一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法

技术领域

本发明涉及壳聚糖纤维制备技术领域，尤其是一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法。

背景技术

壳聚糖纤维是指利用虾蟹壳中的提取物制成的纤维，与传统的陆地天然纤维与合成纤维相比具有许多特殊优点。首先是既不依赖石油，又不与粮食争夺土地，开辟了化学纤维的第三原料来源；二是废物利用，符合绿色、环保的可持续发展趋势。进一步讲，纯壳聚糖纤维具有广谱抑菌性、防霉性、优异的生物相容性和无免疫原性，还具有吸附螯合，止血促愈、减少疤痕的作用。基于其功能作用，可广泛应用于航天、医疗卫生、军用民用纺织品、过滤防护等领域，市场潜力巨大，同时对人类的健康事业的起到积极地推动作用。

脱乙酰度和黏度是壳聚糖的两个重要质量指标。众所周知，壳聚糖分子量越大，其黏度越大，黏度与分子量的关系Mark-Houwink 表明，即：[η] = k Mα，（η ：黏度，mpa·s，K ：常数， M ：相对分子质量，α ：是一个与分子量有关的数值）由此就可以看出纯壳聚糖纺丝液的黏度越高，其分子量越大，所纺制的纯壳聚糖纤维的干断裂强度越高，断裂伸长率越大，可纺性越好。因此，只有髙黏度的壳聚糖溶液才更符合高性能壳聚糖纤维的纺丝要求。

制备壳聚糖纤维的一个关键环节是将壳聚糖原料溶解，一般壳聚糖原料为片状壳聚糖，片状壳聚糖本身在脱钙、脱蛋白质后，其组织中会产生大量的间隙，这些间隙会有空气充盈；另外，片状壳聚糖原料是2 片或多片的叠合而成，其间隙间也存有大量气体，这些气体在壳聚糖溶解过程中，粘结在壳聚糖溶液内部，无法逸出；同时，壳聚糖溶液在搅拌溶解、过滤、输送的过程中也会产生大量气泡。

湿法纺丝时，壳聚糖溶液必须无气泡从喷丝板喷出进入凝固浴，若壳聚糖溶液带有气泡喷丝至凝固浴，气泡逸出会导致断丝，因此纺丝前必须进行脱泡处理。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法，其保证壳聚糖的分子链原状态结构，又能在单位时间内快速、均匀的脱出纺丝液气泡，以适宜工业化连续生产需要。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法，包括如下步骤：

步骤一、将反应釜密封后进行抽真空，真空度为-75～-85kPa,保持反应釜内恒温为25～30℃，反应釜内压力≤5000pa；

步骤二、打开反应釜的进料口，纺丝液经进料口流入环形进料管，再经环形进料管的出液孔下落至上层伞形导流板，出液孔可对纺丝液进行挤压剪切操作，可将大于出液孔直径的气泡进行脱除，形成第一次脱泡的纺丝液；

步骤三、第一次脱泡的纺丝液流到上层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为1.8-2.4t/h，液膜的厚度为6-20mm，在摊膜的过程中脱出气泡形成第二次脱泡的纺丝液；

步骤四、第二次脱泡的纺丝液流到下层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为1.8-2.4t/h，液膜的厚度为5-18mm，在摊膜的过程中脱出气泡形成第三次脱泡的纺丝液；

步骤五、第三次脱泡的纺丝液流入反应釜底部，反应釜的消泡装置可跟随纺丝液液位的变化进行移动，消泡装置可进行旋转，旋转速度为26-60 转/分，消泡装置可将纺丝液液面上的气泡割破，实现对纺丝液的动态旋转消泡操作；

步骤六、纺丝液在反应釜内静置，反应釜每两个小时放气、抽空一次，一般进行三次循环，实现纺丝液的静态脱泡操作。

通过采用上述方案，带有压力的高黏度壳聚糖纺丝液通过进料口进入环形进料管，再由出液孔挤出时，由于出液孔直径很小，且罐体内压力小于5000pa，可将直径大于出液孔直径的气泡全部脱除；当纺丝液流到上层伞形导流板上，由于重力的作用和导流板的倾斜角度，从而形成液膜，增大了脱泡面积，在罐体内压力小于5000pa 条件下，通过控制纺丝液的流速和厚度，部分气泡自由脱出，经上层伞形导流板后脱泡率可达20-30%；当纺丝液流到下层伞形导流板上，由于重力的作用和导流板的倾斜角度，从而形成液膜，增大了脱泡面积，在罐体内压力小于5000pa 条件下，通过控制纺丝液的流速和厚度，部分气泡自由脱出，经下层伞形导流板后脱泡率可达30-40%；当然也可通过增设伞形导流板的个数，可增加脱泡的次数，下层伞形导流板可将壳纺丝液导流至罐体的底部，消泡装置可跟随纺丝液的液位上下调整位置，并可通过旋转的方式将纺丝液液面上的气泡割破，实现对纺丝液的动态旋转消泡操作，脱泡率可达30-50%，纺丝液在反应釜内静置时，纺丝液内的气泡脱出，每两个小时放气、抽空一次，一般进行三次循环，脱泡率可达10-20%，纺丝液静态脱泡配合消泡装置的动态脱泡，能解决罐体底部的纺丝液难以脱泡的弊病，其保证壳聚糖的分子链原状态结构，又能在单位时间内快速、均匀的脱出纺丝液气泡，以适宜工业化连续生产需要。

