[发明专利]一种碱活化溶解纤维素的方法

说明书

本发明涉及一种碱活化溶解纤维素的方法，主要解决现有纤维素溶解方法存在的工艺复杂、污染环境、所得胶体不够稳定等不足。首先将纤维素和氢氧化钠溶液混合，挤干水分后加热存放一段时间，然后将所得混合物与少量碱液再次混合后冷冻固化，最后解冻搅拌均匀即可。该方法工艺较为简单，涉及到的原料较少且价廉易得，所得纤维素溶液稳定性好，不含易挥发有机物和重金属盐，降低了后续水处理的难度。

技术领域

本发明涉及纺织加工技术领域，具体涉及一种碱活化溶解纤维素的方法。

背景技术

纤维素纤维是一类重要的天然高分子材料，是地球上广泛存在的可再生资源，对纤维素进行研究、开发和应用具有重大意义。到目前为止，由纤维素磺酸酯制备的粘胶纤维在纺织工业的人造纤维中仍占据主导地位，然而粘胶纤维的生产工艺流程较长，并且生产过程会产生H₂S、CS₂等有害气体和含硫化物废水，存在严重的环境污染问题。随着世界范围内对环境污染越来越严格的控制，必然导数粘胶纤维生产成本的增加及产量的减少。因此国内外许多科研人员对纤维素的溶解进行了大量研究，力图解决纤维素纤维生产过程中的污染问题。

粘胶生产工艺对环境的污染和破坏向来引人诟病，这些缺陷必然会带来新技术的引入和革新。目前比较热门的研究是合成纤维素氨基甲酸酯或者引入氨基基团，主要思路都是将氨基基团接入到纤维素的活泼羟基上，以此来打破纤维素分子内和分子间由氢键形成的有序排列。目前此类方法正处在面向实际生产的试验阶段，中国专利CN1687137A报道了纤维素和尿素在高温下进行反应生成纤维素氨基甲酸酯，然后直接在稀碱中溶解得到纺丝液；中国专利CN101100517A提到了一种适合低聚合度纤维的溶解方法，即用氢氧化锂溶液与纤维素在较低温度下生成碱纤维素，再加入硫脲水溶液，室温下搅拌辅助溶解；武汉大学和湖北天思提出将纤维素和低配比的尿素在微波或高温下进行反应，然后在碱锌溶剂体系中进行低温冷冻溶解(中国专利CN102432894A)。该类方法的优点在于避免了含硫化合物带来的大气污染，缺点在于用过量的尿素或硫脲或其他氮基添加剂，也会造成潜在的氮基污染物排放；在尿素或硫脲添加较少时胶体存放时间较短，制胶时对纤维素浆粕的性质参数有较为苛刻的选择性。总体来说，生产纤维素氨基甲酸酯或者引入氨基的工艺条件较为复杂，溶剂体系需要进一步改良。

粘胶生产工艺中有一段碱活化处理的工艺，其主要起到了降聚和破坏结晶区的作用。理论上，碱溶液不仅能达到纤维的无定形区而且能渗透至晶区或原纤内引起纤维溶胀，碱处理可降低纤维素的聚合度和结晶度并使纤维膨化，其机理为：纤维素在碱性溶剂中会发生碱性降解，部分配糖键断裂末端基剥落，温度较高时还会与氧气发生氧化降解。这些反应导致了纤维素分子链的断裂，同时羟基发生碱化反应，生成了碱纤维素，破坏了纤维素的有序结构，促进了纤维素的溶解。李翠珍、宋建勇等在“纤维素-强碱溶液体系的研究”一文中指出，在较低温度(0-2℃)条件下，氢氧化钠溶液可以完全溶解聚合度低于500的纤维素。我们认为在更低温度(-10℃以下)，氢氧化钠溶液的溶解能力更强。更低温度下纤维素结晶区的键能相对更低，氢氧化钠对纤维素的溶解能力增强，适当降低聚合度的纤维素可以实现完全溶解。

本申请充分吸取前人思路的优点，摒弃了引入基团和合成中间产物的工艺，采用了碱液热处理和低温冷冻结合的方式。总体思路是，通过碱液在较高温度下处理纤维素以此生成碱纤维素，使纤维素膨化并适当降低纤维素分子的聚合度和结晶度，再配合低温冷冻进一步溶解结晶区，从而实现对纤维素的完全溶解。

发明内容

本发明的目的在于克服现有纤维素溶解加工工艺存在的上述不足，提供一种碱活化溶解纤维素的方法。本发明溶解纤维素仅仅使用了氢氧化钠溶液，不涉及尿素、氧化锌等其它试剂的使用，纤维素的溶解性、稳定性好，整个工艺流程较为简单。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种碱活化溶解纤维素的方法，具体如下：

(a)将纤维素投入强碱溶液中，搅拌使其充分浸润；