專利名稱：纖維素氨基甲酸酯纖維的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由干態(tài)的纖維素氨基甲酸酯，在低溫條件下 溶入氫氧化鈉溶液中形成的紡絲原液，在低溫保護下通過滲透、 過濾、脫泡處理后，經噴絲孔擠出，進入酸凝固浴中固化，再經 水洗浴拉伸、高溫稀堿液中再生等工序制備出纖維素氨基甲酸酯 纖維的方法。
背景技術：
隨著世界范圍內對環(huán)境污染越來越嚴格的控制，工藝流程長， 存在嚴重環(huán)境問題的粘膠纖維的生產受到了限制，新型而又能解 決環(huán)保問題的纖維素纖維的生產工藝應用而生。目前，比較成功的有兩種生產工藝， 一種是以N-甲基氧化嗎啉(NMM0)為溶劑， 利用氧化胺衍生物在受控條件下溶解纖維素的能力，將纖維素溶 解，然后紡絲。這種工藝首先由英國countaulds公司在上世紀 80年代實現工業(yè)化，并以"Tensel"商品名出售，其后歐洲又有 幾家公司對該工藝適當改進后進行了工業(yè)化生產，這種纖維又被 稱為lyocell纖維。與粘膠纖維相比，lyocell纖維具有較高的 干、濕強度；另一種生產工藝是纖維素氨基甲酸酯工藝。該工藝 是將纖維素與尿素在高溫條件下的反應產物——纖維素氨基甲酸 酯在低溫條件下溶解在稀的氫氧化鈉溶液中，然后采用濕紡工藝 制備出纖維素氨基甲酸酯纖維。全過程安全無毒，而且能最大限 度地利用原有的粘膠纖維的生產設備，被認為是現有粘膠纖維生 產工藝最有潛力的替代，目前已有很多相關工藝產生，主要是圍 繞紡絲設備和紡絲凝固浴及再生浴的組成及溫度條件描述了紡絲
過程。如德國專利102004007616-Al、 102004007616-B4和歐洲 專利1716273-A1揭示的工藝，描述了纖維素氨基甲酸酯溶液通過 空氣打壓，擠出噴絲孔，進入凝固浴，沉淀出纖維素氨基甲酸酯 纖維的方法，這些專利的重點是提出了噴絲板的長徑比及初生纖 維絲在60-95r溫度下，在0. 3-1%氫氧化鈉溶液中再生的重要性， 并通過與美國專利3767756和德國專利2830685比較，指出由該 方法制備的纖維素纖維強度高于lyocell纖維。其他工藝，如 歐洲專利097685和103618，英國專利2164941， 2164942和 2164943，重點是給出了凝固浴組成。另外一些工藝則對上述工藝 進行了一些補充，如德國專利10203071-A1揭示的方法，指出 在相對較高的溫度下，使纖維素氨基甲酸酯溶液在管道中輸送， 可減少溶液流動時所受摩擦。但普遍的，這些工藝都沒有考慮到 纖維素氨基甲酸酯的溶解性及溶液穩(wěn)定性都較差，在紡絲過程中 如果不采取適當的防護措施，即使有再好的設備，再合理的凝固 浴和再生浴，紡絲液也會很快發(fā)生凝膠化或分解放出氣體，給紡 絲過程帶來眾多不便。發(fā)明內容本發(fā)明目的在于，提供一種制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方 法。該方法是在低溫條件下溶入氫氧化鈉溶液中形成的紡絲原液， 在低溫保護下通過滲透、過濾、脫泡處理后，經噴絲孔擠出，進 入酸凝固浴中固化，再經水洗浴拉伸、高溫稀堿液中再生等工序 制備出纖維素氨基甲酸酯纖維。本發(fā)明所述的纖維素氨基甲酸酯纖維的制備方法，該方法將干態(tài) 的纖維素氨基甲酸酯，在低溫條件下溶入氫氧化鈉溶液中，形成均勻 溶液后，移入置于低溫純凈水中的滲透袋中滲透，得到纖維素氨基甲 酸酯與氫氧化鈉質量比接近于1的溶液，并在低溫保護下對此纖維素 氨基甲酸酯溶液進行脫泡、過濾處理后，用氮氣打壓，計量泵抽吸，
使其由噴絲孔擠出，進入酸凝固浴中固化，再經水洗浴拉伸、高溫稀 堿液中再生出纖維素氨基甲酸酯纖維，具體操作按下列步驟進行a、 將纖維素氨基甲酸酯，在-5—(TC溫度下，充分溶解在10%濃 度的氫氧化鈉溶液中形成均勻的纖維素氨基甲酸酯溶液；b、 將步驟a中的纖維素氨基甲酸酯溶液移入置于溫度為3—8'C 純凈水中的滲透袋中進行滲透，滲透時間為10—30分鐘，去除部分 氫氧化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比接近于1的紡絲 溶液；c、 將步驟b中的紡絲溶液在低溫夾套冷卻水保護下進行過濾、 真空靜置脫泡處理，時間8—10小時；d、 將步驟c中的處理液在低溫夾套水保護下用氮氣打壓，計量 泵抽吸，使其由噴絲孔擠出后進入酸凝固浴中固化，再經水洗浴拉伸、 稀堿液中再生，即可得到纖維素氨基甲酸酯纖維。纖維素氨基甲酸酯的聚合度為200—350，含氮量為2. 0%—3. 5%。 歩驟b中的滲透袋為有機半透膜袋或細度小于350目的尼龍濾布。步驟b中的純凈水體積為纖維素氨基甲酸酯溶液的6—10倍。 步驟c中的脫泡塔、過濾器帶有3—8'C冷水保護夾套，脫泡真 空度為0. 095—0. lMPa。步驟c中的紡絲溶液中空氣泡的含量應小于0. 001%。 步驟d中用帶有3—8"C夾套冷凝水的管道輸送紡絲液，用計量 泵抽吸，使之噴出孔徑為0.05—0.09毫米的噴絲口。步驟d中的酸凝固浴組成為質量分數為8—12%的硫酸，質量 分數為20—25%的硫酸鈉及質量分數為5—7%的硫酸鋁，凝固浴溫度 為20—50。C，絲條在浴中浸沒時間為0. 1_0. 2秒，水洗浴溫度為20 一5(TC，再生浴為質量分數為0. 2—1. 0%的氫氧化鈉溶液，再生浴溫 度為60—98。C。本發(fā)明所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，該方法在-5— (TC條件下，將干態(tài)的纖維素氨基甲酸酯直接溶入質量百分比濃度為 10%的氫氧化鈉溶液中，形成紡絲所需含量(如7%)的纖維素氨基 甲酸酯溶液，并將其移入置于低溫純凈水中的滲透袋中滲透，去除部 分氫氧化鈉，得到紡絲所需纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比接近 于1的紡絲溶液，在低溫保護下，該溶液通過過濾、真空脫泡后在氮 氣打壓及計量泵抽吸作用下，流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口 噴出，進入酸凝固浴中沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，并立刻在水洗 浴中進行機械拉伸，使纖維素分子高度趨向，同時進入高溫稀堿浴中 再生，從而獲得具有一定強度的纖維素氨基甲酸酯纖維。本發(fā)明所述的方法具有(l)溶解纖維素氨基甲酸酯的溶劑氫氧化 鈉溶液濃度不再需要那么苛刻，纖維素氨基甲酸酯不再那么難溶了， 可以采用稍高濃度的氫氧化鈉溶液(如10%)，等纖維素氨基甲酸酯 充分溶解后，增加滲透工序，通過調節(jié)滲透用水及滲透時間，調節(jié)紡 絲溶液中纖維素氨基甲酸酯與氫氧化鈉的比例，而不會造成溶液中有 不溶物存在，更不會影響紡絲溶液質量，這不僅避免了用低濃度氫氧 化鈉溶液作溶劑不能使原料完全溶解而造成的原料損失，而且也能為 后續(xù)的過濾工序的順利進行提供了保障；(2)本發(fā)明中紡絲液的輸送是 靠氮氣打壓和計量泵抽吸作用同時進行，從而能保障紡絲原液在管道 中的暢通運行；(3)本發(fā)明中紡絲液的滲透、過濾、脫泡及管道中的運 輸、噴絲過程都是在低溫保護下進行的，這可使紡絲液的穩(wěn)定性增強， 紡絲過程中不會出現因紡絲液凝膠化而堵塞管道或因紡絲液遇熱分 解放出氣體產生氣泡絲的現象；(4)滲透用水可直接用來做稀堿再生 浴，或者等水中的氫氧化鈉濃度達到一定值后，可用來作溶解纖維素 氨基甲酸酯的溶劑，整個過程無任何原料損失等的特點。
具體實施方式
實施例1a、 將35克聚合度為350，含氮量(酯化度)為2. 8%的纖維素氨 基甲酸酯，攪拌下溶入500毫升-5'C的質量百分比濃度為10%的氫 氧化鈉溶液中充分溶解，形成均勻的纖維素氨基甲酸酯溶液；b、 將溶解后的纖維素氨基甲酸酯混合溶液移入有機半透明滲透 袋中，置于2升的溫度為5'C的純凈水中滲透20min，去除部分氫氧 化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比為l.O的紡絲溶液；c、 將步驟b中的紡絲溶液在5。C夾套冷卻水保護下進行過濾、 真空靜置脫泡處理，脫泡真空度為0. 095MPa，時間8小時，空氣泡 的含量小于O. OO線;d、 將步驟c中的處理液在5t:夾套水保護下用氮氣打壓，計量 泵抽吸作用下，使其流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口噴出，噴 出孔徑為0.05毫米，進入酸凝固浴中固化，酸凝固浴組成為質量 分數為8%的硫酸，質量分數為20%的硫酸鈉及質量分數為5%的硫酸 鋁，凝固浴溫度為2(TC，絲條在浴中浸沒時間為0. 