TW426759B - Process for producing a cellulose suspension - Google Patents

Description

426759 五、發明說明（1)

此發明係關於一種方法，其可連續製造於y含水N -甲基嗎 啉N -氧化物中之纖維素懸浮物。此懸浮物可加熱轉變為纖 維素溶液’該溶液可藉由成型及再生等方式，加工成為模 製纖維素產品如纖維、細絲及壓片D 目前已知一種製造於含水N-甲基嗎啉N-氧化物内之纖維 素懸浮物的方法，即直接混合壓碎之纖維素及含水N-曱基 嗎琳N-氧化物MMMO。根據W0 9 6/ 332 2 1，纖维素係與含水 NMMO(此含水NMMO中包含質量比約75%之NMMO)在以其作為 環狀層充填物之混合器中予以混合。將如此形成之懸浮物 於另一f i Imtruder中轉換成溶液。該種帶有環狀層充填的 的合器缺點之一為只有壓碎、充分乾燥的纖維素可以使 用。然若纖維素含水（例如導因於前製過程），則混合器中 層狀之形戶及其與另外加入的關M0溶液間之混合，都將變 得極為困難-特別是因層狀混合器的剪切區有限。當懸浮 物以層狀傳輸時’基於其裝置截面之產量將極低。田 不連續製造含水氧化胺中纖維素懸浮物的方法係由㈣ 94 = 8217而知β藉由該方法，將壓碎之纖維素及氧化胺溶 =於一水平混合室中以具輻射狀攪拌元件的旋轉片加以、、θ 1。每次充填之期間特定為21分鐘。因為鑑於必須 = 料於後續的溶解器中而須操作兩個如是人〜、連續進 該方法並無益處。甚者，完全地將混合 =故使用 會有固難。 至的充填物去除將 本發明之目的，係提供-種可連續製造於含水 啉N-氧化物中之纖維素懸浮物之方法， 甲土馬 叩無上述之缺點。

426759 五、發明說明¢2) 該方法應可使用含水或乾燥之纖維素，並將所充填之纖維 素的粒子大小及/或其水含量之變異予以等化，以使具有 穩定濃度的纖維素溶液能於後續的溶解步驟中形成。本發 明進一步的目的為提供一種連續的方法，其可提高基於裝 置截面之懸浮物體積的產量。最後，此發明之目的亦在於 提供一種可連續製造纖維素懸浮·物之方法，該懸浮物可直 接、連續地轉換至溶解步驟，以形成一可進行壓出之溶 液。至於本發明之其他優點可由下面說明書之内容得知。 利用說明書一開始時所特定之該方法，本發明即可藉由 下述步驟達成前述目的：（a)在不存在N-甲基嗎啉N -氧化 物的情況下，傳輸纖維素通過第一剪切區，並伴以均質化 過程，且（b)於添加適當量之含水N-曱基嗎啉N -氧化物 後，傳輸已均質化的纖維素經過第二剪切區，該適當量須 能使其於混合後形成一懸浮物，其N-甲基嗎啉N-氧化物在 液相中之含量係介於70〜8 0%之質量比範圍内；如此，纖維 素及懸浮物皆將可實質上完全地覆蓋於剪切區中能供傳輸 之用的戴面上。 根據本發明，所導入之纖維素首先將於步驟（a)被均質 化，而其均質化之對象係纖維素之粒子大小及/或水含量 此意謂這些數值之局部及暫時性變異將會消失，如此，即 可避免在後續步驟所形成溶液中纖維素濃度之波動以及纖 維素部分的不完全溶解現象。步驟（b)中NMMO之添加量及 其水含量，係根據已裝填纖維素之量及其可能之含水量加 以調整，以使所形成懸浮物液相中之NMMO含量，能介於前

