專利名稱：一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法
技術領域：
本發明涉及一種脫泡方法，具體地說是一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，屬于再生纖維素纖維生產領域。
背景技術：
在再生纖維素纖維生產的工藝流程當中，紡絲液制備時會不可避免的產生或包裹進一定數量的空氣或輕組分產生的氣泡。采用常規方法制備的每升粘膠紡絲液中分散的氣泡狀空氣的含量為30-40ml，這些氣泡的存在，在過濾時會破壞濾材的毛細結構，使凝膠粒子滲漏。在紡絲成型時，氣泡還會使纖維斷頭和產生疵點，微小的氣泡則容易形成氣泡絲， 從而降低纖維的強力指標。常規粘膠纖維生產過程中的紡絲液在20°C的室溫下動力粘度較低，為3. 65Pa. S， 一般采用快速脫泡法(狹縫溢流真空脫泡法)和靜止真空脫泡法就可實現徹底脫泡。這些常規方法對于常溫(40°C以下)低粘度01 . S以下)的一般紡絲液比較適用，而對于具有較高溫度和很高粘度特性可用于溶劑法紡絲的纖維素離子液體溶液的脫泡，就無能為力了。原因在于采用靜止真空脫泡法時，氣泡在高粘度的紡絲液中由于粘性阻力的作用擴散不出來。同時，隨著料位高度的變化，物料內部的氣泡阻力更大越發難以溢出。而采用狹縫溢流真空脫泡法時，物料在桶壁上的表面張力很大，無法自動流下，當紡絲流體在溢流口的狹縫處積聚較長時間后，在重力作用下就會以團狀整體流下，不能形成連續的薄膜，而且還會包覆空氣產生新的氣泡。因此，高溫高粘的纖維素/離子液體溶液的高效脫泡儼然已成為采用離子液體溶劑紡工藝進行再生纖維素纖維工業化生產的最大技術障礙。專利號為CN20081008M42. X名稱為“一種高粘度流體脫泡方法及其裝置”的中國專利公開了以狹縫溢流真空脫泡法為原型的改進技術，對粘度在200-500Pa. S的中等粘度的流體具有一定的脫泡功效，然而對于更高粘度的流體就無能無力了。專利號為CN200910256549. 6名稱為“高溫高粘纖維素/離子液體溶液的脫泡方法”的中國專利公開了一種采用雙螺桿擠出機外加超聲波發生器的空化效應機理來完成纖維素離子液體溶液的脫泡；專利號為CN201010101934. 6 一種纖維素離子液體溶液的脫泡方法的中國專利則公開了用薄膜蒸發器結合升溫脫泡工藝來完成纖維素離子液體溶液的脫泡；這兩種脫泡技術方案都實現了高溫高粘的纖維素/離子液體的溶液的脫泡，但是在脫泡效率、節能效果和可操作性上都不及本專利所介紹的脫泡方法。
發明內容
為了解決上述問題，本發明設計了一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，該方法是在以離子液體為溶劑采用溶劑紡工藝進行再生纖維素纖維生產過程中，對于具有較高溫度和極大粘度的紡絲原液進行脫泡。本發明的技術方案為一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，所述的方法是對漿粕進行真空溶解、升溫降粘度和連脫釜脫泡相結合的方法，從而實現維素離子液體溶液的脫泡。該技術路線多區段、組合式脫泡、設備脫泡與工藝調整相結合的特點，最大限度降低了高粘紡絲液的脫泡難度，實現了徹底脫泡。所述纖維素離子液體溶液的溫度為60 140°C，纖維素質量濃度為3 35%，粘度為 300 5000Pa. S。所述的離子液體為陽離子和陰離子的組合，其中所述的陽離子為烷基季銨陽離子、烷基季磷陽離子、N-烷基吡啶陽離子、N-烯丙基-N-烷基咪唑陽離子、N, N- 二烷基咪唑陽離子中的一種或多種；所述的陰離子為Cl—、 BF廠、PFp SCN\ CF3SOp CF3C00\ (CF3SO2) 2N\ (CF3SO2) 2Γ 中的一種或多種。所述的真空溶解是指在纖維素離子液體溶液制備過程中，在溶解罐內加入粉碎后的漿粕，抽真空10 30min，再負壓吸入通過減壓蒸餾脫泡后的離子液，抽真空攪拌溶解 30 MOmin，真空度控制在-0. 099 -0. 090MPao這樣就最大限度地減少了紡絲液在制備過程當中氣泡的攜帶量，有效降低了后續脫泡區段的脫泡負載。所述的升溫降粘度是指根據紡絲液的物料特點，將真空溶解后的物料溫度由 60 100°C升高到110 190°C，在此溫度下溶液的聚合度略有變化但不影響使用，但溶液的粘度將急劇降低30 75%，有利于脫泡。高粘度的纖維素離子液體溶液經過真空溶解脫泡和升溫降粘度工藝處理之后再通過連脫釜設備就可實現徹底脫泡。所述的連脫釜借鑒了臥式薄膜蒸發器的工作原理，設備長徑比為5 1，物料在設備中被成膜刮板強制輸送成薄膜形態，在-0. 099 -0. 090MPa的真空作用下氣泡被不斷匯集漲大向物料外表面聚集，因物料很薄，從而能很容易的從物料中逸出，實現物料中氣泡的連續脫除。