RU2075560C1 - Method of preparing pulp to manufacture molded issues - Google Patents

Abstract

FIELD: pulp-and-paper industry. SUBSTANCE: 1-50 wt parts of powder cellulose with particle size not more than 200 mcm is mixed with 90-50 wt parts of methylmorpholine-N-oxide whereupon solid-phase processing is conducted at 5-15 C under shear stress and pressure. The thus prepared pulp is suitable for manufacturing hydrated-cellulose molded issues such as fibers, films, sponges. EFFECT: improved procedure. 1 tbl

Description

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. The invention relates to chemical technology, in particular, to methods for producing solutions of cellulose in methylmorpholine N-oxide (MMO) to obtain various hydrated cellulose (HC) molded products of fibers, films, sponges on their basis.

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).A known method of obtaining a solution of cellulose, which consists in the fact that the cellulose is pre-soaked in 30 to 40% aqueous solution of IMO and homogenized under vacuum to a water content of 13 to 15% and the resulting pre-solution is packaged. Then the mixture is processed in an extruder, where when evacuating and heating to 120 140 ^o C there is a further removal of water to a content of 6 10% and the formation of a solution. The following are the stages of filtration and molding. The actual concentration of spinning solutions does not exceed 18 to 20 wt. (U.S. Patent No. 4,144,080, CL 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. Along with the fundamental advantages compared to the main existing viscose process, the most important of which is the environmental cleanliness of the new process, it also has a number of significant disadvantages. For example, the low thermal stability of MMOs and, as a consequence, the high probability of cellulose degradation processes, the difficultly controlled, energy-intensive stage of removing excess water from the system and the insufficiently high deformation properties of the obtained GC molded products, significantly complicating the process of textile processing and, accordingly, reducing the range of new GC fibers.

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). The closest in technical essence to the invention is a method of producing a cellulose solution for the manufacture of molded products, in which the cellulose is mixed with methylmorpholine-N-oxide, containing water, and joint solid-phase processing of the resulting mixture under shear stress and pressure (RF patent N 1645308 Cl. 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.In the known method carry out the mixing of cellulose with methylmorpholine-N-oxide (IMO) containing 6 to 10 wt. when the mass ratio of cellulose and IMO 15 35: 65 85 at room temperature until the mixture is completely homogenized and its melting point reaches 105 - 135 ^o C.

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. However, the indicated conditions of solid-phase treatment of MMO cellulose do not provide the homogeneity of highly concentrated systems necessary for molding, the size of heterogeneous particles is 2 μm, which leads to instability of the molding process.

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. The technical result of the invention is to increase the efficiency of solid-phase interaction of cellulose with methylmorpholine-N-oxide, simplifying the process, increasing the manufacturability of the stages of preparation of the dope solution and increasing the concentration of the dope solution.

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.To achieve a technical result in a method for producing a cellulose solution, for the manufacture of molded products, in which cellulose is mixed with methylphospholin-N-oxide containing water, and the combined solid-phase treatment of the resulting mixture under shear stress and pressure conditions according to the invention, cellulose powder with particle size is used not more than 200 microns and methylmorpholine-N-oxide containing 3 to 5 wt. water, and mixing is carried out at a mass ratio of cellulose and methylmorpholine-N-oxide 10 50: 90 50 respectively, and solid-phase treatment under conditions of shear stress and pressure is carried out at a temperature of 5 to 15 ^o C.

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.A method of obtaining a cellulose solution for the manufacture of molded products is as follows. Dissolved wood pulp of any nature and degree of polymerization (SP) is ground in a twin-screw extruder to a powder state (g <200 μm) and mixed with IMO containing not more than 5 wt. water at a mass ratio of 10 50: 90 50. The resulting powder mixture is loaded in small portions into a cooled twin-screw extruder with a variable set of grinding, mixing and conveying elements, where, when the reaction mass passes along the length of the extruder barrel, it is subjected to a joint action of shear stresses and pressure, as a result which, at the exit from the screw, a powdery "solid" cellulose pre-solution is formed in the IMO. The preparation time of a highly concentrated "solid" solution is 3 5 min (the time the mixture passes through the extruder). The temperature in the zones of the screw should not exceed 15 ^o C, because an increase in temperature leads to the melting of the "solid" solution, leading to a decrease in reactivity and, accordingly, a decrease in the homogeneity of the dope.

