[发明专利]一种双凝固浴制备再生纤维素纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，它涉及一种双凝固浴制备再生纤维素纤维的方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭，寻求廉价的、清洁的可再生能源成为各国能源领域的重要研究任务。纤维素物质的利用与转化对于解决世界环境污染以及能源危机等问题具有十分重要的意义。纤维素是自然界存在的最丰富的可再生聚合物，具有很好的生物相容性，生物降解性等许多优良的性能，可以用来制备多种功能纤维素产品，还可以通过衍生化反应制备各种纤维素衍生物，能够部分代替石油资源，具有广泛的应用前景。纤维素分子结构中含有大量的羟基，容易形成复杂的分子内以及分子间的氢键，使其难于溶于普通的溶剂中，难以进行熔融加工，限制了纤维素的进一步应用。

传统制备纤维素纤维和薄膜的方法主要为粘胶法和铜氨法，然而这两种方法都存在环境污染严重的问题。近三十年来，人们已经发现有很多溶剂可以制备纤维素溶液，如四氧化二氮/二甲基甲酰胺，四氧化二氮/二甲亚砜，多聚甲醛/二甲亚砜，浓磷酸，硫氰酸钙水溶液或硫氰酸锂水溶液，液氨/氯化铵等，但这些溶剂仍然存在着各种各样的缺点，如溶剂毒性大、容易挥发、价格高、有副产物、纤维素易降解以及对设备要求高等问题。目前，比较成功的新溶剂是N—甲基马啉—N—氧化物和氢氧化钠水溶液。N—甲基马啉—N—氧化物是目前最强的纤维素溶剂，但由于溶剂昂贵，并非完全无毒，回收还存在一定问题，而且纺丝温度高，容易爆炸，影响了其工业化生产。

碱溶液是当前极有发展前景的纤维素溶剂体系。氢氧化钠水溶液是溶解纤维素最便宜的溶剂，但是只能溶解经过蒸汽闪爆处理过且聚合度低于250的木桨纤维素，而不能溶解棉浆粕。国内武汉大学发明的氢氧化钠/硫脲以及氢氧化钠/尿素水溶液体系来溶解纤维素并制备再生纤维素纤维，由于溶剂溶解能力不强，不能溶解聚合度较高的纤维素也不能制备高浓度的纤维溶液，使得制备的再生纤维素纤维的性能较差。采用发明专利CN 1285644C的溶剂配方即采用重量百分比为7～10％氢氧化钠/4.5～7％硫脲/1～10％尿素混合水溶液作为溶剂来溶解纤维素，可以溶解聚合度更高的纤维素，可以制备更高浓度的纤维素溶液，并已经利用一道凝固浴法制备得到性能良好的再生纤维素纤维。但是由于在纤维凝固过程中采用一道凝固浴法成型，纤维表面凝固迅速形成聚合物浓缩层但纤维内部仍处于流动的液态，影响了再生纤维素纤维素成形并限制了纤维的进一步牵伸取向。虽然所得到的再生纤维强度与氢氧化钠/硫脲以及氢氧化钠/尿素水溶液体系制备的再生纤维素纤维相比有所提高，但仍有提升的空间。

发明内容

本发明提供一种双凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，它克服了现有碱溶剂体系因为溶解能力有限造成所制备再生纤维素纤维性能较差的缺点，以及因为采用一道凝固浴法所造成的再生纤维固化不充分和牵伸取向较差的问题。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种双凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征是通过如下步骤实现的：

步骤一：配制500克含有重量百分比为7～10％氢氧化钠，4.5～7％硫脲，1～10％尿素，73％～87.5％水的混合溶液，溶液在冰箱中预冷至-8～-12℃，取10～60克聚合度为350～1200的棉浆粕迅速加入预冷溶液中，接着使用循环冷却夹套将预冷溶液控温在0℃条件下通过电动搅拌机以2000转/分钟转速强力搅拌5～10分钟，所得到浆粕重量百分比为2％～12％的溶液在一个大气压下用400目的滤网过滤；

步骤二：过滤后的溶液在0～20℃温度条件下置于过滤瓶中采用真空泵抽真空脱泡30～200min后得到澄清纤维素溶液并将之转移到纺丝机的釜中；

步骤三：通过氮气瓶对纤维素溶液加压至0.1Mpa使之通过纺丝机计量泵、纺丝鹅颈管以及24孔孔径为0.1mm的纺丝机喷丝帽，进入长为100cm宽为20cm的第一道凝固浴槽中固化成纤维素丝条，并在第一道凝固浴槽尾端通过可调速的第一牵伸辊对纤维素丝条进行预牵伸，第一道凝固浴配方是重量百分比为8～25wt％的醋酸水溶液或者3～20％硫酸和3～25％硫酸钠的混合水溶液，第一道凝固浴温度通过循环水浴和保温夹套控制在10～30℃，第一牵伸辊对纤维素丝条的预牵伸比为50％～90％；