纤维素悬浮液的制备方法技术

本发明专利技术涉及用于制备在有机溶剂中的纤维素溶液的纤维素悬浮液，尤其是预混物的制备，所述有机溶剂例如是N‑甲基吗啉‑N‑氧化物(NMMO)的水溶液。

Preparation of Cellulose Suspension

【技术实现步骤摘要】
纤维素悬浮液的制备方法
本申请是申请号为201380012471.8、国际申请日为2013年2月15日、国际申请号为PCT/AT2013/000027、进入中国国家阶段日期为2014年9月4日的专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及有机溶剂中的纤维素溶液的制备方法，所述有机溶剂例如为NMMO水溶液，其中在制浆装置（Anmaischaggregat）中将基本干燥的纤维素原料与悬浮剂混合，由此得到纤维素悬浮液，挤压该纤维素悬浮液至纤维素含量为9–15%，并将该润湿的纤维素供入溶解装置中。此外，本专利技术涉及纤维素成型体的制造方法。
技术介绍
现有技术长期以来已知通过溶解纤维素原料并随后沉淀来制造纤维素成型体如纤维、长丝、膜。这种方法的实例是所谓的胺氧化物法，在该方法中将纤维素原料溶解在基本上由胺氧化物，优选N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)，和水组成的溶剂中，并随后在沉淀水浴中以所希望的形状再次沉淀出来。US-A-4,246,221中描述了一种制备可纺丝的纤维素溶液的胺氧化物法，该方法尤其使用纤维素在含水的液体N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中的混合物作为原材料。根据该方法，在非连续运行的混合装置中制备粉碎的纤维素在胺氧化物的水溶液中的悬浮液，并且同时在减压下加热该混合物，由此蒸馏出水并制得第一溶液，过滤和后处理之后使其在挤出机中转变为可成形溶液。根据实施例I，使用传统的双臂混合机作为制备纤维素悬浮液的混合装置。在该混合机中制备具有大约20质量％纤维素的浆料浓度（Stoffdichte）的悬浮液。但是，前述方法具有非连续且工业规模难以施行的缺点。此外，在US-A-4,246,221中推荐以研磨状态使用纤维素和（固体）胺氧化物水合物，以特别温和快速地溶解纤维素。但是，该方法是不利的，因为当例如出现局部过热时，纤维素将由于研磨过程而受损。此外不利的是使用粉碎的纤维素和粉碎的胺氧化物的混合物作为制备纤维素溶液的原材料，因为由EP-A-0419356已知，在含水胺氧化物中的纤维素的悬浮液可借助薄层技术更快、更温和且更好地转变成可成形纤维素溶液。US-A-4,416,698中也向本领域技术人员推荐研磨纤维素，更确切地说研磨至粒度小于0.5mm。根据DD-A-226573，基于含NMMO的具有最大2.5质量％的纤维素的低浆料浓度的纤维素悬浮液提供溶液。在纯悬浮液介质中的NMMO-浓度应为大约70重量％。该纤维素悬浮液在搅拌容器中均化。随后，通过离心或挤压使浆料浓度提高至12.5质量％，干燥至10-15质量％的水含量(基于NMMO计)，并在带有脱气区的挤出机中在75-120℃的温度下转变成澄清溶液。所提及的DD-A-226573的此方法尤其具有下述缺点，即在均化后必须将浆料浓度从2.5质量％提高到12.5质量％，然后才能开始真正制备溶液。其不仅需要在回路中持续运行的非常大量的悬浮液介质，而且需要显著耗费以再次分离过量的悬浮液介质。尽管DD-A-226573提及了挤压的方法，但完全未能解决其实际上，尤其是以工业规模，能如何进行。例如，未对本领域技术人员公开如何能实现稳定的挤压度，这是溶液组成稳定的前提条件。在申请人的WO95/11261中已知一种方法，根据该方法(1)将预粉碎的纤维素材料引入叔胺氧化物的水溶液中，以制备具有至少10质量％纤维素的干浆料浓度的第一悬浮液，(2)研磨所述第一悬浮液，由此获得第二悬浮液，和(3)通过在减压下供热使所述第二悬浮液转变成可成形纤维素溶液。研磨用于进一步粉碎零星存在的浆粕（Zellstoff）颗粒并将其松散成单根纤维。作为研磨设备推荐常见的高浓混合器、分散器和精磨机（Refiner）。由WO94/28217已知一种由粉碎的纤维素和含水的胺氧化物构成的预混物的制备方法，由该方法可制备一种可成形纤维素溶液。作为原材料使用卷形浆粕，该浆粕首先在切割机（破碎机）中预粉碎。在WO94/28217中对此指出，在切割浆粕时应注意其在切割边缘应尽可能少地被压紧，因为这会使之后与胺氧化物的水溶液的混合变得困难。为此目的，推荐一种特别的切割机，在该机器中生产具有通常最大15cm2的尺寸的浆粕块。但是，作为该切割过程的副产物产生显著量的浆粕粉尘。