Далее "твердый" раствор фасуют и упаковывают для хранения и дальнейшей переработки или непрерывно подают в одночервячный экструдер расплавного типа. Next, the "solid" solution is Packed and packaged for storage and further processing or continuously fed into a melt single screw extruder.

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.Due to the temperature effect in the prefilter zone and the shear stresses realized, the “solid solution” melts, mixes, and passes into a spinning solution. The resulting solution is formed by dry-wet method in a precipitation bath. Thus, in one pass through an extruder with four heating zones T1 50 ^o C, T2 120 ^o C, T3 120 ^o C, Filters - 130 ^o C, the "solid" pre-solution is melted, dissolution - transformation into a fluid spinning dope and formation. Solid-phase extrusion treatment of cellulose MMO, carried out in a chilled extruder with a shear stress of 0.5 to 2.0 N / sq. mm and a pressure of 2 30 MPa, not only simplifies the technology of processing cellulose into HF fibers, but also leads to the fact that the resulting spinning solution is highly homogeneous, the average radius of heterophase particles in which does not exceed 0.1 - 0.15 microns, which allows to exclude filtration from the technological scheme.

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. The resulting powdery "solid" pre-solution has a high reactivity, which allows the subsequent exposure to temperature and shear stresses in the molten extruder to obtain ultra-highly concentrated solutions containing up to 50 wt. cellulose.

Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

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.Example 1. The powdered cellulose with SP-700 obtained in a twin-screw extruder is sieved, a fraction with a particle size of less than 200 μm is mixed with crystalline MMO containing 5% water in an amount of 25% of the total mass, subjected to mechanical stirring. The resulting mixture is continuously fed into two screw extruder with automatic cooling, the temperature in the zones T1 T5 support equal to 5 ^o C, the number of revolutions of the screw 40 50 rpm, shear stress 1.5 N / sq. mm, pressure 30 MPa. The total time of passage of the mass through the extruder is not more than 5 minutes At the exit of the extruder, a powdered "solid" cellulose pre-solution in IMO is obtained. Analysis of samples of the "solid" solution taken at the beginning and end of the extrusion process shows the identity of their compositions, which indicates the homogeneity of the resulting product. Similar results were obtained in the following examples.

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.Next, the “solid” pre-solution is loaded into the dosing device of a single-screw extruder having four heating zones, temperature in zones: T1 50 ^o C, T2 70 ^o C, T3 120 ^o C, T4 130 ^o C, rotation speed 40 50 rpm, pressure 5 MPa, feed rate 2 cc / min.

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.The solution emerging from the die has a high homogeneity; the average radius is less than 0.1 μm. The thread is formed by dry-wet method in an aqueous solution of IMO. The formed thread has a strength of 35 to 40 kg / sq. Mm and a tensile elongation of 18 to 20%
Examples 2 6. Carried out analogously to example 1. The parameters of the processes of solid-phase processing, processing of "solid" solutions into fluid, the properties of the spinning solutions and the physical and mechanical properties of the fibers are presented in the table.

Claims (1)

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.A method of obtaining a cellulose solution for the manufacture of molded products, in which the cellulose is mixed with methylmorpholine-N-oxide containing water, and the combined solid-phase treatment of the resulting mixture under conditions of shear stress and pressure, characterized in that they use powder cellulose with a particle size of not more than 200 microns and methylmorpholine-N-oxide containing 3 to 5 wt. water, and mixing is carried out at a mass ratio of cellulose and methylmorpholine oxide 10 50 90 50, respectively, and solid-phase processing under conditions of shear stress and pressure is carried out at 5 15 ^o C.

Images