本发明的进一步设置是：所述出液孔为直径小于3mm的圆孔。

通过采用上述方案，可将大于直径3mm气泡全部脱除。

本发明的进一步设置是：所述上层伞形导流板的长度为680-720 mm，倾斜角度12-25°。

通过采用上述方案，设计合理，满足纺丝液的流速和厚度的要求。

本发明的进一步设置是：所述下层伞形导流板的长度为980-1000mm，倾斜角度12-25°。

通过采用上述方案，设计合理，满足纺丝液的流速和厚度的要求。

本发明的进一步设置是：所述反应釜包括罐体和消泡装置，所述罐体的上部设置有进料口，罐体的底部设置有出料口，所述罐体内设置有环形进料管，环形进料管与进料口连通，所述罐体在环形进料管的下方依次设置有上层伞形导流板和下层伞形导流板，上层伞形导流板和下层伞形导流板分别向下倾斜设置，环形进料管在对应上层伞形导流板处设置有若干个出液孔，所述消泡装置包括转盘和刀，转盘沿罐体的中心轴设置，转盘可绕其中心轴转动以及沿其中心轴上下移动的设置在罐体内，刀设置有若干个并且间隔设置在转盘上，罐体上设置带动转盘转动以及带动转盘上下移动的驱动机构。

通过采用上述方案，驱动机构不仅能带动转盘和刀上下移动，还能带动转盘和刀进行转动，结构简单，设计合理。

本发明的进一步设置是：下层伞形导流板的外边缘延伸至罐体的侧壁处，可将纺丝液导流至罐体的侧壁上。

通过采用上述方案，纺丝液经罐体的侧壁流入罐体的底部，在沿罐体的侧壁流动时，可形成溶液薄膜，也能增大脱泡面积，便于气泡脱出，结构简单，设计合理。

本发明的进一步设置是：上层伞形导流板通过第一连接板与罐体的上部侧壁连接，上层伞形导流板和下层伞形导流板通过第二连接板相互连接，下层伞形导流板的内边缘处设置有挡板。

通过采用上述方案，导流板的连接方式简单，挡板起到止挡作用，避免从上层伞形导流板留下的纺丝液从下层伞形导流板的内边缘处流出。

本发明的更进一步设置是：所述罐体上还设有入孔、温度计口、真空口、压力表口、空气进口、醋酸溶液进口、安全阀口、取样口、进水口、视镜口。

通过采用上述方案，结构简单，设计合理。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为反应釜的整体结构示意图；

图2为反应釜的俯视结构示意图；

图3为图1的A部放大示意图；

图4为转盘和刀的结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1、一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法，包括如下步骤：

步骤一、将反应釜密封后进行抽真空，真空度为-75kPa,保持反应釜内恒温为25℃，反应釜内压力≤5000pa；

步骤二、打开反应釜的进料口，纺丝液经进料口流入环形进料管，再经环形进料管的出液孔下落至上层伞形导流板，出液孔为直径小于3mm的圆孔，出液孔可对纺丝液进行挤压剪切操作，可将大于出液孔直径的气泡进行脱除，形成第一次脱泡的纺丝液；

步骤三、第一次脱泡的纺丝液流到上层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为1.8t/h，液膜的厚度为6mm，上层伞形导流板的长度为680mm，倾斜角度12°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第二次脱泡的纺丝液；

步骤四、第二次脱泡的纺丝液流到下层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为1.8t/h，液膜的厚度为5mm，下层伞形导流板的长度为980mm，倾斜角度12°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第三次脱泡的纺丝液；

步骤五、第三次脱泡的纺丝液流入反应釜底部，反应釜的消泡装置可跟随纺丝液液位的变化进行移动，消泡装置可进行旋转，旋转速度为26转/分，消泡装置可将纺丝液液面上的气泡割破，实现对纺丝液的动态旋转消泡操作；

