专利名称：纤维素氨基甲酸酯纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种由干态的纤维素氨基甲酸酯，在低温条件下 溶入氢氧化钠溶液中形成的纺丝原液，在低温保护下通过渗透、 过滤、脱泡处理后，经喷丝孔挤出，进入酸凝固浴中固化，再经 水洗浴拉伸、高温稀碱液中再生等工序制备出纤维素氨基甲酸酯 纤维的方法。
背景技术：
随着世界范围内对环境污染越来越严格的控制，工艺流程长， 存在严重环境问题的粘胶纤维的生产受到了限制，新型而又能解 决环保问题的纤维素纤维的生产工艺应用而生。目前，比较成功的有两种生产工艺， 一种是以N-甲基氧化吗啉(NMM0)为溶剂， 利用氧化胺衍生物在受控条件下溶解纤维素的能力，将纤维素溶 解，然后纺丝。这种工艺首先由英国countaulds公司在上世纪 80年代实现工业化，并以"Tensel"商品名出售，其后欧洲又有 几家公司对该工艺适当改进后进行了工业化生产，这种纤维又被 称为lyocell纤维。与粘胶纤维相比，lyocell纤维具有较高的 干、湿强度；另一种生产工艺是纤维素氨基甲酸酯工艺。该工艺 是将纤维素与尿素在高温条件下的反应产物——纤维素氨基甲酸 酯在低温条件下溶解在稀的氢氧化钠溶液中，然后采用湿纺工艺 制备出纤维素氨基甲酸酯纤维。全过程安全无毒，而且能最大限 度地利用原有的粘胶纤维的生产设备，被认为是现有粘胶纤维生 产工艺最有潜力的替代，目前已有很多相关工艺产生，主要是围 绕纺丝设备和纺丝凝固浴及再生浴的组成及温度条件描述了纺丝
过程。如德国专利102004007616-Al、 102004007616-B4和欧洲 专利1716273-A1揭示的工艺，描述了纤维素氨基甲酸酯溶液通过 空气打压，挤出喷丝孔，进入凝固浴，沉淀出纤维素氨基甲酸酯 纤维的方法，这些专利的重点是提出了喷丝板的长径比及初生纤 维丝在60-95r温度下，在0. 3-1%氢氧化钠溶液中再生的重要性， 并通过与美国专利3767756和德国专利2830685比较，指出由该 方法制备的纤维素纤维强度高于lyocell纤维。其他工艺，如 欧洲专利097685和103618，英国专利2164941， 2164942和 2164943，重点是给出了凝固浴组成。另外一些工艺则对上述工艺 进行了一些补充，如德国专利10203071-A1揭示的方法，指出 在相对较高的温度下，使纤维素氨基甲酸酯溶液在管道中输送， 可减少溶液流动时所受摩擦。但普遍的，这些工艺都没有考虑到 纤维素氨基甲酸酯的溶解性及溶液稳定性都较差，在纺丝过程中 如果不采取适当的防护措施，即使有再好的设备，再合理的凝固 浴和再生浴，纺丝液也会很快发生凝胶化或分解放出气体，给纺 丝过程带来众多不便。发明内容本发明目的在于，提供一种制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方 法。该方法是在低温条件下溶入氢氧化钠溶液中形成的纺丝原液， 在低温保护下通过渗透、过滤、脱泡处理后，经喷丝孔挤出，进 入酸凝固浴中固化，再经水洗浴拉伸、高温稀碱液中再生等工序 制备出纤维素氨基甲酸酯纤维。本发明所述的纤维素氨基甲酸酯纤维的制备方法，该方法将干态 的纤维素氨基甲酸酯，在低温条件下溶入氢氧化钠溶液中，形成均匀 溶液后，移入置于低温纯净水中的渗透袋中渗透，得到纤维素氨基甲 酸酯与氢氧化钠质量比接近于1的溶液，并在低温保护下对此纤维素 氨基甲酸酯溶液进行脱泡、过滤处理后，用氮气打压，计量泵抽吸，
使其由喷丝孔挤出，进入酸凝固浴中固化，再经水洗浴拉伸、高温稀 碱液中再生出纤维素氨基甲酸酯纤维，具体操作按下列步骤进行a、 将纤维素氨基甲酸酯，在-5—(TC温度下，充分溶解在10%浓 度的氢氧化钠溶液中形成均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；b、 将步骤a中的纤维素氨基甲酸酯溶液移入置于温度为3—8'C 纯净水中的渗透袋中进行渗透，渗透时间为10—30分钟，去除部分 氢氧化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比接近于1的纺丝 溶液；c、 将步骤b中的纺丝溶液在低温夹套冷却水保护下进行过滤、 真空静置脱泡处理，时间8—10小时；d、 将步骤c中的处理液在低温夹套水保护下用氮气打压，计量 泵抽吸，使其由喷丝孔挤出后进入酸凝固浴中固化，再经水洗浴拉伸、 稀碱液中再生，即可得到纤维素氨基甲酸酯纤维。