一种溶剂法纺丝用纤维素离子液体溶液的脱泡方法

摘要

本发明公开了一种溶剂法纺丝用纤维素离子液体溶液的脱泡方法，所述的方法是对浆粕进行真空溶解、升温降粘度和连脱釜脱泡相结合的方式，从而实现纤维素离子液体溶液的脱泡；本发明的优点在于：通过多区段、组合式脱泡、设备脱泡与工艺调整相结合的特点，最大限度地降低了高粘纺丝液的脱泡难度，实现了彻底脱泡。

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱泡方法，具体地说是一种溶剂法纺丝用纤维素离子液体溶液的脱泡方法，属于再生纤维素纤维生产领域。

背景技术

在再生纤维素纤维生产的工艺流程当中，纺丝液制备时会不可避免的产生或包裹进一定数量的空气或轻组分产生的气泡。采用常规方法制备的每升粘胶纺丝液中分散的气泡状空气的含量为30-40ml，这些气泡的存在，在过滤时会破坏滤材的毛细结构，使凝胶粒子渗漏。在纺丝成型时，气泡还会使纤维断头和产生疵点，微小的气泡则容易形成气泡丝，从而降低纤维的强力指标。

常规粘胶纤维生产过程中的纺丝液在20℃的室温下动力粘度较低，为3.65Pa.S，一般采用快速脱泡法(狭缝溢流真空脱泡法)和静止真空脱泡法就可实现彻底脱泡。这些常规方法对于常温(40℃以下)低粘度(4Pa.S以下)的一般纺丝液比较适用，而对于具有较高温度和很高粘度特性可用于溶剂法纺丝的纤维素离子液体溶液的脱泡，就无能为力了。原因在于采用静止真空脱泡法时，气泡在高粘度的纺丝液中由于粘性阻力的作用扩散不出来。同时，随着料位高度的变化，物料内部的气泡阻力更大越发难以溢出。而采用狭缝溢流真空脱泡法时，物料在桶壁上的表面张力很大，无法自动流下，当纺丝流体在溢流口的狭缝处积聚较长时间后，在重力作用下就会以团状整体流下，不能形成连续的薄膜，而且还会包覆空气产生新的气泡。因此，高温高粘的纤维素/离子液体溶液的高效脱泡俨然已成为采用离子液体溶剂纺工艺进行再生纤维素 纤维工业化生产的最大技术障碍。

专利号为CN200810082442.X名称为“一种高粘度流体脱泡方法及其装置”的中国专利公开了以狭缝溢流真空脱泡法为原型的改进技术，对粘度在200-500Pa.S的中等粘度的流体具有一定的脱泡功效，然而对于更高粘度的流体就无能无力了。

专利号为CN200910256549.6名称为“高温高粘纤维素/离子液体溶液的脱泡方法”的中国专利公开了一种采用双螺杆挤出机外加超声波发生器的空化效应机理来完成纤维素离子液体溶液的脱泡；专利号为CN201010101934.6一种纤维素离子液体溶液的脱泡方法的中国专利则公开了用薄膜蒸发器结合升温脱泡工艺来完成纤维素离子液体溶液的脱泡；这两种脱泡技术方案都实现了高温高粘的纤维素/离子液体的溶液的脱泡，但是在脱泡效率、节能效果和可操作性上都不及本专利所介绍的脱泡方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种溶剂法纺丝用纤维素离子液体溶液的脱泡方法，该方法是在以离子液体为溶剂采用溶剂纺工艺进行再生纤维素纤维生产过程中，对于具有较高温度和极大粘度的纺丝原液进行脱泡。

本发明的技术方案为：

一种溶剂法纺丝用纤维素离子液体溶液的脱泡方法，所述的方法是对浆粕进行真空溶解、升温降粘度和连脱釜脱泡相结合的方法，从而实现维素离子液体溶液的脱泡。该技术路线多区段、组合式脱泡、设备脱泡与工艺调整相结合的特点，最大限度降低了高粘纺丝液的脱泡难度，实现了彻底脱泡。

所述纤维素离子液体溶液的温度为60～140℃，纤维素质量浓度为3～35％， 粘度为300～5000Pa.S。

所述的离子液体为阳离子和阴离子的组合，其中：

所述的阳离子为烷基季铵阳离子、烷基季磷阳离子、N-烷基吡啶阳离子、N-烯丙基-N-烷基咪唑阳离子、N，N-二烷基咪唑阳离子中的一种或多种；所述的阴离子为CI^-、BF₄^-、PF₄^-、SCN^-、CF₃SO₃^-、CF₃COO^-、(CF₃SO₂)₂N^-、(CF₃SO₂)₂C^-中的一种或多种。

