[发明专利]一种纤维素溶液及溶解纤维素的方法

说明书

本发明公开了一种纤维素溶液及溶解纤维素的方法。将纤维素加入温度0～20℃浓度为1.0～2.5M的烷基氢氧化铵水溶液，搅拌0.5‑5分钟即可得到透明的纤维素溶液；所述的烷基氢氧化铵为苄基三甲基氢氧化铵和苄基三乙基氢氧化铵中的一种或两种混合。本发明适用于分子量6.4×10⁴～1.5×10⁵的天然纤维素，操作简单方便，溶解时间短，对环境无污染；溶剂体系是单组份溶剂，制得的纤维素溶液可以以0～0.5M的烷基氢氧化铵水溶液为凝固浴对纤维素进行再生，废液中的烷基氢氧化铵易于回收和循环利用，具有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纤维素溶液及溶解纤维素的方法，属于纤维素技术领域。

背景技术

充分利用可再生资源和资源的可持续发展已成为科技研发的重要方向。纤维素是世界上最丰富的可再生资源，充分利用纤维素不仅可以环境保护，而且可以节省有限的石油资源。但是，由于纤维素存在复杂的分子间、分子内氢键结构及高结晶性，使纤维素不能熔融且溶解困难，这造成纤维素还远没有达到工业上充分利用。目前工业领域大规模应用仍然是黏胶法，由于粘胶工艺存在环境污染，而其他有机或无机溶剂，例如二甲基亚砜-氮氧化物(美国专利3236669,1966)，ZnCl₂水溶液(美国专利5290349，1994)，LiCl/DMAc(美国专利4302252，1981)等溶解过程复杂，溶剂价格昂贵且不易回收，难以工业应用；N-甲基吗啉氧化物-N-氧化物(NMMO)(美国专利2179181,1939；英国1144048,1967；美国专利4246221,1981)由于其价格昂贵，纺丝温度较高等原因，工业化生产进展缓慢。日本报告NaOH水溶液溶解性纤维素(日本专利1777283，1983；美国专利4634470)，但是木浆纤维素必须使用经过蒸汽爆炸处理(聚合度小于250)，并且得到的是低强度长丝；碱/尿素水溶液溶剂(00114486.3；03128386.1；200310111447.8；200310111567.8)，必须低温预冷,溶液较易凝胶。还有碱/硫脲水溶液溶剂(201410566366.5)，可以在0℃以上温度下溶解纤维素，但存在溶剂回收工艺复杂等问题；烷基氢氧化铵水溶液(201710414026.4)，可以溶解粘均分子量为7.0×10⁴～3.0×10⁵的天然纤维素，纤维素溶液稳定性强，对环境无污染，且溶解是物理过程，未发生化学反应，烷基氢氧化铵易于回收和循环利用，但纤维素溶剂分散液必须在-10～-30℃下预冷完全冻结，不利于工业化应用。极性有机溶剂与四烷基季铵碱溶液(201810172194.1；ACS Sustainable Chem.Eng.2018,6,3,2898-2904)可以快速溶解微晶纤维素，但纤维素的聚合度较低。此外，微晶纤维素或秸秆纤维素加入35-50％的四丁基氢氧化铵水溶液中(201510093034.4)，在30-40℃温度下进行搅拌5-15min，然后在12-16℃条件下继续搅拌15-90min，最后在20-30℃条件下静置20-60min溶解，该过程复杂，纤维素聚合度较低，限制了其工业化应用；如果在该体系中加入尿素，可以溶解纤维素的聚合度提高到541(韦炜.西南交通大学博士论文,2018)。

发明内容

为了克服现有技术中存在的纤维素溶解方法繁多，溶解时间长，成本高且有污染，条件苛刻等缺点，本发明提供了一种利用烷基氢氧化铵在0℃以上温度溶解纤维素的方法，该方法溶解纤维素时间短，并且条件易于控制，对环境安全，并且溶剂易于回收和再循环。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种纤维素的溶解方法，包括以下步骤：将纤维素加入温度0～20℃浓度为1.0～2.5M的烷基氢氧化铵水溶液中，搅拌0.5-5分钟即可得到透明的纤维素溶液。

优选地，上述的一种纤维素的溶解方法，纤维素加入烷基氢氧化铵之前，先在0～20℃的水中润湿。

优选地，上述的一种纤维素的溶解方法，水的用量为纤维素用量的0～100倍。