纤维素氨基甲酸酯的聚合度为200—350，含氮量为2. 0%—3. 5%。 歩骤b中的渗透袋为有机半透膜袋或细度小于350目的尼龙滤布。步骤b中的纯净水体积为纤维素氨基甲酸酯溶液的6—10倍。 步骤c中的脱泡塔、过滤器带有3—8'C冷水保护夹套，脱泡真 空度为0. 095—0. lMPa。步骤c中的纺丝溶液中空气泡的含量应小于0. 001%。 步骤d中用带有3—8"C夹套冷凝水的管道输送纺丝液，用计量 泵抽吸，使之喷出孔径为0.05—0.09毫米的喷丝口。步骤d中的酸凝固浴组成为质量分数为8—12%的硫酸，质量 分数为20—25%的硫酸钠及质量分数为5—7%的硫酸铝，凝固浴温度 为20—50。C，丝条在浴中浸没时间为0. 1_0. 2秒，水洗浴温度为20 一5(TC，再生浴为质量分数为0. 2—1. 0%的氢氧化钠溶液，再生浴温 度为60—98。C。本发明所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，该方法在-5— (TC条件下，将干态的纤维素氨基甲酸酯直接溶入质量百分比浓度为 10%的氢氧化钠溶液中，形成纺丝所需含量(如7%)的纤维素氨基 甲酸酯溶液，并将其移入置于低温纯净水中的渗透袋中渗透，去除部 分氢氧化钠，得到纺丝所需纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比接近 于1的纺丝溶液，在低温保护下，该溶液通过过滤、真空脱泡后在氮 气打压及计量泵抽吸作用下，流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口 喷出，进入酸凝固浴中沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，并立刻在水洗 浴中进行机械拉伸，使纤维素分子高度趋向，同时进入高温稀碱浴中 再生，从而获得具有一定强度的纤维素氨基甲酸酯纤维。本发明所述的方法具有(l)溶解纤维素氨基甲酸酯的溶剂氢氧化 钠溶液浓度不再需要那么苛刻，纤维素氨基甲酸酯不再那么难溶了， 可以采用稍高浓度的氢氧化钠溶液(如10%)，等纤维素氨基甲酸酯 充分溶解后，增加渗透工序，通过调节渗透用水及渗透时间，调节纺 丝溶液中纤维素氨基甲酸酯与氢氧化钠的比例，而不会造成溶液中有 不溶物存在，更不会影响纺丝溶液质量，这不仅避免了用低浓度氢氧 化钠溶液作溶剂不能使原料完全溶解而造成的原料损失，而且也能为 后续的过滤工序的顺利进行提供了保障；(2)本发明中纺丝液的输送是 靠氮气打压和计量泵抽吸作用同时进行，从而能保障纺丝原液在管道 中的畅通运行；(3)本发明中纺丝液的渗透、过滤、脱泡及管道中的运 输、喷丝过程都是在低温保护下进行的，这可使纺丝液的稳定性增强， 纺丝过程中不会出现因纺丝液凝胶化而堵塞管道或因纺丝液遇热分 解放出气体产生气泡丝的现象；(4)渗透用水可直接用来做稀碱再生 浴，或者等水中的氢氧化钠浓度达到一定值后，可用来作溶解纤维素 氨基甲酸酯的溶剂，整个过程无任何原料损失等的特点。
具体实施方式
实施例1a、 将35克聚合度为350，含氮量(酯化度)为2. 8%的纤维素氨 基甲酸酯，搅拌下溶入500毫升-5'C的质量百分比浓度为10%的氢 氧化钠溶液中充分溶解，形成均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；b、 将溶解后的纤维素氨基甲酸酯混合溶液移入有机半透明渗透 袋中，置于2升的温度为5'C的纯净水中渗透20min，去除部分氢氧 化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比为l.O的纺丝溶液；c、 将步骤b中的纺丝溶液在5。C夹套冷却水保护下进行过滤、 真空静置脱泡处理，脱泡真空度为0. 095MPa，时间8小时，空气泡 的含量小于O. OO线;d、 将步骤c中的处理液在5t:夹套水保护下用氮气打压，计量 泵抽吸作用下，使其流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口喷出，喷 出孔径为0.05毫米，进入酸凝固浴中固化，酸凝固浴组成为质量 分数为8%的硫酸，质量分数为20%的硫酸钠及质量分数为5%的硫酸 铝，凝固浴温度为2(TC，丝条在浴中浸没时间为0. 