纤维素纤维被称为21世纪的绿色纤维。将主原料浆粕、溶剂NMMO (N-甲基吗啉N
氧化物)按一定比例加入至设备中,经混合均化、脱
水直至溶解和匀质
化成为纺丝
浆液,通过纺丝和一系列后处理,得到 成品纤维。但是,当纤维素浆粕在一定
温度下溶解于NMMO溶液中时, 纤维素的聚合度会下降,特别是有
金属离子存在时会导致纤维素大分 子链断裂,纤维素发生降解。另一方面,NMMO的热
稳定性有限,且其
热稳定性随结构而变,当纤维素与溶剂混合并加热时,溶剂NMMO会发 生降解放出胺类化合物,如N甲基吗啉和吗啉,随着降解的进行,溶 液
粘度下降,
颜色变深。为防止纤维素和溶剂在溶解过程中氧化降解, 在溶解过程中通常加入适量稳定剂,目前国际上使用最多的是,用抗
氧化剂蓓酸丙酯作为稳定剂,这样经溶解得到的纤维素溶液具有较好 的稳定性和较高的粘度和热塑性。
由于蓓酸丙酯为固体颗粒状,加入量微小,且需与纤维素和溶剂 按比例同步加入,控制起来相当的困难,所以一般是用溶剂将其溶解、 调配成蓓酸丙酯溶液再与纤维素和溶剂按一定的比例加到溶解系统 中。例如:德国东图林根纺织及塑料研究所(TITK)的技术,采用蓓 酸丙酯作为稳定剂。用浓度为60%以上的NMMO为溶剂溶解蓓酸丙酯制 成溶液。但是这样调配出来的溶液需配套上热水保温系统来精确控制 溶液的温度,否则在室温低于19℃时就会结晶,这样就需要在技术上 有较高的
温度控制能
力,特别是在冬春季节必须使用配套的保温系统 才能保证生产的需要,增加了生产的成本。
在制备作为稳定剂的蓓酸丙酯溶液中,使用浓度越低的NMMO作 为溶剂来调配蓓酸丙酯溶液就越不容易产生结晶,但是如果作为溶剂 NMMO的浓度偏低,就会给纤维素溶解系统带进较多的水分,这样会加 重后续工段溶解的负荷,进而影响整个纺丝工序正常运行。
制备本发明的蓓酸丙酯溶液的方法依次由以下步骤:
1)将市售浓度为50%左右NMMO溶液,用无离子水稀释至10 %~40%左右,然后通过阴阳
树脂净化,去色去杂;
2)将净化后的溶液在10~15kpa和50~70℃的条件下蒸 浓至浓度为40~50%;
3)取出该浓度NMMO溶液,加入要求量的蓓酸丙酯,通过搅拌 器搅拌使其混合均匀。
实施例中所用的蓓酸丙酯为MERCK生产的;所用的水纤维素为 SAPPI公司浆粕通过用水浸渍脱水至20~55%,
粉碎所得,或者用SAPPI 公司浆粕通过活化,再脱水至20~55%,粉碎所得。
实施例1
在带低速搅拌器的槽罐中加入重量百分比为99.1%的浓度为43% 的NMMO溶剂,再加入重量百分比0.9%的蓓酸丙酯,用搅拌器搅拌均 匀使之成为均一的溶液。
将上述制得的溶液与200kg水纤维素和682kg的88%NMMO溶剂同 步按比例加入溶解机中,在1~10kpa和75~115℃条件下进行溶 解得到纺丝浆液,采用德国东图林根纺织及塑料研究所(TITK)的浆 液检验标准进行检测,其结果见表1。
实施例2
在带低速搅拌器的槽罐中加入重量百分比为99.3%的浓度为45% 的NMMO溶剂,再加入重量百分比为0.7%蓓酸丙酯,用搅拌器搅拌均匀 使之成为均一的溶液。
将上述制得的溶液与200kg水纤维素和711kg的84%NMMO溶剂同 步按比例加入溶解机中,在1~10kpa和75~115℃条件下进行溶 解得到纺丝浆液,采用德国东图林根纺织及塑料研究所(TITK)的浆 液检验标准进行检测,其结果见表1。
实施例3
在带低速搅拌器的槽罐中加入重量百分比为99.5%的浓度为47% 的NMMO溶剂,再加入重量百分比为0.5%蓓酸丙酯,用搅拌器搅拌均匀 使之成为均一的溶液。
将上述制得的溶液与200kg水纤维素和732kg的81%NMMO溶剂同 步按比例加入溶解机中,在1~10kpa和75~115℃条件下进行溶 解得到纺丝浆液,采用德国东图林根纺织及塑料研究所(TITK)的浆 液检验标准进行检测,其结果见表1。
实施例4
在带低速搅拌器的槽罐中加入重量百分比为99.6%的浓度为49% NMMO溶剂,再加入重量百分比为0.4%蓓酸丙酯,用搅拌器搅拌均匀使 之成为均一的溶液。
将上述制得的溶液与200kg水纤维素和755kg的78%NMMO溶剂同 步按比例加入溶解机中,在1~10kpa和75~115℃条件下进行溶 解得到纺丝浆液,采用德国东图林根纺织及塑料研究所(TITK)的浆 液检验标准进行检测,其结果见表2。
表2
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 再生纤维素的
铜胺聚合度 490 475 483 479 折光指数n50℃ 1.488 1.492 1.485 1.489 纤维素浓度% 12.5 12.8 12.3 12.6 粒子分析: 粒子含量ppm 33 36 34 35 <12μm含量% 76 81 80 84 12~40μm含量% 20 18 18 16 >40μm含量% 4 1 2 0 最大粒径μm 51 48 41 39
表2中各实施例的测试数据说明,所得的浆液其
质量符合国际目前 纤维素纤维纺丝的工艺要求,也就是本发明的蓓酸丙酯溶液很好的发 挥了稳定剂的作用。