專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溶解纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溶解纖維素的方法，屬于天然高分子領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)，可再生資源和能源的原材料、環(huán)境友好材料以及可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)和過(guò)程已成為科技研發(fā)的重要方向。植物纖維素是地球上最豐富的可再生資源，屬環(huán)境友好材料，充分利用纖維素不僅可以保護(hù)環(huán)境，而且可以節(jié)省有限的石油資源。然而，目前現(xiàn)有纖維素工業(yè)中纖維素溶解過(guò)程繁雜、成本高且有污染。例如大規(guī)模工業(yè)化的粘膠法生產(chǎn)人造絲和玻璃紙，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量CS2而嚴(yán)重污染環(huán)境。其它方法如銅氨法由于溶解過(guò)程繁雜和價(jià)格問(wèn)題而難以產(chǎn)業(yè)化；氨基甲酸酯法(Finnish Patent 61003；Finnish Patent 62318；U.S.Patent 4404369)則由于尿素用量高、有副產(chǎn)物等受到限制。其它直接溶解纖維素的方法，如直接溶劑二甲亞砜-氮氧化物(U.S.patent 3236669，1966)、ZnCl2水溶液(U.S.Patent 5290349，1994)、LiCl/DMAc(U.S.Patent 4302252，1981)、N-甲基氧化嗎啉(NMMO)(U.S.patent 2179181，1939；Brit.1144048，1967；U.S.patent 4246221，1981)、離子液體等等，則由于價(jià)格昂貴、溶解條件苛刻、有毒有害等因素，工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)展緩慢。日本報(bào)道(Japan Patent 1777283，1983；U.S.Patent 4634470)在NaOH水溶液中溶解纖維素，但必須使用經(jīng)蒸汽爆破處理過(guò)的木漿纖維素(聚合度低于250)。我們也發(fā)明了幾種溶解纖維素的直接溶劑(00114486.3；03128386.1；200310111447.8；200310111567.8)，但這些溶劑有的溶解纖維素的分子量不高，有的溶解需要的溫度等條件比較苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的纖維素溶解過(guò)程繁雜、成本高且有污染、溶解纖維素的分子量不高，條件苛刻等不足，本發(fā)明提供了一種溶解纖維素的方法，這種方法不僅能簡(jiǎn)單快速、條件溫和的溶解更高分子的纖維素，而且成本低廉，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，容易回收。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用了如下具體步驟
將纖維素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，預(yù)冷至0～8℃，再攪拌均勻生成堿纖維素溶液，或者將6～14wt％LiOH水溶液預(yù)冷至0～8℃，加入纖維素，攪拌均勻生成的堿纖維素溶液，然后在得到的堿纖維素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室溫下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，纖維素、LiOH、尿素的用量根據(jù)制得的纖維素溶液中纖維素含量為2～9wt％，LiOH含量為3～7wt％，尿素含量為1～20wt％而確定。本發(fā)明中所用纖維素為分子量低于30×104的天然纖維素或II型纖維素。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下突出特點(diǎn)本發(fā)明是通過(guò)采用首先預(yù)處理纖維素生成堿纖維素，再加入尿素水溶液的方法使纖維素得到迅速溶解，用該方法，纖維素在10分鐘以內(nèi)即可完全溶解，能明顯降低能耗。與我們以前發(fā)明的幾種溶解纖維素的方法相比，這種方法溶解過(guò)程中的溫度范圍寬且溫和。最終的溶液中氫氧化鋰和尿素的濃度范圍比較大，濃度分別為3~7wt％和1~20wt％。而且對(duì)各種纖維素(棉短絨漿、草纖維漿、甘蔗渣漿、木漿和纖維素?zé)o紡布以及蒸爆纖維素漿等)的溶解度都達(dá)到100％，可制得高分子量的濃溶液。且本發(fā)明提供的溶解方法沒(méi)有其它苛刻條件，對(duì)設(shè)備要求不高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明以氫氧化鋰、尿素、水為原料，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。而且溶解和再生都是物理過(guò)程，未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，廢液容易回收循環(huán)使用，因此具有更廣泛的應(yīng)用前景——可用于工業(yè)上溶解纖維素，制備各種纖維素絲、膜、無(wú)紡布和色譜柱多孔填料，也可用在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行纖維素分子量及溶液性質(zhì)的研究；而本發(fā)明纖維素膜可用作紡織業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工、食品、環(huán)境等領(lǐng)域中的紡織品、農(nóng)膜、包裝及分離材料。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是首先將分子量低于30×104的天然纖維素或II型纖維素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，預(yù)冷至0～8℃，攪拌均勻生成堿纖維素溶液，或者將6～14wt％LiOH水溶液預(yù)冷至0～8℃，加入纖維素，攪拌均勻生成的堿纖維素溶液，然后在得到的堿纖維素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室溫下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，纖維素、LiOH、尿素的用量根據(jù)制得的纖維素溶液中纖維素含量為2～9wt％，LiOH含量為3～7wt％，尿素含量為1～20wt％而確定。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1取再生纖維素(無(wú)紡布Mη＝20×104)10克，加入100克10wt％LiOH水溶液中，攪拌5分鐘，然后放在冰箱中預(yù)冷至0℃，取出攪拌均勻的堿纖維素溶液，加入90克10℃的20wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌5分鐘后制得均勻透明的纖維素溶液。溶解纖維素的總時(shí)間為10分鐘，制得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt％，LiOH含量為5wt％，尿素含量為9wt％。
實(shí)施例2100克8wt％LiOH水溶液在冰箱中預(yù)冷至2℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝6×104)18克投入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆?3分鐘)生成堿纖維素溶液，然后迅速加入82克10℃的14wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻后(5分鐘)制得透明的纖維素溶液。溶解纖維素的總時(shí)間為8分鐘，制得的纖維素溶液中纖維素含量為9wt％，LiOH含量為4wt％，尿素含量約為6wt％。
實(shí)施例3100克14wt％LiOH水溶液在冰箱中預(yù)冷至8℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝10×104)8克投入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆?4分鐘)生成堿纖維素溶液，然后迅速加入92克15℃的2wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻(5分鐘)制得透明的纖維素溶液。溶解的總時(shí)間為9分鐘，制得的纖維素溶液中纖維素含量為4wt％，LiOH含量為7wt％，尿素含量約為1wt％。
實(shí)施例4100克12wt％LiOH水溶液在冰箱中預(yù)冷至0℃，立即取木漿纖維素(粘均分子量Mη＝9×104)10克投入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆?3分鐘)生成堿纖維素溶液，然后迅速加入90克15℃的16wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻后(5分鐘)制得透明的纖維素溶液。溶解的總時(shí)間為8分鐘，制得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt％，LiOH含量為6wt％，尿素含量約為7wt％。
實(shí)施例5100克10wt％LiOH水溶液在冰箱中預(yù)冷至0℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝30×104)6克投入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆?2分鐘)生成堿纖維素溶液，然后迅速加入94克5℃的20wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻后(5分鐘)制得透明的纖維素溶液。溶解的總時(shí)間為7分鐘，制得的纖維素溶液中纖維素含量為3wt％，LiOH含量為5wt％，尿素含量約為9wt％。
權(quán)利要求
1.一種溶解纖維素的方法，其特征是采用如下步驟(1)先將纖維素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，預(yù)冷至0～8℃，再攪拌均勻生成堿纖維素溶液，或者先將6～14wt％LiOH水溶液預(yù)冷至0～8℃，再加入纖維素，然后在攪拌均勻生成堿纖維素溶液；(2)再加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室溫下攪拌均勻即制得透明的纖維素溶液，纖維素、LiOH、尿素的用量根據(jù)制得的纖維素溶液中纖維素含量為2～9wt％、LiOH含量為3～7wt％、尿素含量為1～20wt％而確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解纖維素的方法，其特征在于所用纖維素為分子量低于30×104的天然纖維素或II型纖維素。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溶解纖維素的方法，其步驟為先將纖維素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，再預(yù)冷至0～8℃，攪拌均勻生成堿纖維素溶液，或者先將6～14wt％LiOH水溶液預(yù)冷至0～8℃，再加入纖維素，攪拌均勻生成的堿纖維素溶液，然后在得到的堿纖維素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室溫下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，纖維素、LiOH、尿素的用量根據(jù)制得的纖維素溶液中纖維素含量為2～9wt％、LiOH含量為3～7wt％、尿素含量為1～20wt％而確定。本發(fā)明所提供的方法特別適用于分子量低于30×10
文檔編號(hào)C08L1/00GK101074285SQ20071005253
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者張俐娜, 祁海松, 劉石林 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)