專利名稱：溶劑法竹纖維素纖維的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學纖維制造業(yè)中溶劑法纖維素纖維的制造方法，特別是指一種利用竹材生產(chǎn)纖維素纖維的工藝技術。
21世紀初，國內(nèi)外就有了關于采用貯量豐富、速生高產(chǎn)的竹材為漿粕原料生產(chǎn)竹纖維素纖維的研究報道，科學研究表明，竹纖維是一種十分奇特的異型植物纖維，特點如下經(jīng)顯微鏡觀察，竹纖維的橫截面布滿了近似于橢圓形的空洞，使其內(nèi)部形成許多管狀腔隙，是一種天然的超中空纖維；其二，它的毛細管效應極其發(fā)達，可在瞬間吸收和蒸發(fā)水分，因此，采用以竹纖維制成的紡織品，具有滑、涼、爽及透氣等優(yōu)良特性；其三，它自身具有天然抗菌滅菌性質(zhì)，因而無需通過藥劑處理即可達到防菌滅菌的功能，且對人體無任何過敏，穿著時不因水洗、摩損等外力而降低其抗菌持久性，并且，它仍保留原纖維素纖維所具備的其他各種優(yōu)良特性。此外，竹材生長迅速，一般三年就可以使用，因而有可持續(xù)發(fā)展功能。鑒于上述原因，竹材料是值得推廣應用的新型纖維素纖維的漿粕原料之一。
經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，竹纖維素的分子量分布既不同于棉纖維素的狹窄分布，又不同于木纖維素的寬分布。其特征是介于兩者之間即呈寬分布，其中的中低分子量區(qū)又有一個窄的分布，因此，特別適合于Lyocell纖維的紡絲和加工工藝。
過去竹材的應用局限在造紙工業(yè)，近年來，國內(nèi)外紡織科學工作者開始致力于竹纖維的研究開發(fā)，因而促使竹材在紡織領域中的應用得到了發(fā)展，人們申請了不少專利。歸類如下1.利用竹材制備粘膠纖維竹漿粕的生產(chǎn)工藝，其中以上?；w漿粕總廠申請公開的CN1385287A為代表。2.利用竹材為原料采用傳統(tǒng)粘膠工藝生產(chǎn)竹材粘膠纖維，以河北吉藁化纖有限公司公開的CN1381620A為代表。3.將竹材制成聚合度大于800的漿粕、采用N-甲基嗎啉氧化物(NMMO)溶劑法加工竹纖維素Lyocell的制備方法，以杭州許炯(非職務發(fā)明人)公開的CN1383965A為代表。該專利主要介紹竹漿粕的制備，且認為制得的竹纖維分子聚合度須在≥800為宜，但是，實踐證明，當竹纖維素分子聚合度達到1000以上時，它在NMMO中的溶解性、脫泡性及可紡性劇烈下降，甚至無法紡絲，造成大量斷頭，因此按該專利選用竹纖維素纖維漿粕分子的聚合度只能是800～1000，即選用原料的聚合度被限制在較窄范圍內(nèi)。
為解決這一問題采用如下技術方案1.將聚合度(DP)為400～1000的竹纖維素漿粕，用普通漿粕切碎機切為4～6cm×4～6cm的小片，將這些小片于真空度-5×104～-9×104Pa及40～60℃下平衡5～10小時使其含水率達2～4％；將N-甲基嗎啉氧化物(NMMO)的水溶液在減壓條件下蒸濃，使其含水量為24～28％。
將上述的漿粕小片和蒸濃的NMMO水溶液以7∶112～15∶95重量比加入普通溶解釜或聚合釜的釜中混合，并于70～90℃溫度下靜止浸泡10～30min，使小片溶脹。然后開動攪拌器以100～130r/min轉(zhuǎn)速攪拌物料并逐漸升溫至80～110℃，同時抽真空至真空度達到-8.0×104～-9.8×104Pa，維持該溫度及真空度，可不斷蒸去物料中的水分并使竹纖維素漿粕不斷溶解，3～5h后，可使NMMO水溶液的含水量降至12～14％，此時，竹纖維素漿粕已完全溶解，并由此生成粘度為400～1000Pa.S、折光指數(shù)為1.4830～1.4860的琥珀色透明無氣泡的紡絲原液。2.將前述1中所述紡絲原液停止攪拌，在紡絲溫度為80～110℃的條件下，用氮氣將其壓入預過濾器過濾后進入計量泵，通過400～6000孔×Φ0.07～0.40mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為70～150mm的氣隙(即紡絲板表面與凝固浴面間的空氣層)，氣隙周圍溫度為10～20℃，再進入NMMO濃度為5～20％、溫度為15～30℃、長度為1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束繼續(xù)以40～120米/分的速度通過40～60℃的水淋區(qū)水洗；水洗后按需要切斷成規(guī)格為40～100mm的短纖維；最后經(jīng)上油、干燥即可獲得線密度為1.5～6.8dtex、干強為3.0～4.0cN/dtex、干態(tài)伸長率為10～18％的淡黃色竹纖維素短纖維。3.