【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及一种氨基甲酸纤维素的生产方法，在本方法中，纤维素与辅助剂和尿素发生反应。与粘胶纤维素的应用方式相同，氨基甲酸纤维素可被进一步用作碱溶液，例如，在纤维、薄膜的制造中以及对纸产品进行加固时，如在粘胶工艺过程中所做的那样，把所述溶液再生为纤维素纤维。另一种可能是仅通过沉淀将其用作氨基甲酸纤维或薄膜。
技术介绍
用粘胶工艺从纤维素来生产纤维和薄膜已经有一百多年的历史。甚至在今天，几乎所有基于纤维素的纤维都是用粘胶方法制得。这是一种已知的方法，其中最终产品的各种性能是通过改变原材料和工艺参数来获得。然而，粘胶方法有明显的缺点纺丝溶液的准备包括繁重的工序，用于溶解的二硫化碳是有毒、易燃和可燃的，并且很难回收。此外，一些二硫化碳分解成硫化氢，这种气体同样有毒易爆。另外，粘胶溶液是一种不稳定产物，因而不能作为中间产物来储存，从生产开始到结束的每一步都不能被延迟，并且物质要保持在较低的温度。 许多人尝试用更具生态性的方法来取代粘胶法。其中最有前途的一种方法是用尿素把纤维素转化成氨基甲酸纤维素(例如，参见文献D.Klemm等，Comprehensive Cellulose Chemisty，Wiley-VCH 1998)。尽管这种方法具有显而易见的优点并经过多次尝试，但是仍保持在实验室规模。其原因包括以下几点问题产品的均匀性、使用的有机辅助试剂(例如碳氢化合物)和/或溶剂(一般为氨水)的回收和残留、最终产物(主要是纤维)的性质还不令人满意、并且方法的操作费用昂贵。 已知用以提供制造氨基甲酸纤维素的方法的尝试是建立在把浆板浸泡在碱溶液里(碱化)的基础...
【技术保护点】
一种生产氨基甲酸纤维素的方法，该方法中辅助剂和尿素被吸收到纤维素中，并且纤维素与尿素间的反应在包含纤维素、液体、辅助剂和尿素的混合物中进行，其特征在于混合物中的液体含量小于４０％，有利地小于３０％，优选地小于２５％，最优选小于２２％。
【技术特征摘要】
FI 2002-1-29 20020163;FI 2003-1-8 200300271中提出。在本发明的方法中，纤维素在高度干燥的物质含量下就能和辅助剂和尿素反应，并且不需要有机溶剂或其他辅助剂。在本方法中，化学物质向纤维中的渗透、浆状物的匀化、浆状物结晶的减少、产物的DP调整还有部分地反应进行都通过机械操作来引起。反应在烘箱中完成。本发明的一些优选实施方式将在其他权利要求中得到描述。 反应所用的辅助剂是一种碱化剂，例如碱金属的氢氧化物或过氧化氢。当使用过氧化氢时，在加入液态尿素之前的浆状物预处理中，过氧化氢能够部分或全部替代碱金属氢氧化物。 本发明所述的方法中，能够在机械操作装置中提高纤维素中辅助试剂和尿素的渗透。在机械操作下，纤维束被解体，纤维中的孔被打开，液体渗透到纤维中。辅助剂活化纤维并且有助于尿素的渗透。机械操作还用于浆状物和化学物质的混合物的均化。这种机械操作装置特别地为筛压机、辊压混合机或挤出机。反应是在含有液体的混合物中进行的。例如，其在混合物中的含量少于40％，有利的含量小于30％，优选含量小于25％，而最优选小于22％。例如，在液体中，水的含量大于50％，有利地为大于70％，优选地大于90％，最优选液体全部为水。使用的纤维素可以是，例如，木浆、溶解的浆状物或者棉绒。作为基础材料的纤维素优选为精研的纤维素(例如颗粒尺寸小于0.7mm)。