另外，成膜刮板側面輔助刮板的設計使物料在設備中沒有任何存料死角，保證了物料工藝參數的穩定均一；同時，物料連續性的進出保證了高粘流體脫泡的快捷、高效。該連脫釜可依據處理物料量的多少進行擴大化設計，滿足工業化生產的需要。具體步驟如下(1)將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空10 30min，再通過溶解罐內的真空負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的離子液體，邊吸入邊攪拌抽真空；(2)吸入后再攪拌抽真空30 MOmin，真空度-0. 099 _0. 090MPa，溶解罐內紡絲液溫度為60 100°C，真空溶解之后，物料的粘度為300 5000Pa. S ；(3)將上述步驟⑵的物料溫度由60 100°C升高到110 190°C，此時紡絲液的粘度下降，這樣隨著紡絲液的粘度大幅度的降低，流動性能變好，有利于物料中的氣泡的有效脫除；(4)將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0. 099 -0. 095MPa，溫度為110 190°C的臥式連脫釜內，進料量為250 300ml/min, 其中，進料量以270ml/min為最佳，物料在連脫釜內不斷的多次強制形成厚度為Imm的薄膜，這樣物料中的微小氣泡就很容易的克服表面張力和物料內部中的粘性阻力在真空負壓的作用下運動、聚集、破裂、抽出，當物料從連脫釜的一端不斷強制成膜脫泡運動到另一端后再收集、集中起來。在連脫釜內，氣泡和低沸點的組分在高溫蒸發下降低了流體的粘度和表面張力、負壓真空吸附、以及多次不斷強制成膜的多重作用下從液膜中分離出來，進入與抽真空裝置相連的外置冷凝器。連脫釜中出來的物料降溫到紡絲適用的溫度后，就完成了整個脫泡環節。脫泡后的纖維素離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。上述脫泡技術路線適合于任一種采用離子液體溶劑法生產再生纖維素纖維過程當中不同濃度高粘度紡絲液的脫泡。本發明的優點在于本發明采用真空溶解、升溫降粘度和連脫釜脫泡三者相結合的工藝，通過多區段、組合式脫泡、設備脫泡與工藝調整相結合的特點，最大限度地降低了高粘紡絲液的脫泡難度，實現了徹底脫泡。
圖1為本發明實施例中連脫釜的結構示意圖；圖中1.進料口、2.固定翼方形刮板、3.旋轉翼T形刮板、4螺旋出料器、5.抽真空口。
具體實施例方式以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。實施例110%質量濃度的纖維素/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物離子液體溶液的脫泡將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空20min后，再通過溶解罐內的真空負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的離子液體1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物，邊吸入邊攪拌抽真空。 加完后再攪拌抽真空90min，真空度-0. 099 -0. 090MPa，溶解罐內紡絲液溫度為95°C。 真空溶解之后，物料的粘度為3200 . S。將物料的溫度由95°C升到140°C，此時紡絲液的粘度則降到900Pa. S。這樣隨著紡絲液的粘度大幅度的降低，流動性能變好，有利于物料中的氣泡的有效脫除。將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0. 099 -0. 095MPa，溫度為110°C的臥式連脫釜內，包括進料口 1、成膜刮板一固定翼方形刮板2、輔助刮板一旋轉翼T形刮板3、螺旋出料器4和抽真空口 5，連脫釜內的成膜刮板的側面設有輔助刮板，進料量為270ml/min。物料在連脫釜內不斷的多次強制形成厚度為Imm的薄膜，這樣物料中的微小氣泡就很容易的客服表面張力和物料內部中的粘性阻力在真空負壓的作用下運動、聚集、破裂、抽出，當物料從連脫釜的一端不斷強制成膜脫泡運動到另一端后再收集、集中起來。在連脫釜內(如圖1所示)，氣泡和低沸點的組分在高溫蒸發下降低了流體的粘度和表面張力、負壓真空吸附、以及多次不斷強制成膜的多重作用下從液膜中分離出來，進入與抽真空裝置相連的外置冷凝器。連脫釜中出來的物料降溫到紡絲適用的溫度后，就徹底完成了整個脫泡環節。