專利名稱：以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素纖維的制備方法，特別是涉及一種以離子液體為溶劑的纖維素纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
纖維素是一種可再生資源，普遍存在于大自然中。樹木、棉花、稻桿、玉米等植物和一些細(xì)菌的分泌物中都含有大量的纖維素。纖維素纖維可能成為代替石油裂解纖維產(chǎn)品的可再生資源。目前纖維素纖維的生產(chǎn)主要采用氫氧化鈉、丙酮、二硫化碳等作為溶劑和助劑，并需要對所用的纖維素進(jìn)行黃化、老成和熟成，又涉及到甲醛、亞硫酸鹽、硫化鈉、硫酸和硫酸鋅等化學(xué)試劑，所有上述有機(jī)試劑都具有揮發(fā)性，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和危及著操作人員的健康；而無機(jī)試劑都具有強(qiáng)腐蝕性，對設(shè)備的腐蝕極大。此外，這些化學(xué)試劑的回收需要進(jìn)行多級減壓蒸發(fā)和多級結(jié)晶沉降，整個回收工序不僅工藝流程繁瑣、對工藝參數(shù)的控制要求嚴(yán)格，而且會產(chǎn)生大量的廢氣和廢水，又對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
室溫離子液體與傳統(tǒng)溶劑相比，沸點(diǎn)高，不揮發(fā)，在較寬的溫度范圍內(nèi)以液態(tài)存在，且有很好的熱穩(wěn)定性；可以通過選擇適宜的陰、陽離子的組合而改變其物理化學(xué)性質(zhì)，是許多有機(jī)物、無機(jī)物和高分子材料的良溶劑。離子液體作為一種綠色溶劑廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、有機(jī)合成、催化和分離等領(lǐng)域，同時也是許多高分子聚合反應(yīng)和加工的良溶劑，如聚對苯、聚丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。美國專利20020010291公開了一種在離子液體中制備高分子量聚異烯烴的方法，美國專利20030157351公開了一種纖維素在離子液體中溶解和加工的方法，中國專利CN 1596282A公開了采用離子液體溶解及加工纖維素的方法。纖維素在常規(guī)溶劑中的溶解度較小且難以溶解，需要進(jìn)行黃化、老成和熟成等復(fù)雜工序，很多種離子液體對纖維素的溶解度很大，有些甚至可以達(dá)到35％(質(zhì)量百分比)，大大提高了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的纖維素纖維采用溶液紡絲時，所用溶劑具有強(qiáng)烈的腐蝕性和揮發(fā)性，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染的缺陷，滿足生產(chǎn)和生活的需要。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法，包括如下步驟將粉碎后的纖維素與離子液體均勻混合，在50～150℃溫度下溶解1～100小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為5～35％；紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行紡絲，凝固浴由水或水和離子液體組成，凝固浴中離子液體濃度為0～50％，溫度為0～90℃。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案所述的制備纖維素纖維的纖維素為木漿、棉漿、竹漿、紙漿、硝基纖維素、二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、丙醋酸纖維素、丁醋酸纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚銨陽離子纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、纖維素磷酸酯、硫代乙基纖維素、細(xì)菌纖維素中的一種或幾種。
所述的離子液體由陽離子和陰離子組成；所述的陽離子為下列陽離子中的一種
烷基季銨離子 烷基季磷離子 烷基咪唑離子 烷基吡啶離子其中R1，R3，R4，R5和R6相同或不同，為H、C1～C8的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基中的一種或幾種；所述的陰離子為Cl-、BF4-、PF4-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2C-中的一種。
所述的纖維素溶解過程中，施加剪切、超聲振蕩、微波或施加一定的真空度增加溶解速度。
所述的紡絲方法為濕法紡絲、熔噴濕紡或干濕法紡絲。
所述的離子液體通過減壓蒸餾、常壓蒸餾得到有效的回收。
本發(fā)明的纖維素纖維既可以用作織物原料，也可以作為碳纖維的原絲和中空纖維膜。
本發(fā)明的有益效果是(1)纖維素在離子液體中的溶解無需進(jìn)行黃化、老成和熟成等工序，一方面縮短了工藝流程，另一方面離子液體，無毒、無揮發(fā)性，避免了對環(huán)境的污染，也有利于環(huán)境保護(hù)和操作人員健康。
(2)所采用的離子液體熔點(diǎn)范圍寬，在聚合和紡絲的溫度范圍內(nèi)，有利于溫度的控制。
(3)凝固劑為水或者由水和離子液體組成，同樣是綠色溶劑，有利于環(huán)境保護(hù)。
(4)離子液體無揮發(fā)性，易于回收，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源和能源。
