專利名稱：纖維素海綿和它的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素海綿和它的制造方法。
從EP-A-0418151中已知由粘膠絲制成的一種纖維素海綿，按這種熟知的方法，將木纖維素材料制成黃原酸鹽，該黃原酸鹽與Porophore和纖維混合在一起，爾后加入一種涂覆有聚合層的吸收性聚合物的粒子。而后將此黃原酸鹽用酸或堿再生，并將此再生物洗滌和漂白。
這種方法的缺點(diǎn)是由于粘膠工藝中產(chǎn)生副產(chǎn)物，存在需解決的環(huán)境相容性問(wèn)題。
數(shù)十年來(lái)，人們?cè)趯ふ乙环N能代替目前大規(guī)模應(yīng)用的粘膠法的工藝。特別是作為具有吸引力的具有較好的環(huán)境相容性的一種方案，是將未衍生化的纖維素溶于一種有機(jī)溶劑中，并從這一溶液中擠出模塑體，例如纖維、薄膜和其它模塑體。用這種方法擠出制成的纖維從BISFA(人造纖維國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化局)得到了Lyocell的屬名，BISFA所稱的有機(jī)溶劑是指一種有機(jī)化合物和水的混合物。
已經(jīng)證實(shí)，特別是叔胺氧化物和水的混合物作為有機(jī)溶劑很適用于制造纖維素系模塑體。作為胺氧化物首選的是N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)，其它胺氧化物例如在EP-A-0 533 070中有過(guò)描述，在EP-A-0 356 419中已提出了一種制造可模塑的纖維素溶液的方法。應(yīng)用叔胺氧化物制造纖維素制品的方法通常稱為胺氧化物方法。
在EP-A-0 356 419中描述了一種纖維素溶液的制造方法，該方法是采用纖維素在液態(tài)含水的N-甲基嗎啉-N-氧化物中的懸浮液作為原料，并使懸浮液在薄膜處理設(shè)備中一步并連續(xù)地轉(zhuǎn)化成可模塑的溶液，該可模塑溶液接著經(jīng)過(guò)一個(gè)成型模具例如一個(gè)噴絲頭紡成單絲，并進(jìn)入凝固浴中。
纖維素由溶液沉淀至含水的紡絲浴里。在此過(guò)程中，胺氧化物在紡絲中不斷富集。在工藝水中胺氧化物含量可高達(dá)30(重量)％。對(duì)于胺氧化物工藝方法的經(jīng)濟(jì)性而言，重要的是幾乎全部回收再利用胺氧化物。
用胺氧化物法制造纖維素海綿實(shí)際上沒(méi)有在文獻(xiàn)中見(jiàn)到過(guò)。只是在1988年報(bào)道過(guò)正在探索一種新的方法，用該方法用一種纖維素溶液在含水的叔胺氧化物中制成類似海綿狀的多孔纖維素。據(jù)進(jìn)一步的報(bào)道稱，在一系列的影響參數(shù)中，水含量對(duì)制造過(guò)程起主要作用，所得到的產(chǎn)品與經(jīng)粘膠法制造的相似(Peguy“由纖維素或木素纖維素在胺氧化物中的溶液制成的新材料”；Proceedings of the Nisshinbo InternationalConference in Cellulosics Utilization in Near Future，Tokyo 1988，19～24頁(yè)，Elsevier Applied Science)。但從該文獻(xiàn)中不可能推知從纖維素溶液中模仿制造海綿的加工原理。
本發(fā)明的目的是提供一種采用胺氧化物法制造的纖維素海綿。
按本發(fā)明制造纖維素海綿的方法，其特征在于，將纖維素在一種含水叔胺氧化物中的溶液與成孔劑和發(fā)泡劑混合，接著使其處于引起發(fā)泡劑分解及纖維素溶液發(fā)泡的條件，而后使發(fā)泡的纖維素溶液與水接觸，使纖維素沉淀。然后用水洗滌所得到的纖維素海綿以除去叔胺氧化物。
作為成孔劑優(yōu)選采用堿金屬或堿土金屬的無(wú)機(jī)酸鹽，其中硫酸鈉或硫酸鎂特別有效。
成孔劑的加入量最多為所用纖維素溶液質(zhì)量的三倍。
作為發(fā)泡劑優(yōu)選為偶氮二甲酰胺，它任選為經(jīng)過(guò)改性的，或者加入碳酸氫鈉。對(duì)發(fā)泡劑的選擇應(yīng)不使纖維素溶液引起放熱反應(yīng)。特別要注意，不含有能引起叔胺氧化物分解的金屬離子。作為實(shí)例在這里提到德國(guó)Tramaco公司產(chǎn)的發(fā)泡劑Tracel DBN 120 NER。該發(fā)泡劑的分解溫度為115℃，發(fā)泡劑的適宜加入量為所用纖維素溶液質(zhì)量的3％和20％之間。
