[发明专利]一种纤维素溶解液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纤维素领域，具体涉及一种纤维素溶解液及其制备方法与应用。

背景技术

纤维素是来源广泛、可再生的天然高分子材料，已经被广泛地应用于建材、日化、造纸、食品药品等领域。但是由于天然纤维素结晶度高，分子间和分子内存在大量的氢键，非结晶区复杂，使其难以溶于水和常规有机溶剂。因此，寻找纤维素有效的溶剂体系，研究高效溶解纤维素的方法，对克服纤维素难溶解、难融化和不可塑等缺陷具有重要意义。

由于传统溶剂溶解效率低、成本高、污染大的缺陷，二十世纪来，世界各国逐步转向开发溶解性能良好、易回收利用、环保的新型纤维素溶解体系。离子液体作为一种可替代传统化学溶剂的绿色溶剂，国内外已经开始研究其发展和应用，离子液体溶剂对无机化合物和有机化合物均具有良好的溶解性，它还具有高催化活性、稳定的化学性能、热稳定性、强极性、可设计性和可重复回收利用等优点。一般认为，纤维素在离子液体中的溶解是直接溶解，通过破坏纤维素分子间和分子内的氢键以达到纤维素的溶解。纤维素浸润在离子液体中首先发生了润胀，紧接着结构逐渐发生松散、解离。2002年Swatloski等人首次报道了用离子液体可以直接溶解纤维素，之后大量文献报道了纤维素在离子液体中的溶解与应用。美国专利US20030157351详细报道了一种纤维素在离子液中溶解和加工的方法；公开号为1491974和公开号为1818160的中国专利公开了利用几种咪唑盐离子液体溶解纤维素的方法；中国专利ZL02823875.3（申请号02823875.3）公开了采用离子液体溶解及加工纤维素的方法。以上专利都采用离子液体作为纤维素的溶剂。尽管离子液是纤维素的良溶剂，但纤维素和离子液组成的溶液普遍存在着粘度高而不利于加工的缺陷。离子液体是一种常温下熔融的电解质，具有良好的导电性，因此，纤维素离子液溶液具备电纺丝的有利条件，然而，若将纤维素离子溶液应用于电纺丝，仍需解决溶液的粘度问题。张军平等研究（张军平，稻壳纤维素衍生物的合成及其应用研究[D].西安:西北大学2002）提到向纤维素离子液体溶液中添加二甲基亚砜（DMSO），能促进纤维素溶胀，阻止分子链聚集，达到降低溶液粘度的作用。然而，添加DMSO降低粘度的同时又会起到稀释作用，降低了溶液中纤维素的含量，达不到纺丝溶液所需的浓度。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纤维素溶解液的制备方法，所述制备方法采用有机溶剂/离子液体混合溶剂对纤维素进行溶解，操作简便，溶解效率高，纤维素溶解浓度高，所得纤维素溶解液粘度低；

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的纤维素溶解液；

本发明的再一目的在于提供上述纤维素溶解液的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纤维素溶解液的制备方法，包括如下步骤：

（1）将有机溶剂加入到离子液体中，搅拌均匀，得到混合溶剂；

优选的，所述有机溶剂在所述混合溶剂中的质量百分比为10%～20%；

优选的，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）或二甲基亚砜（DMSO）中的一种；更优选的，所述有机溶剂为二甲基亚砜；

优选的，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[Emim]Ac）、1-丁基-3甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）或1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐（[Amim]Cl）中的一种；

（2）将纤维素加入步骤（1）所述混合溶剂中，先进行超声波分散，再进行磁力搅拌使所述纤维素溶解在所述混合溶剂中，得到纤维素溶解液；

优选的，所述纤维素为α-纤维素粉、棉浆纤维素、纤维素滤纸或针叶木纤维中的一种；更优选的，所述纤维素为α-纤维素粉；

优选的，所述纤维素的聚合度为360～1460；

优选的，所述纤维素在所述纤维素溶解液中的质量分数为10%～25%；

优选的，所述纤维素在加入混合溶剂前，先进行活化；活化的具体步骤为：将纤维素在质量分数为20%的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，再取出纤维素依次用无水乙醇和水洗涤，再将纤维素在真空度为-0.098KPa的真空干燥箱中60℃恒温干燥24h；

优选的，所述超声波分散的控制参数为：超声频率为16～24KHz，功率为10～30W，超声工作时间为3～5min，工作方式为间歇工作，每工作1min后停止1min；

优选的，所述磁力搅拌的控制参数为：温度为90～100℃，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为15～55min；