纤维素纺丝过程中的碱再循环制造技术

本发明专利技术涉及在使用氢氧化钠作为制造纤维素纺丝原液时溶解纤维素的溶剂制备再生型纤维素纤维的过程中回收氢氧化钠的方法，其中将所述纺丝原液中存在的氢氧化钠至少部分地作为氢氧化钠从纤维素纤维再生步骤或纤维素凝固步骤回收并再循环，并且其中所述纤维素纤维再生步骤或纤维素凝固步骤由注入纤维素纺丝原液的浴组成。可以将回收的氢氧化钠直接或间接地从纤维素纤维再生步骤或纤维素凝固步骤再循环至纤维素溶解步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术方法涉及一种在制备再生型纤维素纤维的过程中回收碱如氢氧化钠的方法，其中碱性溶剂用于溶解纤维素。背景通过在溶剂中溶解纤维素并随后将如此形成的纺丝原液通过喷丝头注入纺丝浴或凝固浴中，可以形成细丝形式的再生性纤维素纤维。各种溶剂已经在本领域的这类方法中用来溶解纤维素。作为一个例子，已知利用氢氧化钠水溶液作为纤维素溶剂的多种方法，其中随后再形成并再循环氢氧化钠。US4,639,514公开了一种回收新鲜溶解用化学品的溶剂回收方法。然而，该方法基于酸(如二氧化碳)的使用，所述酸将中和氢氧化钠，因此需要过多和昂贵的石灰苛化以恢复溶剂的碱度。因此，需要一种碱性纤维素溶解和溶剂回收方法，其中在不添加酸的情况下在整个循环期间自始至终维持溶剂的碱度高。实施方案本专利技术因此提供一种在基本上不用酸中和的情况下从纤维素纤维再生步骤有效回收碱的方法。另外，当可以在不过多形成硫酸钠或其他钠盐的情况下回收有效的碱时，使用碱性纤维素溶剂的纤维素材料纺丝变得更经济。本专利技术涉及一种在使用氢氧化钠作为纺丝原液中组分制备纤维素纤维、一般是再生型纤维素纤维的方法中回收溶剂的方法，其中将氢氧化钠在基本上不用酸中和的情况下至少部分地从纤维再生或纤维素凝固步骤回收并再循环。主要α纤维素，任选地衍生化纤维素，如纤维素黄酸酯或纤维素氨基甲酸酯或其他轻微衍生化的纤维素，溶解于包含氢氧化钠(NaOH)的碱性水溶剂体系中，以形成液体(纺丝原液)。如果衍生化纤维素用于制备纺丝原液，则新纤维素纤维可以在碱性条件下在后续纤维素纤维再生或凝固步骤中仍然以衍生化形式再形成，或在凝固步骤中变得部分或完全非衍生化。将纺丝原液通过喷丝头注入纺丝浴或凝固浴中，以细丝形式再生纤维素纤维。除了氢氧化钠之外，纺丝原液任选地包含添加剂，如Zn离子或Al离子、脲、聚环氧乙烷加合物(polyethyleneoxideadducts)和表面活性剂(粘度调节剂、消泡剂等)。纤维素在碱性纺丝原液中的浓度处于按重量计5％至15％范围内。喷丝头和凝固浴的相对布局传统上选自两个主要原理：a)将纺丝原液经喷丝头直接注射至凝固浴中；b)气隙纺丝，其中喷丝头面与浴液表面平行并在其上方布置。尽管直接注射纺丝原液至凝固浴中是优选的，但当实施本专利技术时两种喷丝头布局均可以使用。在纤维素纤维成型步骤或凝固步骤(即其中纤维素或纤维素衍生物凝固以形成纤维的步骤)中，纤维素细丝在喷丝头(在具有或没有气隙的情况下)之后形成。凝固浴含有不与氢氧化钠反应的液体。进一步，凝固浴可以含有不与氢氧化钠反应的添加剂。下文提供这类添加剂的例子。凝固浴中液体的pH优选地高于约6，如高于7。更优选地，凝固浴中的pH高于约8，或甚至高于10。在纤维素纤维再生期间从纺丝原液释放的氢氧化钠从凝固步骤回收并再循环使用，例如，用于溶解纤维素、漂白纤维素或纤维素材料脱木质素。在重复使用之前，从凝固步骤回收的氢氧化钠溶液(废凝固液)通过例如蒸发、结晶如冷冻结晶、离子交换、透析或通过纳米过滤与盐如碳酸钠和硫酸钠和有机溶剂分离。其他凝固添加剂，如Zn化合物，可以通过例如由过滤/沉淀步骤组成的“肾滤作用”从废凝固液移除。除通过纺丝原液添加至凝固浴的氢氧化钠之外，凝固液以如此方式组成，从而它是纤维素的不良溶剂，因而新纤维在氢氧化钠释放入凝固浴本体期间形成。因此，凝固液包含以下一种或多种：水、稀释的氢氧化钠水溶液、有机溶剂如乙醇、异丙醇、丙酮，和/或盐如碳酸钠、硫酸钠、铝盐和锌盐。控制凝固浴中的温度，以便获得纤维素纤维再生的最佳条件。凝固的新生纤维素细丝优选地在第一凝固浴中拉伸或在第一凝固浴后随即拉伸，以改善纤维最终韧度。在一些实施方案中，新生纤维以这种方式经受20％或50％或75％或100％的拉伸(延伸)。在凝固浴后，新生纤维经历后续洗涤，其中纤维中非水化合物或结构部分的量进一步减少。在一个实施方案中，从洗涤浴中的液体提取随纤维一起从凝固浴所夹带的非水结构部分并使其再循环。可以回收随纤维一起从第一凝固浴夹带至洗涤浴中的氢氧化钠和碳酸钠，并且与排放自纺丝装置的其他液体合并用于浓集(upgrade)成新鲜的化学品。为了进一步改善纤维的机械性能，将拉伸有利地施加至凝固浴中或在洗涤浴中或洗涤浴后的纤维。