液进行脱泡，纤维素离子液体溶液在加热壁面上形成厚薄均匀的液膜，并在加热壁面上以螺旋状高速流动，旋转的刮膜器还促使连续和均匀的液膜产生高速湍流，并阻止液膜在加热壁面上结焦或结垢，从而提高了液膜与加热壁面的传热系数，纤维素离子液体溶液在蒸发器内的停留时间短；同时部分低沸点的组分也在高温负压蒸发和真空吸附的双重作用下从液膜中分离出来，提高了纤维素离子液体溶液的纯度。
2、本发明在使用刮板式薄膜蒸发器对纤维素离子液体溶液进行脱泡前，先对所述溶液进行保温存放一段时间，使得所述溶液在微观上扩散分布的更为均匀，溶解的更为彻底，由于形成了真溶液且溶液中纤维素聚合度会发生缓慢的降解，所以溶液的粘度就会有一定程度的降低。
3、本发明在对纤维素离子液体溶液保温存放后和进行脱泡前，将纤维素离子液体溶液的温度升高一定数值，在此温度下溶液的性能略有变化但不会影响使用，而溶液的粘度却会急剧降低，从而满足了薄膜蒸发器的脱泡要求保证了脱泡效果。
4、本发明在使用薄膜蒸发器进行脱泡前先对溶液进行保温和升温处理，使其粘度和性能能够满足现有脱泡设备对高温高粘的纤维素离子液体溶液的要求，并保证了脱泡效果，因此完全可以满足工业化生产的使用要求，解决了纤维素离子液体溶液纺丝工业化生产的瓶颈问题。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
浓度为10wt％的纤维素/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物溶液的脱泡
将聚合度为595的棉浆粕粉碎成100目左右的细末，在95℃的真空烘箱中烘烤8h制成绝干棉浆粕。然后将绝干棉浆粕细末与1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物[AMIM]Cl)按照1∶9的重量百分比在95℃下搅拌混合均匀制得纤维素离子液体溶液，再将所述溶液在95℃下保温存放20h。
保温结束后，将溶液温度升至115℃，然后将溶液从蒸发器的上方径向进入蒸发器，经布料器分布到蒸发器的加热壁面，通过旋转刮板将离子液体溶液连续均匀地在加热壁面上刮成厚薄均匀的1mm的液膜，并使液膜在加热壁面上呈湍流态以螺旋状向下推进，在此过程中，气泡和低沸点的组分在高温负压蒸发和真空吸附双重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器，而脱好泡的纤维素离子液体溶液则从蒸发器的底部流出。薄膜蒸发器内真空度为5mmHg。
实施例2
浓度为10wt％的纤维素/1-丁基-3-甲基咪唑氯化物溶液的脱泡
将聚合度为509的棉浆粕粉碎成100目左右的细末，在100℃的真空烘箱中烘烤6h制成绝干棉浆粕。然后将绝干棉浆粕细末与1-丁基-3-甲基咪唑氯化物[BMIM]Cl)按照1∶9的重量百分比在98℃下搅拌混合均匀制得纤维素离子液体溶液，再将所述溶液在98℃下保温存放24h。
保温结束后，将溶液温度从98℃升至110℃，然后将溶液从蒸发器的上方径向进入蒸发器，经布料器分布到蒸发器的加热壁面，通过旋转刮板将离子液体溶液连续均匀地在加热壁面上刮成厚薄均匀的1mm的液膜，并使液膜在加热壁面上呈湍流态以螺旋状向下推进，在此过程中，气泡和低沸点的组分在高温负压蒸发和真空吸附双重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器，而脱好泡的纤维素离子液体溶液则从蒸发器的底部流出。薄膜蒸发器内真空度为5mmHg。
实施例3
浓度为8wt％的纤维素/1-丁基-3-甲基咪唑氯化物溶液的脱泡
将聚合度为509的棉浆粕粉碎成100目左右的细末，在100℃的真空烘箱中烘烤6h制成绝干棉浆粕。然后将绝干棉浆粕细末与1-丁基-3-甲基咪唑氯化物[BMIM]Cl)按照8∶92的重量百分比在95℃下搅拌混合均匀制得纤维素离子液体溶液，再将所述溶液在95℃下保温存放18h。
保温结束后，将溶液温度升至110℃，然后将溶液从蒸发器的上方径向进入蒸发器，经布料器分布到蒸发器的加热壁面，通过旋转刮板将离子液体溶液连续均匀地在加热壁面上刮成厚薄均匀的1mm的液膜，并使液膜在加热壁面上呈湍流态以螺旋状向下推进，在此过程中，气泡和低沸点的组分在高温负压蒸发和真空吸附双重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器，而脱好泡的纤维素离子液体溶液则从蒸发器的底部流出。薄膜蒸发器内真空度为5mmHg。
Claims (5)
1.一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法，包括将纤维素离子液体溶液在真空条件下使用薄膜蒸发器进行脱泡的步骤，其特征在于：所述方法还包括在脱泡之前对离子液体溶液进行保温存放和升温处理的步骤，所述蒸发器为刮板式薄膜蒸发器，所述刮板式薄膜蒸发器进行脱泡是纤维素离子液体溶液从蒸发器的上方径向进入蒸发器，经布料器分布到蒸发器的加热壁面，通过旋转刮板将离子液体溶液连续均匀地在加热壁面上刮成厚薄均匀的液膜，并使液膜在加热壁面上高速流动，使纤维素离子液体溶液的液膜在高温负压和真空吸附条件下进行的快速蒸发、脱泡。