O:\59\S9818.PTD 第6頁 '426759 五、發明說明（3) --- — 述四標範圍内，亦即介於70〜80%之質量比範圍門 說，若欲將一乾燥纖維素導入步驟（a)，則步B °舉例來 入之NMMO溶液濃度即可在前述特定範圍内.二a中所導 之纖維素於步驟（a)，則在步驟（b)中需要導二:，入含水 NMMO溶液，其濃度係視欲製造溶液中之纖維 ，濃的. 於選擇水合纖維素和NMM0溶液之適當量及又而定。 維素/NMMO/H2〇的三元圖的幫助下輕鬆決定“可在纖 直接進料於形成均質纖維素溶液之步驟中。此^净物可 體皆可用於溶解，其中一適合方法於DE 44同的方法變 細說明。但不同於此方法係將懸浮物 二δ中有詳 :，本發明之方法則是充分利用可藉以傳==傳 二以致於每單位時間與裝置截面積中能有最大：放斷 物體積通過。此外，該利用環狀層之方法大！之懸浮 t發明方法中並非必須。藉由本發明理念J二輪速於 盍」、’將可理解到··與上述利用環狀層之方 全部覆 明方法中並無連續的蒸氣或氣相存在二去=同，本發 形成懸浮物出口之間的區域。、沾:素進料口與所 疋可以存在傳輸團塊中。利用 D洛氣泡還 懸浮物中所達成之更為一致的“月=:終之纖維素 在溶解步驟中能完全地溶解。 將叮促進纖維素粒子 根據本發明方法之 且Μ 剪切與傳輸動作係由若干軸；=樣，=剪切區中的 向排列，且裝備有前 π成該軸彳干沿著傳輪方 及傳輸元件的結構相了^的=° =個剪切區的剪切 U 攸弟—到第二剪切區的過渡只由

O:\59\59818.PTD 42675b 五 '發明說明（4) 加入NMMO溶液之處決定，此處只需沿軸心方向移動即可替 換° 一般而言，第—剪切區較第二區短。舉例來說，其長 f比可為1:2。剪切動作可以軸桿的不同速度來達成。目 月'J已發現纖維素在溶解步驟中的溶解將可因為之前在NMM〇 不存在的情況下先行岣質化而達到改善的效果β —般來說 剪切及傳輸動作係由二到七個分別具有剪切及傳輸元件的 轴桿提供。 貝里比為20〜80%之纖維素導入步驟（a, 維素，尤其當含變動之水含量時，將藉 水含量方面而等化之。由於所形成之懸 在特定之目標範圍内，因此必須將纖維 溶液中水含量作相應地反向調整。通常 一自枯竭沉澱浴再加工過的再生溶液， 行再生的方式恰可形成所需濃度之NMM0 (a)、（b)中的剪切動作，亦可達成使纖 及均質化之目的，此為傳統利用環狀層 不到的。 另一具體實施態樣，係將實質上乾燥 (a)。此態樣之步驟（a)中亦包括，經由 行的均質化程序。此程序將於後續步驟 下列情況也建議同時導入乾燥於含水纖 水含量高達例如60〜80%，致使懸浮物液 根據本發明方法的一種具體實施態樣，係將水含量範圍 此位於入口之纖 由步驟（a)針對其 浮物中NMM0含量應 素的水含量對NMM0 步驟（b)中係使用 而此種自沉澱池進 濃縮物。經由步驟 維素粒子減小尺寸 運轉的混合器所辦 標範圍無法因步驟（b)中加入NMM0單水介物而達成時 的纖維素導入步驟 等化粒子大小所進 (b)中繼續實施。 維素：亦即若後者 相中NMM0含量的目 因

O:\59\59818.PTD 第8頁 42675 9 五、發明說明（5) ί S ί1:隨著因剪切程序而減小’故不須再對纖維素進 订預先之輾碎或壓碎步驟。 I進 方法之較佳具體實施態樣，係將具有 (b)。i j 範圍介於卜1至1:2·2的含水ΝΜΜ0導入步驟 與含水使用之最濃的ΝΜΜ0，亦即ΝΜΜ〇單水合物，係 二ί 同使用，而該纖維素已先與水-起攪打及 以ΐί或加熱前製過。撇開等化粒子大小不談，使用 氧化胺的尾ί ί可獲得水含量等化之結果’因此其後續與 乳化胺的成合步驟將更容易進行。 —步，(=)和（b)適於在介於75〜100t間之溫度範圍内進 二解：m面：：易；^纖維素的降解與氧化胺 Ϊ物：:Ϊ物的步驟，亦將因該等高溫而加強。溫的懸 溶液驟中’因為壓力降低下水份蒸發而轉變為 冷液’而無實質上溫度的改變。 與ί J較佳具體實施態樣，步驟(a)與⑻皆 抽取並將=拉疋成。步驟（b)终了時的懸浮物則連續地 纖：解步驟。將於入口處導入的可能含水 k a)的傅輸段之後加入，連琦 ⑻。當本發明之方法連續運傳輸段則形成了步驟 ==解㈣，而不須經由-中介的緩衝槽。 於5至H之^圍(a)與（b)的全部停留時間將介 A 3主D U分在里之祀圍。而敕合官 早且之停留時間約為2 0至3 0分

