CN1472374A

CN1472374A - 溶剂法竹纤维素纤维的制造方法

Info

Publication number: CN1472374A
Application number: CNA031295312A
Authority: CN
Inventors: 邵惠丽; 胡学超; 章潭莉
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-02-04
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: CN1190531C

Abstract

本发明涉及溶剂法竹纤维素纤维的制造方法。特征是选用聚合度为400～1000较宽范围的竹浆粕为原料，以NMMO水溶液为溶剂制备竹纤维素纺丝原液。将该原液在80～110℃条件下挤压喷出，喷出的原液细流先经过长度为70～150mm的气隙，气隙周围温度为10～25℃，再进入NMMO浓度为5～20％、温度为10～30℃、长度为1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束以40～150米/分的速度通过40～60℃的水淋区水洗后，根据相应的常规工艺可获得各种规格的长丝和短纤维。该工艺流程短、设备简单、污染少，可实现竹纤维素纤维工业化生产。所制得的纤维产品穿着舒适、悬垂性好，并具有天然抗菌、灭菌功能。本发明为新型纤维素纤维及功能性产品的开发创造了新领域。

Description

溶剂法竹纤维素纤维的制造方法

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制造方法，特别是指一种利用竹材生产纤维素纤维的工艺技术。

背景技术

早在20世纪30年代就有专利(US92,179,181)提出可用叔胺酸氧化物直接溶解纤维素来制取性能优于粘胶的新型纤维素纤维—Lyocell纤维，其组成仍属纤维素结构，产品废弃物自然降解，被认为是综合性能良好的一种绿色环保纤维。它具有棉纤维的舒适性、聚酯纤维的强度、粘胶纤维的悬垂性和蚕丝的柔软质态，深受人们的喜爱。为此，从20世纪70年代起至今，在国内外的科学家共同努力下，已申请或公开了有关Lyocell纤维的上百个专利，它们涉及的制造方法都以木材制成的纤维素浆粕为原料，但随着林木资源日益紧缺，已不能满足人们对Lyocell纤维原料的需求趋势，因此，寻找新的原材料来制成纤维素浆粕成为当务之急。

21世纪初，国内外就有了关于采用贮量丰富、速生高产的竹材为浆粕原料生产竹纤维素纤维的研究报道，科学研究表明，竹纤维是一种十分奇特的异型植物纤维，特点如下：经显微镜观察，竹纤维的横截面布满了近似于椭圆形的空洞，使其内部形成许多管状腔隙，是一种天然的超中空纤维；其二，它的毛细管效应极其发达，可在瞬间吸收和蒸发水分，因此，采用以竹纤维制成的纺织品，具有滑、凉、爽及透气等优良特性；其三，它自身具有天然抗菌灭菌性质，因而无需通过药剂处理即可达到防菌灭菌的功能，且对人体无任何过敏，穿着时不因水洗、摩损等外力而降低其抗菌持久性，并且，它仍保留原纤维素纤维所具备的其他各种优良特性。此外，竹材生长迅速，一般三年就可以使用，因而有可持续发展功能。鉴于上述原因，竹材料是值得推广应用的新型纤维素纤维的浆粕原料之一。

经检测发现，竹纤维素的分子量分布既不同于棉纤维素的狭窄分布，又不同于木纤维素的宽分布。其特征是：介于两者之间即呈宽分布，其中的中低分子量区又有一个窄的分布，因此，特别适合于Lyocell纤维的纺丝和加工工艺。

过去竹材的应用局限在造纸工业，近年来，国内外纺织科学工作者开始致力于竹纤维的研究开发，因而促使竹材在纺织领域中的应用得到了发展，人们申请了不少专利。归类如下：1.利用竹材制备粘胶纤维竹浆粕的生产工艺，其中以上海化纤浆粕总厂申请公开的CN1385287A为代表。2.利用竹材为原料采用传统粘胶工艺生产竹材粘胶纤维，以河北吉藁化纤有限公司公开的CN1381620A为代表。3.将竹材制成聚合度大于800的浆粕、采用N-甲基吗啉氧化物(NMMO)溶剂法加工竹纤维素Lyocell的制备方法，以杭州许炯(非职务发明人)公开的CN1383965A为代表。该专利主要介绍竹浆粕的制备，且认为制得的竹纤维分子聚合度须在≥800为宜，但是，实践证明，当竹纤维素分子聚合度达到1000以上时，它在NMMO中的溶解性、脱泡性及可纺性剧烈下降，甚至无法纺丝，造成大量断头，因此按该专利选用竹纤维素纤维浆粕分子的聚合度只能是800～1000，即选用原料的聚合度被限制在较窄范围内。