颗粒大小是用在研磨中颗粒通过的筛子的筛孔尺寸来指示的。 工艺装置是一种机械操作装置。在该装置中混合物被压缩、摩擦和延伸很多次。特别的，操作装置可以是筛压机或者连续操作的辊压混合机，或者是挤出机。由于在机械操作过程中产生和/或从系统外部引入的热能，使得混合物的温度能升高到一定程度，使实际的反应能够开始，并在该机械操作装置中至少部分地进行。特有的机械操作方法是，当检查单一纤维的移动时，混合物中的纤维素纤维与其他成分一起必须通过相同的操作工序若干遍。 特别地，作为辅助剂的碱化剂可以是碱金属氢氧化物，如氢氧化钠。例如，碱化剂可以以水溶液和/或干燥状态加到反应混合物中。碱化剂可以在尿素之前加入，或者部分或全部和尿素同时加入。尿素可以以干燥状态和/或水溶液状态加入。液态物质进料时能够在预混合装置中被雾化，例如流化床混合器，然后在机械操作装置中发生发应。液体、尿素和辅助剂是以这样的比例加入到纤维素中的混合物中的液体成分以上述相对低的起始水平加入，并在此水平下进行吸收。部分尿素也可以以固态形式加入。 意外的是在加入液态尿素之前，在浆状物的预处理中H2O2能完全彻底代替碱金属氢氧化物，如氢氧化钠。如果只加入尿素，生产氨基甲酸纤维素是不会成功的。特别地，意外的是当使用H2O2时，尿素的最佳用量比使用NaOH时要低。此外，相对于浆状物的过氧化氢使用量要比相应的氢氧化钠的使用量少。从上述内容来看，本方法的效率更高，化学物的消耗更少，并且洗涤中用于循环的材料更少。综合来看，这些将弥补H2O2的价格较高的因素，因此总的费用要低于使用氢氧化钠时的生产费用。对本方法生产的氨基甲酸纤维素的NMR和IR分析显示氨基甲酸纤维素与用NaOH处理浆状物的情况下生产的氨基甲酸纤维素是一样的。与在已知的纤维素工艺技术(初级漂白)中相同，过氧化氢的作用是降低浆状物的DP值。DP值用以下两种方法控制一方面靠H2O2的使用量，另一方面靠机械操作的程度。 在本发明的方法中，碱化剂完全被过氧化氢替代，与使用氢氧化钠的情况下一样，化学物向纤维的渗透可在机械操作装置中提高。这样获得的溶液至少也与使用氢氧化钠的情况下的溶液具有相同的高质量。意外的是，我们已经发现依靠过氧化物活化的浆状物，在加入一定剂量的化学试剂后，直接放入到反应烘箱里，不用机械操作仍能获得可应用的溶液。用这种方法得到的溶液能够在允许残余少量纤维的情况下使用。 过氧化氢可以在尿素之前加入，也可以部分或全部和尿素同时加入，可以以水溶液的形式加入。加入的液态物质可以在混合装置中，例如流化床混合器，以雾化形式提供，随后，进行机械操作(如果需要的话)，并且在机械操作装置中进行部分反应。加入的液体的量低于在相同的方法中使用碱化剂时加入的量；即混合物中液体的量少于40％，有利地低于30％，优选少于25％，最优选为低于22％。例如，液体中水的含量高于50％，有利地高于70％，优选高于90％，最优选全部为水。使用的纤维素可以是，例如，木质纤维素、溶解浆状物或者棉绒。作为起始材料的纤维素优选为精研的纤维素(例如颗粒尺寸小于0.7mm)。相对于纤维素干重的过氧化氢用量一般最少为1％，优选为1-12％。 在本发明的一个方面，机械操作装置是筛压机或辊压混合机，这种装置在使用中非常可靠并且不会像挤出机那样容易堵塞。 在筛压机中，浆状物被压缩通过通道。旋转辊一般作压缩用。压缩的效率取决于通道的直径和长度、每单位面积通道的个数，以及通道基体上浆状物承受的压力。这样的装置有很多种。通道基体可以是旋转的并且位于压力辊下面，压力辊安置在固定的轮轴上。