[发明专利]一种离子液体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子液体及其制备方法和用途。

背景技术

随着环境污染问题的突出、石油等资源的日渐枯竭，自然资源合理、有效、环保地利用成为人们关注的焦点。自然界中纤维素的存量约为7000亿吨，而且还在以每年400亿吨的速度再生，它是地球上蕴藏最丰富的天然可再生资源。由于没有合适的溶剂，每年仅仅有1亿吨纤维素作为原料得到进一步加工。传统的能够溶解纤维素的溶剂包括多聚甲醛、N，N-二甲基乙酰胺和氯化锂的混合物、多聚磷酸、无机盐水溶液、二硫化碳等等，它们或多或少存在毒性、腐蚀性、污染、溶解能力有限、工艺步骤繁杂等缺点。因此寻找更绿色的溶剂显得尤为必要。

N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)是近些年产业化的能够直接溶解纤维素的溶剂，溶剂无毒、无腐蚀性、可回收，所得纤维(Lyocell)性能也比较好，但其仅仅是溶剂法纤维素纤维生产的开端，仍有很多不足的地方：1)溶剂NMMO中含有氮氧键，易于造成纤维素的氧化降解，同时溶剂加热温度超过130℃易于爆炸；2)溶剂回收难度大，且随着石油紧缺，原料价格上涨，目前的溶剂价格已经较Lyocell开始产业化时上涨很多；3)溶解过程中需要高真空脱水，能耗大；4)溶解过程中会出现高粘高弹状态，生产装置要求高；5)能够达到均匀溶液的浓度受限，所得纤维品种和生产成本及效率受到限制。

离子液体溶剂体系是在此基础上的又一大进步，相对于Lyocell的NMMO溶剂工艺，离子液体具有热和化学稳定、无挥发、溶解浓度高、易回收、成本低等优点，同时也是无污染、无毒的溶剂。离子液体为溶剂体系的纤维素加工方法由于其绿色环保、工艺简约、所得产品性能优越，正越来越受到广泛的关注。

专利US6824599首先公开了一类烷烃基离子液体及其溶解纤维素的方法，其中包括分子式如M⁺N^-的离子液体，其中的阳离子M⁺为所示的咪唑型阳离子，其中R₁和R₂为1-6碳的烷基或者烷氧基，并且R₃、R₄和R₅为氢、1-6碳的烷氧基或者烷氧烷基，阴离子为Cl^-、Br^-、SCN^-、PF₆^-或者BF₄^-中的一种。这种离子液体多数结晶性很强，实际操作中难于溶解离子液体重量12％以上的纤维素。

申请号为02155945.7题为“一种含不饱和双键的室温离子液体及制备方法和应用”的中国专利公布了分子式如M⁺N^-的离子液体以及这种离子液体的制备方法利这种离子液体在纤维素溶解和纤维素衍生化等方面的应用，其中阳离子M⁺为R₁为含有1～4个碳原子的饱和或不饱和的烃基，R₂符合以下规则：a)至少含有2个碳原子；b)不多于20个碳原子；c)至少含有一个双键。其中N^-选自以下阴离子：氯、溴、碘、醋酸根、硫酸根、硝酸根、四氟硼酸根、硫氰酸根、六氟磷酸根、对甲苯磺酸酸根、三氟甲磺酸根中的一种。由于离子液体结构中有含不饱和双键烯烃基团，所以在70～100℃温度范围内，可以快速溶解不经任何处理的纤维素。但是也可能由于双键的引入，在适当的条件下引发聚合，生成新的聚电解质，因此含不饱和双键的烯烃基的离子液体存在热和化学不稳定的缺点。也是由于双键的引入，在溶解纤维素时易于引起离子液体的损耗和纤维素的降解。