发明内容

本发明目的是在于提供一种溶剂法竹纤维素纤维的制造方法，使其选用原料的聚合度范围更大、工艺简单、成本更低、产品品质更优异。

为解决这一问题采用如下技术方案：1.将聚合度(DP)为400～1000的竹纤维素浆粕，用普通浆粕切碎机切为4～6cm×4～6cm的小片，将这些小片于真空度-5×10⁴～-9×10⁴Pa及40～60℃下平衡5～10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，使其含水量为24～28％。

将上述的浆粕小片和蒸浓的NMMO水溶液以7∶112～15∶95重量比加入普通溶解釜或聚合釜的釜中混合，并于70～90℃温度下静止浸泡10～30min，使小片溶胀。然后开动搅拌器以100～130r/min转速搅拌物料并逐渐升温至80～110℃，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，可不断蒸去物料中的水分并使竹纤维素浆粕不断溶解，3～5h后，可使NMMO水溶液的含水量降至12～14％，此时，竹纤维素浆粕已完全溶解，并由此生成粘度为400～1000Pa.S、折光指数为1.4830～1.4860的琥珀色透明无气泡的纺丝原液。2.将前述1中所述纺丝原液停止搅拌，在纺丝温度为80～110℃的条件下，用氮气将其压入预过滤器过滤后进入计量泵，通过400～6000孔×Φ0.07～0.40mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为70～150mm的气隙(即纺丝板表面与凝固浴面间的空气层)，气隙周围温度为10～20℃，再进入NMMO浓度为5～20％、温度为15～30℃、长度为1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束继续以40～120米/分的速度通过40～60℃的水淋区水洗；水洗后按需要切断成规格为40～100mm的短纤维；最后经上油、干燥即可获得线密度为1.5～6.8dtex、干强为3.0～4.0cN/dtex、干态伸长率为10～18％的淡黄色竹纤维素短纤维。3.将前述1中所述的纺丝原液停止搅拌，在纺丝温度为80～110℃的条件下，用氮气将其压入预过滤器过滤后进入计量泵，通过36～120孔×Φ0.07～0.30mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为80～120mm的气隙(即纺丝板表面与凝固浴面间的空气层)，气隙周围温度为15～25℃，再进入NMMO浓度为5～15％、温度为10～20℃、长度为1～2.5m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束继续以50～150米/分的速度通过40～60℃的水淋区水洗；水洗后长丝束经上油、卷绕成筒、干燥后制成66.7～166.7dtex/36～120F、干强为3.0～4.5cN/dtex、干态伸长率为8～16％的淡黄色竹纤维素长丝。4.釜内纺丝原液在纺丝前停止搅拌及停止抽真空，并充入纯度为99％以上的N₂，N₂的压力控制在1～4kg/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，两个或两个以上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。

本发明优点是提供的竹纤维素纤维的制造方法选用聚合度(DP)为400～1000较宽范围内的竹浆粕为原料，采用与以木、棉浆粕为原料时通常采用的溶剂法生产纤维素纤维纺丝原液相似的制备工艺，制成竹纤维纺丝原液。经研究测试证明，竹浆粕具有较特殊的分子量分布，有利于在溶剂中的溶胀和溶解，因此，在制备竹纤维纺丝原液时浆粕所需浸泡及溶解的时间均比木、棉浆粕时间短，且浆粕所需切碎尺寸从原来木、棉浆粕的0.5～4cm放宽到4～6cm，所制得的纺丝原液粘度较低，因而具有可纺性好等特点，可制得各种品种与规格的竹纤维素纤维，即线密度为1.5～6.8dtex的棉、毛型短纤维及66.7～166.7dtex/36～120F的长丝，其纤维质量均可达到由木浆制造的Lyocell的同类水平。本发明通过两个或两个以上相同的釜的交替使用，使连续纺丝成为可能，并适合不同规模的生产。本发明是以速生高产的竹材为浆粕原料，采用的设备与现行的干-湿纺丝工艺相同，与粘胶生产工艺相比，生产流程短、无污染、成本低，且竹纤维素纤维产品不仅保留原有的舒适、悬垂及柔软等优良特性，还具有特有的透气、凉爽及其天然的抗菌灭菌功能，由此为新型纤维素纤维及其功能性产品的开发创造了新的领域。

具体实施方式

实施例1：将DP为500的竹浆粕用普通浆粕切碎机切为4cm×4cm的小片后，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达4％；

