CN1172035C

CN1172035C - 溶剂法纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺

Info

Publication number: CN1172035C
Application number: CNB021512256A
Authority: CN
Inventors: 邵惠丽; 胡学超; 章潭莉; 沈弋弋
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: CN1420214A

Abstract

溶剂法生产纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺。特征是将浆粕剪切成小片后在真空度-9×10⁴～-5×10⁴Pa和30～50℃下平衡6～12h，使其含水率达2%～4%；将N-甲基吗啉氧化物(NMMO)水溶液在减压条件下蒸浓至含水量为24%～28%；将上述小片和浓缩的NMMO水溶液以一定比例置于经改造的溶解釜或聚合釜中混合，并在70～90℃下静止放置20～40min后快速搅拌20～60min，然后在搅拌状态下抽真空至真空度达到-8.0×10⁴～-9.8×10⁴Pa，同时缓慢升温至90～125℃维持3～6h，使NMMO水溶液的含水量下降至12～14%，由此可制得淡棕色透明溶液供纺丝用。该工艺所需设备较简单，适宜于小批量多品种生产。

Description

溶剂法纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺

技术领域

本发明涉及化学纤维制造业中溶剂法纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺，由这种纺丝原液制得的纤维广泛应用于产业用纺织品和装饰服装用纺织品。

背景技术

由于纤维素纤维制品吸水性、透湿性好，穿着舒服，且原料丰富，产品废弃物又可自然降解，被酶分解为二氧化碳和水，因此，这种纤维材料的生产近年来倍受关注。传统的纤维素纤维主要用粘胶路线生产，该方法使用了二硫化碳和大量的酸和碱，给环境造成了严重污染，而且制得的粘胶纤维湿态强度低，这些因素都限制了粘胶纤维的发展。

早在20世纪30年代就有人提出，可用叔胺氧化物直接溶解纤维素来制备纤维，并以此形成了基础专利(USP-2,179,181)。20世纪70年代起，Courtaulds公司、Lenzing公司等对本领域进行了大量研究，申请了上百个专利，其中代表性的有EP-A-0553070、EP-A-0356419、DE-A-2913589、WO 93/19230、WO 95/04173、WO97/47790、DD-A-218121、EP-A-0574870、AT-B-397392、GB-A-1,017,855、WO 92/14871、WO92/07124、DE-A-4219658、WO 96/18760、US-A-4,246,221以及中国专利申请96197127、96191362、96191361、95193763、95193716、94192192、94192048、98801167、98800540、97190439、96193341等。上述专利中，大多采用昂贵的薄膜蒸发器、双螺杆等专门设备来进行纤维素的溶解，这些专门设备虽能满足一定的生产规模，但投资巨大、品种变化困难。为此，探索用普通的聚合釜或溶解釜来实施纺丝原液制备技术具有一定实用意义。1997年国内宜宾市化学纤维厂所申请的专利(申请号97107819.X)中在列举实施例时曾提及采用普通未经改造的溶解釜来溶解纤维素，但该溶解方法是采用水份控制在13％以下的溶剂N-甲基吗啉氧化物(NMMO)来直接溶解纤维素浆粕的，纤维素浆粕在这一过程中由于无法充分溶胀，易造成浆粕内部产生未溶解白芯，导致可纺性下降。

本发明要解决的问题是在生产规模较小、投资较少的条件下提供能使纤维素纤维纺丝原液制备成本更低、质量更稳定的间接溶解方法。为解决这一问题，具体采用如下技术方案：

1.将聚合度(DP)为400～1000的纤维素木浆或棉浆，用普通粘胶纤维厂的浆粕切碎机切为0.5～4cm×0.5～4cm的小片，将这些小片于真空度-9×10⁴～-5×10⁴Pa及30～50℃下平衡6～12小时使其含水率达2％～4％；

将N-甲基吗啉氧化物(NMMO)的水溶液在减压条件下蒸浓，使其中水含量为24％～28％。

2.可将附有可通热水或水蒸汽等加热介质的夹套和搅拌器的普通聚合釜或溶解釜作如下改造：①在转速可控的搅拌器上设置若干组搅拌叶片，上方几组的叶片面与水平成30～60度角，下方几组的叶片面与水平成150～120度角，使上方几组叶片在搅拌旋转时对物料有下压作用，下方几组叶片则有上推作用。最上方的一组搅拌叶位于1/2～3/4釜高处，最下方的一组搅拌叶距釜底1～10cm。各组叶片之间为等距离。②搅拌器的轴与釜顶端连接处是采用填塞式密封装置，使釜内既能维持高真空又能承受一定的压力。

3.前述1中的浆粕小片和浓缩的NMMO水溶液以7∶112～15∶95比例加入普通溶解釜或聚合釜或如上述2的釜中混合，并于70～90℃温度下静止浸泡20～40min，使小片溶胀。然后开动搅拌器以80～120r/min转速搅拌物料20～60min使其成浆粥状。

在搅拌状态下将上述浆粥状物以5～10℃/h升温速度升温至90～125℃，同时抽真空至真空度达到-8.0×10⁴～-9.8×10⁴Pa，维持该温度及真空度，可不断蒸去浆粥状物中的水份并使纤维素浆粕不断溶解，3～6h后，可使NMMO水溶液的含水量降至12～14％，此时，纤维素浆粕已完全溶解。

