[发明专利]一种制造再生纤维素纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料纺织领域，具体而言，涉及一种制造再生纤维素纤维的方法。

背景技术

纤维素纤维具有吸湿性好、穿着舒适等优点，是广泛应用的重要纺织纤维。棉花麻等天然纤维素纤维由于受土地、气候、水资源等限制不可能大量增加，而再生纤维素纤维的原料-天然纤维素几乎可以从所有植物秸秆中获得，可谓取之不尽、用之不竭。因此，充分利用天然纤维素发展再生纤维素纤维，不仅可以避免以石油为主要原料的非降解性合成纤维引起的环境污染，而且可以节省有限的不可再生石油资源。

传统生产再生纤维素纤维的方法主要为粘胶法和铜氨法，但这两种方法都存在环境污染严重的问题。直接溶剂法制备再生纤维素纤维成功地解决制备过程中的环境污染问题，在近三十年中，虽然人们发现了很多种可以溶解纤维素的溶剂，例如：二甲亚砜/氮氧化物、多聚甲醛/二甲亚砜、氯化锂/二甲基乙酰胺、氨/硫氰酸铵水溶液、硫氰酸钙/硫氰酸钠水溶液、氯化锌水溶液、氢氧化钠水溶液等，但采用这些溶剂方法制造再生纤维素纤维仍然存在着各种不同的缺点，如溶剂易污染环境、价格高、溶解能力低、溶解过程繁杂，制造过程有副产物，或制得的纤维强度很低等问题，难以实现产业化。

值得关注的是，近几年披露了以碱金属氢氧化物(氢氧化钠或氢氧化锂)/尿素或(和)硫脲/水为溶剂制备再生纤维素纤维的方法，如CN 1482159A中披露了用5～12wt％氢氧化钠和8～20wt％尿素的混合水溶液，经冷却后快速搅拌直接溶解纤维素；CN 1702201A中将溶剂6～8wt％氢氧化钠和10～20wt％尿素的混合水溶液预冷至-8～-15℃，然后在室温下高速搅拌直接溶解粘均分子量低于1.5×10⁵的纤维素制得3～6wt％纤维素的纤维素溶液，经罐式静置真空脱泡得纺丝原液，通过纺丝机湿法纺丝和两步凝固浴法凝固再生制得再生纤维素纤维。

CN 1544515A采用氢氧化钠/硫脲/水体系溶解纤维素，并探索性地制得了再生纤维素纤维；WO 2007/121609A1中以中试规模制备再生纤维素纤维，即将8.1-12wt％氢氧化钠和3-6wt％硫脲的混合水溶液预冷至-10～5℃，然后在搅拌罐中于室温(0～25℃)下加入纤维素并高速搅拌溶解制得4-10wt％纤维素的溶液，经罐式静置真空脱泡制得纺丝原液，通过纺丝机湿法纺丝和两步凝固浴法凝固再生得到纤维。

CN 1699442A以6～12wt％氢氧化钠/3～8wt％硫脲/1～15wt％尿素的混合水溶液为溶剂制备再生纤维素纤维；CN101429682A通过将纤维素溶解在预冷至-12℃～-8℃的含有重量百分比为7～10％氢氧化钠，4.5～7％硫脲，1～10％尿素，73％～87.5％水的混合溶液中并经过滤、脱泡制得浓度为2～12％的纤维素溶液，经双凝固浴湿法纺丝制得再生纤维素纤维。

以碱(氢氧化钠或氢氧化锂)/尿素或(和)硫脲/水为溶剂制备再生纤维素纤维，具有溶剂价廉易得、无毒，纤维素溶解快，溶解过程无衍生化为直接溶解，溶解、纺丝温度低，生产周期短，工艺流程简单，溶剂易回收循环使用不污染环境，再生纤维素纤维不含硫(粘胶纤维含硫量10g/kg)是安全性很高的纤维材料等优点，因此具有低成本、绿色化的发展前景。

然而，上述这种溶剂法的相关专利技术存在以下不足：

(1)采用湿法纺丝，制得的再生纤维素纤维表现出较低的纤维强度，难以得到强度高于2.0cN/dtex的纤维，不及常规粘胶纤维(2.0～2.5cN/dtex)。由于纤维素大分子的结构特性，当原液喷丝进入凝固浴时即发生纤维素分子的解溶剂化作用并重新构建成分子间和分子内氢键网络，致使大分子链间难以滑移、纺程中纤维的可拉伸取向程度低。尽管采用两道凝固浴法可使纤维固化缓和和充分，利于纤维结构的均匀性和纺程中的多级拉伸，较一道凝固浴法可提高纤维强度，但仍难以得到高强度纤维。为了提高强度如果通过提高牵引或牵伸等操作进行强制提高分子取向程度的处理，将使制得的纤维伸长率过低。

(2)采用罐(或釜)式静置真空脱泡方法，脱泡时间长。规模化放大时脱泡时间更长，脱泡效果也差，影响原液可纺性。由于脱泡时间长，为使纤维素溶液保持稳定的溶液态，需在低温(如5℃)下进行脱泡，这进一步降低脱泡效率，并且离心脱泡法不适于规模化。

(3)采用罐(或釜)式搅拌溶解纤维素，传质传热效果差，在规模化放大溶解时容易造成溶液不均，且易产生凝胶粒块，影响过滤和纺丝。由于溶剂是预先冷却的，当采用大型罐(或釜)溶解时，不易较快地调控到所需的溶解温度，影响溶解效果并延长溶解时间。