способ получения раствора целлюлозы для изготовления формованных изделий

Формула изобретения

Способ получения раствора целлюлозы для изготовления формованных изделий, при котором осуществляют смешивание целлюлозы с метилморфолин-N-оксидом, содержащим воду, и совместную твердофазную обработку полученной смеси в условиях сдвигаемых напряжения и давления, отличающийся тем, что используют порошковую целлюлозу с размером частиц не более 200 мкм и метилморфолин-N-оксид, содержащий 3 5 мас. воды, причем смешивание осуществляют при массовом соотношении целлюлозы и метилморфолиноксида 10 50 90 50 соответственно, а твердофазную обработку в условиях сдвиговых напряжения и давления осуществляют при 5 15^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности, к способам получения растворов целлюлозы в метилморфолин-N-оксиде (ММО) для получения на их основе различных гидратцеллюлозных (ГЦ) формованных изделий волокон, пленок, губок.

Известен способ получения раствора целлюлозы, заключающийся в том, что целлюлозу предварительно замачивают в 30 40% водном растворе ММО и гомогенизируют под вакуумом до содержания воды 13 15% и образующийся предраствор расфасовывают. Затем смесь перерабатывают в экструдере, где при вакуумировании и нагреве до 120 140^oC происходит дальнейшее удаление воды до содержания 6 10% и образование раствора. Далее следует стадии фильтрации и формования. Реальная концентрация прядильных растворов не превышает 18 20 мас. ( патент США N 4144080, кл. C 08 L 1/02, 1979).

Наряду с принципиальными по сравнению с основным существующим вискозным процессом преимуществами, важнейшим из которых является экологическая чистота нового процесса, ему присущ и ряд существенных недостатков. Например, невысокая термическая стабильность ММО и, как следствие высокая вероятность процессов деструкции целлюлозы, трудно контролируемая, энергоемкая стадия удаления избытка воды из системы и недостаточно высокие деформационные свойства получаемых ГЦ формованных изделий, существенно осложняющие процесс текстильной переработки и соответственно снижающие ассортимент новых ГЦ волокон.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения раствора целлюлозы для изготовления формованных изделий, при котором осуществляют смешивание целлюлозы с метилморфолин-N-оксидом, со держащим воду, и совместную твердофазную обработку полученной смеси в условиях сдвигового напряжения и давления (патент РФ N 1645308, кл. D 01 F 2/02, 1991).

В известном способе осуществляют смешивание целлюлозы с метилморфолин-N-оксидом (ММО), содержащим 6 10 мас. при массовом соотношении целлюлозы и ММО 15 35: 65 85 при комнатной температуре до полной гомогенизации смеси и достижении температуры ее плавления 105 - 135^oC.

Однако указанные условия твердофазной обработки целлюлозы ММО не обеспечивают необходимой для формования гомогенности высококонцентрированных систем, размер гетерогенных частиц 2 мкм, что приводит к нестабильности процесса формования.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности твердофазного взаимодействия целлюлозы с метилморфолин-N-оксидом, упрощение процесса, повышение технологичности стадий приготовления прядильного раствора и увеличение концентрации прядильного раствора.

Для достижения технического результата в способе получения раствора целлюлозы, для изготовления формованных изделий, при котором осуществляют смешивание целлюлозы с метилфорфолин-N-оксидом, содержащим воду, и совместную твердофазную обработку полученной смеси в условиях сдвигового напряжения и давления согласно изобретению используют порошковую целлюлозу с размером частиц не более 200 мкм и метилморфолин-N-оксид, содержащий 3 5 мас. воды, причем смешивание осуществляют при массовом соотношении целлюлозы и метилморфолин-N-оксида 10 50: 90 50 соответственно, а твердофазную обработку в условиях сдвигового напряжения и давления осуществляют при температуре 5 15^oC.