在该切割机中切割之后，预粉碎的浆粕在具有螺旋桨叶片的通风装置中进一步粉碎并借助空气输送到筛中，在那里将预粉碎的浆粕与空气流相分离。该筛分离出所有具有粒度为至少2.54mm的浆粕颗粒。但是，在剩余的空气流中仍有显著量的粒度小于2.54mm的粉尘比例。为了不损失该浆粕，将其收集在过滤装置中并最终与较大的浆粕颗粒再合并。为制备所述悬浮液，将粉碎的纤维素和胺氧化物溶液引入到水平放置的圆柱形混合室中，该室具有带轴向间隔的搅拌部件的转子。在混合室中通过转子以40-80转/分钟的速度旋转来搅拌该混合物。在该圆筒形混合室的壁上还优选具有快速旋转的精磨机刀片，用该刀片将浆粕颗粒粉碎。搅拌桨叶与快速旋转的精磨机刀片的联合作用最终导致均匀的混合物，该混合物具有基于悬浮液的质量计最多约13质量％的纤维素。但是，该先前已知的方法具有下述缺点，即由卷浆最终制成均匀的悬浮液技术上复杂且费时。而且，该先前已知的方法是非连续的，并且每一批次均需耗费多于20分钟的混合时间。EP0853642首先指出，如以多种构造用于粘胶工业中或造纸工业中的传统水力碎浆机（Stofflöser）或碎浆机（Pulper）不能令人满意地用于这里所提出的目的，因为其据称允许制备浆料浓度最大仅为大约11.5%的纤维素悬浮液。在同一文献中也指出，由于浆粕在60–78%的含水NMMO中在60–90℃的所需加工温度下的高溶胀，该悬浮液的流动能力急剧减小，使得物质混合物浆粕/NMMO/水在整个混合料中不再受到足够的剪切和混合。在那里的对比例5中，在使用传统的碎浆机、70–80℃下的74%的NMMO溶液和逐步添加未预粉碎的板浆时发现，在大约12分钟和达到11.57的浆料浓度后必须中断，因为不再能够提高浆料浓度，因为在边缘区域中没有发生混合，因此未得到悬浮液。替代地，EP0853642提出了一种叔胺氧化物水溶液中均匀的纤维素悬浮液的制备方法，其中浆粕在具有容纳悬浮液的容器和混合工具的混合装置中与叔胺氧化物的水溶液混合，并且其特征在于，使用在混合期间其容器旋转的混合装置。由此应能够制备可直接导入到溶解阶段的纤维素悬浮液。在此方法中使用的叔胺氧化物的水溶液包含60-82质量%的胺氧化物，优选NMMO。该方法适宜在60-90℃的温度下进行。由此可以制备具有多于13%的浆料浓度的纤维素悬浮液，并且为此还使用具有78质量％NMMO的胺氧化物浓溶液。但是也发现，在使用带有固定的，即不转动的容器和转动的混合工具的混合机时将不能实现该效果。WO2005/113869A1最后描述了一种制备可挤出连续成型体的纤维素溶液的方法和装置，其中首先在碎浆机中由纤维素和水制备纤维素悬浮液，随后通过挤压方式挤压。在挤压后将叔胺氧化物，尤其是N-甲基吗啉-N-氧化物，作为溶剂添加到该纤维素悬浮液中并由此制备纤维素溶液。该方法的缺点是向纤维素中引入非常多的水，随后在制造溶液时又必须耗费大量能量使其蒸发。专利技术目的本专利技术的目的在于提供制备纤维素浆的改进方法，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备有机溶剂中的纤维素溶液的方法，其特征在于，a. 在制浆装置中将基本干燥的纤维素原料与悬浮剂混合，由此得到纤维素含量为4.0‑9.0重量％的纤维素悬浮液；b. 将步骤a中所得纤维素悬浮液挤压至纤维素含量为9.0‑15.0重量％；c. 将步骤b中所得悬浮剂润湿的纤维素供入溶解装置中，其中所述挤压通过带式压滤机进行，和其中所述带式压滤机负载有1000–3000g/m

【技术特征摘要】
2012.03.05 AT A279/20121.制备有机溶剂中的纤维素溶液的方法，其特征在于，a.在制浆装置中将基本干燥的纤维素原料与悬浮剂混合，由此得到纤维素含量为4.0-9.0重量％的纤维素悬浮液；b.将步骤a中所得纤维素悬浮液挤压至纤维素含量为9.0-15.0重量％；c.将步骤b中所得悬浮剂润湿的纤维素供入溶解装置中，其中所述挤压通过带式压滤机进行，和其中所述带式压滤机负载有1000–3000g/m2的悬浮液。2.根据权利要求1的方法，其中所述制浆装置是碎浆机。3.根据权利要求1的方法，其中所述挤压在两个过滤带之间进行。4.根据权利要求1的方法，其中所述过滤带用其组成与步骤a中所用悬浮剂相应的悬浮剂净化。5.根据权利要求1的方法，其中所述挤压通过螺杆挤压机进行。6.根据权利要求1的方法，其中所述悬浮剂是离子溶剂。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：U梅德尔，C施雷普夫，H菲戈，
申请(专利权)人：连津格股份公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT