专利名称：制造纤维素片材的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种通过一气隙将叔胺氧化物中纤维素的加热液挤入沉淀浴槽中来制造纤维素片材的装置和方法。本发明特别涉及纤维素管形片材的制造装置和方法。在下面的叙述和权利要求中，术语“片材”应理解为也包括其它平面模制体，如各种薄膜。
从美国专利US-PS2179181中已知叔胺氧化物具有溶解纤维素的性质，并从这种溶液中通过沉淀可获得纤维素模制体，如纤维。这种溶液的制造方法是公知的。例如，欧洲专利EP-A-0356419提出了制造这种溶液的方法。根据该出版物首先在含水叔胺氧化物中制备纤维素悬浮液。这种叔胺氧化物含水量高达40％(重量比)。然后将含水纤维素悬浮液进行加热并在降低压力的情况下进行脱水直至纤维素溶解为止。
德国专利DE-A-2844-163提出了在喷丝头和沉淀浴槽之间加一个气隙来实现喷丝拉伸以制造纤维素纤维。这种喷丝拉伸是必要的，因为在成形的喷丝溶液与含水的沉淀浴接触后，纤维拉伸就会非常困难。在气隙中设定的纤维结构在沉淀浴槽中定型。
德国专利DE-A-2830685提出了另一种制造纤维素纤维的方法，该方法是叔胺氧化物纤维素溶液在热态下成形长丝，长丝用空气冷却后放入沉淀浴槽中使溶解的纤维素沉淀。纺出的纤维表面用水润湿以减少相邻纤维粘接的倾向。
WO93/13670提出了制造上述无缝管型片材的装置和方法。根据这一已知的方法，通过带有环形挤压孔的挤压模头把纤维素溶液挤压成管，管再通过圆柱形芯棒拉伸然后放入沉淀浴槽中。为了使挤压的管不粘附到芯棒表面，在芯棒表面覆盖一层水膜，因此管的内侧凝固并通过圆柱芯棒滑动。但这种方法的缺点是，为润湿芯棒表面所用的水可能升高到挤压孔并润湿模唇，从而不但在实际挤压过程中出现不希望有的凝固，而且挤压模头亦被冷却。这种情况是不希望出现的，因为冷却了的挤压模头会冷却要挤出的溶液，从而使溶液的粘度增加，这样就不再可能可靠的挤压成均匀厚度的片材。此外，如果要制造例如不同厚度的片材时，前述装置的改装也是很费钱的。
WO93/13670所述的装置还有另外一个缺点，即不可能达到高的生产率。这是因为加热挤压的片材的热不能很快充分散失，以至挤压物的冷却效率不够高。
要挤压的纤维素溶液以其特别高的粘度而必须加热到超过110℃的温度，才可能进行加工。在以模唇挤出后的溶液应当冷却到一定的程度并固化，以便在进入沉淀浴槽之前，即在凝固之前进行拉伸。如果冷却效率不够高，则挤压溶液在气隙中的停留时间必须相应延长，这只能通过降低引出速度来达到。另一方面，如果用较低的温度挤压，则在挤压装置中会出现材料的分布问题。
本发明的任务在于提出一种把叔胺氧化物的加热纤维素溶液挤压制成纤维素片材的装置和方法，这种装置和方法避免了上述缺点并具有高的生产率。
根据本发明制造纤维素片材的上述装置包括一个带有挤压孔的挤压模头，其特征是，紧接在挤压孔的下方装有冷却气体进气管，以便冷却挤出的片材。冷却气体例如可用温度为-10℃～+5℃的冷却空气。但亦可用室温的空气来冷却加热的挤出物。很明显，由于本发明用气体冷却，受气体温度和气体输入流量这两个参数控制的冷却效率就可简便地适应相应的生产过程条件，从而大大提高了生产率。
根据本发明装置的一个有效实施例是在挤压孔的两侧布置了冷却进气管。
根据本发明装置的一个优选实施例是用来制造纤维素管形片材，其特征是，挤压模头的挤压孔基本上呈环形，且冷却进气管布置在环形挤压孔的外面。根据本发明装置的这个实施例特别适用于制造直径相当小的、例如小于70mm的管形片材。
根据本发明另一个优选实施例带环形挤压孔的装置用来制造较大直径的纤维素管形片材，其特征是，冷却进气管装在环形挤压孔的里边。在这种情况中，用过的冷却气体的输出管也必须装在挤压孔的里面，因为用过的冷却气体不可能穿过封闭的纤维素管流出。冷却气体的输入管最好设计成使冷却气体对准挤压孔的出口边。
根据本发明这个实施例装置在环形挤压孔的外部装有另一根冷却气体输入管，以实现特别高的冷却效率。
业已证明，这个装置在环形挤压孔的中心再加一根纤维素沉淀剂进入管和沉淀浴液输出管则更为理想。
如果本发明装置在沉淀浴液排出管下方至少装一块隔盘，业已证明是很有效的。通过这一措施可有效地防止挤出的片材在沉淀浴槽中重合。
本发明还涉及一种制造纤维素片材的方法，在这种方法中将加热状态的叔胺氧化物纤维素溶液通过带有挤压孔的模头挤出并将加热的挤出溶液送入沉淀浴槽中，使已溶解的纤维素沉淀，该方法的特征是，加热的挤出溶液在挤出后和在送入沉淀浴槽之前直接暴露在气流中，立即进行冷却。业已证明，当气流基本上与挤压方向保持直角时，冷却效果特别有效。
如果加热的挤出溶液暴露在两股气流中冷却并使气流吹到挤出的热溶液的对边，则可达到有效的冷却。
如果加热的纤维素溶液通过带有环形挤压孔的挤压模头挤出成管形，且加热的管形挤出溶液的外侧暴露在气流中，则本发明方法可用来制造具有相当小直径(例如小于70mm)的纤维素管形片材。为了制造具有较大直径的管形片材，挤出的溶液最好从内部进行冷却。如果加热的管形挤出溶液不仅内侧而且外侧都暴露在气流中，则本发明方法这个实施例可达到特别有效的冷却。
加热的管形挤出溶液在冷却后和送入沉淀浴槽之前用一种纤维素沉淀剂与它的内侧发生接触，则证明是特别有效的。
根据本发明的装置和方法特别适用于加工N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)纤维素水溶液。
下面结合附图来详细说明本发明的优选实施例。其中，
图1表示制造纤维素片材的装置，图2则表示制造纤维素管形片材的装置。
图1表示一个细长的挤出装置的横断面图，此装置主要由一个挤压模头1a和两根冷却气体输入管2a、2b组成。冷却气体输入管用来冷却类似片材状的挤出溶液3a的两则。冷却空气按箭头所示方向倾斜向下进入进气管2a和2b。冷却了的挤出物通过一个由模头下侧到沉淀浴槽表面之间的距离所决定的气隙拉入沉淀浴槽中。纤维素在沉淀浴槽中凝固并将叔胺氧化物溶解在沉淀浴槽中。虚线表示沉淀浴槽表面，4a和4b表示沉淀浴槽中的两块导向板。片材通过一个辊筒(图中没有画出)转向并从沉淀浴槽中拉出。
从图1可以看出，所示的挤压模头1a由几个可用螺丝或键槽相互连接的部件组成。这种挤压模头的结构相当于高粘度聚合物材料的熔体挤压常用的模头。其优点是例如在模头内部设置使要挤出的材料均匀分布的装置(图中没有表示)。
NMMO纤维素溶液在压力作用下从上方输入(如图中竖直箭头所示)至挤压模头1a并穿过图中用黑线表示的过滤板，此过滤板支承在位于它下方的一块托板上。过滤后的挤出材料进入由部件9a和9b组成的实际的模头体。NMMO纤维素溶液通过挤压孔5挤出。挤压孔5有一个横截面扩大区，它相当于一个减压区。挤压模头1a通过由槽形通道6流入的载热介质间接加热。在挤压模头1a和冷却气体进气管2a和2b之间可提供绝热层(图中没有画出)，以阻止从挤压模头1a到进气管2a和2b的热传导。
通过更换两个部件9a和9b即可相当简单地实现模头横断面的调整，而不必改变装置其余部件的尺寸，这是本发明装置的重大优点。
图1所示装置用冷却气体吹挤出物的两侧，吹气方向基本上与挤出方向成直角。
图2表示制造管形片材的本发明装置的横断面图。这个装置主要由一个可用螺丝或键槽把几个部件相互连接而成的环形挤压模头1b组成。如图2中的竖直箭头所示，纤维素溶液从上方偏心输入。挤出材料到达一个从外部进行加热的环形分配室7。溶液从环形分配室7通过环形过滤板，过滤板在图中用黑粗线表示并支承在位于它下方的托板上。然后，过滤后的溶液到达由两个半环8a和8b构成的模头体。在本发明装置的这个实施例中，挤压孔5内也有一个起减压作用的扩大区。挤压材料从挤压孔5的模唇起作为管形加热的挤压物被挤入气隙中。
与图1所示装置相似，这里也可通过更换两个部件8a和8b来相当简单地实现模头断面的调整。
在由这两个部件8a和8b构成的环形凹口中嵌入一个环形件，环形件的外侧和里侧都有螺旋线通路，过滤后的溶液通过这些通路挤入挤压孔中。
在环形模头1b的中心同心布置冷却空气和用过的冷却空气的进出管以及水和沉淀浴液的进出管。11a表示冷却空气进气管，冷却空气流到具有良好空气流动性能的缓冲盘13上，从该处空气被水平偏转，然后吹到管形挤出溶液3b的管形内侧上。金属板14确保冷却空气的一部分直接引到挤压孔5的出口边。用过的冷却空气通过出气管11b流出。
为了改进冷却，在由挤压孔5构成的环的外边布置一根冷却空气进气管2c。也和图1一样，这第二股冷却空气按图所示由两个倾斜向下的箭头方向表示。
在缓冲盘13下方是一块盘状板15，用沉淀剂(水)通过盘15润湿管3b的内表面。12a表示此沉淀剂的进入管。
为了加工相当长的圆柱形片材，紧接在沉淀浴槽表面(虚线所示)下方布置隔盘16，隔盘外缘倒角，以免已经凝固但仍易损的片材在隔盘上滑动时受到损伤。要特别注意隔盘16和片材3b之间的接触面尽可能小，因为，接触面实际上就是摩擦面。
隔盘16浸入沉淀浴槽中并起平定作用。此外，隔盘上的孔可进行材料交换。
管形片材在沉淀浴槽中的导向辊(图中没有画出)上进行转向之前可在沉淀浴槽中通过几块隔盘16进行导引。
图2所示装置有一根浸入管17，通过12a输入的使用后的沉淀剂可通过浸入管吸出。浸入管上紧贴在沉淀浴槽表面上方装有吸出管18。浸入管的作用是只要吸出管18没有浸入沉淀浴槽表面，则只吸走空气而不吸走液体；一旦沉淀浴槽液位上升并淹没两根吸出管时，则沉淀浴液不仅通过吸出管18而且通过浸入管17向上吸出，直到两根吸出管重新露出沉淀浴槽并再次吸入空气为止。通过这个措施还避免了NMMO富集在浴槽中的管形片材的下部范围。
缓冲盘13和圆盘15最好装在浸入管17上可以移动，以便调节冷却和内部润湿。
本发明的冷却效率很高，所以可用高于现有技术提出的纤维素溶液的挤压装置的材料通过量进行挤压片材。
权利要求
1.通过挤压叔胺氧化物中的纤维素加热溶液制造纤维素片材的装置，包括一个带有挤压孔(5)的挤压模头(1a；1b)，其特征是，紧接在挤压孔(5)的下方装有一根用来冷却挤出片材(3a；3b)用的冷却气体进气管(2a，2b；2c，11a)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，挤压孔(5)两侧都装有冷却气体的进气管(2a，2b；2c，11a)。
3.根据权利要求1所述的制造纤维素管形片材的装置，其特征是，挤压模头(1a；1b)的挤压孔(5)基本上呈环形，而且冷却气体的进气管(2c)布置在环的外边。
4.根据权利要求1所述的制造纤维素管形片材的装置，其特征是，挤压模头的挤压孔(5)基本上呈环形且冷却气体的进气管(11a)和用过的冷却气体的出气管(11b)都布置在由挤压孔(5)构成的环的中心。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，冷却气体的进气管(11a)设计成可使冷却气体对准挤压孔(5)的出口边。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征是，在由挤压孔(5)构成的环的外边装有另一根冷却气体的进气管(2c)。
7.根据权利要求4～6任一项所述的装置，其特征是，在由挤压孔(5)构成的环的中心装有一根纤维素沉淀剂的输入管(12a)和一根沉淀浴液的输出管(12b)。
8.根据权利要求4～7任一项所述的装置，其特征是，在沉淀浴液输出管(18)的下方至少装有一个隔盘(16)，以阻止在沉淀浴槽中已挤压的片材(3b)重合。
9.制造纤维素片材的方法，其中将叔胺氧化物中的纤维素溶液在加热状态下通过带有一个挤压孔(5)的挤压模头(1a；1b)进行挤压并将加热挤出的溶液引入沉淀浴槽中，使溶解的纤维素沉淀，其特征是，加热挤出的溶液在输入沉淀浴槽之前进行冷却，该加热的溶液在挤出后立即暴露在气流中冷却。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，挤压方向基本上与气流成直角。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征是，加热挤出的溶液暴露在两股气流中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是，加热挤出的溶液暴露在两股气流中，使气流吹到挤出的热溶液的对边上。
13.根据权利要求9所述的制造纤维素管形片材的方法，其中将加热的纤维素溶液通过一个带有环形挤压孔的挤压模头挤压成管状，其特征是，加热的管形挤出溶液的外侧暴露在气流中。
14.根据权利要求9所述的制造纤维素管形片材的方法，其中通过一个带环形挤出孔(5)的挤压模头(1a；1b)将加热的纤维素溶液挤压成管状，其特征是，加热的管形挤出溶液的里侧暴露在气流中。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是，加热的管形挤出溶液的内侧和外侧都暴露在气流中。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征是，加热的管形挤出溶液在冷却后和在送入沉淀浴槽之前用一种纤维素沉淀剂接触它的内侧。
17.根据权利要求9～16任一项或多项所述的方法，其特征是，用N-甲基吗啉-N-氧化物作为叔胺氧化物。
全文摘要
一种把加热的叔胺氧化物中纤维素溶液挤压制成纤维素片材的装置，它包括带有一个挤压孔的挤压模头，其特征是，紧接在挤压孔下方装有一根用来冷却挤出的片材的冷却气体进气管(2c)。本发明的装置特别适用于制造纤维素管形片材。
文档编号C08J5/18GK1114499SQ94190687
公开日1996年1月3日 申请日期1994年7月27日 优先权日1993年9月13日
发明者S·齐凯利, F·艾克, E·劳希, K·伦纳, A·舍恩堡 申请人:连津格股份公司