[发明专利]用于纤维素溶液纺丝成形的凝固浴及制备纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料学科纤维制造技术领域，具体涉及用于纤维素溶液纺丝成形的凝固浴以及使用该凝固浴制备纤维素纤维的方法。

背景技术

低温尿素法溶剂体系是逐渐兴起的一种制备再生纤维素纤维的新型溶剂体系，具有绿色环保、生产周期短、价廉易得的优点，是未来再生纤维素纤维发展的方向。然而目前采用低温尿素法溶剂体系制备再生纤维素纤维存在一些技术上的难点，比如提高溶解的固含量、延长纺丝原液的凝胶化时间、解决设备容器的传质散热、纺丝原液细流凝固工艺及凝固浴液处理等都是亟待解决的难题。其中，凝固过程是纺丝原液从均相细流中沉析出来生成凝胶网络丝条的关键步骤。不论是采用一道凝固浴法还是两道凝固浴法，凝固过程实质是纺丝原液经喷丝孔形成的细流组分与凝固溶液之间的双扩散过程，细流组分与凝固溶液之间的浓度差是扩散的驱动力。通常凝固溶液由酸水溶液或盐水溶液或酸与其盐的混合水溶液组成。

专利CN101921402A公开了一种通过热水凝固浴制备纤维素薄膜的方法，即将溶解好的纤维素溶液(NaOH/urea体系)脱气后留延刮膜,然后放入25～45℃的热水中3～5分钟即可得到透明的再生纤维素薄膜。该方法成本低廉，绿色无污染并可回收，所制纤维素膜具有良好的透光率和较高的力学强度，且可生物降解。然而用水做凝固浴制备再生纤维素纤维的过程中，再生纤维素纤维易发生并丝现象，凝固不彻底，凝固完全后纤维中碱液残留量高，增加了后续除碱工序，提高了生产难度，增加了生产费用，不利于工业化生产。

专利CN1702201A公开了二步凝固浴法制备再生纤维素纤维的方法。该法采用两道凝固浴，分别由硫酸/硫酸钠混合水溶液及硫酸组成，所制备的新型纤维素纤维具有良好的力学性能，呈现出圆形纤维截面的结构。但是硫酸/硫酸钠水溶液凝固体系具有强烈腐蚀性，硫酸/硫酸钠水溶液与氢氧化钠/尿素细流组分反应生成硫酸钠与尿素的混合水溶液不易分离，循环再利用困难，间接地增加了工业化生产的难度和生产费用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一在于克服现有技术存在的不足，提供一种经济、环保、且能回收循环利用的用于碱/尿素/水体系溶剂法纤维素溶液纺丝成形的凝固浴。

本发明的第二目的在于提供一种采用所述的凝固浴制备纤维素纤维的方法。

为了实现本发明的目的，特采用以下技术方案：

用于碱/尿素/水体系溶剂法制备纤维素纤维的凝固浴，所述凝固浴为含有磷酸和/或磷酸盐的水溶液。

磷酸及磷酸盐的物性：磷酸氢二钠，Na₂HPO4·xH₂O(x=0，12)，分子量为358.0g/mol，外观为白色或无色流沙粒状结晶体；磷酸二氢钠，NaH₂PO4·2H₂O，分子量为156.0g/mol，无色斜方晶体；磷酸二氢钾，KH₂PO4，分子量为136.1g/mol，无色四方晶体或白色结晶性粉末；磷酸氢二钾，K₂HPO4·3H₂O，分子量为190g/mol，白色结晶或无定形白色粉末；磷酸钠，Na₃HPO₄，分子量163.9g/mol，无色或白色结晶；磷酸钾，K₃HPO₄，分子量，212.3g/mol，无色斜方晶系或白色洁净粉末。

磷酸属于中强酸，低浓度的磷酸无腐蚀性。磷酸与磷酸盐的组合物可以提供一种缓和的凝固溶液，有利于初生纤维丝条均匀凝固及成型，且在此过程中初生纤维丝条尚未完全形成纤维素分子间氢键网络的拉伸取向，有利于在第二道凝固浴及第三道牵伸中充分固化和拉伸，进而得到圆形截面、且性能优良（强度高于2.5cN/dtex）的再生纤维素纤维，并且该纤维表面平滑，纤维柔软有光泽。另外，磷酸盐是优良的缓冲试剂，不仅能减少凝固浴中磷酸用量，还能与纺丝原液中的尿素和碱金属氢氧化物中和形成的磷酸盐是一种良好的农用肥料磷肥，可回收或直接排放，对环境无污染，进而减少了生产成本，有利于工业化生产。

优选的，所述凝固浴为含有磷酸和磷酸盐的水溶液。磷酸与磷酸盐的水溶液是一种缓和的凝固溶液，又能形成良好的缓冲溶液，腐蚀性小，有利于初生纤维丝条均匀凝固及成型，且在此过程中初生纤维丝条尚未完全形成纤维素分子间氢键网络的拉伸取向，有利于在第二道凝固浴及第三道牵伸中充分固化和拉伸，进而得到圆形截面、表面平滑、且性能优良（强度高于2.5cN/dtex）的再生纤维素纤维。