脫泡后的纖維素/離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。實施例28%質量濃度的纖維素/1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物溶液的脫泡將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空IOmin后，再通過溶解罐內的真空負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物液體，邊吸入邊攪拌抽真空。加完后再攪拌抽真空30min，真空度-0. 099 -0. 090MPa，溶解罐內紡絲液溫度為60°C。真空溶解之后，物料的粘度為2000Pa. S。將物料的溫度由60°C升到110°C，此時紡絲液的粘度則降到600Pa. S。這樣隨著紡絲液的粘度大幅度的降低，流動性能變好，有利于物料中的氣泡的有效脫除。將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0. 099 -0. 095MPa以上，溫度為110°C的臥式連脫釜內，進料量為300ml/min。物料在連脫釜內不斷的多次強制形成厚度為Imm的薄膜，這樣物料中的微小氣泡就很容易的客服表面張力和物料內部中的粘性阻力在真空負壓的作用下運動、聚集、破裂、抽出，當物料從連脫釜的一端不斷強制成膜脫泡運動到另一端后再收集、集中起來。在連脫釜內(如圖1 所示)，氣泡和低沸點的組分在高溫蒸發下降低了流體的粘度和表面張力、負壓真空吸附、 以及多次不斷強制成膜的多重作用下從液膜中分離出來，進入與抽真空裝置相連的外置冷凝器。連脫釜中出來的物料降溫到紡絲適用的溫度后，就徹底完成了整個脫泡環節。脫泡后的纖維素/離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。實施例312%質量濃度的纖維素/3-甲基-N- 丁基氯代吡啶溶液的脫泡將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空20min后，再通過真空負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的離子液體3-甲基-N-丁基氯代吡啶，邊吸入邊攪拌抽真空。加完后再攪拌抽真空150min，真空度控制在-0. 099 -0. 090MPa范圍內，罐內溶液溫度為80°C。真空溶解之后，物料的粘度為3200Pa. S。將物料的溫度由80°C升到120°C，此時紡絲液的粘度則降到1000 . S。將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0.099 -0.095MPa，溫度為120°C的臥式連脫釜內，進料量為265ml/min。物料在連脫釜內不斷的多次強制形成厚度為Imm的薄膜，物料中的微小氣泡在真空負壓的作用下運動、聚集、破裂、抽出，當物料從連脫釜的一端不斷強制成膜脫泡運動到另一端完成脫泡。連脫釜中出來的物料降溫到紡絲適用的溫度后，就徹底完成了整個脫泡環節。脫泡后的纖維素/離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。實施例418%質量濃度的纖維素/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽溶液的脫泡將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空20min后，再由負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的離子液體1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，邊吸入邊攪拌抽真空。加完后再攪拌抽真空MOmin，真空度-0. 099 -0. 090MPa,溶解罐內紡絲液溫度為85°C。真空溶解之后，物料的粘度為4100Pa. S。將物料的溫度由85°C升到130°C，此時紡絲液的粘度則降到1600Pa. S。這樣隨著紡絲液的粘度大幅度的降低，流動性能變好，有利于物料中的氣泡的有效脫除。 將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0. 099 -0. 095MPa，溫度為130°C的臥式連脫釜內，進料量為250ml/min。在連脫釜內(如圖1所示)，氣泡和低沸點的組分在高溫蒸發下降低了流體的粘度和表面張力、負壓真空吸附、以及多次不斷強制成膜的多重作用下從液膜中分離出來。