[发明专利]一种制备纺丝用低取代度羟乙基纤维素溶液的方法

说明书

本发明公开了一种制备纺丝用低取代度羟乙基纤维素溶液的方法，属于材料技术领域。所述方法是以NaOH复合溶剂同时作为纤维素的碱化试剂及羟乙基纤维素的溶剂；所述NaOH复合溶剂包括NaOH和助溶剂，所述助溶剂为尿素、硫脲、氧化锌和聚乙二醇中的一种或多种；所述碱化温度为0～10℃。本发明采用低浓度的NaOH/ZnO复合溶液作为纤维素碱化试剂，以替代原有浓度高达18～23％NaOH溶液，ZnO的加入并配合低温可在保证碱化效果的同时降低了NaOH的用量，同时，还省略了原有气固相合成中加入过量醋酸中和、过滤洗涤，烘干粉碎步骤，大大缩短了生产工序，减少化学品消耗。

技术领域

本发明涉及一种制备纺丝用低取代度羟乙基纤维素溶液的方法，属于材料技术领域。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭，纤维素作为自然界中最丰富的天然高分子材料被越来越多的人寄予厚望，对以生物降解好、生物相容性好、来源广泛的天然纤维素为原料生产的再生纤维素纤维进行研究和开发，可以进一步充分利用纤维素资源和促进化纤行业的可持续发展。但纤维素具有较高的结晶度，分子间与分子内存在大量的氢键，使其不溶于普通溶剂。现在纤维素采用的大多数溶剂存在工艺复杂、流程长、污染严重、成本高、回收困难等弊端，因此以氢氧化钠(NaOH)水溶液为基础的碱溶剂体系因其具备价格低廉、与纤维素间相互作用强烈、工艺流程与粘胶相似等优点，成为研究人员持续关注与研究的热点。武汉大学张俐娜团队对纤维素在NaOH/尿素、NaOH/硫脲体系中的溶解做了详尽研究，发现7wt％NaOH/12wt％尿素水溶液以及9.5wt％NaOH/4.5wt％硫脲水溶液在预冷到-12℃时对纤维素有最佳的溶解能力，但可溶解的纤维素聚合度和溶液固含量仍受到限制，形成的纤维素溶液长久放置易形成不可逆凝胶，力学性能有待提高，不利于工业化生产。

利用纤维素醚化反应得到改性后的产物——低取代度的羟乙基纤维素(HEC)，通过弱化纤维素分子间的氢键作用来促进纤维素的溶解，在保持纤维素基本特性的同时，改善了在碱性溶剂中的溶解能力，提高可溶解纤维素的聚合度和溶液固含量，形成的溶液具有良好的成膜、成纤性，对现有的粘胶设备稍加改造即可应用于工业化生产。然而，羟乙基纤维素制备、溶解流程复杂，溶解效果有待改善，较低聚合度的纤维素原料难以保证纤维的力学性能，这些都阻碍了其进一步发展和应用。

专利CN201910465188.X、CN201010590484.1采用液相法制备HEC，所生产的为高摩尔取代度HEC，且粘度过高，生产过程中需要使用大量有机溶剂，回收困难，污染严重，不适用于纺丝用HEC的合成。CN02115697.2中采用均相法制备HEC，将纤维素均匀溶解于NaOH/urea等溶剂后再进行醚化反应，所得HEC结构均匀性好，但只能制备低聚合度纤维素，且生产制备流程长，也不适用于纺丝用HEC的合成。在专利CN200710045669.2、CN201210472206.5、CN201010207635.0中利用气固相法制备HEC，采用18～23％的碱液对纤维素碱化，再经过压榨、醚化、中和、过滤洗涤、烘干粉碎等工序制备HEC，所得HEC溶解后粘度适中，固含量高，可以用于纺丝。然而，制备出的HEC结构不均匀，且必须经过中和、过滤洗涤、烘干粉碎，即精制HEC粉末，然后再低温溶解这一系列繁琐工序才能得到质量相对稳定、溶解较好的纺丝用HEC溶液，酸碱等化学试剂消耗量大，不利于工业化生产。故目前急需要开发一种新型的纺丝用HEC粉末及溶液的制备方法。

发明内容

针对目前气固相法制备纺丝用HEC中存在制备工艺流程复杂繁琐、化学试剂消耗量大、HEC结构不均匀等问题，本发明提供了一种纺丝用低取代度羟乙基纤维素溶液的制备方法，即采用与纤维素作用剧烈的低浓度NaOH复合溶液同时作为纤维素的碱化试剂及羟乙基纤维素的溶剂，醚化改性后直接加入计量好的NaOH复合溶液即可在低温下制备羟乙基纤维素溶液，省略了pH中和、过滤洗涤、烘干粉碎等工序，在保证溶解效果的前提下，极大减少了酸碱等化学试剂的消耗，缩短了工艺流程。