[发明专利]一种由纤维素氨基甲酸酯制备再生纤维素纤维的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种由纤维素氨基甲酸酯制备再生纤维素纤维的方法，属天然高分子和纺织领域。

技术背景

长期以来，黏胶生产工艺技术的相对落后，成为再生纤维素纤维进一步发展的瓶颈。随着全世界范围内环境保护意识的提高，这一矛盾日渐突出。寻求再生纤维素纤维绿色加工的新溶剂，是解决这一矛盾的新途径。其中最引人注目的是N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）、NaOH/尿素水体系、离子液体以及纤维素氨基甲酸酯工艺。

纤维素氨基甲酸酯工艺是以纤维素氨基甲酸酯为原料制备再生纤维素纤维的新工艺，其基本原理是将尿素和预处理过的纤维素在高温条件下反应生成纤维素氨基甲酸酯（CC）。CC能很好的溶解在稀碱溶液或其它溶剂中制成纺丝原液，利用酸、碱、加热或其它的方法使CC从溶液中析出，经后处理可制得再生纤维素纤维。该工艺能最大限度地利用原有的黏胶纤维的生产设备，被认为是黏胶纤维生产工艺最有潜力的替代，目前国内外已经有不少相关工艺的报道。其中专利WO 03099877、DE 101127189、CN 100516326C以及US 2005/0234229A1中揭示的方法是把合成得到的纤维素氨基甲酸酯低温溶解到氢氧化钠溶剂中，在含有8-12%硫酸和20-25%硫酸钠凝固浴中凝固成形（有时会再加入一定量的硫酸铵或硫酸铝），由凝固辊牵出，再在稀碱溶液中或水中再生，最后得到氮含量在0.1-0.3之间的再生纤维素氨基甲酸酯纤维，强度为1.0-1.7cN/dtex，断裂伸长率为9-28%。其中凝固浴温度为15-25℃，再生浴和水洗浴的温度为40-60℃，再生浴中碱含量优选为0.01-1%，纺丝头优选0.08mm×35孔，凝固成形的丝条共由五个辊牵伸拉长，他们的线速度在10-120m/min之间，相邻辊的线速度差为20m/min。专利JP 61085452和US 6234778B1揭示的方法中以氢氧化钠为溶剂、碳酸钠为凝固浴，凝固浴可以循环利用，同时设计利用了一种可对喷丝头和凝固浴槽灵活设置的纺丝设备。上述工艺虽对CC纺丝工艺进行了有益探索，但制备得到的纺丝原液的质量和稳定性都比较差，纺丝过程中需要低温环境的保护，不利于工业化实施。针对上述问题，专利US 2009/0258561A1、US 2009/0259032AI、US 2009/0258227A1揭示的方法中改以离子液体为溶剂，制备得到的纺丝原液在90-120℃条件下经高温气流牵出，再在水或2-25%的离子液体中凝固成形，水洗干燥得到氮含量为0.5-5%纤维素氨基甲酸酯纤维，强度为4.1-6.2cN/dtex，断裂伸长率为8-30%。专利US 2008/0023874A1揭示的方法则是以N-甲基-N-氧化物吗啉（NMMO）为溶剂得到纺丝原液，在85-95℃条件下经喷丝头挤出在10%的NMMO水溶液中凝固成形，并在质量分数为0.3-1.0%，温度为60-95℃的氢氧化钠溶液中再生，水洗、干燥得到一定强度的纤维素氨基甲酸酯纤维，纤维的强度为3.5-6.9cN/dtex，断裂伸长率为4.5-9.0%；NMMO溶剂和离子液体虽然溶解能力较强，但受溶解条件苛刻，成本高等不利因素的限制，难以工业化实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种纺丝原液稳定且成本较低的由纤维素氨基甲酸酯制备再生纤维素纤维的方法。

该方法以一种新的溶剂组合物来溶解纤维素氨基甲酸酯，通过冷冻-解冻的方法溶解得到纤维素氨基甲酸酯溶液；在常温或高于常温的条件下，该纺丝液经过滤、真空脱泡后在压缩空气或氮气打压及计量泵吸抽作用下，在酸浴中凝固成形，成形后的丝条由凝固辊牵出，并通过水洗辊拉伸，在淋洗区水洗，再根据常规工艺便制备得到性能优良的再生纤维素纤维。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

将纤维素氨基甲酸酯溶解于含有6-10wt%氢氧化钠、0.1-3wt%氧化锌的水溶液中，冷冻至-10℃以下，然后在不高于50℃的条件下解冻，得到纤维素氨基甲酸酯溶液，过滤、脱泡后，得到纤维素氨基甲酸酯纺丝原液；进行湿法纺丝，丝条经过凝固、水洗、干燥后得到再生纤维素纤维。

溶解纤维素氨基甲酸酯的水溶液可优选为含有7-8wt%氢氧化钠、1.2-1.8wt%氧化锌的水溶液。

所述的湿法纺丝是将纤维素氨基甲酸酯纺丝原液经过喷丝头挤入凝固浴中固化。

所用喷丝头的孔径为0.08-0.14mm，孔数为30-100孔。