1秒，水洗浴溫度 為2(TC，再生浴為質量分數為0.2的氫氧化鈉溶液，再生浴溫度為 60°C，沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，再經水洗浴拉伸，同時立刻牽 入高溫稀堿浴中再生烘干，得到高強度的纖維素氨基甲酸酯纖維。實施例2a、 將35克聚合度為290，含氮量(酯化度)為3. 2%的纖維素氨 基甲酸酯，攪拌下溶入500毫升-3。C的質量百分比濃度為10%的氫 氧化鈉溶液中充分溶解，形成均勻的纖維素氨基甲酸酯溶液；b、 將溶解后的纖維素氨基甲酸酯混合溶液移入細度為300目的 尼龍布滲透袋中，置于2.5升的溫度為3t:的純凈水中滲透15min， 去除部分氫氧化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比為1.05 的紡絲溶液；c、 將步驟b中的紡絲溶液在3。C夾套冷卻水保護下進行過濾、 真空靜置脫泡處理，脫泡真空度為0.098MPa，時間10小時，空氣泡
的含量小于0. 001%;d、將步驟c中的處理液在3'C夾套水保護下用氮氣打壓，計量 泵抽吸作用下，使其流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口噴出，噴出孔徑為0.09毫米，進入酸凝固浴中固化，酸凝固浴組成為質量分數為12%的硫酸，質量分數為25%的硫酸鈉及質量分數為7%的硫酸 鋁，凝固浴溫度為5(TC，絲條在浴中浸沒時間為0.2秒，水洗浴溫度 為5(TC，再生浴為質量分數為1.0%的氫氧化鈉溶液，再生浴溫度為 98°C，沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，再經水洗浴拉伸，同時立刻牽 入高溫稀堿浴中再生烘干，得到高強度的纖維素氨基甲酸酯纖維。 實施例3a、 將35克聚合度為200，含氮量(酯化度)為2.0%的纖維素氨 基甲酸酯，攪拌下溶入500毫升0"的質量百分比濃度為10%的氫 氧化鈉溶液中充分溶解，形成質量分數為7%的均勻纖維素氨基甲酸 酯溶液；b、 將溶解后的纖維素氨基甲酸酯混合溶液移入有機半透明滲透 袋中，置于2升的溫度為8'C的純凈水中滲透30min，去除部分氫氧 化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比為l.O的紡絲溶液；c、 將步驟b中的紡絲溶液在8'C夾套冷卻水保護下進行過濾、 真空靜置脫泡處理，脫泡真空度為0. lMPa，時間9小時，空氣泡的 含量小于0. 001%;d、 將步驟c中的處理液在8'C夾套水保護下用氮氣打壓，計量 泵抽吸作用下，使其流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口噴出，噴 出孔徑為0.07毫米，進入酸凝固浴中固化，酸凝固浴組成為質量 分數為10%的硫酸，質量分數為23%的硫酸鈉及質量分數為6%的硫酸 鋁，凝固浴溫度為35°C，絲條在浴中浸沒時間為0. 15秒，水洗浴溫 度為35°C，再生浴為質量分數為0.5的氫氧化鈉溶液，再生浴溫度 為80°C，沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，再經水洗浴拉伸，同時立刻牽入高溫稀堿浴中再生烘干，得到高強度的纖維素氨基甲酸酯纖 維。實施例4a、 將35克聚合度為250，含氮量(酯化度)為3. 0%的纖維素氨 基甲酸酯，攪拌下溶入500毫升-2'C的質量百分比濃度為10%的氫 氧化鈉溶液中充分溶解，形成均勻的纖維素氨基甲酸酯溶液；b、 將溶解后的纖維素氨基甲酸酯混合溶液移入細度為350目的 尼龍布滲透袋中，置于2升的溫度為7。C的純凈水中滲透10min，去 除部分氫氧化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比為1.0的 紡絲溶液；c、 將步驟b中的紡絲溶液在7'C夾套冷卻水保護下進行過濾、 真空靜置脫泡處理，脫泡真空度為0. 097MPa，時間8小時，空氣泡 的含量小于0. 001%;d、 將步驟c中的處理液在7'C夾套水保護下用氮氣打壓，計量 泵抽吸作用下，使其流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口噴出，噴 出孔徑為0.07毫米，進入酸凝固浴中固化，酸凝固浴組成為質量 分數為8%的硫酸，質量分數為22%的硫酸鈉及質量分數為5%的硫酸 鋁，凝固浴溫度為4(TC，絲條在浴中浸沒時間為0.2秒，水洗浴溫度 為40。C，再生浴為質量分數為0.8的氫氧化鈉溶液，再生浴溫度為 9(TC，沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，再經水洗浴拉伸，同時立刻牽 入高溫稀堿浴中再生烘干，得到高強度的纖維素氨基甲酸酯纖維。