苐9頁 42675 9 五、發明說明（6) 鐘0 添加物如安定赴丨楚 ,,,_ " Μ寺’可於傳輸物質内加入。於進行均質 化、混合和溶解之讲 肿心程中，這些添加物亦需均勻一致地分 布在懸浮物或濃液中。 ' 現在，將更詳細地解釋本發明，並以圖式及實例 明。 一圖式中所不為一可用於實施本發明方法之設備，其具有 、、接、續裝置藉以形成溶液。第一個雙軸裝置i係經由進料 斗2以充填預先壓榨到水分含量為5〇 %質量比的纖維素，此 ，維素來自於酵素前製設備。許多具剪切及傳輸元件之轴 t i己ΐ於裝置1，其中二軸：軸桿3與4顯示於圖式中。在 /凾盖則二分之一全長（包括兩個剪切區）的第一剪切區中， 轴桿係為剪切所充填之纖雉素而配置。在裝置長度之約 m後方有一用於進料含水ΝΜΜ〇之進料開口 5裝設於圓柱形 知至中。空氣則伴隨著一些水蒸氣經由管線6被抽出。裝 置的下游端與多軸溶解器8以一接管連接，此溶解器係作 為溶解站。懸浮物輪送至出口連結9，並同時以軸上的結 構部分對纖維素進行剪切及溶解》溶解器8經由連結1 〇而 維持在減壓下，藉以將水從懸浮物中蒸發並自溶解器8中 抽出°裝置1與8備供有加熱套（未顯示），以使其可分別維 持所欲混合溫度及溶解溫度》 ijm 10公斤松木亞硫酸鹽紙漿81：1"〇.(〔11〇$3111〇? 46 5;〇;-纖 維素含量大於95%)於一製漿器中以浴比1:20、利用軟水攪 ΙΒΙΒΙΙΙΙΚ I iiil.ll I 画_画 ill 〇：\59\59818, PTD 第10頁 w 42675 9 五、發明說明（7) :丁。此懸浮物以濃聚幫浦听入紙聚桶π，稀釋至 。ii10克/升’且與一(以纖維素為基準）質量比為 k 的溫度”合。在2小時的加工時間 含量為5 ) ； ；、neeze 5又備上擰擠’由此獲得一固體 fleeze：fe°之紙漿fleeZe。以158克/分的速度將紙漿 辛幻以：進料斗給入具有兩區域之雙轴裝置中。纖維 :=物在9 0。。下於雙轴裝置的第-區中進行均質 婉由」/克分的速度將N_甲基嗎-氧化物單水合物， :::加熱之進料線，☆雙軸裝置的第二區加入均質化混 口物中。在其後之剪切區中，將此纖維 圓單水合物均句一致地混合。最後形成匕含有二物與 NMM0單水合物之漿汁。在後續之蒸發步驟中，將此漿汁轉 變為含有13. 6%纖維素之濃液（紡絲溶液）。 漢液品質之評估以具備評估及製圖裝置（JVC的攝影機及 印表機）之顯微鏡（Firm Hund H5 00 WZ)達成。濃液樣本内 3所用之品質 級數 1 2 3 未溶1解之纖維素粒子數目以每平方公分計算 分類如下： 每平方公分内所具 未溶解之纖維素粒子 0至5 6至10 1 1 至15 無可紡性 >15 本實例中的濃液每平方公分含有5個未溶解粒子。雖如