当浆粕完全溶解后，降低搅拌速度至40～60r/min，同时，使温度降至85～100℃，以符合纺丝的要求。维持上述条件30min后，可生成粘度为400～1200Pa.s、折光指数为1.480～1.488的淡棕色透明纺丝原液。此原液经增压泵增压，再经预过滤器过滤后进入计量泵，然后由1000～6000孔喷丝头喷出，经凝固、水洗、切断、干燥即可获得纤维素纤维。

4.釜内纺丝原液出料前，需停止搅拌及抽真空，并充入纯度为99.99％的N₂，N₂的压力控制在1～5kg/cm²，以保证出料畅通。

5.为保证连续纺丝生产，可按产量及溶解浆粕所需时间配置两个相同的具有一定容积的釜。在连续纺丝时，两个釜交替进行溶解作业，每批纺丝原液可供纺丝的时间应超过每批浆粕在釜中溶解所需的时间。

本发明的优点是提供的纺丝原液制备工艺在利用已有的聚合釜或溶解釜溶解技术的基础上，采用增加釜内搅拌叶片组数、改变叶片面方位、增设填塞式密封装置等措施，使纤维素浆粕的混合溶解作用加强；并采用重量比为72∶28～76∶24的NMMO水溶液先溶胀浆粕、然后在真空下逐渐降低NMMO水溶液中水的含量，使其溶解能力逐渐增大，最后在较短的时间内完成溶解、制得可纺性好的纺丝原液。本发明通过两个相同的釜的交替使用，使连续纺丝成为可能。本发明可直接应用于生产规模较小、投资较少的溶剂法纤维素纤维的生产领域，有利于产品多品种多用途的开发，并为溶剂法工艺路线开发其他新型纤维素制品提供了机遇。

具体实施方式

将容积为300升的聚合釜作如下改造：①将带有转速可控的搅拌器上的搅拌叶片更改为4组，上方两组叶片面与水平成45度角，下方两组叶片面与水平成135度角(上方两组与下方两组的叶片面方向互成垂直)。最上方的一组搅拌叶位于2/3釜高处，最下方的一组搅拌叶距釜底5cm。四组叶片之间是等距的。②搅拌器的轴与釜顶端连接处是采用填塞式密封装置。经此改造后聚合釜作为溶解器，其夹套用热水加热。

将DP为680的木浆用切浆机切为2cm×2cm的浆粕小片后，在减压状态下(减压至-7×10⁴Pa)和50℃下平衡8小时。得到的浆粕小片含水率为2％；

将313.2kg的NMMO水溶液(NMMO和水之重量比为1)在减压条件下蒸浓至211.6kg，使其中水含量等于26％(即NMMO的浓度为74％)；

将20.4kg上述浆粕小片和211.6kg浓度为74％的NMMO水溶液置于上述釜中混合，釜温为75℃。为防止氧化作用，同时加入200g棓酸丙脂。在浸渍溶胀40 min后，开启搅拌器并控制其转速为110r/min，40min后，接通真空系统使真空度维持在-9.0×10⁴Pa，并以10℃/h升温速度将温度升至100℃。不时观察计量抽出的冷凝水，当抽出的水量达31kg时(约5小时后达此点)，降低搅拌速度至40r/min，并使釜温降至95℃。半小时后，停止搅拌及抽真空，压入N₂，得到温度为95℃、粘度为860Pa.s、折光指数为1.485的淡棕色透明纺丝原液，其可纺性良好。连续纺丝时，配置两个相同的釜交替进行溶解作业。

Claims

1.溶剂法生产纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺，其特征在于：

A)将聚合度(DP)为400～1000的纤维素木浆或棉浆用切浆机切为0.5～4cm×0.5～4cm的小片后置于-9×10⁴～-5×10⁴Pa的真空度及30～50℃条件下平衡6～12h，使其含水率达2％～4％；

B)将N-甲基吗啉氧化物(NMMO)的水溶液在减压条件下蒸浓，使其含水量为24％～28％；

C)将上述纤维素浆粕的小片和浓缩的NMMO水溶液以7∶112～15∶95的重量比在溶解釜或聚合釜中混合后于70～90℃下静止放置20～40min，然后开动搅拌器以80～120r/min转速搅拌物料20～60min，使其溶胀成浆粥状，接着在搅拌状态下进行抽真空至真空度达到-8.0×10⁴～-9.8×10⁴Pa，同时将体系以5～10℃/h升温速度升温至90～125℃，在搅拌状态下维持该温度及真空度3～6h，使NMMO水溶液的含水量降至12～14％，之后降低搅拌速度至40～60r/min，并使体系温度降至85～100℃，继续搅拌30min后，生成粘度为400～1200Pa.s、折光指数为1.480～1.488的淡棕色透明纺丝原液，此原液经常规的增压、过滤、计量后纺丝。

2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述溶解釜或聚合釜釜内搅拌器上设有若干组搅拌叶片，上方几组的叶片面与水平成30～60度角，下方几组的叶片面与水平成150～120度角，最上方的一组搅拌叶位于1/2～3/4釜高处，最下方的一组搅拌叶距釜底1～10cm，各组叶片之间为等距离；搅拌器的轴与釜顶端连接处采用填塞式密封装置。

3.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：釜内纺丝原液出料前，需停止搅拌及抽真空，并充入纯度为99.99％的N₂，N₂的压力控制在1～5kg/cm²。