[发明专利]纤维素纤维的纺丝方法

说明书

本发明公开了一种纤维素纤维的纺丝方法，将纤维素粘液采用干喷湿式纺丝法纺制成纤维素纤维；所述纤维素粘液为纤维素的离子液体溶液，所述纤维素粘液和所述纤维素纤维均不含其他成纤高分子，所述干喷湿式纺丝法的卷绕速度为400～1500m/min。本发明的方法可以将纤维素的离子液体溶液高速纺制成纤维。

技术领域

本发明涉及一种纤维素纤维的纺丝方法，尤其是一种采用离子液体为溶剂纺制纤维素纤维的工业化方法。

背景技术

聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、尼龙(Nylon)等来源于石化资源的合成纤维具有优良的性能，依然是最主要的纤维品种。然而，石化资源的产量日益减少，且面临耗竭。纤维素具有良好的生物兼容性及可降解性，并且来源广泛，但是其普及程度仍然不及上述合成纤维。目前，纤维素的开发利用逐渐收到人们的重视。

纤维素具有较高的结晶度、分子间及分子内存在着大量氢键，使得纤维素难以熔融纺丝，并且大部分溶剂也无法溶解。这导致纤维素的加工利用受到限制。因此，开发环境友好的纤维素高效溶剂对于纤维素纤维的普及应用是非常重要的。

传统的纤维素纤维的纺丝过程十分繁杂，纺丝速度甚慢，耗时甚久，且排放物质极易造成环境污染。近年来，开发出以氧化甲基吗啉(N-methylmorpholine N-oxide，简称NMMO)为代表的溶剂法纤维素纤维(Lyocell)纺丝工艺。NMMO溶解纤维素的温度高、时间长，容易导致纤维素粘液变深，聚合度降低。因此，离子液体作为新型溶剂，开始受到重视。离子液体为在室温或室温附近温度下呈液态且由离子构成的物质，通常是一种由体积较大的不对称有机阳离子和体积较小的无机/有机阴离子组成的、在室温下呈熔融态的盐。与传统溶剂相比，离子液体具有诸多优异特性。离子液体在低蒸汽压下不易挥发，解决了有机物质容易挥发导致的环境污染问题。离子液体具有低熔点、高极性的特性，可溶解许多有机物及无机物。另外，离子液体具有不可燃性、耐强酸、高热稳定性、高导电度、电化学稳定性高等特点。此外，离子液体可根据不同需求进行设计，使其具有独特性质。离子液体在常压下使用，不但可以降低成本，也可以减少有机溶剂对环境的污染及人类的伤害。综上，离子液体被称为一种绿色环保溶剂。

通过咪唑类、吡啶类等阳离子与酰胺、六氟磷酸、四氟硼酸盐、乙酸酯及卤化物等阴离子可以得到溶解纤维素的离子液体。关于离子液体法纺制纤维素纤维的相关文献较多，但关于其真正产业化的报道却很少。CN101402658A公开了一种离子液体溶剂催化热降解纤维素的方法，采用烷基咪唑氯盐离子液体为溶剂，在纤维素的离子液体溶液中，用小于原料总重量1％的固体酸为催化剂，附以离子液体为共催化剂，在0.01～4.00MPa和100～300℃下进行均相催化热降解纤维素。由此可见，离子液体也容易导致纤维素降解。降解后的纤维素聚合度较小，无法满足高速纺丝的要求，导致产业化困难。

CN102619026A公开一种纳微纤维素纤维非织造布的制备方法，将纤维素粉末与离子液体制成均匀的混合物，将混合物喂入双螺杆挤出机，制备纺丝溶液，再经过计量泵后被送入到纺丝模头，从模头的喷丝孔中挤出，形成纺丝溶液细流；将高压热风经由纺丝模头的气腔狭缝形成高速气流吹向纺丝溶液细流，实现对溶液的拉伸细化；再经非织造布的成形与后处理后得到纳微纤维素纤维非织造布。上述纺丝工艺的纺丝速度慢，仅能获得无纺布，无法获得高强度纤维素纤维。

CN103352266A公开了一种纤维素与热塑性高聚物皮芯型复合纤维的制备方法，将纤维素和热塑性高聚物真空干燥；将真空干燥后的纤维素和离子液体按配比加入高速搅拌机混合均匀；将纤维素和离子液体的混合物加入同向双螺杆挤出机的一个投料口，将真空干燥后的热塑性高聚物加入到另一个投料口，通过同向双螺杆挤出机将两者挤出，进入纺丝组件中通过喷丝板进行纺丝，将所得的复合纤维经过水槽洗去皮层中的离子液体，然后通过纺丝组件进行拉伸、卷绕，得到纤维素与热塑性高聚物皮芯型复合纤维。上述方法中的纤维卷绕速度可以达到500～1500m/min，但必须采用聚酯等成纤高分子作为芯层。实际上，可以高速纺丝的贡献主要来自聚酯等成纤高分子，而不是纤维素。