一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法技术

本发明专利技术公开一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法。该方法将纤维素与2‑30wt％有机碱和50‑98wt％高沸点溶剂混合后，经二氧化碳活化溶解，获得1‑10wt％的纤维素溶液，在由高沸点溶剂和低沸点非溶剂组成的双组份凝固浴中，经湿法纺丝获得再生纤维素纤维。该凝固浴具有低成本、易回收的优点，制备的再生纤维素纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法
本专利技术涉及化学与材料
，尤其涉及一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法及利用该方法通过湿法纺丝制备的再生纤维素纤维。
技术介绍
再生纤维素纤维通常由纤维素溶液经湿法纺丝获得。凝固浴是湿法纺丝过程中使纤维素溶液析出再生纤维素并形成纤维的浴液，对纤维的形貌和性能起决定性作用。这一过程通常涉及物理和化学两个过程。其中，物理过程是溶剂和非溶剂的双扩散过程使得溶液形成凝胶并成型的过程，化学过程是纤维素衍生物通过化学反应变成再生纤维素的过程，或者是通过化学反应破坏纤维素溶剂化学组成导致其失去溶解纤维素能力而获得再生纤维素的过程。例如，N-甲基吗啉-N-氧化物体系(NMMO)，凝固浴为水或水与NMMO水溶液的混合物，其中水为纤维素非溶剂，NMMO水溶液为纤维素溶剂，析出再生纤维素的过程为纯粹的物理过程，不涉及化学反应。又如，传统粘胶体系的凝固浴通常是包含硫酸和硫酸盐的水溶液，水是纤维素的非溶剂，硫酸盐促进粘胶凝固，硫酸使纤维素黄酸酯这一纤维素衍生物水解得到再生纤维素，该凝固浴中再生纤维素纤维成型过程包含物理和化学两个过程，且这一过程的化学反应会产生H2S有毒废气。又如碱/尿素/水体系也使用包含硫酸和硫酸盐的水溶液作为凝固浴，虽不产生有毒废气，但在纤维成型过程中发生酸碱中和反应，破坏碱/尿素/水这一溶剂体系的化学组成，使得再生纤维素析出，这一过程消耗大量酸和碱，该凝固浴中再生纤维素纤维成型过程包含物理和化学两个过程。显而易见，仅包含物理过程的凝固浴成型体系具有更好的可持续性，由于各组分不发生化学反应，凝固浴及纤维素溶液中的各个组分在湿法纺丝获得再生纤维素纤维后，可回收并循环使用，不仅可提高物料使用效率，降低物料消耗，也不产生各类废水和废气等。因此，NMMO体系及其所得Lyocell纤维是目前最具有发展前景的再生纤维素纤维生产体系。但NMMO体系溶剂价格昂贵，回收工艺复杂，回收困难、成本居高不下。因此，开发低成本易回收凝固浴体系，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，以克服现有再生纤维素纤维制备所用凝固浴体系高污染、不可回收或高成本、难回收的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，将纤维素与2-30wt％有机碱和50-98wt％高沸点溶剂混合后，经二氧化碳活化溶解，获得1-10wt％的纤维素溶液，在由高沸点溶剂和低沸点非溶剂组成的双组份凝固浴中，经湿法纺丝获得再生纤维素纤维。其中，所述的高沸点溶剂选自沸点高于150℃的极性非质子有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或几种。所述的低沸点非溶剂选自沸点不高于100℃的水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种。所述的凝固浴中高沸点溶剂与低沸点非溶剂体积比为0/100-50/50。所述的凝固浴温度为10℃-50℃。所述的纤维素为具有如下式所示结构的微晶纤维素、α-纤维素，玉米芯、棉花、木浆粕、竹浆粕或从农林物秸秆中分离得到的纤维素中的一种或几种，式中n为聚合度，且100<n<2000。所述的有机碱选自pKa>20的有机碱四甲基胍(TMG)、1,8-二氮杂二环-双[5,4,0]-7-十一烯(DBU)、1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯(TBD)、1,5-二氮杂二环[4,3,0]壬-5-烯(DBN)中的一种或几种。另外，所述的再生纤维素纤维是使用本专利技术的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法制备获得。较之现有技术，本专利技术的有益效果包括：本专利技术提供的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，所述凝固浴包含高沸点溶剂和低沸点非溶剂。高沸点溶剂是常见的极性非质子有机溶剂，成本低廉，易于回收。低沸点非溶剂是水和常见的小分子一级醇，成本低廉，易于回收。纤维素溶液接触凝固浴后析出再生纤维素，通过湿法纺丝获得再生纤维素纤维，纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好。