將前述1中所述的紡絲原液停止攪拌，在紡絲溫度為80～110℃的條件下，用氮氣將其壓入預過濾器過濾后進入計量泵，通過36～120孔×Φ0.07～0.30mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為80～120mm的氣隙(即紡絲板表面與凝固浴面間的空氣層)，氣隙周圍溫度為15～25℃，再進入NMMO濃度為5～15％、溫度為10～20℃、長度為1～2.5m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束繼續(xù)以50～150米/分的速度通過40～60℃的水淋區(qū)水洗；水洗后長絲束經(jīng)上油、卷繞成筒、干燥后制成66.7～166.7dtex/36～120F、干強為3.0～4.5cN/dtex、干態(tài)伸長率為8～16％的淡黃色竹纖維素長絲。4.釜內(nèi)紡絲原液在紡絲前停止攪拌及停止抽真空，并充入純度為99％以上的N2，N2的壓力控制在1～4kg/cm2，以保證出料暢通。5.為保證連續(xù)紡絲生產(chǎn)，可按產(chǎn)量及溶解漿粕所需時間配置兩個相同的具有一定容積的釜。在連續(xù)紡絲時，兩個或兩個以上釜交替進行溶解作業(yè)，每批紡絲原液可供紡絲的時間應超過每批漿粕在釜中溶解所需的時間。
本發(fā)明優(yōu)點是提供的竹纖維素纖維的制造方法選用聚合度(DP)為400～1000較寬范圍內(nèi)的竹漿粕為原料，采用與以木、棉漿粕為原料時通常采用的溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維紡絲原液相似的制備工藝，制成竹纖維紡絲原液。經(jīng)研究測試證明，竹漿粕具有較特殊的分子量分布，有利于在溶劑中的溶脹和溶解，因此，在制備竹纖維紡絲原液時漿粕所需浸泡及溶解的時間均比木、棉漿粕時間短，且漿粕所需切碎尺寸從原來木、棉漿粕的0.5～4cm放寬到4～6cm，所制得的紡絲原液粘度較低，因而具有可紡性好等特點，可制得各種品種與規(guī)格的竹纖維素纖維，即線密度為1.5～6.8dtex的棉、毛型短纖維及66.7～166.7dtex/36～120F的長絲，其纖維質(zhì)量均可達到由木漿制造的Lyocell的同類水平。本發(fā)明通過兩個或兩個以上相同的釜的交替使用，使連續(xù)紡絲成為可能，并適合不同規(guī)模的生產(chǎn)。本發(fā)明是以速生高產(chǎn)的竹材為漿粕原料，采用的設備與現(xiàn)行的干-濕紡絲工藝相同，與粘膠生產(chǎn)工藝相比，生產(chǎn)流程短、無污染、成本低，且竹纖維素纖維產(chǎn)品不僅保留原有的舒適、懸垂及柔軟等優(yōu)良特性，還具有特有的透氣、涼爽及其天然的抗菌滅菌功能，由此為新型纖維素纖維及其功能性產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了新的領域。
具體實施例方式
實施例1將DP為500的竹漿粕用普通漿粕切碎機切為4cm×4cm的小片后，在減壓狀態(tài)下(減壓至-7×104Pa)和50℃下平衡8小時，得到的漿粕小片含水率達4％；將198.3kg NMMO水溶液(NMMO和水的重量比為1)在減壓條件下蒸濃至134kg，使其含水量為26％(即NMMO的濃度為74％)；將10.25kg上述漿粕小片和134kg濃度為74％的NMMO水溶液置于300立升聚合釜中混合，釜溫為80℃。為防止氧化作用，同時加入124g棓酸丙酯。在浸漬溶脹20min后，開啟攪拌器并控制其轉(zhuǎn)速為110r/min，同時接通真空系統(tǒng)使真空度維持在-9×104Pa，并逐漸升溫至100℃。4小時后，當抽出的水量達到20kg時，停止攪拌及停止抽真空，壓入N2，得到粘度為680Pa.s、折光指數(shù)為1.4835的琥珀色透明紡絲原液。
將上述紡絲原液，在紡絲溫度為92℃的條件下，經(jīng)壓力為3kg/cm2的氮氣壓入預過濾器過濾后進入計量泵，然后由1000孔×Φ0.15mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為90mm的氣隙，氣隙周圍溫度為20℃，再進入NMMO濃度為12％、溫度為20℃、長度為2m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束繼續(xù)以80米/分的速度通過50℃的水淋區(qū)水洗；水洗后切斷成規(guī)格為40mm的棉型短纖；最后經(jīng)上油、干燥制得線密度為1.8dtex、干強為3.4cN/dtex、干態(tài)伸長率為12％的淡黃色竹纖維素短纖維。
實施例2將DP為500的竹漿粕用普通漿粕切碎機切為4cm×4cm的小片后，在減壓狀態(tài)下(減壓至-7×104Pa)和50℃下平衡8小時，得到的漿粕小片含水率達4％；將2800g NMMO水溶液(NMMO和水的重量比為1)在減壓條件下蒸濃至1892g，使其含水量為26％(即NMMO的濃度為74％)；將160.8g上述漿粕小片和1892g濃度為74％的NMMO水溶液置于5立升溶解釜中混合，釜溫為80℃。為防止氧化作用，同時加入1.6g棓酸丙酯。在浸漬溶脹20min后，開啟攪拌器并控制其轉(zhuǎn)速為100r/min，同時接通真空系統(tǒng)使真空度維持在-9.6×104Pa，并逐漸升溫至100℃。3.5小時后，當抽出的水量達到282g時，停止攪拌及停止抽真空，壓入N2，得到粘度為810Pa.s、折光指數(shù)為1.4850的琥珀色透明紡絲原液。