(5)纖維素在離子液體中的溶解無需進(jìn)行黃化、老成和熟成等工序縮短了工藝流程，適用于不同組成、不同分子量的纖維素的溶解及紡絲，工藝路線和產(chǎn)品可調(diào)整范圍寬廣。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實(shí)施例1將粉碎后的木漿與離子液體均勻混合，90℃時溶解24小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為5％，紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行濕法紡絲，凝固浴為[BMIM]Cl(中文名稱為1-丁基-3-甲基咪唑氯化鹽)水溶液，凝固浴中離子液體的濃度為10％，溫度為30℃。
紡絲速度為10m/s，凝固后的纖維經(jīng)過水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得強(qiáng)度為5.8cN/dtex的纖維素纖維。
實(shí)施例2將粉碎后的竹漿與離子液體均勻混合，50℃時溶解100小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為35％，紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行熔噴濕紡，凝固浴為[AMIM]Cl(中文名稱1-丙烯基-3-甲基咪唑氯化鹽)離子液體水溶液，凝固浴中離子液體的濃度為50％，凝固浴溫度為90℃。
紡絲速度為8m/s，凝固后的纖維經(jīng)過水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得強(qiáng)度為4.3cN/dtex的纖維素纖維。
實(shí)施例3將粉碎后的醋酸纖維素漿粕與離子液體均勻混合，150℃時溶解1小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為20％，紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行紡絲，凝固浴為[BMIM]Br(中文名稱1-丁基-3-甲基咪唑溴化鹽)離子液體水溶液，凝固浴中離子液體的濃度為5％，凝固浴溫度為0℃。
紡絲速度為15m/s，凝固后的纖維經(jīng)過水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得強(qiáng)度為2.3cN/dtex的纖維素纖維。
權(quán)利要求
1.以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法，其特征在于，包括如下步驟將粉碎后的纖維素與離子液體均勻混合，在50～150℃溫度下溶解1～100小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為5～35％；紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行紡絲，其中，凝固浴為溫度為0～90℃、濃度為0～50％的離子液體水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的制備纖維素纖維的纖維素為木漿、棉漿、竹漿、紙漿、硝基纖維素、二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、丙醋酸纖維素、丁醋酸纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚銨陽離子纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、纖維素磷酸酯、硫代乙基纖維素、細(xì)菌纖維素中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的離子液體由陽離子和陰離子組成；所述的陽離子為下列陽離子中的一種 烷基季銨離子烷基季磷離子烷基咪唑離子烷基吡啶離子其中R1，R3，R4，R5和R6相同或不同，為H、C1～C8的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基中的一種或幾種；所述的陰離子為Cl-、BF4-、PF4-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2C-中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的纖維素溶解過程中，施加剪切、超聲振蕩、微波或施加一定的真空度增加溶解速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的紡絲方法為濕法紡絲、熔噴濕紡或干濕法紡絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的離子液體通過減壓蒸餾、常壓蒸餾得到有效的回收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以離子液體為溶劑制備的纖維素纖維的方法，包括如下步驟將粉碎后的纖維素與離子液體均勻混合，在50～150℃溫度下溶解1～100小時，形成均一穩(wěn)定的紡絲原液，紡絲原液的濃度為5～35％；紡絲原液經(jīng)過過濾、脫泡后進(jìn)行紡絲，凝固浴由水或水和離子液體組成，凝固浴中離子液體濃度為0～50％，溫度為0～90℃。本發(fā)明的有益效果是采用的溶劑為離子液體，無毒、無揮發(fā)性，有利于環(huán)境保護(hù)和操作人員健康；離子液體熔點(diǎn)范圍寬，在聚合和紡絲的溫度范圍內(nèi)，有利于溫度的控制；凝固劑為水或者由水和離子液體組成，同樣是綠色溶劑，有利于環(huán)境保護(hù)；離子液體無揮發(fā)性，易于回收，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源和能源；提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號D01D5/00GK1851063SQ200610026709
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者王華平, 劉崴崴, 張玉梅, 王彪 申請人:東華大學(xué)