纤维素溶液经只包含物理过程的湿法纺丝过程获得再生纤维素纤维后，凝固浴化学组分保持不变，经蒸馏可收集低沸点非溶剂，可重新用于配制凝固浴，剩余高沸点溶剂与有机碱混合物，可重新用于配制纤维素溶液，具有低成本易回收的优点，制备的再生纤维素纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好，克服了现有技术高污染、不可回收或高成本、难回收的不足。附图说明图1是实施例1中所制备再生纤维素纤维的表面和截面形貌扫描电镜照片。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其旨在解决现有再生纤维素纤维制备所用凝固浴体系高污染、不可回收或高成本、难回收的问题。通过改良，本专利技术提出一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，具有低成本易回收的优点，制备的再生纤维素纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好，克服了现有技术高污染、不可回收或高成本、难回收的不足。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术的特征是一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法。该方法将纤维素与2-30wt％有机碱和50-98wt％高沸点溶剂混合后，经二氧化碳活化溶解，获得1-10wt％的纤维素溶液。纺丝液在由高沸点溶剂和低沸点非溶剂组成的双组份凝固浴中，经湿法纺丝获得再生纤维素纤维。该凝固浴具有低成本易回收的优点，制备的再生纤维素纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好。综上所述，本专利技术提供的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，所述凝固浴包含高沸点溶剂和低沸点非溶剂。纤维素溶液接触凝固浴后析出再生纤维素，通过湿法纺丝获得再生纤维素纤维。高沸点溶剂是常见的极性非质子有机溶剂，成本低廉，易于回收。低沸点非溶剂是水和常见的小分子一级醇，成本低廉，易于回收。纤维素溶液在凝固浴中经只包含物理过程的湿法纺丝过程获得再生纤维素纤维后，凝固浴化学组分保持不变，经蒸馏可收集低沸点非溶剂，可重新用于配制凝固浴，剩余高沸点溶剂与有机碱混合物，可重新用于配制纤维素溶液，具有低成本易回收的优点，制备的再生纤维素纤维表面光滑平整、截面无皮芯结构、力学性能好，克服了现有技术高污染、不可回收或高成本、难回收的不足。下面结合若干优选实施例及附图对本专利技术的技术方案来做进一步详细说明。显然，罗列的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术中的实施例基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下列实施例中具体条件的试验方法如若未注明，通常按照常规条件。实施例1本实施例双组份凝固浴组成为：DMSO/水(v/v)＝10/90本实施例经双组份凝固浴制备再生纤维素纤维，步骤如下：将玉米芯纤维素(1.20g，4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征在于，纤维素与2-30wt％有机碱和50-98wt％高沸点溶剂混合后，经二氧化碳活化溶解，获得1-10wt％的纤维素溶液，在由高沸点溶剂和低沸点非溶剂组成的双组份凝固浴中，经湿法纺丝获得再生纤维素纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征在于，纤维素与2-30wt％有机碱和50-98wt％高沸点溶剂混合后，经二氧化碳活化溶解，获得1-10wt％的纤维素溶液，在由高沸点溶剂和低沸点非溶剂组成的双组份凝固浴中，经湿法纺丝获得再生纤维素纤维。


2.根据权利要求1所述的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征在于，所述的高沸点溶剂选自沸点高于150℃的极性非质子有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征在于，所述的低沸点非溶剂选自沸点不高于100℃的水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种双组份凝固浴制备再生纤维素纤维的方法，其特征在于，所述的凝固浴中高沸点溶剂与低沸点非溶剂体积比为0/100-50/50。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李金玲，刘斐，兹留柱，陈小刚，卢珊，那海宁，樊文景，朱锦，
申请(专利权)人：山东金正新科农业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37