專利名稱：纖維素懸浮液的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造纖維素在液態(tài)氧化叔胺中的懸浮液的方法，以及生產(chǎn)纖維素模塑體，例如軟片、纖維及薄膜的方法。
幾十年來，一直在探索能夠替代目前廣泛使用的粘膠法的纖維素模塑體生產(chǎn)工藝。作為一種令人感興趣的主要原因之一在于對環(huán)境影響較小的替代方案，已發(fā)現(xiàn)將纖維素不經(jīng)衍生物化地溶解在有機溶劑中，然后由這種溶液擠出成為模塑體，例如纖維、軟片及薄膜的方法。如此擠出的纖維已由BISFA(國際人造纖維標準化局)定名為Lyocell這一屬名。根據(jù)BISFA標準，有機溶劑應(yīng)理解為一種有機化學(xué)品與水的混合物。
已發(fā)現(xiàn)，作為有機溶劑，一種氧化叔胺與水的混合物特別適合于生產(chǎn)纖維素模塑體。作為該氧化胺，使用的主要是N-氧化-N-甲基嗎啉(NMMO)。其他的氧化胺公開在，例如EP-A-0553070中。生產(chǎn)可模望的纖維素溶液的方法是已知的，例如可參見EP-A-0356419。
在US-A-4,246,221中，公開了一種以纖維素在液態(tài)的、含水N-氧化-N-甲基嗎啉(NMMO)中的混合物為原料之一制造可紡纖維素溶液的氧化胺工藝。按照這一工藝，在間歇操作的混合裝置中制備一種纖維素在含水氧化胺溶液中的懸浮液，將該混合物在減壓下加熱，同時抽出水，制備成第一溶液，該溶液經(jīng)過濾及在擠塑機中進行后加工之后，轉(zhuǎn)化為一種可模塑的溶液。該已知工藝的一個缺點在于用該混合機制備纖維素懸浮液時是不連續(xù)的。這種不連續(xù)的起始步驟使得整個氧化胺過程也不能連續(xù)進行，這是不利的，因為任何一種諸如紡制纖維的模塑過程最好連續(xù)地進行。
從WO94/28217得知一種生產(chǎn)以纖維素為主要成分的預(yù)混物的方法，由這種預(yù)混物可制備出可模塑纖維素溶液。按照該方法，粉碎的纖維素及氧化胺溶液被加入到一個臥式圓筒形混合室中，該室內(nèi)裝有一個轉(zhuǎn)子，上面沿軸向間隔排列著攪拌元件。對該混合室中的混合物攪拌是通過讓其中的轉(zhuǎn)子以每分鐘40～80轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。優(yōu)選的是，讓混合室中的混合物維持在65℃以上的溫度。然而這種方法存在著如下的缺點1.該過程很費時，原因之一是該氧化胺溶液與纖維素不能同時地加入到該混合室中，必須前后順序地加入。
2.該方法的另一個缺點是只能間歇地進行，而每一批需要大約21分鐘。
3.由于過程是不連續(xù)的，為了將纖維素/氧化胺混合物連續(xù)地輸送到生產(chǎn)纖維素溶液并將其連續(xù)地輸送到例如紡絲機的一種設(shè)備中，就必須有兩個這樣的混合機在運轉(zhuǎn)。
4.使用兩個混合機就意味著在混合機與紡絲機之間的每一樣設(shè)施，例如儲罐、管道、泵、過濾器等，也都必須準備雙份，這顯然在技術(shù)上和資金上都是額外的負擔(dān)。
5.另一個缺點在于，每一批需要處理數(shù)量比較大的氧化胺。如此大的數(shù)量蘊藏著安全上的風(fēng)險，因為氧化叔胺不穩(wěn)定，容易在高溫下分解。
6.況且，間歇操作的混合機難以排凈。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種沒有上述缺點的方法，按照這種方法，可以一步并且高速率地由粉碎纖維素及含水氧化胺溶液生產(chǎn)出均勻的纖維素懸浮液，此均勻的纖維素懸浮液可以作為氧化胺工藝的一種原料。
按照本發(fā)明的制造纖維素在液態(tài)含水氧化叔胺中的懸浮液的方法，其中粉碎的纖維素與液態(tài)含水氧化叔胺互相混合，其特征在于(A)使所述粉碎的纖維素與液態(tài)含水氧化叔胺接觸，制得第一混合物，以及(B)利用機械作用使該第一混合物在一個表面上展開成一層并將其沿著該表面輸送，同時徹底地混合，直至生成均勻的懸浮液，然后將其從該表面上引出，(C)步驟(A)與步驟(B)是連續(xù)進行的。
