[发明专利]减少从乙酸纤维素丙酮溶液中沉淀出的不溶物数量的方法

说明书

本发明涉及减少从乙酸纤维素的丙酮溶液中沉淀出来的不溶物质的数量的方法。该方法包括在连续水解反应器中建立一种径向速度梯度很小的流型。

众所周知，纤维素酯在工业上是用多步法制备的聚合物。从纤维素制造二乙酸纤维素所需的主要步骤是活化、乙酰化、水解和产品回收。在活化步骤中，纤维素与乙酸接触以制备供进一步加工的纤维素。在乙酰化步骤中，在无机酸催化剂的影响下乙酸酐与活化的纤维素反应使每个纤维素环加上三个乙酰基以便形成三乙酸纤维素。在水解步骤中，三乙酸纤维素水解以除去足够的乙酰基使每个环含乙酰基的平均数为2.4。这种产品通常就称为乙酸纤维素。最后，通过使水解组合物与水混合、使沉淀的乙酸纤维素脱水并使脱水的乙酸纤维素干燥来回收乙酸纤维素。

乙酸纤维素每个环平均应具有2.4个乙酰基的这一要求是由主要使用乙酸纤维素这一方式所决定的。乙酸纤维素的主要用途是通过溶剂纺丝技术制造纤维，在该技术中乙酸纤维素溶于丙酮中，丙酮溶液挤出通过喷丝板形成纤维，纤维经过集束和进一步加工以及丙酮回收和循环使用。当每个环合有3个乙酰基时或每个环只有2个乙酰基时，乙酸纤维素基本上不溶于丙酮。但是，在这两个极限值之间存在一个乙酰基取代范围，在该范围内乙酸纤维素基本上完全溶于丙酮中。平均的溶解性的范围是2.4，因此，为了最大限度地增加乙酸纤维素在丙酮中的溶解度因而有利于将乙酸纤维素通过溶剂纺丝制成纤维，每个环所含乙酰基的平均数应为约2.4。乙酸纤维素每个环所含乙酰基的平均数通常称为取代度。

对于正在被水解的乙酸纤维素的总体和该总体的各个部分而言，每个环的乙酰基平均数为2.4这一要求都是重要的。显然，为达到理想的溶解性能总体的平均数必须是2.4，而且，除非在该总体中各个和每个部也是2.4，否则该总体的这一部分就不能溶解，因而会作为不溶的离散物质沉淀出来。以另一种方式来说明这种情况，即使进行水解的乙酸纤维素的整体平均数为2.4，但如果在该整体中某些部分的平均数远高于或低于2.4，则这些部分将是不溶的，因而会作为离散物质沉淀出来。更确切地说，平均数为2.4的某一部分是否会沉淀，这取决于该部分与乙酸纤维素整体相比的相对尺寸。例如，如果乙酸纤维素整体只是由几个部分组成的，则是这些部分中就可能有一些区域，其平均数足够高于或低于2.4，使得该部分的这些区域沉淀。相反，如果乙酸纤维素整体是由许多极小的部分组成的，则这些部分会沉淀的区域，如果有，也是很少的。

这些离散物质从纺丝溶液中沉淀出来是乙酸纤维素纤维的工业生产中必须处理的最困难的问题之一，因为这些沉淀的物质不能通过喷丝板上的喷丝孔，因而会中断纺丝过程。由于这些沉淀的物质对纺丝工艺可以达到很大的破坏程度，因此它们必须从工艺中除去。如果沉淀物质相当大，它就必须用机械方去或化学方法除去。如果沉淀物质小，那就用任何方法，包括过滤都难以从工艺中除去。

虽然水解步骤可以分批进行或连续进行，但最好还是连续进行。对连续工艺而言、不仅对投资成本更有利，而且，如果其余的工艺是连续工艺，则连续水解步骤显然更适合其余的工艺。

即使与先有技术的分批水解步骤比较起来先有技术中已知的连续水解步骤是比较可取的，然而该连续工艺固有地导致在乙酸纤维素整体中产生一些平均乙酰基数足够高于或低于2.4平均数的部分，使得这些部分不能溶解因而以离散物质沉淀出来。这一现象的原因是先有技术的所有连续水解工艺无论如何都包括乙酸纤维素流过一导管，而且因为通过导管的流动速度的改变，乙酸纤维素在导管中的流动固有地产生宽范围的乙酰基分布。即使乙酸纤维素在典型的水解反应器中的流动可能不总是绝对牛顿型的，然而在典型水解反应器中的流型却可以概念化为通过导管的牛顿流体的性质。因此，如图1中所描绘的，该流型具有类似抛物面分布的流速特征，其中管壁速度基本上为零，而沿管的半径方向速度逐渐增加至中心点最大。