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CN1060295A - 在水和n-甲基吗啉-n-氧化物中的纤维素溶液 - Google Patents

在水和n-甲基吗啉-n-氧化物中的纤维素溶液 Download PDF

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Abstract

当制备水和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO) 的纤维素溶液和加热该溶液时,其所发生的纤维素的 退色作用和NMMO的断裂反应可以避免。这可按 照本发明下列配方达到:使用含有0.01%到1%,较 好为0.1%的H2O2和0.01到2%,较好为0.1%的稳 定剂的溶液,较好的稳定剂为草酸或其盐类。

Description

本发明涉及一种在水和N-甲基吗啉-N-氧化物中的纤维素溶液。
众所周知,例如,由美国专利4196282制备了一种在N-甲基吗啉-N-氧化物(以下称为NMMO)和水中的纤维素溶液。纤维素溶液是,例如,为了生产纤维素纤维或其它的成型纤维素制品而所需要的。
为此,将该溶液通过喷丝板而被挤出到沉淀浴中,使用NMMO和水的混合物作为溶剂具有许多优点,尤其值得注意的一点是几乎能得到一种封闭的溶剂循环,因此,使经济损失限制到最小程度。
然而,使用这类溶剂会产生下列问题:
在溶解或加热该体系时,生成胺(N-甲基吗啉和吗啉)。这一点应尽可能避免,因为NMMO极其昂贵,其结果是使该方法变得不经济,稳定剂可被用于含有这种可容许极限范围内的断裂中。
然而,由于加热形成的染色的颜料带来两方面的问题是令人非常不满意的。一方面是对纤维素产品进行漂白,另一方面在重新使用之前,需对NMMO作较全面的清洗。
意想不到的是,已经发现,如果该溶液含有0.01到1%,较好为0.1%的H2O2,和0.01到2%,较好为 0.1%的H2O2的稳定剂,
稳定剂最好是草酸或其盐,则上述缺点可以避免。
用于稳定NMMO的一种解释是,由断裂发生而生成的N-甲基吗啉,可通过H2O2的作用而再次被氧化成NMMO,以便使其(几乎)不发生断裂作用。
纤维素极少有退色这一事实可以推测为是由于已知的H2O2的漂白作用,基于这一理由,H2O2已经被用在纤维素工艺中,或者作为漂白剂用在棉纱漂白上,其漂白作用在很大程度上取决于pH值,纤维素NMMO/水溶液,在90℃,具有的pH值为12-13。
在自由基反应中,希望尽可能最低的温度及没有金属离子,后者可以通过使用漂白稳定剂来达到。
因此,用H2O2和漂白剂稳定剂来稳定纤维素和NMMO是可能的。稳定纤维素是重要的,它是由于纤维素的降解急剧减低成型纤维素制品的产品特征。
下面讨论用于H2O2的稳定剂列出如下:氨基乙酸、磷酸、聚丙烯酸、多羟基丙烯酸、水玻璃、膦酸、草酸及其盐为较好。
由此,由本发明所产生的下列优点是,在制备溶液和在加热时,减少了NMMO断裂生成N-甲基吗啉,因此减低了再生所需经费的损失和提高了整个方法的经济可行性。另外的一个优点是该溶液的非常小的退色作用,使纤维素产品的漂白至少部分地不需要了,即,可以取消使用氯进行漂白的步骤(该方法由于生成氯代烃类(还有部分二氧化物)而引起争论(即使较便宜)),另外,用于H2O2漂白步骤的漂白费用,可以减少或取消。
实施例1和2
对含有H2O2和不含有H2O2的溶液进行比较,在5升的搅拌的容器中,将由2888克80%的NMMO水溶液,300克纤维素,(Buckeye V5纤维素,90%干含量),H2O2和稳定剂(见表1)所组成的悬浮液,在负压下蒸馏出水,大约30分钟后,得到3000克的具有以下组成的溶液
9%纤维素(Buckeye V5
14%水
77%NMMO
该溶液被强力通过一喷丝板,在空气隙中拉伸,并在沉淀浴中凝固,而得到纤维,在实施例1(比较试验)中,仅使用草酸来作为稳定剂;在实施例2中则使用了草酸和H2O2,稳定剂的用量和所得相应纤维的数据均被列于表1中。
表1
实施例 H2O2草酸 经洗涤的 纤维的 在蒸汽中
纤维亮度 DP的胺
1  -  0.5%  64.5  610  0.12%
2 0.1% 0.1% 68.3 560
Figure 911056009_IMG1
*)其浓度是如此低,以至不能由电势法测定
