CN1336451A - 溶剂法生产纤维素纤维的纺丝原液的制备工艺 - Google Patents

Abstract

溶剂法生产纤维素纤维的纺丝原液制备工艺。特征是:将浆粕粉碎机粉碎的纤维粉末在真空度－9×10⁴～－5×10⁴Pa和30～50℃条件下干燥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,使其含水量等于小于15%;将上述粉末和NMMO以一定比例在70～90℃条件下在混合器中搅拌10～30min,形成淡黄色糊状物,将该糊状物喂入螺杆长径比为1∶42～1∶52的双螺杆挤出机中溶解、脱泡3～15min后生成的淡棕色透明溶液即可供纺丝用。采用该工艺不仅使溶解时间缩短,更主要是使物料的混合、溶解更加充分,达到了节能、高效、减小降解、提高纺丝原液质量的目的。

Description

溶剂法生产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生产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湿性、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公司及Lenzing公司对本领域进行了大量研究，申请了上百件专利，其中代表性的有EP-A-0553070、EP-A-0356419、DE-A-2913589、WO93/19230、WO95/04173、DD-A-218121、EP-A-0574870、AT-B-397392、GB-A-1,017,855、WO92/14871、WO92/07124、DE-A-4219658、WO96/18760、US-A-4,246,221、USP-2,179,181，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，大多采用薄膜蒸发器来进行纤维素的溶解。也有采用瑞士Buss AG公司制造的挤膜机(DE-OS-2011493)。为了节能和提高产量，各专利提出了不同装置和工艺来提高纤维素溶解效率，但这些装置都比较复杂。如：WO94/28217中描述的溶解装置是一个大的卧式圆桶，内有转子，沿轴排列搅拌单元，装置结构复杂，操作也不方便。另外还有建议先预制纤维素与溶剂混合的颗粒，再进行溶解(USP-4,211,579)。

将所有专利归类，可认为溶解方式分为两大类：

1.间接溶解法。将纤维素放在含水大于22％的NMMO中溶胀，待充分溶胀后，在升高温度的同时在真空下抽去过量的水分，使纤维素最终达到溶解。

2.直接溶解法。将NMMO中的水分控制在15％以下，使之与纤维素直接相混，通过升温达到快速溶解。

大量专利属于第1类。第1类溶解器易于扩大规模，且溶解的质量也好，但溶剂在溶解器中停留时间往往较长，这样一则使NMMO和纤维素易于降解，同时大量含溶剂纤维素在高温下存在较大的安全隐患。

第2类直接溶解法中，最简便的方法为双螺杆法。

韩国科学与技术研究所于1996年提出了一个专利(WO97/47790)，利用双螺杆来溶解纤维素。在该方法中，所用双螺杆未经专门改造，纤维素及熔化的NMMO于不同区域注入双螺杆。这个方法虽然使整个溶解工艺大大简化，溶解时间也大大缩短，并且减少了物料贮存，但它对于纤维素原料颗粒有特殊的要求，即便如此，由该法制得的纺丝液中还时时会有不利于纺丝的凝胶产生。

国内宜宾市化学纤维厂所申请的专利(申请号97107819.X)中虽也提到了双螺杆，但未明确写明其双螺杆的作用。从其申请权利要求看，纤维素溶解时间需6～12h，这说明所用双螺杆在其中并非起溶解作用而只是起输送作用。并且，6～12h的溶解时间不仅使生产效率下降，也极易造成纤维素和溶剂的降解。

发明内容

本发明要解决的问题是提供能使纺丝原液制备效率更高、质量更稳定的直接溶解方法。

为解决这一问题，采用了如下技术方案：

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粉碎机粉碎成纤维素粉末。将该粉末于真空度-9×10⁴～-⁵×10⁴Pa及30～50℃下干燥6～12h，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，使其中水含量等于或小于15％。

将上述粉碎粉末和NMMO水溶液在一带有搅拌器的混合器中以一定比例混合，并且于70～90℃下搅拌10～30min，直至生成淡黄色的糊状物，粉末和NMMO混合比例为重量比7∶93～15∶85。