将198.3kg NMMO水溶液(NMMO和水的重量比为1)在减压条件下蒸浓至134kg，使其含水量为26％(即NMMO的浓度为74％)；

将10.25kg上述浆粕小片和134kg浓度为74％的NMMO水溶液置于300立升聚合釜中混合，釜温为80℃。为防止氧化作用，同时加入124g棓酸丙酯。在浸渍溶胀20min后，开启搅拌器并控制其转速为110r/min，同时接通真空系统使真空度维持在-9×10⁴Pa，并逐渐升温至100℃。4小时后，当抽出的水量达到20kg时，停止搅拌及停止抽真空，压入N₂，得到粘度为680Pa.s、折光指数为1.4835的琥珀色透明纺丝原液。

将上述纺丝原液，在纺丝温度为92℃的条件下，经压力为3kg/cm²的氮气压入预过滤器过滤后进入计量泵，然后由1000孔×Φ0.15mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为90mm的气隙，气隙周围温度为20℃，再进入NMMO浓度为12％、温度为20℃、长度为2m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束继续以80米/分的速度通过50℃的水淋区水洗；水洗后切断成规格为40mm的棉型短纤；最后经上油、干燥制得线密度为1.8dtex、干强为3.4cN/dtex、干态伸长率为12％的淡黄色竹纤维素短纤维。

实施例2：将DP为500的竹浆粕用普通浆粕切碎机切为4cm×4cm的小片后，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达4％；

将2800g NMMO水溶液(NMMO和水的重量比为1)在减压条件下蒸浓至1892g，使其含水量为26％(即NMMO的浓度为74％)；

将160.8g上述浆粕小片和1892g浓度为74％的NMMO水溶液置于5立升溶解釜中混合，釜温为80℃。为防止氧化作用，同时加入1.6g棓酸丙酯。在浸渍溶胀20min后，开启搅拌器并控制其转速为100r/min，同时接通真空系统使真空度维持在-9.6×10⁴Pa，并逐渐升温至100℃。3.5小时后，当抽出的水量达到282g时，停止搅拌及停止抽真空，压入N₂，得到粘度为810Pa.s、折光指数为1.4850的琥珀色透明纺丝原液。

将上述纺丝原液，在纺丝温度为95℃的条件下，经压力为3kg/cm²氮气压入预过滤器过滤后进入计量泵，然后由100孔×Φ0.08mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为80mm的气隙，气隙周围温度为20℃，然后进入NMMO浓度为12％、温度为20℃、长度为2m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束继续以80米/分的卷绕速度通过45℃的水淋区水洗；水洗后丝束经上油、卷绕成筒、干燥，制成70dtex/100F、干强为3.5CN/dtex、干态伸长率为10％的淡黄色竹纤维素长丝。

Claims

1.溶剂法竹纤维素纤维的制造方法，其特征在于：

(A)将聚合度为400～1000的竹纤维素浆粕，用切浆机切为4～6cm×4～6cm的小片，置于-5×10⁴～-9×10⁴Pa的真空度及40～60℃条件下平衡5～10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，使其含水量为24～28％；

(B)将所述竹纤维素浆粕的小片和蒸浓的NMMO水溶液以7∶112～15∶95的重量比在普通溶解釜或聚合釜中混合，于70～90℃温度下静止浸泡10～30min后，开动搅拌器以100～130r/min转速搅拌物料，同时将物料逐渐升温至80～110℃，并抽真空至真空度达到-8.0×10⁴～-9.8×10⁴Pa，维持该状态3～5h后，使NMMO水溶液的含水量降至12～14％时，即生成粘度为400～1000Pa.s、折光指数为1.4830～1.4860的纺丝原液。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：将所述竹纤维素纤维的纺丝原液停止搅拌，在纺丝温度为80～110℃的条件下，用氮气将其压入预过滤器过滤后进入计量泵，经400～6000孔×Φ0.07～0.40mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为70～150mm的气隙，气隙周围温度为10～20℃，再进入NMMO浓度为5～20％、温度为15～30℃、长度为1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束继续以40～120米/分的速度通过40～60℃的水淋区水洗；水洗后切成40～100mm的短纤维，最后经上油、干燥即可制得竹纤维素短纤维。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：将所述竹纤维素纤维的纺丝原液停止搅拌，在纺丝温度为80～110℃的条件下，用氮气将其压入预过滤器过滤后进入计量泵，经36～120孔×Φ0.07～0.30mm喷丝头喷出；喷出的原液细流先经过长度为80～120mm的气隙，气隙周围温度为15～25℃，再进入NMMO浓度为5～15％、温度为10～20℃、长度为1～2.5m的凝固浴中凝固成形；成形后的丝束仍以50～150米/分的速度通过40～60℃的水淋区水洗；水洗后丝束经上油、卷绕成筒、干燥后制成竹纤维素长丝。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：釜内纺丝原液在纺丝前，需停止搅拌及停止抽真空，并充入纯度为99％以上的N₂，N₂的压力控制在1～4kg/cm²。