在一些实施方案中，这种拉伸是5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％和75％。此后，细丝经受进一步处理，如纺丝上油(spinfinishapplication)、压接(crimping)、切割和干燥等(作为例子不按照任何特定顺序给出)。在本专利技术的一个具体实施方案中，凝固液是包含碳酸钠或硫酸钠的水溶液。优选地，碳酸钠浓度接近其饱和浓度。凝固浴温度处于20℃至40℃范围内，优选地在碳酸钠具有良好溶解度的30℃附近。调节凝固步骤中的氢氧化钠浓度，目的是取得恰当的凝固和纤维形成，从而提供足够的纤维湿强度。凝固浴中的平均NaOH浓度处于2％至12％(以重量计)、优选地5wt％至9wt％或2wt％至6wt％范围内、并且碳酸钠浓度处于15％至45％(以重量计)、优选地20wt％至30wt％范围内。在凝固浴中高于约6％、尤其高于8％的NaOH浓度，凝固过程变得不便地缓慢和不充分，导致纺程丝条(spinline)(行进穿过凝固浴的新沉淀纤维的组合体)的结构完整性低劣。在一个优选实施方案中，凝固浴中NaOH和碳酸钠的浓度分别地是约4％和约20-26％，例如约24％，其中通过挤出纺丝原液至凝固浴的方式，将NaOH连续输送至凝固浴中。然而，可以将下述中的一种或多种在不同位置引入凝固浴中：水，碳酸钠、硫酸钠和/或凝固添加剂的水溶液或浆液，以实现所需的凝固液pH曲线和缓冲容量。为了从废凝固液制备新鲜和基本上纯的氢氧化钠溶液，在重复使用之前以一个或多个纯化和分离步骤分离盐和添加剂。通过利用碳酸钠或硫酸钠和氢氧化钠在碱性溶液中的不同溶解度，将盐如碳酸钠和/或硫酸钠有利地从废凝固液分离。用于分离碱性废凝固液中存在的盐的特别有利的方法包括冷冻结晶、透析和纳米过滤。可以包括蒸发步骤以在回收的氢氧化钠溶液中获得所需的氢氧化钠浓度。将通过纯化法取出的盐和添加剂至少部分地再循环至凝固浴。将纯化的氢氧化钠，任选地用石灰(CaO)、氢氧化钙、钛酸盐或硼酸盐处理以增加碱度，至少部分地再循环至纤维素溶解步骤。可以通过汽化即蒸发维持该过程(即纤维素溶解在氢氧化钠溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
在使用氢氧化钠水溶液作为制造纤维素纺丝原液时溶解纤维素或纤维素衍生物的溶剂制备再生型纤维素纤维的过程中回收氢氧化钠的方法，其中所述纺丝原液中存在的氢氧化钠是至少部分地作为氢氧化钠从向其中注入所述纤维素纺丝原液的凝固浴回收的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.01 US 61/841,4701.在使用氢氧化钠水溶液作为制造纤维素纺丝原液时溶解纤维素或纤维
素衍生物的溶剂制备再生型纤维素纤维的过程中回收氢氧化钠的方法，
其中所述纺丝原液中存在的氢氧化钠是至少部分地作为氢氧化钠从向其
中注入所述纤维素纺丝原液的凝固浴回收的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述凝固浴回收的氢氧化钠直接
或间接地再循环至纤维素溶解步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述纺丝原液中的纤维素基本
上由α纤维素或衍生化纤维素如纤维素黄酸酯、纤维素氨基甲酸酯或纤
维素碳酸酯构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中维持所述凝固浴中的
pH高于约6，如高于7，或甚至高于8。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述凝固浴包含碳酸
钠。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述凝固浴包含硫酸
钠。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中将碳酸钠和/或硫酸钠从废凝固
液分离并再循环至所述凝固浴。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其中碳酸钠在所述凝固浴中的平均
浓度处于15重量％至45重量％的范围内，如20重量％至30重量％的范
围内。
9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯·斯蒂格松，本哥特·哈格斯特伦，托比亚斯·科恩克，阿特·赫德伦，玛尔塔·比亚利克，
申请(专利权)人：IHK纤维公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE