Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO溶液蒸發(fā)特性研究

雷海斌

（福建宏遠(yuǎn)集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362000）

Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO溶液蒸發(fā)特性研究

雷海斌

（福建宏遠(yuǎn)集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362000）

文章探討了Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO水溶液蒸發(fā)特性，結(jié)果表明，NMMO水溶液飽和蒸氣壓隨著NMMO濃度的增大而減小，隨著溫度的升高而增大；NMMO水溶液的飽和蒸氣壓lnP與1/T具有良好的線性關(guān)系；NMMO水溶液的蒸發(fā)焓隨著濃度變化其變化不大。本研究為Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO回收溶液增濃工藝及蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

NMMO；溫度；溶度；飽和蒸氣壓

Lyocell纖維是采用N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）的水溶液溶解纖維素后進(jìn)行紡絲制得的一種再生纖維素纖維。該纖維名稱是由BISFA（國際人造纖維及合成纖維標(biāo)準(zhǔn)局）命名的，美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)也確認(rèn)通過上述工藝生產(chǎn)的再生纖維素纖維名稱為Lyocell。Lyocell纖維力學(xué)性能優(yōu)良，兼具棉纖維的舒適性、粘膠纖維的懸垂性和色彩鮮艷性、真絲的柔軟手感和優(yōu)雅光澤等優(yōu)點(diǎn)。Lyocell生產(chǎn)屬密閉式循環(huán)，溶劑NMMO可以回收并循環(huán)利用，屬于綠色環(huán)保型纖維[1]。

溶劑NMMO的回收率作為Lyocell纖維工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，其在循環(huán)利用過程中，存在著NMMO質(zhì)量分?jǐn)?shù)由86.5%稀釋至5%～20%，然后又濃縮至 86.5 %的過程。因而研究NMMO水溶液的蒸發(fā)特性對NMMO水溶回收循環(huán)工藝提供了重要的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

飽和蒸氣壓測定裝置；水循環(huán)真空泵；不銹鋼穩(wěn)壓包；阿貝折射儀；恒溫油浴裝置；容量瓶。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

NMMO（N-甲基嗎啉-N-氧化物）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

用容量瓶配置不同溶度的NMMO水溶液，采用文獻(xiàn)[2]所述的方法測定不同溶度和溫度下NMMO水溶液的飽和蒸氣壓。

1.4 不同溶度NMMO水溶液的折射率

稱取不同質(zhì)量的NMMO配制成不同濃度梯度的NMMO水溶液，并在阿貝折射儀上測定其折射率，繪制成NMMO水溶液與折射率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1.1所示。

圖1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與分析

2.1 濃度和溫度對NMMO水溶液飽和蒸氣壓的影響

圖2.1 不同濃度溫度下NMMO水溶液飽和蒸氣壓

圖2.1為不同溫度和濃度下NMMO水溶液飽和蒸氣壓。由圖2.1可以看出NMMO水溶液飽和蒸氣壓隨著NMMO濃度的增大而減小，這主要是由于NMMO為一環(huán)狀叔胺氧化物，其在水溶液中主要以分子的形式存在，分子中的強(qiáng)極性官能團(tuán)N→O上氧原子的兩對孤對電子與水分子中的H原子形成強(qiáng)的氫鍵HO-H…O←N[3]，當(dāng)NMMO濃度增大時(shí)，NMMO與溶劑水分子作用力增大，導(dǎo)致溶液的揮發(fā)性減小，飽和蒸氣壓隨之降低；由圖2.1還可以看出NMMO水溶液飽和蒸氣壓隨著溫度的升高而增大，這主要是由于溫度升高，液體分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，有更多的水分子汽化進(jìn)入氣相中，從而導(dǎo)致飽和蒸氣壓變大。

2.2 線性擬合結(jié)果

液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉貝龍方程來表示：

式中，P—蒸氣壓，kPa；

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制lnP與1/T的關(guān)系圖如圖2.2所示。

圖2.2 NMMO水溶液lnP與1/T關(guān)系圖

將所得的結(jié)果進(jìn)行擬合，擬合后所得的方程、R’值和△evapHm如表2-1。由圖2.2和表2-1可知，NMMO水溶液的lnP與1/T具有較好的線性關(guān)系，且濃度越低，線性關(guān)系越好。這可能是由于當(dāng)NMMO濃度達(dá)到62.5%以上時(shí)，NMMO水溶液中存在結(jié)合水，從而導(dǎo)致NMMO水溶液的lnP與1/T線性關(guān)系較差，甚至失去線性關(guān)系。從表2-1數(shù)據(jù)中還可以看出NMMO濃度的變化，NMMO水溶液蒸發(fā)焓的變化不大，因?yàn)檎舭l(fā)焓主要是溫度的函數(shù)，濃度對其影響較小。

表2-1 NMMO水溶液線性回歸相關(guān)系數(shù)與蒸發(fā)焓

3 結(jié)論

通過對Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO水溶液蒸發(fā)特性的研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO水溶液飽和蒸氣壓隨著NMMO濃度的增大而減小，隨著溫度的升高而增大。

（2）Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO水溶液的飽和蒸氣壓lnP與1/T具有良好的線性關(guān)系。

（3）Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO水溶液的蒸發(fā)焓隨著濃度變化其變化不大。

（4）通過對NMMO溶液的蒸發(fā)特性的研究為Lyocell纖維紡絲溶劑NMMO回收溶液增濃工藝及蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)，。

[1] 許虎,徐鳴風(fēng),程春祖,等.流變法研究銅對Lyocell纖維紡絲原液熱穩(wěn)定性的影響[J].合成纖維,2012,41(12):13-16.

[2] 孫爾康,徐維清,邱金恒.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].南京:南京大學(xué)出版社.2006.

[3] 蔣應(yīng)梯,許炯.制竹Lyocell纖維的竹漿純化與溶解工藝研究[J].竹子研究會(huì)刊,2010,3(29):47-56.

10.3969/j.issn.1007-550X.2017.08.003

TQ341+.1

A

1007-550X（2017）08-0033-03

2017-04-26

雷海斌（1988-），男，助理工程師，主要從事Lyocell纖維生產(chǎn)與技術(shù)開發(fā)；email：hbray1988@163.com。