2.将一般的高速同向旋转反应型双螺杆挤出机作如下更正：(A)封闭2个抽真空口。(B)将长径比增大至1∶42～1∶52。利用同向旋转双螺杆的两根螺杆间的物料单向传递完成物料的升温(使温度达到控制温度)、输送、充分混合和脱泡。并利用其自洁能力，达到物料的柱塞式流动。由于物料交替在两根螺槽内流动，物料得到了充分的搅拌和混和。螺杆长径比的增大，可使物料能有更多的机会进行混合、溶解。而在这种混和过程中，由于其表面不断更新，从而可排出物料内的易挥发物质或水汽，提高溶解液的质量。

3.将前述1中的淡黄色的糊状物喂入上述2的双螺杆中，控制双螺杆各区温度及转速，经过3～15min的溶解、脱泡，生成温度为90～130℃、粘度为400～1200Pa·s、折光指数为1.480～1.488的淡棕色透明溶液。此种溶液经增压泵增压，再经预过滤器进入计量泵后由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。所述双螺杆的温度控制范围为80～130℃：各区温度范围分别为80～120℃、80～120℃、85～125℃、90～130℃；螺杆的速度范围为30～100r/min。

4.为了得到无气泡的纺丝原液，挤出机机头压力强度要控制在295～785N/cm²，以保证原液有充分的脱泡。

本发明的优点是提供的纺丝原液制备工艺在利用已有的双螺杆挤出机溶解技术的基础上，采用增大长径比的双螺杆不仅使纤维素的溶解仅需3～15min，节约了能源，降低了成本，装置也十分简单，更重要的是使物料在双螺杆中的混合、溶解作用加强；且由于纤维素和溶剂在螺杆内高温下停留的时间短，可避免或减少材料的降解现象，有利于溶剂的回收和制成纤维质量的提高。本发明在双螺杆前增加了一个混和器，使干的纤维素粉末与含水量在15％及以下的NMMO在进入双螺杆前便进行充分混合，有利于纺丝原液的均匀性和纺丝质量的提高。

具体实施方式

将DP为700的木浆利用粘胶生产厂普通的粉碎机粉碎，在减压状态下(减压至-7×10⁴Pa)和50℃条件下干燥6h，得到的浆粕(即纤维素粉末)的含水量为2％；

将NMMO水溶液在减压条件下蒸浓，使其中水含量等于13％(即NMMO的浓度为87％)。

将7.2kg上述浆粕和82.8kg浓度为87％的NMMO水溶液置于带有搅拌器的混合器中，在80℃条件下搅拌共混10min，为防止氧化作用，混合前加入90g棓酸丙酯；

将共混后的物料连续喂入螺杆长径比为1∶48的双螺杆挤出机中溶解，双螺杆各区温度为90、90、95和95℃，回转速度60r/min，挤出机机头(即出口处)压力强度控制在490N/cm²，5min后可得到折光指数为1.4840的透明均匀纺丝原液，其可纺性良好。

Claims (4)

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：

将聚合度(DP)为400～1000的纤维素木浆或棉浆用普通的浆粕粉碎机粉碎成纤维素粉末，将该粉末置于-9×10⁴～-5×10⁴Pa的真空度及30～50℃条件下干燥6～12h，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，使其含水量等于或小于15％；

将上述纤维素粉末和NMMO水溶液以7∶93～15∶85的重量比在带搅拌器的混合器中混合，且在70～90℃条件下搅拌10～30min，直至形成淡黄色糊状物。

2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于将所形成的淡黄色糊状物喂入2个真空口被封闭、螺杆长径比为1∶42～1∶52的同向旋转反应型双螺杆挤出机中作溶解、脱泡处理3～15min，生成温度为90～130℃、粘度为400～1200Pa·s、折光指数为1.480～1.488的淡棕色透明溶液，此溶液经常规的增压、过滤、计量后纺丝。

3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于所述挤出机的机头压力强度为295～785N/cm²。

4.如权利要求2或3所述的制备工艺，其特征在于所述双螺杆挤出机各区温度范围为80～120℃、80～120℃、85～125℃、90～130℃。