Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO溶液蒸发特性研究

雷海斌

（福建宏远集团有限公司，福建 泉州 362000）

Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO溶液蒸发特性研究

雷海斌

（福建宏远集团有限公司，福建 泉州 362000）

文章探讨了Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO水溶液蒸发特性，结果表明，NMMO水溶液饱和蒸气压随着NMMO浓度的增大而减小，随着温度的升高而增大；NMMO水溶液的饱和蒸气压lnP与1/T具有良好的线性关系；NMMO水溶液的蒸发焓随着浓度变化其变化不大。本研究为Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO回收溶液增浓工艺及蒸发器的设计提供了重要的理论依据。

NMMO；温度；溶度；饱和蒸气压

Lyocell纤维是采用N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）的水溶液溶解纤维素后进行纺丝制得的一种再生纤维素纤维。该纤维名称是由BISFA（国际人造纤维及合成纤维标准局）命名的，美国联邦贸易委员会也确认通过上述工艺生产的再生纤维素纤维名称为Lyocell。Lyocell纤维力学性能优良，兼具棉纤维的舒适性、粘胶纤维的悬垂性和色彩鲜艳性、真丝的柔软手感和优雅光泽等优点。Lyocell生产属密闭式循环，溶剂NMMO可以回收并循环利用，属于绿色环保型纤维[1]。

溶剂NMMO的回收率作为Lyocell纤维工业化生产的关键因素，其在循环利用过程中，存在着NMMO质量分数由86.5%稀释至5%～20%，然后又浓缩至 86.5 %的过程。因而研究NMMO水溶液的蒸发特性对NMMO水溶回收循环工艺提供了重要的理论依据。

1 实验部分

1.1 实验仪器

饱和蒸气压测定装置；水循环真空泵；不锈钢稳压包；阿贝折射仪；恒温油浴装置；容量瓶。

1.2 实验试剂

NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）。

1.3 实验方法

用容量瓶配置不同溶度的NMMO水溶液，采用文献[2]所述的方法测定不同溶度和温度下NMMO水溶液的饱和蒸气压。

1.4 不同溶度NMMO水溶液的折射率

称取不同质量的NMMO配制成不同浓度梯度的NMMO水溶液，并在阿贝折射仪上测定其折射率，绘制成NMMO水溶液与折射率的标准曲线，如图1.1所示。

图1.1 标准曲线

2 结果与分析

2.1 浓度和温度对NMMO水溶液饱和蒸气压的影响

图2.1 不同浓度温度下NMMO水溶液饱和蒸气压

图2.1为不同温度和浓度下NMMO水溶液饱和蒸气压。由图2.1可以看出NMMO水溶液饱和蒸气压随着NMMO浓度的增大而减小，这主要是由于NMMO为一环状叔胺氧化物，其在水溶液中主要以分子的形式存在，分子中的强极性官能团N→O上氧原子的两对孤对电子与水分子中的H原子形成强的氢键HO-H…O←N[3]，当NMMO浓度增大时，NMMO与溶剂水分子作用力增大，导致溶液的挥发性减小，饱和蒸气压随之降低；由图2.1还可以看出NMMO水溶液饱和蒸气压随着温度的升高而增大，这主要是由于温度升高，液体分子热运动加剧，有更多的水分子汽化进入气相中，从而导致饱和蒸气压变大。

2.2 线性拟合结果

液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程来表示：

式中，P—蒸气压，kPa；

根据实验测定的实验数据，绘制lnP与1/T的关系图如图2.2所示。

图2.2 NMMO水溶液lnP与1/T关系图

将所得的结果进行拟合，拟合后所得的方程、R’值和△evapHm如表2-1。由图2.2和表2-1可知，NMMO水溶液的lnP与1/T具有较好的线性关系，且浓度越低，线性关系越好。这可能是由于当NMMO浓度达到62.5%以上时，NMMO水溶液中存在结合水，从而导致NMMO水溶液的lnP与1/T线性关系较差，甚至失去线性关系。从表2-1数据中还可以看出NMMO浓度的变化，NMMO水溶液蒸发焓的变化不大，因为蒸发焓主要是温度的函数，浓度对其影响较小。

表2-1 NMMO水溶液线性回归相关系数与蒸发焓

3 结论

通过对Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO水溶液蒸发特性的研究，可以得到以下结论：

（1）Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO水溶液饱和蒸气压随着NMMO浓度的增大而减小，随着温度的升高而增大。

（2）Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO水溶液的饱和蒸气压lnP与1/T具有良好的线性关系。

（3）Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO水溶液的蒸发焓随着浓度变化其变化不大。

（4）通过对NMMO溶液的蒸发特性的研究为Lyocell纤维纺丝溶剂NMMO回收溶液增浓工艺及蒸发器的设计提供了重要的理论依据，。

[1] 许虎,徐鸣风,程春祖,等.流变法研究铜对Lyocell纤维纺丝原液热稳定性的影响[J].合成纤维,2012,41(12):13-16.

[2] 孙尔康,徐维清,邱金恒.物理化学实验[M].南京:南京大学出版社.2006.

[3] 蒋应梯,许炯.制竹Lyocell纤维的竹浆纯化与溶解工艺研究[J].竹子研究会刊,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，助理工程师，主要从事Lyocell纤维生产与技术开发；email：hbray1988@163.com。