[发明专利]一种制备纤维素氨基甲酸酯溶液的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于制备纤维素氨基甲酸酯溶液的方法，在该方法中纤维素氨基甲酸酯粉末或颗粒分两步溶解。

纤维素氨基甲酸酯的碱性溶液可以以与粘胶纤维素相同的方法用于例如在纤维和膜的制造中，以及以完全新颖的方式用于例如通过将浆液沉淀为纤维素氨基甲酸酯并且如果必要的话将获得的浆液重新回复为纤维素以用于增强纸产品。

技术背景

通过粘胶方法从纤维素制造纤维和膜已知有一百多年了。甚至在今天几乎所有的纤维素基纤维都通过粘胶方法制造。这是一种已知方法，其中通过改变原料和过程参数获得不同性能的最终产物。但是粘胶方法具有显著的缺点：纺丝溶液的制备包括艰苦的工作阶段，用于溶解的二硫化碳是有毒的、可燃的和易燃的，并且其难以回收。而且，一些二硫化碳分解为同样有毒并且具有爆炸性的硫化氢。此外，粘胶溶液是不稳定的产物，其不能作为中间产物储存，而是制造的所有步骤从头到尾都必须毫不耽误地进行，通常将浆液保持在低温下。

已知有许多用更符合生态学的方法替代粘胶方法的尝试。最有希望的一种方法为通过尿素将纤维素转化为纤维素氨基甲酸酯(例如参见D.Klemm等，Comprehensive Cellulose Chemistry，Wile-VCH 1998)。首先尝试制造纤维素氨基甲酸酯的一种方法是US专利2,134,825提出的。芬兰专利FI 112795和FI112869以及相应的国际专利申请WO 03/064476公开了新颖的且有效的制备纤维素氨基甲酸酯(缩写为CCA)的方法。在这种方法中，在流化床型混合器中化学品以喷雾的形式加料到研磨纤维素中，并且通过机械生产装置例如筛板压力机有效地将浆液均化以及使化学品渗透到纤维中。最后的反应在烘箱或类似的设备中进行，其中温度升高到超过尿素的熔点，133℃。

纤维素氨基甲酸酯的取代度为0.1到0.3时是可碱溶的。早在上述的早期US专利中，已经公开了这种溶解可以在降低的温度下有利地进行。典型地，应用了-5℃的溶解温度。在US专利6,590,095中也讨论了溶液的制备。它提出了一种两步溶解技术，其中第一步通过使用比最终的溶液更强的NaOH溶液进行，在第二步中溶液用水和/或NaOH的水溶液稀释。提出的这种溶解技术与所有已知的CCA溶解技术一样，其特征均在于长的混合时间(＞1小时)。此外，根据该专利，溶液的制备与氨基甲酸酯的DP水平(聚合度)无关。

发明概述

本发明的目的在于开发用于CCA溶液的多步溶解技术，其中溶解时间仅有数分钟。为了达到此目的，本发明主要特征在于在第一步中，将纤维素氨基甲酸酯加料到稀释的冷碱溶液中，在第二步中，将温度低于第一步溶液温度的强碱溶液在剧烈的搅拌下加入到混合物中。以此方式，加速了溶解过程，第二步仅需要数分钟，且这种方法得到高质量的无纤维溶液。

对于本发明的其它特征和优点，参考所附的权利要求和下文的描述。

本发明优选实施方案详述

除非另外指出，上下文中存在的百分数指的是基于质量(重量％)计算的比例。

纤维素氨基甲酸酯可以用从所述文献WO 03/064476中已知的方法制备。当应用这一技术时，化学品可以以水溶液中喷雾的形式加料到微细研磨纤维素或粗磨纤维素中，或在尿素的情况中，也可以是流化床型混合器中的干粉形式。这之后是机械操作，且反应在温度高于尿素熔点的烘箱中完成。纤维素的粗磨和省略尿素水溶液加料都改进了过程的总体经济性。

因为本发明涉及从纤维素和尿素之间的反应获得的纤维素氨基甲酸酯的溶解，所以自然也可以将其应用于通过其它方法制备的纤维素氨基甲酸酯。

我们惊奇地发现CCA溶解优选根据以下原则分步骤进行。溶液中CCA含量的最大值大致取决于CCA的DP水平，如下表所示：