[发明专利]连续制备挤出溶液的方法和设备

说明书

本发明涉及一种连续制备用于按莱赛法形成纤维素成形品(Formkrper)如纤维和薄膜的挤出溶液的方法。本发明还涉及实施这种方法的设备。

WO 94/28217揭示了一种含水氧化胺中纤维素悬浮液的非连续制造方法。该方法借助带有径向搅拌部件的转子在一个水平的混合室中将已经被粉碎的纤维素和氧化胺溶液混合。每一批的混合时间需21分钟。这种操作方式是有缺陷的，因为由于随后的溶解阶段连续进料，必须使用两个这样的混合室。此外，难于完全将混合室排空。

WO96/33302揭示了一种纤维素溶液的半连续方法。该方法首先形成纤维素在氧化胺溶液中的悬浮液，并在另一装置中制备纤维素溶液之前，从上述悬浮液中蒸发掉水。该方法的缺点是在氧化胺水溶液中对纤维素的活化受到限制，并需要一个单独的加热浓缩步骤。纤维素中的可溶组分会带入纺丝溶液，这样可能给纤维素制品带来不利的性能。

此外，根据WO96/33221中的揭示，纤维素在一个环层混合器(Ringschichtmischer)中与含水(如75％质量)N-氧化-N-甲基吗啉(NMMO)混合。形成的悬浮液在单独的薄膜旋转器(Filmtruder)转化成溶液。环层混合器的缺点是仅能使用已经粉碎的、基本上干燥的纤维素。如果纤维素例如由于预处理而含水的，则难于在混合器中形成层(Schichtbildung)，且难于与另外加入的NMMO溶液混合。在该方法中，也必须将水加热分离。该方法中存在与WO96/33302所述的同样缺点。由于该悬浮液是层状输送的，所以按设备横截面计算的话，其生产能力就较小。

德国专利19837210.8中揭示了在氧化胺水溶液中形成均化悬浮液之前悬浮纤维素，并在一定时间后再将其与悬浮剂部分分离的方法，但该专利没有揭示悬浮剂的再循环。

本发明的目的是提供一种连续制备用于按莱赛(lyocell)法形成纤维素成形品如纤维和薄膜的挤出溶液的方法和设备。在该方法中将所用的纤维素活化，从而提高溶解度和溶解速度。另外，在该方法中可以部分分离纤维素中的可溶杂质，从而减少带入挤出溶液中的杂质量。还有，本发明提供一种莱赛法挤出溶液的连续制备方法。该方法的特点是降低了用于分离水的热能消耗，并减少了对氧化胺和纤维素的热负荷。其它的优点可参见下面的描述。

这些目的可用开始时所述的本发明方法加以实现。本发明的方法包括如下步骤：

(a)用质量比为1∶3-1∶40的纤维素和水相形成纤维素悬浮液，并在剪切下保持5-200分钟的时间，

(b)将所述的纤维素悬浮液脱水，形成纤维素含量为20-80质量％的材料，在该步中形成中的水相至少部分返回步骤(a)中，

(c)在没有N-氧化-N-甲基吗啉的存在下将湿的纤维素均化通过第一剪切区，

(d)加入足量的含水N-氧化-N-甲基吗啉后使均化的纤维素材料通过第二剪切区，使得混合后产生液相中N-氧化-N-甲基吗啉含量为70-80％质量的悬浮液，该纤维素材料基本上完全充满可用的输送器横截面，

(e)在剪切条件下通过水蒸发将含水N-氧化-N-甲基吗啉中形成的纤维素悬浮液转化成挤出溶液。

与纤维素与N-氧化-N-甲基吗啉直接混合的已知方法不同，在本发明方法中，用不含氧化胺的步骤(a)-(c)对纤维素进行了更强的活化，并提高了纤维素的溶解度，从而加速形成步骤(e)中的溶液。通过不含氧化胺的步骤(a)和(b)，可以洗涤掉纤维素中的可溶杂质，并且只要将步骤(b)中产生的部分水相循环到步骤(a)中，其余使用淡水，就可将部分杂质从本方法中除去。由于本发明方法中省略了在形成溶液步骤之前对含水NMMO中的纤维素悬浮液进行热浓缩，所以减少了对溶液组分的热负荷。步骤(a)中纤维素/水相的优选质量比为1∶10-1∶30。步骤(a)中对悬浮液进行剪切处理的优选时间为10-120分钟。步骤(b)中脱水湿纤维素材料中优选的纤维素含量为40-60％质量。

按照优选的实施方式，在步骤(a)中部分用步骤(b)中的水相，部分用淡水形成纤维素悬浮液。将步骤(b)中剩余部分的水相排放掉。这样，可以防止纤维素中夹带的可溶成分大量流入纺丝溶液中。另一方面，至少循环步骤(b)水相中所含的细纤维组分，从而把纤维素的损失减少到最低限度。

优选将含有可溶组分的水相用于步骤(a)中，较好高达1％质量。