將上述紡絲原液，在紡絲溫度為95℃的條件下，經(jīng)壓力為3kg/cm2氮氣壓入預過濾器過濾后進入計量泵，然后由100孔×Φ0.08mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為80mm的氣隙，氣隙周圍溫度為20℃，然后進入NMMO濃度為12％、溫度為20℃、長度為2m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束繼續(xù)以80米/分的卷繞速度通過45℃的水淋區(qū)水洗；水洗后絲束經(jīng)上油、卷繞成筒、干燥，制成70dtex/100F、干強為3.5CN/dtex、干態(tài)伸長率為10％的淡黃色竹纖維素長絲。
權(quán)利要求
1.溶劑法竹纖維素纖維的制造方法，其特征在于(A)將聚合度為400～1000的竹纖維素漿粕，用切漿機切為4～6cm×4～6cm的小片，置于-5×104～-9×104Pa的真空度及40～60℃條件下平衡5～10小時，使其含水率達2～4％；將N-甲基嗎啉氧化物(NMMO)的水溶液在減壓條件下蒸濃，使其含水量為24～28％；(B)將所述竹纖維素漿粕的小片和蒸濃的NMMO水溶液以7∶112～15∶95的重量比在普通溶解釜或聚合釜中混合，于70～90℃溫度下靜止浸泡10～30min后，開動攪拌器以100～130r/min轉(zhuǎn)速攪拌物料，同時將物料逐漸升溫至80～110℃，并抽真空至真空度達到-8.0×104～-9.8×104Pa，維持該狀態(tài)3～5h后，使NMMO水溶液的含水量降至12～14％時，即生成粘度為400～1000Pa.s、折光指數(shù)為1.4830～1.4860的紡絲原液。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于將所述竹纖維素纖維的紡絲原液停止攪拌，在紡絲溫度為80～110℃的條件下，用氮氣將其壓入預過濾器過濾后進入計量泵，經(jīng)400～6000孔×Φ0.07～0.40mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為70～150mm的氣隙，氣隙周圍溫度為10～20℃，再進入NMMO濃度為5～20％、溫度為15～30℃、長度為1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束繼續(xù)以40～120米/分的速度通過40～60℃的水淋區(qū)水洗；水洗后切成40～100mm的短纖維，最后經(jīng)上油、干燥即可制得竹纖維素短纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于將所述竹纖維素纖維的紡絲原液停止攪拌，在紡絲溫度為80～110℃的條件下，用氮氣將其壓入預過濾器過濾后進入計量泵，經(jīng)36～120孔×Φ0.07～0.30mm噴絲頭噴出；噴出的原液細流先經(jīng)過長度為80～120mm的氣隙，氣隙周圍溫度為15～25℃，再進入NMMO濃度為5～15％、溫度為10～20℃、長度為1～2.5m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束仍以50～150米/分的速度通過40～60℃的水淋區(qū)水洗；水洗后絲束經(jīng)上油、卷繞成筒、干燥后制成竹纖維素長絲。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于釜內(nèi)紡絲原液在紡絲前，需停止攪拌及停止抽真空，并充入純度為99％以上的N2，N2的壓力控制在1～4kg/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及溶劑法竹纖維素纖維的制造方法。特征是選用聚合度為400～1000較寬范圍的竹漿粕為原料，以NMMO水溶液為溶劑制備竹纖維素紡絲原液。將該原液在80～110℃條件下擠壓噴出，噴出的原液細流先經(jīng)過長度為70～150mm的氣隙，氣隙周圍溫度為10～25℃，再進入NMMO濃度為5～20％、溫度為10～30℃、長度為1～3m的凝固浴中凝固成形；成形后的絲束以40～150米/分的速度通過40～60℃的水淋區(qū)水洗后，根據(jù)相應的常規(guī)工藝可獲得各種規(guī)格的長絲和短纖維。該工藝流程短、設備簡單、污染少，可實現(xiàn)竹纖維素纖維工業(yè)化生產(chǎn)。所制得的纖維產(chǎn)品穿著舒適、懸垂性好，并具有天然抗菌、滅菌功能。本發(fā)明為新型纖維素纖維及功能性產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了新領域。
文檔編號D01F2/00GK1472374SQ0312953
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者邵惠麗, 胡學超, 章潭莉 申請人:東華大學