以稳定NMMO为代价,并同时保持纤维素的DP,则也可以提高TAPPI**亮度。
实施例3~12
比较不同的稳定剂
这些实施例使用和实施例1和2的相同方式,所用稳定剂,所用H2O2的量,及所得到的纤维素的DP值,可见表2中的每一实施例。
*DP=聚合度(平均)。
**TAPPT=纸浆和造纸工业技术协会。
表2
实施例 H2O2稳定剂 凝固的纤维
素的DP
3  0.03%  0.1%聚丙烯酸  460
4  0.06%  0.1%多羟基丙烯酸  490
5  0.4%  0.5%多羟基丙烯酸  520
6  0.2%  2%磷酸  390
7  0.5%  0.5%邻苯二甲酸  330
8  0.5%  0.5%苯甲酸  250
9  0.5%  0.5%乙酸  200
10  0.1%  0.1%EDTA  *  520
11  0.1%  0.1%水玻璃  330
12  0.03%  0.1%膦酸  490
*EDTA=乙二胺四乙酸
漂白稳定剂和铁的配合剂在该体系中也有效。
实施例13和14
将含芸香甙体系与含H2O2和草酸的体系相比较。
18千克的下列混合物被用作为纺丝体:
10.0% 纤维素(Buckeye V5
78.0%  NMMO(使用用碳纯化过的)
12.0% H2O
在实施例13中,使用0.02%的芸香甙作为稳定剂,在实施例14中,使用0.1%H2O2和0.5%草酸。
在40升的反应器中进行试验,为了得到有代表性的平均数据,在每次的几个纺丝试验中,进行三次循环,即将在纺丝中得到的纺丝浴(第一次循环)进行蒸发,和用由此再生的NMMO制备溶液并用于纺丝(第二次循环)。重复相同的方法(第三次循环),从而记录了下列数据:
-杂质的增加
-腐蚀稳定性
-草酸/水在NMMO循环中的稳定性
-原纤维的亮度
-纤维的一般数据
-纺丝体的分解温度
将每次循环所收集的纺丝浴在一个薄膜蒸发器中进行浓缩,并分别用于下次的循环中。
表3表示了在每次循环中的NMMO的消光系数的提高及用碳纯化之后的NMMO的减少,由Fe所产生的杂质和H2O2及草酸的浓度也都列出。
Figure 911056009_IMG2
将列于表3中的结果归纳如下
-杂质增加:
使用芸香甙比使用H2O2/草酸的杂质高5-6倍。
-草酸/H2O2在NMMO循环使用时的稳定性:
芸香甙部分分解,这一点从较早的试验中就可以看出来,并且,当用碳纯化纺丝浴时,该芸香甙从NMMO中完全消除了,使用草酸/H2O2时,所用的H2O2完全分解。不过草酸仅仅在NMMO的循环中有极少量的消耗。
在用活性炭纯化纺丝浴时,草酸不发生变化,因此可以再次被用来作为稳定剂。
对于TAPPI的原纤维亮度来说,用芸香甙,在每次循环中所得到的数值为62,59和59;用草酸/H2O2所得到的数值为70,70和71。
用芸香甙的未加工的纤维亮度大约为TAPPI 62,比用草酸/H2O2的要低8个点,即后者所得到的TAPPI大约为70,在循环中,使用芸香甙的亮度降低大约2个点,而用草酸/H2O2,则大约提高2个点。
在两次测定中,该纤维的数值(聚合度;强度(有条件的);断裂伸长(有条件的);钩接强度;断裂钩接伸长(有条件的)皆在相同的水平上。
实施例15~20
在IKA-DuPLEX型捏合机中,将20克纤维素(干量=90%),在90℃,溶解于182克NMMO·H2O、3克草酸盐(见表4)和0.6克H2O2(30%)中,时间为1小时。
随后,用HAAKE  RV20型振动式旋转粘度计,在角速度为4.3〔I/S〕和185〔l/S〕条件下,测量其复合粘度。
表4
实施例  稳定剂  在4.3〔l/S〕  在185〔l/S〕
序号  的复合粘度  的复合粘度
15  草酸铵  762  37
16  草酸锂  750  33
17  草酸钠  703  32
18  草酸镁  530  27
19  草酸  768  34
20  芸香甙  767  33
这些溶液在制备中不退色。由于它们具有相同的粘度,可以推断,即草酸盐/H2O2(草酸镁除外)和草酸/H2O2的稳定效果相等。

Claims (1)

  1. 一种在水和N-甲基吗啉-N-氧化物中的纤维素溶液,其特征在于它含有0.01到1%,较好为0.1%的H2O2,及0.01到2%,较好为0.1%的H2O2稳定剂。
    稳定剂以草酸或其盐为好。
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