步骤六、纺丝液在反应釜内静置，反应釜每两个小时放气、抽空一次，一般进行三次循环，实现纺丝液的静态脱泡操作。

实施例2，一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法，包括如下步骤：

步骤一、将反应釜密封后进行抽真空，真空度为-80kPa,保持反应釜内恒温为27℃，反应釜内压力≤5000pa；

步骤二、打开反应釜的进料口，纺丝液经进料口流入环形进料管，再经环形进料管的出液孔下落至上层伞形导流板，出液孔为直径小于3mm的圆孔，出液孔可对纺丝液进行挤压剪切操作，可将大于出液孔直径的气泡进行脱除，形成第一次脱泡的纺丝液；

步骤三、第一次脱泡的纺丝液流到上层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为2.1t/h，液膜的厚度为13mm，上层伞形导流板的长度为700mm，倾斜角度18°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第二次脱泡的纺丝液；

步骤四、第二次脱泡的纺丝液流到下层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为2.1t/h，液膜的厚度为11mm，下层伞形导流板的长度为990mm，倾斜角度18°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第三次脱泡的纺丝液；

步骤五、第三次脱泡的纺丝液流入反应釜底部，反应釜的消泡装置可跟随纺丝液液位的变化进行移动，消泡装置可进行旋转，旋转速度为43转/分，消泡装置可将纺丝液液面上的气泡割破，实现对纺丝液的动态旋转消泡操作；

步骤六、纺丝液在反应釜内静置，反应釜每两个小时放气、抽空一次，一般进行三次循环，实现纺丝液的静态脱泡操作。

实施例3，一种工业化生产纯壳聚糖纤维的纺丝液脱泡方法，包括如下步骤：

步骤一、将反应釜密封后进行抽真空，真空度为-85kPa,保持反应釜内恒温为30℃，反应釜内压力≤5000pa；

步骤二、打开反应釜的进料口，纺丝液经进料口流入环形进料管，再经环形进料管的出液孔下落至上层伞形导流板，出液孔为直径小于3mm的圆孔，出液孔可对纺丝液进行挤压剪切操作，可将大于出液孔直径的气泡进行脱除，形成第一次脱泡的纺丝液；

步骤三、第一次脱泡的纺丝液流到上层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为2.4t/h，液膜的厚度为20mm，上层伞形导流板的长度为720mm，倾斜角度25°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第二次脱泡的纺丝液；

步骤四、第二次脱泡的纺丝液流到下层伞形导流板上自流摊膜形成液膜，纺丝液在上层伞形导流板上的流速为2.4t/h，液膜的厚度为18mm，下层伞形导流板的长度为990mm，倾斜角度25°，在摊膜的过程中脱出气泡形成第三次脱泡的纺丝液；

步骤五、第三次脱泡的纺丝液流入反应釜底部，反应釜的消泡装置可跟随纺丝液液位的变化进行移动，消泡装置可进行旋转，旋转速度为60转/分，消泡装置可将纺丝液液面上的气泡割破，实现对纺丝液的动态旋转消泡操作；

步骤六、纺丝液在反应釜内静置，反应釜每两个小时放气、抽空一次，一般进行三次循环，实现纺丝液的静态脱泡操作。

对比例1、未采用消泡装置进行动态旋转消泡，其他步骤均与实施例2相同。

依次对实施例1、实施例2、实施例3和对比例1检测纺丝液中气泡的数量，如表1所示：

表一

为了实现上述纺丝液脱泡方法，采用反应釜进行脱泡处理，如图1-图4所示：反应釜包括罐体1和消泡装置，罐体1的上部设置有进料口11，罐体1的底部设置有出料口12，罐体1内设置有环形进料管2，环形进料管2与进料口12连通，罐体1在环形进料管2的下方依次设置有上层伞形导流板3和下层伞形导流板4，上层伞形导流板3和下层伞形导流板4分别向下倾斜设置，环形进料管2在对应上层伞形导流板3处设置有若干个出液孔21，消泡装置包括转盘5和刀6，转盘5沿罐体1的中心轴设置，转盘5可绕其中心轴转动以及沿其中心轴上下移动的设置在罐体1内，刀6设置有若干个并且间隔设置在转盘5上，罐体1上设置带动转盘5转动以及带动转盘5上下移动的驱动机构。驱动机构可为电机和传动轴的结构，只要能实现转盘进行转动或移动即可，因此类驱动机构为常规技术，因此在本文中不具体介绍。

其中下层伞形导流板4的外边缘延伸至罐体1的侧壁处，可将纺丝液导流至罐体的侧壁上。

其中上层伞形导流板3通过第一连接板71与罐体1的上部侧壁连接，上层伞形导流板3和下层伞形导流板4通过第二连接板72相互连接，下层伞形导流板4的内边缘处设置有挡板41。

其中罐体1上还设有入孔13、温度计口14、真空口15、压力表口16、空气进口17、醋酸溶液进口18、安全阀口19、取样口101、进水口102、视镜口103。

以上实施例，只是本发明优选地具体实施例，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都包含在本发明的保护范围内。