1秒，水洗浴温度 为2(TC，再生浴为质量分数为0.2的氢氧化钠溶液，再生浴温度为 60°C，沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，再经水洗浴拉伸，同时立刻牵 入高温稀碱浴中再生烘干，得到高强度的纤维素氨基甲酸酯纤维。实施例2a、 将35克聚合度为290，含氮量(酯化度)为3. 2%的纤维素氨 基甲酸酯，搅拌下溶入500毫升-3。C的质量百分比浓度为10%的氢 氧化钠溶液中充分溶解，形成均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；b、 将溶解后的纤维素氨基甲酸酯混合溶液移入细度为300目的 尼龙布渗透袋中，置于2.5升的温度为3t:的纯净水中渗透15min， 去除部分氢氧化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比为1.05 的纺丝溶液；c、 将步骤b中的纺丝溶液在3。C夹套冷却水保护下进行过滤、 真空静置脱泡处理，脱泡真空度为0.098MPa，时间10小时，空气泡
的含量小于0. 001%;d、将步骤c中的处理液在3'C夹套水保护下用氮气打压，计量 泵抽吸作用下，使其流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口喷出，喷出孔径为0.09毫米，进入酸凝固浴中固化，酸凝固浴组成为质量分数为12%的硫酸，质量分数为25%的硫酸钠及质量分数为7%的硫酸 铝，凝固浴温度为5(TC，丝条在浴中浸没时间为0.2秒，水洗浴温度 为5(TC，再生浴为质量分数为1.0%的氢氧化钠溶液，再生浴温度为 98°C，沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，再经水洗浴拉伸，同时立刻牵 入高温稀碱浴中再生烘干，得到高强度的纤维素氨基甲酸酯纤维。 实施例3a、 将35克聚合度为200，含氮量(酯化度)为2.0%的纤维素氨 基甲酸酯，搅拌下溶入500毫升0"的质量百分比浓度为10%的氢 氧化钠溶液中充分溶解，形成质量分数为7%的均匀纤维素氨基甲酸 酯溶液；b、 将溶解后的纤维素氨基甲酸酯混合溶液移入有机半透明渗透 袋中，置于2升的温度为8'C的纯净水中渗透30min，去除部分氢氧 化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比为l.O的纺丝溶液；c、 将步骤b中的纺丝溶液在8'C夹套冷却水保护下进行过滤、 真空静置脱泡处理，脱泡真空度为0. lMPa，时间9小时，空气泡的 含量小于0. 001%;d、 将步骤c中的处理液在8'C夹套水保护下用氮气打压，计量 泵抽吸作用下，使其流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口喷出，喷 出孔径为0.07毫米，进入酸凝固浴中固化，酸凝固浴组成为质量 分数为10%的硫酸，质量分数为23%的硫酸钠及质量分数为6%的硫酸 铝，凝固浴温度为35°C，丝条在浴中浸没时间为0. 15秒，水洗浴温 度为35°C，再生浴为质量分数为0.5的氢氧化钠溶液，再生浴温度 为80°C，沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，再经水洗浴拉伸，同时立刻牵入高温稀碱浴中再生烘干，得到高强度的纤维素氨基甲酸酯纤 维。实施例4a、 将35克聚合度为250，含氮量(酯化度)为3. 0%的纤维素氨 基甲酸酯，搅拌下溶入500毫升-2'C的质量百分比浓度为10%的氢 氧化钠溶液中充分溶解，形成均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；b、 将溶解后的纤维素氨基甲酸酯混合溶液移入细度为350目的 尼龙布渗透袋中，置于2升的温度为7。C的纯净水中渗透10min，去 除部分氢氧化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比为1.0的 纺丝溶液；c、 将步骤b中的纺丝溶液在7'C夹套冷却水保护下进行过滤、 真空静置脱泡处理，脱泡真空度为0. 097MPa，时间8小时，空气泡 的含量小于0. 001%;d、 将步骤c中的处理液在7'C夹套水保护下用氮气打压，计量 泵抽吸作用下，使其流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口喷出，喷 出孔径为0.07毫米，进入酸凝固浴中固化，酸凝固浴组成为质量 分数为8%的硫酸，质量分数为22%的硫酸钠及质量分数为5%的硫酸 铝，凝固浴温度为4(TC，丝条在浴中浸没时间为0.2秒，水洗浴温度 为40。C，再生浴为质量分数为0.8的氢氧化钠溶液，再生浴温度为 9(TC，沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，再经水洗浴拉伸，同时立刻牵 入高温稀碱浴中再生烘干，得到高强度的纤维素氨基甲酸酯纤维。