本發(fā)明是根據(jù)如下的發(fā)現(xiàn)提出的，即由于采用了膜技術(shù)，特別是薄膜技術(shù)，可以簡單而省時地制造出均勻的纖維素懸浮液。
另外還顯示，在本發(fā)明的工藝中，可以隨同纖維素一起方便而均勻地加入助劑，例如穩(wěn)定劑、分散劑、紡絲助劑、活性改進劑、無機或有機添加介質(zhì)(硫酸鋇、活性炭、二氧化硅、羧甲基纖維素、改性劑(聚乙二醇)，以及其他聚合物，例如尼龍；染料。這對于使這些助劑發(fā)揮出其最大的效果是舉足輕重的。況且，已經(jīng)表明，這樣的加入方法不會減慢均勻懸浮液的生產(chǎn)速度。
本發(fā)明方法的另一個優(yōu)點是，用以懸浮該粉碎的纖維素的液態(tài)含水氧化叔胺，可以使用室溫下為液態(tài)的氧化叔胺水溶液，也可以使用熔融的氧化叔胺水合物。
在按照本發(fā)明的工藝中，所使用的液態(tài)含水氧化叔胺的溫度范圍優(yōu)選地為50～85℃。
按照本發(fā)明的方法，優(yōu)選地沿著該表面將該纖維素輸送1～5分鐘。這就表示，在幾分鐘之內(nèi)就已經(jīng)能夠連續(xù)地獲得均勻形式的纖維素懸浮液。因此，本發(fā)明的方法大大簡化了氧化胺工藝。
本發(fā)明還涉及一種用于實施本發(fā)明方法的裝置的用途，該裝置包括裝有攪拌裝置的可間接加熱或冷卻的容器，所述容器是一個圓筒形容器，裝有沿中心線布置的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上帶有攪拌元件，所述攪拌元件與轉(zhuǎn)子的軸線間夾有傾角α，用于將纖維素與同其接觸的液態(tài)含水氧化叔胺混合并推動物料前進，攪拌元件與容器的內(nèi)壁的徑向距離不大于20毫米，在容器的上部設(shè)有粉碎纖維素和液態(tài)含水氧化叔胺的進料口，在容器的下部設(shè)有均勻懸浮液的出料口。
優(yōu)選的是，采用其中的傾角α可調(diào)的裝置。
本發(fā)明進一步涉及一種生產(chǎn)可模塑纖維素溶液的方法，其特征在于，在蒸出水的情況下同時使按照本發(fā)明生成的均勻懸浮液轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可模塑纖維素溶液。該纖維素溶液的制造方法是在一種薄膜處理設(shè)備內(nèi)方便地進行的。這樣一種方法，例如可參見EP-A-0356419中。薄膜處理設(shè)備的具體實例，例如有所謂擠膜機，如由BussAG公司(瑞士)制造的。薄膜處理設(shè)備還公開在DE-OS2011493中。
1994年公開的WO94/06530采用從EP-A-0356419獲悉的薄膜技術(shù)，以纖維素在氧化叔胺水溶液中的混合物為原料制成一種可模塑溶液。該方法是使用擠膜機進行的，該機器類似于EP-A-0356419中所描述的實施例。WO94/06530的目的是為了節(jié)能，為到達這個目的它建議降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
此外，本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)纖維素模塑體的方法，其要點是，將按照本發(fā)明制造的纖維素懸浮液轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡Ｋ芾w維素溶液，隨后以基本上已知的方式將該溶液加工成軟片、纖維、薄膜或其他的模塑體。
