一种纤维素溶液凝固成形方法技术

一种纤维素溶液凝固成形的方法，(1)将纤维素浆粕溶解于尿素或硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液中，得到纤维素溶液；(2)步骤(1)的纤维素溶液在非酸性的第一凝固浴中固化，温度为50～100℃，尿素/硫脲和碱金属氢氧化物的浓度低于步骤(1)相应组分所用的浓度；(3)经后续处理得到纤维素纤维。该产品具有可牵伸的塑性，能为提高强度创造有利条件。该成形方法的生产工艺和设备简单，生产过程对设备和厂房无腐蚀，并且使得尿素溶剂法纤维素纤维、玻璃纸、膜、海绵以及由此纤维素溶液产生的相关产品生产成本大大降低，具有很高的经济效益和社会环保效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维素溶液凝固成形的方法，特别涉及尿素溶剂法纤维素溶液的成形方法。
技术介绍
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，其中，碱溶液是当前极有发展前景的纤维素溶剂体系，例如氢氧化钠/尿素等，之后纤维素溶液在酸性凝固浴中成型。例如中国专利申请号200710021068. 8公开了制备再生纤维素丝的工业方法，将纤维素溶解在溶剂中，充分搅拌、制得纤维素溶液，将纤维素溶液经过过滤、脱泡、喷丝、凝固浴凝固、水洗、牵伸、烘干制得再生纤维素丝，其中凝固浴是有硫酸和硫酸钠水溶液。中国专利申请号 200410013389. X公开了一种再生纤维素纤维的制备方法，将纤维素溶解在5_12wt%氢氧化钠和8-20wt%尿素混合水溶液中，充分搅拌，制得纤维素浓溶液，采用湿法纺丝方法在纺丝机上进行喷丝并在凝固浴中再生凝固，所述凝固浴为3-25wt %硫酸水溶液、3-25wt %硫酸/5-30衬％硫酸钠水溶液、3-25wt%硫酸/5-30wt%硫酸铵水溶液等。以及中国专利申请号200510018799. 8公开的二步凝固浴法制备再生纤维素纤维的方法中，凝固浴的组成为 5-20wt %硫酸/10_25wt %硫酸钠混合水溶液。上述的纤维素溶液均采用化学反应成型，其成形速度快，但消耗了原材料硫酸和氢氧化钠，而且产生了廉价的不易处理的副产物硫酸钠。尿素溶剂法纤维素溶液含氢氧化钠量较大，如果不采用物理成形的方法，用上述方法就必然造成尿素、氢氧化钠、硫酸等原材料大量的消耗，产生了大量的硫酸钠副产物，也使得尿素的回收非常困难，造成了此生产工艺的产品成本很高，另外对环境造成一定的影响。在质量方面，曾经试验使用硫酸反应使纤维成形的纤维有一定的脆性而且强度很低，可能是由于大量的酸与纤维素溶液的碱起剧烈的放热反应引起纤维内部和外表的结构不均勻，使得聚合度很高(DP = 500 600)的纤维素溶液得到的却是强度很低的纤维。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纤维素纤维溶液凝固成形的方法，该方法的第一凝固浴为非酸性凝固浴，第一凝固浴的溶剂可以回收循环利用，节约了酸和碱的消耗，同时也减少了对硫酸盐的回收；且得到的纤维更具有柔韧性。为实现本专利技术的专利技术目的，一种纤维素溶液凝固成形的方法，包括如下步骤(1)将纤维素浆粕溶解于尿素或硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液中，得到纤维素溶液；(2)步骤(1)得到的纤维素溶液在第一凝固浴中固化，所述的第一凝固浴的组成包括尿素/硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液，温度为50 100°C，其中，尿素/硫脲和碱金属氢氧化物的浓度均低于步骤(1)相应的组分所用的浓度，第一凝固浴中没有酸性物质的加入； (3)最终固化后的固态纤维进行牵伸、切断、精炼、烘干、打包过程得到纤维素纤维。在步骤(2)中凝固浴采用的组分为纯水、或者氢氧化钠以及硫脲/尿素，但是其浓度要低于步骤(1)相应组分的浓度，由于高浓度物质可以自由向低浓度方扩散的原理，通过调节凝固水温、凝固浴量、凝固浴组成，可以控制纤维素溶液中碱和尿素向水中(不含碱和尿素)或低浓度水溶液中(此处的低浓度水溶液是相对于纤维素溶液中的碱和尿素浓度)自由扩散出来的速度，而尿素法纤维素溶液的稳定体系由于碱和尿素的扩散分离而变得不稳定，以达到凝固成形目的；且凝固浴温度控制在50 100°C的范围内，在此温度既能提高纤维素溶液中溶质分子(所述的溶质分子不含纤维素高分子，主要是小分子扩散，因为小分子扩散运动速度快)往凝固浴中扩散的速度(导致纤维素溶液成形的速度)，又能不至于使尿素快速分解。