[发明专利]合成纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的方法，具体地说是将固态碱纤维素与气态的醚化剂环氧乙烷进行气固相醚化反应制备不溶于水而溶于稀碱的羟乙基纤维素的方法。

背景技术

植物纤维素是一种天然的高分子聚合物，是来源最丰富的天然形成的有机高分子，并且可再生和可生物降解。由于纤维内复杂的结晶和无定型形态，大量的氢键和很高的分子量，纤维素既不熔融、也不溶于许多溶剂，而使纤维素远远没有被充分利用，因此，任何有效的、简单的或快速的溶解方法都具有重要意义。

目前，主要的再生纤维素产品基本都采用传统的粘胶工艺，是将纤维素用18％的氢氧化钠的浸渍后，与二硫化碳作用生成纤维素磺酸酯，再用稀碱溶解形成粘胶液后，进行湿法纺丝制得粘胶纤维或流延形成玻璃纸。该法在生产过程中释放出大量的有毒CS₂和H₂S气体，不仅损害人体健康，而且严重污染环境。

近年来，出现了新溶剂N-甲基氧化吗琳(MMNO)，并被公认为是最有前途的纤维素溶剂。德国Akzo Nobel公司首先获得它的纤维素纤维溶剂纺丝法专利，并于1980年获得生产工艺专利。1989年布鲁塞尔国际人造丝及合成纤维标准局(BISFA)把由这类方法制造的纤维素纤维的分类定名为“Lyocell”。此后，国际上已有少量Lyocell纤维己进入市场，但由于其价格昂贵、纺丝温度较高，工业化生产发展缓慢。

中国专利ZL0011485.5用6wt％Na0H/4wt％尿素水溶液作为纤维素新溶剂，并成功制备出强度优良的再生纤维素膜。但是该溶剂体系必须与纤维素混合并冷冻3～5小时才能溶解纤维素制备透明的纤维素浓溶液，因此，难以实现产业化。

中国专利ZL200310111567.8公开了一种以3.0～7.0wt％的氢氧化锂，4.0～30.0wt％的尿素的水溶液作为新溶剂，通过冷冻-解冻方法或者直接溶解方法溶解纤维素制备再生纤维素丝和膜的方法。该溶解方法可溶解聚合度高达2300的天然纤维素和再生纤维素，但该方法制得的纺丝或制膜原液的纤维素固含量较低，一般在5％以下，不利于提高产业化的效率。

因此，开发无污染、简单、快速、高效的纤维素溶解新方法，是纤维素能够被充分利用的关键，也是纤维素应用的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的合成方法。该合成方法工艺流程短、操作简单、无污染、反应条件温和，醚化产物在稀碱溶液中的溶解度较高。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：

合成纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的方法，是将棉短绒等纤维素原料经碱浸渍、压榨、粉碎处理后，得到的固态碱纤维素与气态的醚化剂环氧乙烷等直接接触，进行气固相醚化反应，控制其醚化度，合成不溶于水而能溶解于稀碱溶液中的碱溶性羟乙基纤维素醚化产物，该碱溶性羟乙基纤维素醚化产物溶解于稀碱溶液中形成纺丝或制膜羟乙基纤维素原液。该纺丝或制膜羟乙基纤维素原液具有良好的成膜、成纤性能。

上述用于碱浸渍的纤维素可以是天然纤维素或再生纤维素，天然纤维素包括但不限于棉短绒浆、草纤维浆、甘蔗渣浆、软木浆、硬木浆等。再生纤维素包括但不限于纤维素无纺布、玻璃纸、粘胶丝等。

所述纤维素的聚合度在200～5000范围内，最好在400～2300范围内。

上述固态碱纤维素的压榨比(固态碱纤维素与纤维素原料的质量比)为2.0～4.0，最好在2.5～3.5之间。

上述的醚化剂环氧乙烷的用量为纤维素量的5～75wt％，最好为15～50wt％。

上述的气固相醚化反应温度在20～70℃之间，最好在30～60℃范围内。

上述的气固相醚化反应时间为40～180分钟之间，最好在60～120分钟之间。

上述碱浸渍过程中，所使用的碱为氢氧化钠水溶液。

上述的溶解于稀碱溶液中形成的纺丝或制膜羟乙基纤维素溶液，其固含量为4～12％，最好在6～10％。

上述的用于直接溶解碱溶性羟乙基纤维素醚化产物的稀碱溶液为稀氢氧化钠溶液。

所述稀氢氧化钠溶液的百分比浓度为2～10％，最好为4～8％，以形成透明的羟乙基纤维素溶液。

通过上述方法合成的羟乙基纤维素醚化度(MS)在0.15～0.75之间，最好在0.2～0.5之间。