可以有几个辊。压力辊也可以在圆柱形的旋转基体里面。如果需要，基体或辊可以被加热或冷却。 辊压混合机由两个互相反转的辊组成。将要被混合的浆状物进入辊所形成的夹缝里，其中浆状物成垫块状粘附在一个辊的表面并且在夹缝里挤压几次。在连续操作的辊压混合机里，浆状物从夹缝的一端进入，浆状物垫块被传送到夹缝的另一端。为了便于传送，辊上可以配有浅的螺纹凹槽或低的螺纹背脊，辊可以朝出口端倾斜，或者辊的旋转速度有差别。对辊表面材料的选择要能够使浆状物以均匀的垫块附着在所希望附着的辊上。如果需要，一个或两个辊能够被加热或冷却。 在本发明的一个方面中，当进行机械操作时，浆状物要通过机械操作装置若干次，例如2到10次，如4到6次。在筛压机中，浆状物经过几次压缩后，可以更换筛板或相继使用两个不同的筛压机。 在本发明的一个方面中，全部的工艺时间少于30分钟，有利地少于20分钟，优选地少于15分钟，最优选少于10分钟。预混合时间为，例如，少于30分钟，优选少于15分钟，最优选为少于10分钟。干燥和反应时间将随着温度而定，因为当温度更高时，时间能够减少。 在本发明的方法中，例如氨水、有机溶剂或者其他的辅助剂将不需要。作为介质的水和化学物一起加入到系统中。由于较高的干物质含量，混合物在机械操作之后能够直接进入到一个烘箱或类似装置中升高温度进行反应，而不需要干燥这个中间步骤。 当过氧化氢作为辅助剂时，机械操作就不是必须的，是否需要取决于用途。在这种情况下，如上所述，反应混合物中液体的含量(水的含量)要低。在低液体含量的状况下经过给定时间的吸收后，混合物不经机械操作就直接进入到烘箱中进行反应。 附图说明 下面将对本发明的几个实施方式进行详细描述。附图是该描述的一部分，在这些图中图1是一种筛压机的三个横截面视图，本发明所描述的化学发应可在其中进行。 图2是一种连续式辊压混合机的俯视图和侧视图，本发明所描述的化学反应可在其中进行。 对本发明若干实施方式的详细描述在图1中，筛压机1装备有传动轴3，传动轴位于固定的槽2里，传动轴上有一水平的转动轴，在其两端连有辊4。在槽的底部是筛板基体5，当传动轴转动时辊相对筛板转动。筛板基体是可替换的。槽的侧面与筛板组成一个外套，通过它传热介质能够被导入。辊上同样可以装上传热装置。旋转的辊挤压通过筛板基体上的开口进入到槽中的浆状物，在筛板的上方浆状物被压成小球状。挤压效率取决于通道的长度和直径，以及每单位面积上通道的数量，也与辊对筛板上的浆状物压力的大小有关。 图2中显示的辊压混合机6包括两个反向旋转的相邻的辊摩擦辊7和浆状物辊8。要被压缩的材料粘附在浆状物辊的表面上，当辊转动时，原料在两辊之间的夹缝里被挤压若干次。辊上有螺纹凹槽，可以把所述材料送到夹缝的另一端。辊上还配备有传热装置。 在下面的实施例中将使用不同的配方，并且使用筛压机作为机械操作的方法。它们的共同点在于化学配料在流化床混合器中被成批地制备。浆状物可能需要冷却，这取决于在配料中或配料后所使用的化学物。操作装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：K瓦尔塔，E西沃宁，
申请(专利权)人：瓦尔蒂翁特克尼里伦图基穆斯克斯库斯公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]
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