权利要求
1、一种制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特征在于按下列步骤进行a、将干态的纤维素氨基甲酸酯，在-5-0℃温度下，充分溶解在质量分数为10％的氢氧化钠溶液中形成质量分数为7％的均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；b、将步骤a中的纤维素氨基甲酸酯溶液移入置于温度为3-8℃纯净水中的渗透袋中进行渗透，渗透时间为10-30分钟，去除部分氢氧化钠，得到纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠质量比接近于1的纺丝溶液；c、将步骤b中的纺丝溶液在低温夹套冷却水保护下进行过滤、真空静置脱泡处理，时间8-10小时；d、将步骤c中的处理液在低温夹套水保护下用氮气打压，计量泵抽吸，使其由喷丝孔挤出后进入酸凝固浴中固化，再经水洗浴拉伸、稀碱液中再生，即可得到纤维素氨基甲酸酯纤维。
2、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于干态的纤维素氨基甲酸酯的聚合度为200—350，含氮量为 2. 0%—3. 5%。
3、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤b中的渗透袋为有机半透膜袋或细度小于350目的尼龙滤 布。
4、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤b中的纯净水体积为纤维素氨基甲酸酯溶液的6—10倍。
5、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤c中的脱泡塔、过滤器带有3—8"冷水保护夹套，脱泡 真空度为0. 095—0. lMPa。
6、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤c中的纺丝溶液中空气泡的含量应小于0. 001%。
7、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤d中用带有3—8t:夹套冷凝水的管道输送纺丝液，用计 量泵抽吸，使之喷出孔径为0. 05—0. 09毫米的喷丝口 。
8、 权利要求1所述的制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法，其特 征在于步骤d中的酸凝固浴组成为质量分数为8—12%的硫酸，质 量分数为20—25%的硫酸钠及质量分数为5—7%的硫酸铝，凝固浴温 度为20_50°C，丝条在浴中浸没时间为0. 1—0. 2秒，水洗浴温度为 20—50。C，再生浴为质量分数为0.2—1.0%的氢氧化钠溶液，再生浴 温度为60—98。C。
全文摘要
本发明涉及一种制备纤维素氨基甲酸酯纤维的方法。该方法是将干态的纤维素氨基甲酸酯直接溶入氢氧化钠溶液中，形成纺丝所需的纤维素氨基甲酸酯溶液，并将其移入置于低温纯净水中的渗透袋中渗透，去除部分氢氧化钠，得到纺丝所需纤维素氨基甲酸酯/氢氧化钠的纺丝溶液，在低温保护下，该溶液通过过滤、真空脱泡后在氮气打压及计量泵抽吸作用下，流过带有冷凝水夹套的管道，由喷丝口喷出，进入酸凝固浴中沉淀出纤维素氨基甲酸酯纤维，并立刻在水洗浴中进行机械拉伸，使纤维素分子高度趋向，同时进入高温稀碱浴中再生，从而获得具有一定强度的纤维素氨基甲酸酯纤维。
文档编号D01F2/24GK101104957SQ200710145180
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者吾满江·艾力, 哈丽丹·买买提, 平 宋, 莉 马 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所