[发明专利]一种纤维素溶液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素溶液及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界分布最广、储量最大的天然资源之一，其可再生和可降解性符合当代循环经济、绿色环保的要求。但其应用开发受到技术限制一直裹足不前，特别是粘胶纤维生产过程中存在的化学反应工序和污染一直是人们关注的问题，这些催生了直接溶解纤维素溶剂的诞生。Lyocell采用的就是将纤维素直接溶解在有机纤维素溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中的方法制备的，溶剂无毒且可回收，生产过程中无化学反应工序、无污染，目前已经工业化。但Lyocell在生产过程中也有一些缺点：主要是溶剂热稳定性不好，溶剂回收难度大、所得纤维品种和生产成本及效率受到限制。所以人们一直在寻找一种更安全、价廉、绿色、高效的纤维素溶解溶剂。

2004年11月30日公布的美国专利US6824599公开了亲水离子液体中的纤维素溶液配方，所述溶剂是包含有机阳离子和非有机或者有机阴离子的亲水溶剂，并且给出了一系列可能的离子液体对应的化合物的结构，其中包括本发明中用到的一些咪唑型的离子溶剂。除此之外，这篇专利中还公开了一种在所述的亲水离子液体中溶解纤维素的方法，但是都是采用一种离子液体来溶解纤维素。同时这篇专利并没有具体涉及到生产加工中溶解纤维素的方法和优缺点，如溶液制备过程中会出现的高粘高弹态的加工处理方法，以及对溶液性质的不同影响等方面。

2004年4月28日公布的申请号为02147004.9，题为“一种纤维素溶液及其制备方法”的中国专利，提供了一种以离子液体为溶剂的新型纤维素溶液及其制备方法，其中的离子液体为醋酸1-乙基3-甲基咪唑、氯化1-烯丙基3-甲基咪唑、1-烯丙基，醋酸3-甲基咪唑或者1-丁基3-甲基醋酸咪唑盐，所述的咪唑型离子液体与纤维素的重量比是3～8：100。然而对于其中涉及到的离子液体含有不饱和的双键，在溶解纤维素时易于引起纤维素的降解和离子液体的损耗。同时在这篇专利申请中，也是只采用一种离子液体来溶解纤维素的。

2006年1月5日公布的申请号为DE200410031025，题为“纤维素成型的工艺与设备”的德国专利，提供了采用氯化1，3-二烷基咪唑为溶剂溶解纤维素的工艺与设备，其中没有涉及到采用离子液体复配的方案。2006年8月16日公开的申请号为CN200610023543.0，题为“纤维素纤维纺丝原液的制备方法”的专利，采用了[BMIM]Cl和[BMIM]BF₄的混合液为溶剂溶解纤维素的方法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种均匀稳定纤维素溶液。

本发明的另一个目的是提供一种制备这种均匀稳定纤维素溶液的方法。

本发明的一个方面提供了一种纤维素溶液，该纤维素溶液包括纤维素和能溶解纤维素的咪唑型离子液体，其中的纤维素占纤维素溶液重量5.0％～30.0％，离子液体是醋酸1-乙基-3-甲基咪唑与氯化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-乙基-3-甲基咪唑中的一种或者两种的组合。

本发明的一个优选的实施方式是纤维素来自棉浆粕、木材浆粕、竹浆粕或者草浆粕中的一种或几种。

本发明的另一个优选的实施方式是离子液体是氯化1-苄基-3-甲基咪唑与醋酸1-乙基-3-甲基咪唑的组合物，并且氯化1-苄基-3-甲基咪唑与醋酸1-乙基-3-甲基咪唑的质量比为10：90～90：10。

本发明的再一个优选的实施方式是离子液体是氯化1-乙基-3-甲基咪唑和醋酸1-乙基-3-甲基咪唑的组合物，并且氯化1-乙基-3-甲基咪唑的质量不超过醋酸1-乙基-3-甲基咪唑的质量。

本发明的再一个优选的实施方式是离子液体是醋酸1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑和氯化1-乙基-3-甲基咪唑三种离子液体的组合物，所述的醋酸1-乙基-3-甲基咪唑与氯化1-苄基-3-甲基咪唑的质量比为1：99～99：1，并且氯化1-乙基-3-甲基咪唑的质量不超过醋酸1-乙基-3-甲基咪唑的质量。

本发明的再一个优选的实施方式是所提供的纤维素溶液，其中所述的纤维素占所述的纤维素溶液重量的10.0％～20.0％。

不同的离子液体存在熔点、粘度、分子量、极性、相容性等性质上的差异，其溶解纤维素也具有溶解浓度、溶解温度、体系结构特征、溶液流变特性和成型性能等方面的不同，然而通过不同离子液体的复配，可以实现离子液体的优化组合，这为其溶解纤维素、调控纤维素成型性能提供了广阔的空间。