[发明专利]一种制备纤维素溶液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素溶剂技术领域，特别涉及一种纤维素溶剂及用其制备纤维素溶液的方法。

背景技术

纤维素是自然界中含量最为丰富的一种天然生物高分子，其在全球范围内都广泛分布并且具有来源多样性。人类可以从植物(比如树木、棉花、竹子或农作物秸秆等)或者细菌的分泌物中提取未经改性的天然纤维素。纤维素具有可再生性、生物降解性、生物相容性和可衍生化等诸多优良特性。因而基于纤维素的各种产品已在技术高度发达的现代社会，特别是纺织、造纸、涂料、包装、复合材料、医疗、卫生及环境工程等领域中得到了广泛的应用。作为一种可再生原材料，纤维素及其各种衍生物也可以代替许多衍生自石油原料的化学品，比如合成塑料及化纤等。近年来，随着不可再生化石资源总量的日趋减少，纤维素资源化利用的重要性也日益显著。

人类迄今尚未完全开发出纤维素基产品的所有潜在价值，一部分原因是人们的注意力自二十世纪四十年代开始向各种衍生自石油的聚合物类材料转移。此外，由于纤维素内部具有高密度的分子内和分子间氢键相互作用，导致其既不能熔融，也难以简单高效、经济环保地溶解于一些常见的溶剂中；而各种传统的纤维素溶剂及溶解方法也大多存在环境污染、工艺复杂、成本高昂及条件苛刻等缺点，这也是目前纤维素远远没有达到充分利用的另一方面原因。比如目前90％以上的再生纤维素制品，如人造纤维或玻璃纸等，仍采用传统粘胶法进行生产。该方法不仅工艺冗长，而且在生产过程中会产生大量废水以及有毒气体(如CS₂和H₂S等)，对人体健康造成巨大影响，同时也对环境造成严重污染。随着工业污染的日趋严重以及随之而来的政府管制，对绿色工艺的需求变得越来越突出。而纤维素溶剂，特别是可物理溶解纤维素的非衍生化溶剂，是纤维素进行环保化和高值化开发及利用的关键问题和核心技术，因而开展新型纤维素溶剂体系的研究与开发，实现简单高效、经济环保地溶解纤维素，具有重大的工业价值和社会意义。

近年来，关于纤维素非衍生化溶剂的研究已取得了较大进展，比如氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺LiCl/DMAc(U.S.Patent 4302252,1981)、N-甲基吗啉-N-氧化物NMMO(J.Polym.Sci.:Polym.Lett.Ed.,1979.17:219-226；CN 1061106C)、离子液体ILs(CN 100365050C；CN 101215725B；CN 100334270C；)、NaOH/硫脲(CN 102432892B；CN 102964606B)以及熔盐水合物(如LiClO4·3H2O,LiSCN·2.5H2O,ZnCl2·4H2O等)等溶剂体系。其中NMMO被认为是一种非常有前途的纤维素溶剂，1978年德国Akzo Nobel公司首先获得了它的纤维素纤维溶剂纺丝法专利，并于1980年获得生产工艺专利；但是NMMO溶剂体系一方面溶解度受含水率(包括溶剂、样品及环境等方面)影响，另一方面存在溶解温度高及副反应等问题，因而具有极高的技术门槛和较高的生产成本。离子液体作为近年来兴起的绿色化学溶剂，目前也正是纤维素溶剂研究中的热点，其具有较好的纤维素溶解性及溶剂可回收性；但是它具有溶液粘度大和溶解温度高的缺点，并且由于少量的水即会严重影响其溶解性，故而不利于大规模工业化推广。NaOH/硫脲等这类溶剂为一种水相溶剂体系，且原料成本较低，是一种较为经济的溶剂体系；但是由于需要低温(-12℃)操作，而且其对纤维素的溶解度受到纤维素浓度和聚合度以及能耗等多方面因素影响，从而不利于其工业化推广。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目标为提供制备纤维素溶液的方法，并使其具有工艺简单、室温溶解、环境友好及对体系含水率不敏感、具备工业化生产潜力的优点。

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：

一种制备纤维素溶液的方法，将纤维素与纤维素溶剂相掺和形成掺和物，搅拌直至完全溶解而制得目标纤维素溶液。纤维素溶剂采用如下组成：有机碱占溶剂总重量5～70％，助剂占溶剂总重量2～90％，水占溶剂总重量1～65％；

所述有机碱为下列所述中的一种：

(1)四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三乙基苄基氢氧化铵、甲基三辛基氢氧化铵之中的一种物质或几种混合物；或

(2)四甲基氢氧化磷、四乙基氢氧化磷、四丙基氢氧化磷、四丁基氢氧化磷之中的一种物质或几种混合物；或

(3)由(1)和(2)所组成的混合物；