通過自動加料裝置可將按照本發(fā)明制備的懸浮液直接喂入擠膜機，在此機中，物料轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤骸Ｅ艢鈹D塑機也適用于制備這種溶液。然而在后一種情況下，懸浮液必須是濃縮狀態(tài)的，因為排氣擠塑機的蒸發(fā)能力要小得多。也可以采用其他手段將按照本發(fā)明制備的懸浮液轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素溶液。而且，在轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤褐?，可以對懸浮液施行附加的研磨步驟。
下面通過附圖
來說明一種裝置，其中按照本發(fā)明的方法可以按照一種特別適合的方式得到實施。該附圖示意地表示出一個本發(fā)明使用的混合機的構(gòu)造。這種混合機由，例如Draiswerke公司(Mannheim，德國)商業(yè)化制造，即品名為K-TT的環(huán)層混合機。
該圖示意地表示出一臺臥式安裝的混合機的縱剖面，基本上由一個圓筒形容器1組成，它帶有雙層夾套，用于對被加工的材料進行間接加熱或冷卻，一個沿中心線布置在容器1內(nèi)部的轉(zhuǎn)子2，它上面裝有輸送槳葉3和針狀元件4。轉(zhuǎn)子2由馬達5驅(qū)動。
粉碎纖維素經(jīng)進料口6進入圓筒形容器1，被輸送槳葉3截獲并送入容器1的內(nèi)部，轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)得很快，以致粉碎的纖維素由于離心力的作用，被輸送槳葉拋至該容器的圓筒形壁上，以薄層的形式被輸送到容器1的內(nèi)部。
液態(tài)含水氧化胺溶液經(jīng)過進料管7進入容器。進料管7一直延伸到非常靠近轉(zhuǎn)子2并位于相鄰的輸送槳葉及針狀元件之間的間隙處，以便轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)不受到阻礙。由于離心力的作用，氧化胺溶液被徑向地朝外拋，首先潤濕了纖維素，結(jié)果形成混合物。這種潤濕的狀態(tài)在附圖中由剖面線表示。依靠這種混合強度和氧化胺溶液與纖維素的比例，隨著混合物沿容器1的內(nèi)壁輸送，便形成均勻的懸浮液，然后經(jīng)過出料口8排出，該物料既可以直接用于制造纖維素溶液，也可以經(jīng)過隨后的加工，例如研磨步驟，以后再制成溶液。
針狀元件4在一定程度上朝著轉(zhuǎn)子2的軸線傾斜，因此具有輸送懸浮液的能力。重要的是轉(zhuǎn)子以極高的速度旋轉(zhuǎn)，以致纖維素/氧化胺混合物被拋至器壁，在上面形成一層。假設(shè)容器的半徑為例如15厘米，則要形成層狀料所需要的典型轉(zhuǎn)數(shù)為約每分鐘700轉(zhuǎn)。
下面將結(jié)合實例，更詳細地說明本發(fā)明。
實例在制造懸浮液時，使用了Draiswerke公司(Mannheim，德國)制造的所謂K-TT80環(huán)層混合機(不銹鋼質(zhì))。這種混合機的工作方式如同上面結(jié)合附圖所作的說明。
每小時向環(huán)層混合機中連續(xù)加入55千克粒徑不大于4毫米的粉碎纖維素和375千克含有75％(質(zhì)量)NMMO的水溶液。用溫度為75℃的水作為加熱介質(zhì)。環(huán)層混合機內(nèi)部為常壓。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為每分鐘700轉(zhuǎn)。
每小時從環(huán)層混合機可獲得430千克干物料濃度為12.8％(質(zhì)量)纖維素、溫度為65℃的均勻懸浮液。
向按照EP-A-0356419中所述方法的BussHS0200型擠膜機中，以430千克/小時的速率加入溫度為75℃的由環(huán)層混合機制造的懸浮液，在擠膜機中，物料轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素含量為15.0％的可模塑溶液。擠膜機的加熱表面采用142℃的飽和蒸汽加熱。擠膜機中轉(zhuǎn)子的圓周速度為4米/秒，壓力為50毫巴。每小時抽出的水蒸氣為約63千克。
采用上述的工藝參數(shù)，從擠膜機中每小時可取出大約367千克、溫度為105℃的可模塑纖維素溶液。