已經(jīng)證明，在所用纖維素溶液中的溶解的纖維素含量對(duì)發(fā)泡性能有直接影響。纖維素含量越低，發(fā)泡度越高，而且制成的纖維素海綿各泡孔間的粘著力越小。這意謂著，它的機(jī)械強(qiáng)度下降。相反，如果纖維素含量過(guò)高，它的發(fā)泡程度變差，甚至形不成泡孔結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，纖維素含量最好為7％和20％(質(zhì)量)之間。
還得到證實(shí)，如果在所用的纖維素溶液中含有另外未溶解的纖維素微粒，例如纖維，則特別優(yōu)選。這些纖維具有增強(qiáng)劑的作用。此外，在纖維素溶液中除了成孔劑和發(fā)泡劑外，還可混入顏料，用于配色。
發(fā)泡劑的分解可方便地在較高溫度時(shí)實(shí)施。有時(shí)還可施以減壓。
結(jié)果表明，用N-甲基嗎啉-N-氧化物作為叔胺氧化物在本發(fā)明的方法中特別適用。
為了使溶解的纖維素沉淀出來(lái)，并使其微孔結(jié)構(gòu)固定化，任選使發(fā)泡的纖維素溶液與含有氯化鎂的水接觸。
在本發(fā)明的方法中，作為纖維素可以選擇其他纖維素源，諸如廢舊紡織物品、服裝生產(chǎn)下腳料以及廢舊紙張等。
此外，本發(fā)明還涉及纖維素海綿，它可按本發(fā)明方法得到。本發(fā)明的海綿顯示出高的水保留性能和滿意的機(jī)械強(qiáng)度特征。
如下面所表明，按本發(fā)明可對(duì)本發(fā)明海綿的機(jī)械強(qiáng)度和吸水性能進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，影響因素有加工溶液中的纖維素濃度、所用纖維素的分子量、發(fā)泡物料中的成孔劑濃度和發(fā)泡劑濃度。本發(fā)明的方法并未對(duì)環(huán)境帶來(lái)負(fù)擔(dān)，因?yàn)槭灏费趸飵缀蹩扇坑沙恋碓』厥?。本發(fā)明的海綿可生物降解，并可用簡(jiǎn)單方法成為堆肥、處理或焚燒，在焚燒時(shí)不生成有毒廢氣。因?yàn)檫@種海綿不同于通常的塑料海綿，它們不是從石油產(chǎn)品制造的，所以還可減少石油的消耗。本發(fā)明的海綿可以從廢舊材料中制取，從而還有助于對(duì)這些廢舊物資的處理。
本發(fā)明的纖維素海綿特別適用于作洗浴用海綿和用于清洗的目的。
借助下述實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
一般操作步驟將聚合度為400到1500之間的磨碎的纖維素材料，例如Alicell LV或其它纖維素材料，加到捏和機(jī)中與含水的NMMO-溶液混合，加熱最高至90℃，并使其減壓到至少0.05巴，以使水分蒸發(fā)，纖維素材料溶解至仍有約2.5％纖維素材料呈未溶解的溶脹狀態(tài)。隨后往捏和機(jī)中添加成孔劑和發(fā)泡劑，并進(jìn)行混合。所得到的混合物在90℃捏和大約5～10分鐘。
混合物的發(fā)泡是在烘箱中在發(fā)泡劑能分解放出氣體的條件下完成，例如對(duì)偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑而言，加熱至130°，時(shí)間為10～20分鐘，減壓至60毫巴。
發(fā)泡的物料置入水浴中，使纖維素沉淀，并使發(fā)泡物的結(jié)構(gòu)固定，這樣就得到了纖維素海綿，然后將叔胺氧化物洗除，并干燥到殘余濕含量為10～15％。
按上述的一般操作規(guī)程，制造了多系列的纖維素海綿，其中-(A)系列加入的纖維素溶液濃度是變化的(纖維素材料AlicellLV，100g；發(fā)泡劑Tracel DBN 120 NER，10g；無(wú)水Na2SO4，30g)；-(B)系列加入纖維素材料中所含纖維素的分子量不同(纖維素材料100g；纖維素濃度13％；發(fā)泡劑Tracel DBN 120 NER，10g；無(wú)水Na2SO4，30g)；-(C)系列，硫酸鈉含量變化(纖維素材料廢舊紡織物品；纖維素濃度13％，發(fā)泡劑Tracel DBN 120 NER，10g)；以及-(D)系列變化發(fā)泡劑含量(纖維素材料Viscokraft LV；纖維素濃度13％；發(fā)泡劑Tracel DBN 120 NER)。
用重量法檢驗(yàn)所制造的海綿的吸水性。吸水性等于100乘以濕海綿重除以干海綿重量的積(100×重量濕/重量干)。
結(jié)果列于下述表1至表4中。從結(jié)果可看出，隨著纖維素濃度的減少，所用纖維素分子量減少，成孔劑濃度增加和發(fā)泡劑(德國(guó)Tramaco公司制造的Tracel DBN 120 NER)濃度的增加，吸水能力增加。
所有制得的纖維素海綿的機(jī)械強(qiáng)度都是令人滿意的。
表1纖維素濃度(％)吸水能力(％)10 76013 53015 280表2纖維素(分子量)吸水能力(％)463 595755 460870 5301285 4061473 373表3Na2SO4(％) 吸水能力(％)30 515
50 75070 835100 955表4發(fā)泡劑(％)吸水能力(％)3 4655 5557 650
權(quán)利要求
1.一種纖維素海綿的制造方法，其特征在于，將纖維素在一種含水叔胺氧化物中的溶液與成孔劑和發(fā)泡劑混合，接著使其處于引起發(fā)泡劑分解及纖維素溶液發(fā)泡的條件，爾后使發(fā)泡的纖維素溶液與水接觸，以使纖維素沉淀。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，采用堿金屬或堿土金屬的無(wú)機(jī)酸鹽作為成孔劑。
3.按權(quán)利要求2的方法，其特征在于，采用硫酸鈉或硫酸鎂作為成孔劑。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于，加入成孔劑的量最多為所加纖維素溶液質(zhì)量的3倍。
5.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，采用偶氮二甲酰胺作為發(fā)泡劑，該發(fā)泡劑任選是經(jīng)過(guò)改性的，或采用碳酸氫鈉。
6.按權(quán)利要求4的方法，其特征在于，加入發(fā)泡劑的量為所加纖維素溶液質(zhì)量的3％至20％之間。
7.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用含有7至20(質(zhì)量)％纖維素的纖維素溶液。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征在于，纖維素溶液中還含有未溶解的纖維素微粒。
9.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在纖維素溶液中還混合入有顏料。
10.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，發(fā)泡劑分解是在高溫完成的。
11.按權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，叔胺氧化物是N甲基嗎啉-N-氧化物。
12.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，發(fā)泡的纖維素溶液與含有氯化鎂的水接觸。
13.按權(quán)利要求1至12之一的方法，其特征在于，作為纖維素選擇其他纖維素來(lái)源。
14.按權(quán)利要求13的方法，其特征在于，作為其他纖維素來(lái)源采用廢舊紡織物品、服裝生產(chǎn)下腳料或廢舊紙張。
15.可按權(quán)利要求1至14中之一的方法制得的纖維素海綿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維素海綿,它可按下述方法制造;將纖維素在含水叔胺氧化物中的溶液與成孔劑和發(fā)泡劑混合,接著使其處于引起發(fā)泡劑分解及纖維素溶液發(fā)泡的條件,爾后使發(fā)泡的纖維素溶液與水接觸,使纖維素沉淀。
文檔編號(hào)C08J9/06GK1182442SQ96193416
公開(kāi)日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1996年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者H·菲爾戈, S·安布羅斯克, A·施韋格爾特 申請(qǐng)人:連津格股份公司