脫泡后的纖維素/離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。實施例515%質量濃度的纖維素/N-甲基-N-烯丙基咪唑鹽酸鹽離子液體溶液的脫泡將絕干漿粕細末裝入溶解罐內攪拌并抽真空20min后，再負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的離子液體N-甲基-N-烯丙基咪唑鹽酸鹽，邊吸入邊攪拌抽真空。加完后再攪拌抽真空200min，真空度-0. 099 -0. 090MPa,溶解罐內紡絲液溫度為98°C。溶解后物料的粘度為3600Pa. S。將物料的溫度由98°C升到135°C，此時紡絲液的粘度則降到1200Pa. S。將該物料通過計量泵均勻的喂入到長徑比為5 1、真空度穩定在-0. 099 -0. 095MPa，溫度為 135°C的臥式連脫釜內，進料量為^Ktoil/min。物料在連脫釜內不斷的多次強制形成厚度為 Imm的薄膜，在高溫蒸發、負壓真空吸附、以及多次不斷強制成膜的多重作用下從液膜中分離出來。脫泡后的纖維素/離子液體溶液在顯微鏡下觀察沒有發現任何氣泡，完全滿足了紡絲液中不含氣泡的工藝要求，并且紡制出了成品指標優良的再生纖維素纖維。最后應說明的是以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明， 盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述的方法是對漿粕進行真空溶解、升溫降粘度和連脫釜脫泡相結合的方法，從而實現纖維素離子液體溶液的脫泡；具體步驟如下(1)將漿粕裝入溶解罐內攪拌并抽真空，再通過溶解罐內的真空負壓吸入減壓蒸餾脫泡后的纖維素離子液體，邊吸入邊攪拌抽真空；(2)離子液體吸入溶解罐后再攪拌抽真空30 240min，控制真空度-0. 099 -0. 090MPa，溶解罐內溶液溫度為60 100°C ；(3)將上述步驟O)的溶液溫度由60 100°C升高到110 190°C；(4)將上述步驟(3)的溶液喂入到真空度穩定在-0.099 -0. 095MPa、溫度為110 190°C的連脫釜內，控制進料量為250 300ml/min，完成脫泡。
2.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述纖維素離子液體溶液的溫度為60 140°C，纖維素質量濃度為3 35%，粘度為 300 5000Pa. S。
3.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述的纖維素離子液體為陽離子和陰離子的組合，其中所述的陽離子為烷基季銨陽離子、烷基季磷陽離子、N-烷基吡啶陽離子、N-烯丙基-N-烷基咪唑陽離子和N，N- 二烷基咪唑陽離子中的一種或多種；所述的陰離子為 CI_、BF4_、PF4_、SCN_、CF3S03_、CF3C00_、(CF3SO2)2N_ 和(CF3SO2)2CT 中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述的真空溶解是指在纖維素離子液體溶液制備過程中，在溶解罐內加入粉碎后的漿粕，抽真空10 30min，再負壓吸入通過減壓蒸餾脫泡后的離子液，抽真空攪拌溶解30 MOmin，真空度控制在-0. 099 -0. 090MPa。
5.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述的升溫降粘度是指將真空溶解后的溶液溫度由60 100°C升高到110 190°C。
6.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述連脫釜為臥式連脫釜，長徑比為5 1，連脫釜內的成膜刮板的側面設有輔助刮板。
7.根據權利要求1所述的溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，其特征在于所述步驟的進料量為270ml/min。
全文摘要
本發明公開了一種溶劑法紡絲用纖維素離子液體溶液的脫泡方法，所述的方法是對漿粕進行真空溶解、升溫降粘度和連脫釜脫泡相結合的方式，從而實現纖維素離子液體溶液的脫泡；本發明的優點在于通過多區段、組合式脫泡、設備脫泡與工藝調整相結合的特點，最大限度地降低了高粘紡絲液的脫泡難度，實現了徹底脫泡。
文檔編號D01D1/10GK102181945SQ201110066578
公開日2011年9月14日 申請日期2011年6月1日 優先權日2011年6月1日
發明者劉建華, 盧海蛟, 姜明亮, 曹其貴, 王東, 秦翠梅, 逄奉建, 馬峰剛 申請人:山東海龍股份有限公司