所述的真空溶解是指在纤维素离子液体溶液制备过程中，在溶解罐内加入粉碎后的浆粕，抽真空10～30min，再负压吸入通过减压蒸馏脱泡后的离子液，抽真空搅拌溶解30～240min，真空度控制在-0.099～-0.090MPa。这样就最大限度地减少了纺丝液在制备过程当中气泡的携带量，有效降低了后续脱泡区段的脱泡负载。

所述的升温降粘度是指根据纺丝液的物料特点，将真空溶解后的物料温度由60～100℃升高到110～190℃，在此温度下溶液的聚合度略有变化但不影响使用，但溶液的粘度将急剧降低30～75％，有利于脱泡。

高粘度的纤维素离子液体溶液经过真空溶解脱泡和升温降粘度工艺处理之后再通过连脱釜设备就可实现彻底脱泡。

所述的连脱釜借鉴了卧式薄膜蒸发器的工作原理，设备长径比为5∶1，物料在设备中被成膜刮板强制输送成薄膜形态，在-0.099～-0.090MPa的真空作用下气泡被不断汇集涨大向物料外表面聚集，因物料很薄，从而能很容易的从物料中逸出，实现物料中气泡的连续脱除。另外，成膜刮板侧面辅助刮板的设计使物料在设备中没有任何存料死角，保证了物料工艺参数的稳定均一；同时，物料连续性的进出保证了高粘流体脱泡的快捷、高效。该连脱釜可依据处 理物料量的多少进行扩大化设计，满足工业化生产的需要。

具体步骤如下：

(1)将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空10～30min，再通过溶解罐内的真空负压吸入减压蒸馏脱泡后的离子液体，边吸入边搅拌抽真空；

(2)吸入后再搅拌抽真空30～240min，真空度-0.099～-0.090MPa，溶解罐内纺丝液温度为60～100℃，真空溶解之后，物料的粘度为300～5000Pa.S；

(3)将上述步骤(2)的物料温度由60～100℃升高到110～190℃，此时纺丝液的粘度下降，这样随着纺丝液的粘度大幅度的降低，流动性能变好，有利于物料中的气泡的有效脱除；

(4)将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa，温度为110～190℃的卧式连脱釜内，进料量为250～300ml/min，其中，进料量以270ml/min为最佳，物料在连脱釜内不断的多次强制形成厚度为1mm的薄膜，这样物料中的微小气泡就很容易的克服表面张力和物料内部中的粘性阻力在真空负压的作用下运动、聚集、破裂、抽出，当物料从连脱釜的一端不断强制成膜脱泡运动到另一端后再收集、集中起来。在连脱釜内，气泡和低沸点的组分在高温蒸发下降低了流体的粘度和表面张力、负压真空吸附、以及多次不断强制成膜的多重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器。连脱釜中出来的物料降温到纺丝适用的温度后，就完成了整个脱泡环节。脱泡后的纤维素离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡，完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

上述脱泡技术路线适合于任一种采用离子液体溶剂法生产再生纤维素纤 维过程当中不同浓度高粘度纺丝液的脱泡。

本发明的优点在于：本发明采用真空溶解、升温降粘度和连脱釜脱泡三者相结合的工艺，通过多区段、组合式脱泡、设备脱泡与工艺调整相结合的特点，最大限度地降低了高粘纺丝液的脱泡难度，实现了彻底脱泡。

附图说明

图1为本发明实施例中连脱釜的结构示意图；

图中：1.进料口、2.固定翼方形刮板、3.旋转翼T形刮板、4螺旋出料器、5.抽真空口。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

10％质量浓度的纤维素/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体溶液的脱泡

将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空20min后，再通过溶解罐内的真空负压吸入减压蒸馏脱泡后的离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物，边吸入边搅拌抽真空。加完后再搅拌抽真空90min，真空度-0.099～-0.090MPa，溶解罐内纺丝液温度为95℃。真空溶解之后，物料的粘度为3200Pa.S。将物料的温度由95℃升到140℃，此时纺丝液的粘度则降到900Pa.S。这样随着纺丝液的粘度大幅度的降低，流动性能变好，有利于物料中的气泡的有效脱除。将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa，温度为110℃的卧式连脱釜内，包括进料口1、成膜刮板--固定翼方形刮板2、辅助刮板--旋转翼T形刮板3、螺旋出料器4和抽真空口5，连脱釜内的成膜刮板的侧面设有辅助刮板，进料量为270ml/min。物料在连脱釜 内不断的多次强制形成厚度为1mm的薄膜，这样物料中的微小气泡就很容易的客服表面张力和物料内部中的粘性阻力在真空负压的作用下运动、聚集、破裂、抽出，当物料从连脱釜的一端不断强制成膜脱泡运动到另一端后再收集、集中起来。在连脱釜内(如图1所示)，气泡和低沸点的组分在高温蒸发下降低了流体的粘度和表面张力、负压真空吸附、以及多次不断强制成膜的多重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器。连脱釜中出来的物料降温到纺丝适用的温度后，就彻底完成了整个脱泡环节。脱泡后的纤维素/离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡，完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

