[發明專利]一種由纖維素氨基甲酸酯制備再生纖維素纖維的方法

有效

• 申請號: 201210203463.9
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102691125A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 周金平;付飛亞;湯煉;李道喜
• 申請（專利權）人: 武漢大學;湖北天思科技股份有限公司
• 主分類號: D01F2/24
• 分類號: D01F2/24;D01D1/02;D01D5/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

發明領域

本發明涉及一種由纖維素氨基甲酸酯制備再生纖維素纖維的方法，屬天然高分子和紡織領域。

技術背景

長期以來，黏膠生產工藝技術的相對落后，成為再生纖維素纖維進一步發展的瓶頸。隨著全世界范圍內環境保護意識的提高，這一矛盾日漸突出。尋求再生纖維素纖維綠色加工的新溶劑，是解決這一矛盾的新途徑。其中最引人注目的是N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）、NaOH/尿素水體系、離子液體以及纖維素氨基甲酸酯工藝。

纖維素氨基甲酸酯工藝是以纖維素氨基甲酸酯為原料制備再生纖維素纖維的新工藝，其基本原理是將尿素和預處理過的纖維素在高溫條件下反應生成纖維素氨基甲酸酯（CC）。CC能很好的溶解在稀堿溶液或其它溶劑中制成紡絲原液，利用酸、堿、加熱或其它的方法使CC從溶液中析出，經后處理可制得再生纖維素纖維。該工藝能最大限度地利用原有的黏膠纖維的生產設備，被認為是黏膠纖維生產工藝最有潛力的替代，目前國內外已經有不少相關工藝的報道。其中專利WO?03099877、DE?101127189、CN?100516326C以及US?2005/0234229A1中揭示的方法是把合成得到的纖維素氨基甲酸酯低溫溶解到氫氧化鈉溶劑中，在含有8-12%硫酸和20-25%硫酸鈉凝固浴中凝固成形（有時會再加入一定量的硫酸銨或硫酸鋁），由凝固輥牽出，再在稀堿溶液中或水中再生，最后得到氮含量在0.1-0.3之間的再生纖維素氨基甲酸酯纖維，強度為1.0-1.7cN/dtex，斷裂伸長率為9-28%。其中凝固浴溫度為15-25℃，再生浴和水洗浴的溫度為40-60℃，再生浴中堿含量優選為0.01-1%，紡絲頭優選0.08mm×35孔，凝固成形的絲條共由五個輥牽伸拉長，他們的線速度在10-120m/min之間，相鄰輥的線速度差為20m/min。專利JP?61085452和US?6234778B1揭示的方法中以氫氧化鈉為溶劑、碳酸鈉為凝固浴，凝固浴可以循環利用，同時設計利用了一種可對噴絲頭和凝固浴槽靈活設置的紡絲設備。上述工藝雖對CC紡絲工藝進行了有益探索，但制備得到的紡絲原液的質量和穩定性都比較差，紡絲過程中需要低溫環境的保護，不利于工業化實施。針對上述問題，專利US?2009/0258561A1、US?2009/0259032AI、US?2009/0258227A1揭示的方法中改以離子液體為溶劑，制備得到的紡絲原液在90-120℃條件下經高溫氣流牽出，再在水或2-25%的離子液體中凝固成形，水洗干燥得到氮含量為0.5-5%纖維素氨基甲酸酯纖維，強度為4.1-6.2cN/dtex，斷裂伸長率為8-30%。專利US?2008/0023874A1揭示的方法則是以N-甲基-N-氧化物嗎啉（NMMO）為溶劑得到紡絲原液，在85-95℃條件下經噴絲頭擠出在10%的NMMO水溶液中凝固成形，并在質量分數為0.3-1.0%，溫度為60-95℃的氫氧化鈉溶液中再生，水洗、干燥得到一定強度的纖維素氨基甲酸酯纖維，纖維的強度為3.5-6.9cN/dtex，斷裂伸長率為4.5-9.0%；NMMO溶劑和離子液體雖然溶解能力較強，但受溶解條件苛刻，成本高等不利因素的限制，難以工業化實施。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種紡絲原液穩定且成本較低的由纖維素氨基甲酸酯制備再生纖維素纖維的方法。

該方法以一種新的溶劑組合物來溶解纖維素氨基甲酸酯，通過冷凍-解凍的方法溶解得到纖維素氨基甲酸酯溶液；在常溫或高于常溫的條件下，該紡絲液經過濾、真空脫泡后在壓縮空氣或氮氣打壓及計量泵吸抽作用下，在酸浴中凝固成形，成形后的絲條由凝固輥牽出，并通過水洗輥拉伸，在淋洗區水洗，再根據常規工藝便制備得到性能優良的再生纖維素纖維。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

將纖維素氨基甲酸酯溶解于含有6-10wt%氫氧化鈉、0.1-3wt%氧化鋅的水溶液中，冷凍至-10℃以下，然后在不高于50℃的條件下解凍，得到纖維素氨基甲酸酯溶液，過濾、脫泡后，得到纖維素氨基甲酸酯紡絲原液；進行濕法紡絲，絲條經過凝固、水洗、干燥后得到再生纖維素纖維。

溶解纖維素氨基甲酸酯的水溶液可優選為含有7-8wt%氫氧化鈉、1.2-1.8wt%氧化鋅的水溶液。

所述的濕法紡絲是將纖維素氨基甲酸酯紡絲原液經過噴絲頭擠入凝固浴中固化。

所用噴絲頭的孔徑為0.08-0.14mm，孔數為30-100孔。