本發(fā)明以烷基咪唑型離子液體/DMSO/鋰鹽體系為溶劑，制備高濃低粘纖維素紡絲原液。

背景技術：
纖維素是地球上最豐富的自然資源之一，且具有良好的生物相容性和可降解性，對環(huán)境無污染，然而人類對其開發(fā)利用卻遠遠不及石油等傳統資源。隨著煤炭，石油等資源的耗竭以及環(huán)境的惡化，纖維素的充分利用對人類的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。然而未處理的纖維素不溶于一般的有機，無機溶劑，傳統的黏膠法生產的纖維素纖維雖然工藝已經非常成熟，但是依然伴隨著高污染、高能耗等問題。近年來，以離子液體溶解纖維素制備纖維素纖維成為人們研究的重點。離子液體在組成上與鹽相近，但熔點通常接近或者低于室溫，因此也被稱為室溫熔融鹽。隨著對離子液體研究的深入，發(fā)現很多離子液體高于室溫但低于水的沸點。離子液體具有蒸汽壓低、無揮發(fā)、物化性能穩(wěn)定、良好的溶解性等特點，被稱為“21世紀溶劑”、“綠色溶劑”，廣泛應用與有機合成、電化學、材料化學等領域，具有很好的研究和應用前景。關于以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法已有報道。專利CN101177792A公開了一種紡絲原液的制備方法，將纖維素粕與離子液體混合后，進行捏合和溶解，在捏合和溶解過程中采用減壓的方式脫除體系中的水分和空氣，制備纖維素纖維紡絲原液，這種方法的缺點是溶解時間長，粘度較大。專利CN101220522A公開了一種用雙螺桿擠出機制備纖維素/離子液體紡絲液的方法，將纖維素與離子液體以5∶25～95∶75的重量比均勻混合，然后喂入雙螺桿擠出機中，溫度控制范圍40～120℃，經攪拌真空脫水得到淡棕色透明的纖維素/離子液體紡絲液，然而這種方法制備的紡絲液溶解度較低，最高不過25％，生產成本高，不便于產業(yè)化。再有CN101476166A號專利公開了改良的以離子液體為溶劑的纖維素紡絲原液的制備方法，先將纖維素與離子液體混合，在70～100℃下溶脹，強力攪拌，使其溶脹成漿粥狀，而后緩慢升溫至80～125℃，最終可得淡黃色透明的紡絲原液，但是這種方法制備的紡絲液粘度高，不便于紡絲。以上專利均使用離子液體作為溶劑，然而均存在溶解度較低，最高不超過質量分數30％，而粘度高于105Pa·s問題，對紡絲加工非常不利。另外有文獻報道鋰鹽的加入可以提高纖維素的溶解度。Xu發(fā)現，80℃情況下在BMIMAc中加入LiNO3可將纖維素溶解度提高至21％，然而體系的粘度也隨之大幅增高(AirongXu，JianjiWang，HuiyongWang，Effectsofanionicstructureandlithiumsaltsadditiononthedissolutionofcellulosein1-butyl-3-methylimidazolium-basedionicliquidsolventsystems，GreenChemistry，2010，12，268-275)；而劉麗英(劉麗英，陳洪章，纖維素原料/離子液體溶液體系流變性能的研究，纖維素科學與技術，2006，14(2)，8-12)提到DMSO降低纖維素/離子液體溶液的粘度效果最好，在90℃下可使其粘度下降29.4％。然而文中纖維素濃度過低最高不超過5％，所以本專利在于同時使用鋰鹽和DMSO克服上述專利及文獻中出現的問題，解決通常高濃度纖維素溶液必然伴隨高粘度的問題。

技術實現要素：
針對目前技術水平，本發(fā)明擬解決的問題是：①提高纖維素在離子液體中的溶解度；②提高纖維素高濃溶液的可紡性。該方法具有提高纖維素溶液生產效率，便于紡絲加工，降低成本，減少污染等特點。本發(fā)明設計的技術方案是，將DMSO、鋰鹽與離子液體按一定比例混合均勻后，與纖維素進行預混合，再經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，具體包括以下步驟：(1)將離子液體與DMSO和鋰鹽按質量比60～75∶30～20∶10～5混合，具體步驟是①將鋰鹽于70～100℃溶解在離子液體中，攪拌使之充分溶解；②再將DMSO充分溶于①中，直到體系為均相溶液。(2)離子液體與纖維素按質量比30～50∶70～50進行預混合，預混料經雙螺桿擠出機并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是80～90℃，90～100℃、100～110℃及110～120℃。所述纖維素是聚合度為500～1200的木漿、棉漿或者竹漿；所述離子液體為烷基咪唑型離子液體，陽離子為烯丙基、乙基、羥丙基、丁基的一種或者多種；陰離子為鹵素、BF4-、PF4-、SCN-、CH3COO-中的一種或者多種，優(yōu)選AMIMCl、BMIMCl或EMIMAc；鋰鹽為LiNO3、LiCl、Li2SO4中的一種或者幾種，優(yōu)選LiCl或LiNO3。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：通過加入鋰鹽和DMSO使離子液體在增大對纖維素溶解度的同時降低體系的粘度，從而具有良好的可紡性，既能節(jié)約成本又能方便紡絲加工，降低能耗，縮短生產周期。具體實施方式下面結合具體實施事例，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明設計的纖維素溶液的制備方法，包括如下步驟：(1)將離子液體與DMSO和鋰鹽按質量比60～75∶30～20∶10～5混合，具體步驟是①將鋰鹽于70～100℃溶解在離子液體中，攪拌使之充分溶解；②再將DMSO充分溶于①中，直到體系為均相溶液。所述離子液體為烷基咪唑型離子液體，陽離子為烯丙基、乙基、羥丙基、丁基的一種或者多種；陰離子為鹵素、BF4-、PF4-、SCN-、CH3COO-中的一種或者多種。