權利要求
1、一種制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特征在于按下列步驟進行a、將干態(tài)的纖維素氨基甲酸酯，在-5-0℃溫度下，充分溶解在質量分數為10％的氫氧化鈉溶液中形成質量分數為7％的均勻的纖維素氨基甲酸酯溶液；b、將步驟a中的纖維素氨基甲酸酯溶液移入置于溫度為3-8℃純凈水中的滲透袋中進行滲透，滲透時間為10-30分鐘，去除部分氫氧化鈉，得到纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉質量比接近于1的紡絲溶液；c、將步驟b中的紡絲溶液在低溫夾套冷卻水保護下進行過濾、真空靜置脫泡處理，時間8-10小時；d、將步驟c中的處理液在低溫夾套水保護下用氮氣打壓，計量泵抽吸，使其由噴絲孔擠出后進入酸凝固浴中固化，再經水洗浴拉伸、稀堿液中再生，即可得到纖維素氨基甲酸酯纖維。
2、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于干態(tài)的纖維素氨基甲酸酯的聚合度為200—350，含氮量為 2. 0%—3. 5%。
3、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟b中的滲透袋為有機半透膜袋或細度小于350目的尼龍濾 布。
4、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟b中的純凈水體積為纖維素氨基甲酸酯溶液的6—10倍。
5、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟c中的脫泡塔、過濾器帶有3—8"冷水保護夾套，脫泡 真空度為0. 095—0. lMPa。
6、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟c中的紡絲溶液中空氣泡的含量應小于0. 001%。
7、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟d中用帶有3—8t:夾套冷凝水的管道輸送紡絲液，用計 量泵抽吸，使之噴出孔徑為0. 05—0. 09毫米的噴絲口 。
8、 權利要求1所述的制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法，其特 征在于步驟d中的酸凝固浴組成為質量分數為8—12%的硫酸，質 量分數為20—25%的硫酸鈉及質量分數為5—7%的硫酸鋁，凝固浴溫 度為20_50°C，絲條在浴中浸沒時間為0. 1—0. 2秒，水洗浴溫度為 20—50。C，再生浴為質量分數為0.2—1.0%的氫氧化鈉溶液，再生浴 溫度為60—98。C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備纖維素氨基甲酸酯纖維的方法。該方法是將干態(tài)的纖維素氨基甲酸酯直接溶入氫氧化鈉溶液中，形成紡絲所需的纖維素氨基甲酸酯溶液，并將其移入置于低溫純凈水中的滲透袋中滲透，去除部分氫氧化鈉，得到紡絲所需纖維素氨基甲酸酯/氫氧化鈉的紡絲溶液，在低溫保護下，該溶液通過過濾、真空脫泡后在氮氣打壓及計量泵抽吸作用下，流過帶有冷凝水夾套的管道，由噴絲口噴出，進入酸凝固浴中沉淀出纖維素氨基甲酸酯纖維，并立刻在水洗浴中進行機械拉伸，使纖維素分子高度趨向，同時進入高溫稀堿浴中再生，從而獲得具有一定強度的纖維素氨基甲酸酯纖維。
文檔編號D01F2/24GK101104957SQ200710145180
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權日2007年8月20日
發(fā)明者吾滿江·艾力, 哈麗丹·買買提, 平 宋, 莉 馬 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所