实施例2

8％质量浓度的纤维素/1-丁基-3-甲基咪唑氯化物溶液的脱泡

将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空10min后，再通过溶解罐内的真空负压吸入减压蒸馏脱泡后的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物液体，边吸入边搅拌抽真空。加完后再搅拌抽真空30min，真空度-0.099～-0.090MPa，溶解罐内纺丝液温度为60℃。真空溶解之后，物料的粘度为2000Pa.S。将物料的温度由60℃升到110℃，此时纺丝液的粘度则降到600Pa.S。这样随着纺丝液的粘度大幅度的降低，流动性能变好，有利于物料中的气泡的有效脱除。将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa以上，温度为110℃的卧式连脱釜内，进料量为300ml/min。物料在连脱釜内不断的多次强制形成厚度为1mm的薄膜，这样物料中的微小气泡就很容易的客服表面张力和物料内部中的粘性阻力在真空负压的作用下运动、聚集、破裂、抽出，当物料从连脱釜的一端不断强制成膜脱泡运动到另一端后再收集、集中起来。在连脱釜内(如图1所示)，气泡和低沸点的组分在高温蒸发下降低了流 体的粘度和表面张力、负压真空吸附、以及多次不断强制成膜的多重作用下从液膜中分离出来，进入与抽真空装置相连的外置冷凝器。连脱釜中出来的物料降温到纺丝适用的温度后，就彻底完成了整个脱泡环节。脱泡后的纤维素/离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡，完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

实施例3

12％质量浓度的纤维素/3-甲基-N-丁基氯代吡啶溶液的脱泡

将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空20min后，再通过真空负压吸入减压蒸馏脱泡后的离子液体3-甲基-N-丁基氯代吡啶，边吸入边搅拌抽真空。加完后再搅拌抽真空150min，真空度控制在-0.099～-0.090MPa范围内，罐内溶液温度为80℃。真空溶解之后，物料的粘度为3200Pa.S。将物料的温度由80℃升到120℃，此时纺丝液的粘度则降到1000Pa.S。将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa，温度为120℃的卧式连脱釜内，进料量为265ml/min。物料在连脱釜内不断的多次强制形成厚度为1mm的薄膜，物料中的微小气泡在真空负压的作用下运动、聚集、破裂、抽出，当物料从连脱釜的一端不断强制成膜脱泡运动到另一端完成脱泡。连脱釜中出来的物料降温到纺丝适用的温度后，就彻底完成了整个脱泡环节。脱泡后的纤维素/离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡，完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

实施例4

18％质量浓度的纤维素/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐溶液的脱泡

将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空20min后，再由负压吸入减压 蒸馏脱泡后的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐，边吸入边搅拌抽真空。加完后再搅拌抽真空240min，真空度-0.099～-0.090MPa，溶解罐内纺丝液温度为85℃。真空溶解之后，物料的粘度为4100Pa.S。将物料的温度由85℃升到130℃，此时纺丝液的粘度则降到1600Pa.S。这样随着纺丝液的粘度大幅度的降低，流动性能变好，有利于物料中的气泡的有效脱除。将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa，温度为130℃的卧式连脱釜内，进料量为250ml/min。在连脱釜内(如图1所示)，气泡和低沸点的组分在高温蒸发下降低了流体的粘度和表面张力、负压真空吸附、以及多次不断强制成膜的多重作用下从液膜中分离出来。脱泡后的纤维素/离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡，完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

实施例5

15％质量浓度的纤维素/N-甲基-N-烯丙基咪唑盐酸盐离子液体溶液的脱泡

将绝干浆粕细末装入溶解罐内搅拌并抽真空20min后，再负压吸入减压蒸馏脱泡后的离子液体N-甲基-N-烯丙基咪唑盐酸盐，边吸入边搅拌抽真空。加完后再搅拌抽真空200min，真空度-0.099～-0.090MPa，溶解罐内纺丝液温度为98℃。溶解后物料的粘度为3600Pa.S。将物料的温度由98℃升到135℃，此时纺丝液的粘度则降到1200Pa.S。将该物料通过计量泵均匀的喂入到长径比为5∶1、真空度稳定在-0.099～-0.095MPa，温度为135℃的卧式连脱釜内，进料量为260ml/min。物料在连脱釜内不断的多次强制形成厚度为1mm的薄膜，在高温蒸发、负压真空吸附、以及多次不断强制成膜的多重作用下从液膜中分离出来。脱泡后的纤维素/离子液体溶液在显微镜下观察没有发现任何气泡， 完全满足了纺丝液中不含气泡的工艺要求，并且纺制出了成品指标优良的再生纤维素纤维。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。