[发明专利]制备纤维素溶液的方法

说明书

本发明涉及一种将纤维素在叔胺氧化物水溶液中的悬浮液，通过减压加热以制备纤维素在含水叔胺氧化物中所成溶液的方法，还涉及实施该方法的一种设备。

在PCT公布WO83/04415号中叙述了这种方法，其中，纤维素是悬浮在一种含水量直至40%（重量）的叔胺氧化物水溶液中，并于搅拌下加热至90-120℃，同时把压力减至80-150毫巴并除去水分，直至纤维素溶解为止。用该方法可制得纤维素含量直至15%（重量）的可纺丝溶液。

通过使上述溶液在水膜中成形，可得到基于纤维素的丝或成形制品，即现今按照粘胶法大规模生产的成形制品。然而在环境安全方面，纤维素在叔胺氧化物水溶液中的可纺丝溶液与粘胶相比是具有决定性的有利条件：该叔胺氧化物在纺丝过程中可被回收重新利用，而粘胶液分解时会生成H₂S、COS、CS₂和胶态硫，只有投入相当费用，才能处置这些物质。

可是，采用叔胺氧化物的上述方法，由于迄今尚未找到一般合格的加溶剂，因此仍存在一些缺点。

由于液体表面与液体体积的比率不适宜，仅用一个带搅拌的容器除去水分是很困难的，这样就会导致物料在搅拌器内有2至4小时的长时间滞留，此时，聚合纤维素链会部分降解，升温使这种降解更进一步加速，而这种部分降解又进一步对纺丝工序后最终产物的某些性质诸如强度、伸长率和钩接强度起着不利的影响。此外，已知在加热时，特别是加热至130℃以上，由于所用的胺氧化物的分解而可能导致严重的变色。用某些化合物，如用N-甲基吗啉N-氧化物，在气体迅速产生条件下，这种降解甚至可能象爆炸一样发生，以致因盛在搅拌器内的溶液量较多而成为完全上的风险。因此大规模实施该方法时必须有适当的安全措施，如果使用带搅拌的容器则应当用高压釜形式的。因为经济原因，应用这些高压釜要进行连续操作是办不到的，但另一方面，如无安全措施，用带搅拌容器只能进行不连续操作，这就使该方法的灵活性相当差，因为各种参数例如温度和蒸发速率等都难以改变。又由于纤维素溶液的高粘性，使得有许多纺丝料液滞留在带搅拌容器中，因而妨碍带搅拌容器的清洗，进而降低了该方法的经济效益。

本发明的目的是排除上述那些缺点以提供一种在叔胺氧化物水溶液中所成纤维素溶液的制备方法。该方法是可连续操作的，其中悬浮液的热处理是在更短得多的时间内完成，以便使纤维素和叔胺氧化物受热减至最少。而且，现有技术中原存在的安全风险问题也能被排除。此外，本发明还提供实施该方法的一种设备，该设备没有带搅拌容器和高压釜所存在的那些缺点。

按照本发明要达到的目的，是将该悬浮液输送到一个加热面上，以涂层方式铺开直至形成一种均质的纤维素溶液。该纤维素溶液的粘度在50至15，000帕·秒之间，喂入悬浮液和排出均质的溶液均为连续地进行。

纤维素悬浮液在加热面上铺开成为涂层会形成很大的液体表面，这样有利于除去水分。与此同时，将该悬浮液快速加热到制备该溶液所需的温度也是可行的。借助于将该悬浮液输送到加热面上，也可保证其连续混合，进一步促进了热交换和物质交换。

为要调节该溶液的粘度（粘度是用相对系统法进行测定）并且影响悬浮液内纤维素的溶胀性质，可将一种稀释剂如乙醇加入该悬浮液中。

如果铺展在加热面上的悬浮液层的厚度至大为20mm，最好为1.5-5mm，即可确保最好的混合效果。

有利的方式是使用N-甲基吗啉N-氧化物作为该叔胺氧化物，最好用含水量为40%（重量）的水溶液。

本发明方法的一个优选方案，其特征在于将该悬浮液温度升至50-150℃，最好升至60-100℃，所受压力为0.5毫巴至1，000毫巴，最好为50-150毫巴。

业已证明，如果悬浮液与加热面接触1-60分钟是特别有利的。一方面，上述时间已足以产生均质溶液，另一方面，如此短的时间可基本上防止叔胺氧化物的分解和纤维素的降解。

实施本发明方法的一种适用的设备中，包括一个间接加热并配有搅拌器的可抽真空的容器，其特征在于将它设计成一个圆筒形容器，其中包括一个在圆筒中轴线安装的搅拌轴，轴上有附装的搅拌叶，自该容器内壁起至搅拌叶之间的径向间隔距离至大为20mm，容器上部开有一个纤维素悬浮液的入口，在容器下端开有一个均质纤维素溶液的出口。

本发明设备的一个有利方案是在搅拌轴处配有一个分布环，以使纤维素悬浮液象涂层一样铺展在该容器的内壁上。

为控制纤维素悬浮液沿该容器的内壁输送，如果各搅拌叶与搅拌轴的中心轴线之间有一个相对倾斜的角度，且其角度大小又可以调整的话，已证明是颇为有利的。