Способ получения раствора целлюлозы для изготовления формованных изделий заключается в следующем. Распущенную древесную целлюлозу любой природы и степени полимеризации (СП) измельчают в двухшнековом экструдере до порошкообразного состояния (г. < 200 мкм) и смешивают с ММО, содержащим не более 5 мас. воды при массовом соотношении 10 50: 90 50. Образующуюся порошкообразную смесь загружают небольшими порциями в охлаждаемый двухшнековый экструдер с переменным набором измельчающих, смесительных и транспортирующих элементов, где при прохождении реакционной массы по длине цилиндра экструдера ее подвергают совместному воздействию сдвиговых напряжений и давления, в результате чего на выходе из шнека образуется порошкообразный "твердый" предраствор целлюлозы в ММО. Время приготовления высококонцентрированного "твердого" раствора составляет 3 5 мин (время прохождения смеси через экструдер). Температура по зонам шнека не должна превышать 15^oC, т.к. увеличению температуры приводит к подплавлению "твердого" раствора, приводящему к уменьшению реакционной способности и соответственно снижению гомогенности прядильного раствора.

Далее "твердый" раствор фасуют и упаковывают для хранения и дальнейшей переработки или непрерывно подают в одночервячный экструдер расплавного типа.

За счет температурного воздействия в предфильерной зоне и реализующихся сдвиговых напряжений "твердый раствор" плавится, перемешивается и переходит в прядильный раствор. Полученный раствор формуют по сухо-мокрому способу в осадительную ванну. Таким образом, за один проход через экструдер с четырьмя зонами обогрева T1 50^oC, T2 120^oC, T3 120^oC, Тфильеры - 130^oC происходит плавление "твердого" предраствора, растворение - превращение в текучий прядильный раствор и формирование. Экструзионная твердофазная обработка целлюлозы ММО, проводимая в охлажденном экструдере при сдвиговом напряжении 0,5 2,0 Н/кв. мм и давлении 2 30 МПа, не только упрощает технологию переработки целлюлозы в ГЦ волокна, но приводит к тому, что образующийся прядильный раствор обладает высокой обладает высокой гомогенностью, средний радиус гетерофазных частиц в котором не превышает 0,1 - 0,15 мкм, что позволяет исключить из технологической схемы фильтрации.

Образующийся порошкообразный "твердый" предраствор обладает высокой реакционной способностью, позволяющей при последующем воздействии температуры и сдвиговых напряжений в расплавленном экструдере получать сверхвысококонцентрированные растворы, содержащие до 50 мас. целлюлозы.

Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1. Порошкообразную целлюлозу с СП-700, полученную в двухшнековом экструдере, просеивают, фракция с размером частиц меньше 200 мкм смешивают с кристаллическим ММО, содержащим 5% воды в количестве 25% от общей массы, подвергают механическому перемешиванию. Полученную смесь непрерывно подают в двух шнековый экструдер с автоматическим охлаждением, температуру по зонам T1 T5 поддерживают равной 5^oC, число оборотов шнека 40 50 об/мин, напряжение сдвига 1,5 Н/кв. мм, давление 30 МПа. Общее время прохождения массы через экструдер не более 5 мин. На выходе из экструдера получают порошкообразный "твердый" предраствор целлюлозы в ММО. Анализ образцов "твердого" раствора, взятых в начале и конце экструзионнного процесса показывает идентичность их составов, что свидетельствует об однородности получаемого продукта. Аналогичные результаты были получены и в следующих примерах.

Далее "твердый" предраствор загружается в дозирующее устройство одночервячного экструдера, имеющего четыре зоны обогрева, температура по зонам: T1 50^oC, T2 70^oC, T3 120^oC, T4 130^oC, скорость вращения 40 50 об/мин, давление 5 МПа, скорость подачи 2 куб.см/мин.

Выходящий из фильеры раствор имеет высокую гомогенность, средний радиус меньше 0,1 мкм. Нить формируется по сухо-мокрому способу в водный раствор ММО. Сформированная нить имеет прочность 35 40 кг/кв.мм и разрывное удлинение 18 20%

Примеры 2 6. Осуществлены аналогично примеру 1. Параметры процессов твердофазной обработки, переработки "твердых" растворов в текучие, свойства прядильных растворов и физико-механические показатели волокон представлены в таблице.