O:\59\59818.PTD 第11頁 ο 五、發明說明（8) 此，該溶液於過濾後仍適於依乾-濕紡程序進行纖維、細 絲或壓片之製造。 實例2 製造一種與實例1相當之濃液。透過一均質器，該毁汁. 在進入蒸發步驟前被榨壓十次。 當於顯微鏡下評估濃液品質時，可觀察到不含任何纖維 素粒子之光學上純淨之溶液（每平方公分中具0個未溶解纖 維素粒子）。 實例3 將1.5公斤松木亞硫酸鹽紙漿（Cuoxam DP 78 0 ; α-纖維 素含量質量比= 91%)與7.5公斤水於一高壓閥中加熱三小時 直到1 2 9 C。然後以離心法將該纖維素從水中分離，藉此 獲得固含量為70%之紙漿團。以158克/公斤之速度導入該 漿團於貫例1中使用的設備，然而此處係以8 〇 〇克/分的速 度於第二區ΜΜ0加入單水合物。最後獲得一含有μ.5% ΝΜΜ0單水合物之漿汁，且於後續蒸發步驟中獲得一纖維素 含量質量比為1 2 . 1 %之濃度。 ’、 於顯微鏡下評估溶液品質時，每一平方公分只觀察到3 個未溶解纖維素粒子》

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Claims (1)

1. •4267 5 9 六、申請專利範圍 1. 一種連續製造於含水N-曱基嗎啉的f氧化物中之纖維 素懸浮物的方法，其特徵為 (a) 在不存在N-f基嗎啉N -氧化物的情況下，傳輸纖 維素通過第一剪切區，並伴隨均質化過程；及 (b) 於添加適當量含水N-曱基嗎啉N-氧化物後，傳輸 已均質化的纖維素經過第二剪切區，該適當量須能使其於 混合後形成一懸浮物，其N -甲基嗎啉n -氧化物在液相中之 含量係介於7 0 ~ 8 0%之質量比範圍内； 如此’纖維素及懸浮物皆將可實質上完全地覆蓋於剪切 區中能供傳輸之用的截面上。 2. 根據申睛專利範圍第i項之方法’其特徵在於兩個剪 切區中的剪切及傳輸步驟均由若干沿傳輸方向配置的料桿 來完成’該軸桿並配備有剪切及傳輸元件。 3 ‘根據申晴專利範圍第2項之方法，其特徵在於係用提 供二至七支軸桿以進行剪切及傳輸。 4 _根據申請專利範圍第1 ’ 2或3項中任一項之方法，其 特徵在於係導入水含量介於2〇〜8 〇%質量比範圍之纖維素於 步驟（a )中。 5.根據申凊專利範圍第1 ’ 2或3項中任一項之方法，其 特徵在於係導入實質上乾燥之纖維素於步驟（a)中。 6 ·根據申請專利範圍第1，2或3項中任一項之方法，其 特徵在於係將NMMO /HgO莫耳比範圍介於1 : 1至1 : 2 · 2間之含 水N-甲基嗎啉N -氧化物導入步驟（匕）中。 7 _根據申請專利範圍第1，2或3項中任一項之方法，其

   O:\59\59818.PTD 第13頁 4267 b y 六、申請專利範圍 特徵為纖維素在導入步驟（a)前，先與水一同攪打及/或 經酵素或溼熱前製過。 根據申請專利範圍第1，2或3項中任一項之方法，其 特徵為步·驟（a )和（b )係於介於75 - 1 0 0 t：之溫度範圍下進 行。 9·根據申請專利範圍第1，2或3項中任一項之方法，其 = 與⑻皆於一連續通路中完成，且連續地將 該懸净物自步驟（b)中抽取並將之進料於溶解步驟中。 1〇·根據申請專利範圍第〗，2或3項中任一項之苴 特徵為操作步驟（a)與（b)的全部停留介 〃 鐘的範圍内。 U丨^至60分 11.根據申請專利範圍第丨，2或3項中任— 特徵為加入添加物於所傳輸物質内。 、 、，/、

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