2.如权利要求1所述的纤维素离子液体溶液的脱泡方法，其特征在于：所述离子液体溶液的保温温度为70～150℃，所述保温存放时间为0～50小时，所述升温处理是在保温存放后将纤维素离子液体溶液的温度在保温存放时温度点的基础上再升高10～30℃。
3.如权利要求1所述的纤维素离子液体溶液的脱泡方法，其特征在于：所述刮板式薄膜蒸发器的刮板结构为固定式旋转刮板，所述刮板的长度同薄膜蒸发器桶身长度一致，所述刮板与薄膜蒸发器桶身内壁的间隙为0.5～3.5mm。
4.如权利要求1所述的纤维素离子液体溶液的脱泡方法，其特征在于：所述薄膜蒸发器内的真空度≤5mmHg，离子液体溶液在蒸发器内的流经时间为10～50秒。
5.如权利要求1所述的纤维素离子液体溶液的脱泡方法，其特征在于：所述离子液体由阳离子和阴离子组成，所述阳离子为下列阳离子中的一种：
烷基铵阳离子 烷基鏻阳离子
N，N’-二烷基咪唑阳离子 N-烷基吡啶阳离子
所述阴离子为CI-、BF4 -、PF4 -、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2C-中的一种；所述离子液体为以上所述类型中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tian Sufeng Inventor after: Liu Jianhua Inventor after: Ma Fenggang Inventor after: Yu Shengjun Inventor after: Jiang Mingliang Inventor after: Ma Junzhi Inventor after: Li Lin Inventor after: Lu Haijiao Inventor after: Yu Wanyong Inventor before: Tian Sufeng Inventor before: Liu Jianhua Inventor before: Ma Fenggang Inventor before: Jiang Mingliang Inventor before: Ma Junzhi Inventor before: Li Lin Inventor before: Lu Haijiao Inventor before: Yu Wanyong |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TIAN SUFENG LIU JIANHUA MA FENGGANG JIANG MINGLIANG MA JUNZHI LI LIN LU HAIJIAO YU WANYONG TO: TIAN SUFENG LIU JIANHUA MA FENGGANG YU SHENGJUN JIANG MINGLIANG MA JUNZHI LI LIN LU HAIJIAO YU WANYONG |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20151224 Address after: Dragon Road, 261100 Shandong city of Weifang province Hanting District No. 1825 Building No. 89 Patentee after: Constant day dragon (Weifang) new material Co., Ltd. Address before: 555 Shandong Hailong Limited by Share Ltd, Hailong Road, Hanting District, Shandong, Weifang 261100, China Patentee before: Shandong Hailong Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220525 Address after: 261106 north of Xinsha Road, Guti street, Hanting District, Weifang City, Shandong Province Patentee after: Weifang Xinlong biomaterials Co.,Ltd. Address before: 261100 building 89, 1825 Hailong Road, Hanting District, Weifang City, Shandong Province Patentee before: HENGTIAN HAILONG (WEIFANG) NEW MATERIALS CO.,LTD. |