在第一凝固浴中，没有酸参与进行化学反应，不会产生回收复杂而市场廉价的副产物硫酸钠。步骤(2)中凝固浴中尿素/硫脲的质量百分比浓度为0 1%，优选0.4%。步骤(2)中凝固浴中碱金属氢氧化物的质量百分比浓度为0 1%，优选0. 3%。优选地，步骤(1)中，碱金属氢氧化物的质量百分比浓度为5 10%，尿素/硫脲的质量百分比浓度为6 13%。优选地，步骤(2)中，碱金属氢氧化物的浓度0 1%，尿素或硫脲的质量百分比浓度为0 1%。本专利技术的方法中，第一凝固浴的组分与现有技术所公开的凝固浴是不同的，本专利技术的第一凝固浴的组分不含酸。在纤维成形过程中，根据实际需要，可以仅仅使用本专利技术第一凝固浴，也可以将本专利技术第一凝固浴与现有技术的凝固浴结合使用制备出所需的纤维。纤维素溶液的成形相对于纺丝速度来说是很慢的，于是就须增加凝固浴管的长度，凝固浴管长度越长，丝束在凝固浴停留时间越长，扩散出来的尿素和碱越多，纤维成形更致密，纤维强度越大，成形效果越好。本专利技术第一凝固浴的凝固浴槽可以是槽式或筒管式，凝固浴槽深或凝固浴筒管长为 600 1500mm，优选 1000 1200mm。本专利技术中的第一凝固浴中，凝固浴流量为大于纤维素溶液体积流量的20倍；优选 30-40 倍。优选的，所述的方法中，在步骤(2)、(3)之间还进一步包括如下步骤(a)经步骤(2)固化后的固态纤维经牵伸后在第二凝固浴中固化其中，所述的第二凝固浴的组成为1 10衬％浓度的无机酸，凝固浴温度为60 100°C，优选，所述的无机酸为硫酸。即所述方法为(1)将纤维素浆粕溶解于尿素或硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液中，得到纤维素溶液；(2)步骤(1)得到的纤维素溶液在第一凝固浴中固化，所述的第一凝固浴的组成包括尿素/硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液，温度为50 100°C，其中，尿素/硫脲和碱金属氢氧化物的浓度均低于步骤(1)相应的组分所用的浓度；(3)经步骤(2)固化后的固态纤维经牵伸后在第二凝固浴中固化其中，所述的第二凝固浴的组成为1 10衬％浓度的无机酸，凝固浴温度为60 100°C，优选，所述的无机酸为硫酸，经第二凝固浴固化后的固态纤维再进行牵伸、切断、精炼、烘干、打包过程得到纤维素纤维。优选的，所述 的方法中，在步骤(2)、(3)之间还进一步包括如下步骤(a)经步骤⑵固化后的固态纤维经牵伸后在第二凝固浴中固化，其中，所述的第二凝固浴的组成为1 10衬％浓度的无机酸，凝固浴温度为60 100°C，优选，所述的无机酸为硫酸；(b)经步骤(a)固化后的固态纤维至少需一次牵伸，固态纤维在第三凝固浴中进行牵伸，其中，所述的第三凝固浴为温度为60 100°C的水或水蒸汽，其优选，温度为95°C 的水。即所述方法为(1)将纤维素浆粕溶解于尿素或硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液中，得到纤维素溶液；(2)步骤(1)得到的纤维素溶液在第一凝固浴中固化，所述的第一凝固浴的组成包括尿素/硫脲、碱金属氢氧化物以及水组成的混合水溶液，温度为50 100°C，其中，尿素 /硫脲和碱金属氢氧化物的浓度均低于步骤(1)相应的组分所用的浓度；(3)经步骤⑵固化后的固态纤维经牵伸后在第二凝固浴中固化，其中，所述的第二凝固浴的组成为1 10衬％浓度的无机酸，凝固浴温度为60 100°C，优选，所述的无机酸为硫酸；(4)经步骤(3)固化后的固态纤维至少需一次牵伸，固态纤维在第三凝固浴中进行牵伸，其中，所述的第三凝固浴为温度为60 100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢和平，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院，
类型：发明
国别省市：