得到的可模塑溶液不合任何未溶解纖維素粒子(顯微鏡分析)，經(jīng)過排氣，可以按照本申請人分別在WO93/19230和WO95/07811中已公開的方法容易地加工成纖維和薄膜。
纖維素在環(huán)層混合機中的停留時間為2分鐘。這就是說，采用本發(fā)明的方法只需要幾分鐘就可以從原料纖維素和氧化胺溶液制造出均勻的懸浮液，這種懸浮液可容易地轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡Ｋ芾w維素溶液。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)纖維素在液態(tài)含水氧化叔胺中的懸浮液的方法，其中將粉碎的纖維素與所述液態(tài)含水氧化叔胺混合，其特征在于(A)使所述粉碎的纖維素與液態(tài)含水氧化叔胺接觸，制得第一混合物，以及(B)利用機械作用使該第一混合物在一個表面上展開成一層并將其沿著該表面輸送，同時徹底地混合，直至生成均勻的懸浮液，然后將其從該表面上引出，(C)步驟(A)與步驟(B)是連續(xù)進行的。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為所述液態(tài)含水氧化叔胺，使用的是一種氧化叔胺的水溶液。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為所述液態(tài)含水氧化叔胺，使用的是一種熔融的氧化叔胺水合物。
4.按照權(quán)利要求2或3中之一的方法，其特征在于，使用溫度為50～85℃的液態(tài)含水氧化叔胺。
5.按照權(quán)利要求1～4中之一的方法，其特征在于，將液態(tài)含水氧化叔胺沿著該表面輸送1～5分鐘。
6.一種用于實施權(quán)利要求1～5中之一的方法的裝置的用途，該裝置包括裝有攪拌裝置的可間接加熱或冷卻的容器，所述容器是一個圓筒形容器(1)，裝有沿中心線布置的轉(zhuǎn)子(2)，轉(zhuǎn)子上帶有攪拌元件(3，4)，所述攪拌元件與轉(zhuǎn)子(2)的軸線間夾有傾角α，用于將纖維素與同其接觸的液態(tài)含水氧化叔胺混合并推動物料前進，攪拌元件(3，4)與容器的內(nèi)壁的徑向距離不大于20毫米，在容器(1)的上部設(shè)有粉碎纖維素和液態(tài)含水氧化叔胺的進料口(6，7)，在容器的下部設(shè)有均勻懸浮液的出料口(8)。
7.按照權(quán)利要求6的裝置的用途，其中傾角α為可調(diào)的。
8.一種生產(chǎn)可模塑纖維素溶液的方法，其特征在于，在蒸出水的同時將按照權(quán)利要求1～7制備的均勻懸浮液加工成可模塑纖維素溶液。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述方法是在薄膜處理設(shè)備中進行的。
10.一種生產(chǎn)纖維素模塑體的方法，其特征在于，將按照權(quán)利要求8生產(chǎn)出的纖維素溶液以基本上已知的方式加工成軟片、纖維、薄膜或其他模塑體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)纖維素在液態(tài)含水氧化叔胺中的懸浮液的方法，其中將粉碎的纖維素與所述液態(tài)含水氧化叔胺混合，其特征在于(A)使所述粉碎的纖維素與液態(tài)含水氧化叔胺接觸，制得第一混合物，以及(B)利用機械作用使該第一混合物在一個表面上展開成一層并將其沿著該表面輸送，同時徹底地混合，直至生成均勻的懸浮液，然后將其從該表面上引出，(C)步驟(A)與步驟(B)是連續(xù)進行的。
文檔編號C08L1/00GK1151169SQ95193688
公開日1997年6月4日 申請日期1995年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月19日
發(fā)明者S·齊凱利, P·興特霍爾澤 申請人:連津格股份公司