優(yōu)選AMIMCl、BMIMCl或EMIMAc。鋰鹽為LiNO3、LiCl、Li2SO4中的一種或者幾種，優(yōu)選LiNO3、LiCl，優(yōu)選LiCl或LiNO3。(2)離子液體與纖維素按質量比30～50∶70～50進行預混合，預混料經雙螺桿擠出機并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是80～90℃，90～100℃、100～110℃及110～120℃；本發(fā)明的關鍵在于克服了以往在離子液體紡絲過程中的低溶解度、高粘度問題，通過加入DMSO破壞離子液體與纖維素之間的氫鍵，加入鋰鹽的目的是提高纖維素的溶解度，通過鋰鹽和DMSO的協同作用，從而使纖維素溶液達到高濃度、低粘度且可紡的目的。本發(fā)明未述及之處適用于現有技術。下面給出本發(fā)明具體實例。這些實例的意義僅僅在于說明本發(fā)明的實施方法，而非限制本發(fā)明申請權利要求的保護范圍。實施例1取600gAMIMCl離子液體、100gLiCl、300gDMSO。先將100gLiCl溶于600gAMIMCl離子液體，在70℃恒溫下攪拌2h，待溶液成均相后再加入300gDMSO繼續(xù)溶解至均相；將粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素180g與之預混合，預混料經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是80℃、90℃、100℃及110℃，待完全溶解得到淡棕色溶液，同時取600gAMIMCl離子液體和經粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素180g按同樣方式制備紡絲原液，取上述兩種溶液制樣，經測試AMIMCl/DMSO/LiCl體系相比于純AMIMCl對纖維素溶解度提高了8.3％，粘度下降了24.4％。實施例2取750gEMIMAc離子液體、50gLiCl、200gDMSO。先將50gLiCl溶于750gEMIMAc離子液體，在70℃恒溫下攪拌2h，待溶液成均相后再加入200gDMSO繼續(xù)溶解至均相；將粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g與之預混合，預混料經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是80℃，90℃、110℃及120℃，待完全溶解得到無色透明溶液，同時取750gEMIMAc離子液體和經粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g按同樣方式制備紡絲原液，取上述兩種溶液制樣，經測試EMIMAc/DMSO/LiCl體系相比于純EMIMAc對纖維素溶解度提高了7.9％，粘度下降了38.4％。實施例3取700gAMIMCl離子液體、80gLiNO3、220gDMSO。先將80gLiNO3溶于700gAMIMCl離子液體，在70℃恒溫下攪拌2h，待溶液成均相后再加入220gDMSO繼續(xù)溶解至均相；將粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素350g與之預混合，預混料經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是90℃，100℃、1l0℃及120℃，待完全溶解得到淡棕色溶液，同時取700gAMIMCl離子液體和經粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素350g按同樣方式制備紡絲原液，取上述兩種溶液制樣，經測試AMIMCl/DMSO/LiNO3體系相比于純AMIMCl對纖維素溶解度提高了5.3％，粘度下降了27.4％。實施例4取600gBMIMCl離子液體、150gLiNO3、250gDMSO。先將150gLiNO3溶于600gBMIMCl離子液體，在90℃恒溫下攪拌3h，待溶液成均相再加入250gDMSO繼續(xù)溶解至均相，將粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g與之預混合，預混料經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是90℃，100℃、100℃及110℃，待完全溶解得到無色透明溶液，同時取600gBMIMCl離子液體和經粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g按同樣方式制備紡絲原液，取上述兩種溶液制樣，經測試BMIMCl/DMSO/LiNO3體系相比于純BMIMCl對纖維素溶解度提高了6.1％，粘度下降了20.3％。實施例5取600gEMIMAc離子液體、150gLiNO3、250gDMSO。先將150gLiNO3溶于600gEMIMAcl離子液體，在70℃恒溫下攪拌2h，待溶液成均相后再加入250gDMSO繼續(xù)溶解至均相；將粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g與之預混合，預混料經雙螺桿擠出機溶解并減壓脫泡制成均勻的紡絲溶液，其中喂料段、熔融段、計量段及機頭段溫度分別是80℃，90℃、110℃及120℃，待完全溶解得到無色透明溶液，同時取600gEMIMAc離子液體和經粉碎后的聚合度為930的木漿纖維素300g按同樣方式制備紡絲原液，取上述兩種溶液制樣，經測試EMIMAc/DMSO/LiNO3體系相比于純EMIMAc對纖維素溶解度提高了7.6％，粘度下降了40.1％。