專(zhuān)利名稱(chēng)：一種溶解纖維素的溶劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溶解纖維素的溶劑組合物。
技術(shù)背景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，由于纖維素含有大量分子內(nèi)和分子間氫鍵，難 溶解也難熔融加工，目前大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)再生纖維素產(chǎn)品的工藝的仍然是粘膠法，這種工藝 在生產(chǎn)人造絲和玻璃紙的過(guò)程中產(chǎn)生大量CS2和重金屬而嚴(yán)重污染環(huán)境。其他有機(jī)或無(wú)機(jī)溶劑，例如二甲亞砜-氮氧化物(U.S.patent 3236669,1966)、 ZnCl2水溶液(U.S. Patent 5290349,1994)、 LiCl/DMAc(U.S.Patent4302252，1981)等由于溶解過(guò)程繁雜和價(jià)格問(wèn)題而難以產(chǎn)業(yè)化。近年出現(xiàn) 了新溶劑N-甲基氧化嗎啉(NMMO) (U.S.patent 2179181,1939; Brit. 1144048， 1967; U.S.patent 4246221,1981)，并被認(rèn)為是最有前途的纖維素溶劑，但由于其價(jià)格昂貴、溶解纖維素的溫度較 高，工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)展緩慢。同樣，離子液體也用于溶解纖維素，但仍然存在高溫溶解和溶劑需 完全回收等問(wèn)題。此外，纖維素和尿素在高溫下反應(yīng)生成纖維素氨基甲酸酯，然后直接溶解在 稀堿液中得到紡絲液(Finnish Patent 61003; Finnish Patent 62318; U.S. Patent 4404369)，但是尿 素用量高、有副產(chǎn)物，也難以產(chǎn)業(yè)化。日本已報(bào)道(Japan Patent 1777283,1983; U.S. Patent 4634470)在2.5 molU1 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)。中國(guó)專(zhuān)利200310111566.3公開(kāi)了一種溶解纖維素的溶劑組合物(NaOH/尿 素冰)用于纖維素的溶解，該溶劑組合物只能溶解分子量相對(duì)較小的纖維素(低于12xl04), 并且制備的纖維素溶液濃度不高(高分子量的纖維素只能達(dá)到4wt^左右)，因此工業(yè)化受到一 定限制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種纖維素溶劑，該溶劑可通過(guò)冷凍解凍或直接溶解方法溶解高分子 量纖維素，制備的纖維素溶液濃度高，易于工業(yè)化。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種溶解纖維素的溶劑組合物，其組成為6~8 wt%氫氧化鈉，0.5~2 wt %鋅酸鈉，8 ~16 wt% 尿素，其余為水。
一種溶解纖維素的方法，將天然纖維素或再生纖維素分散于6 8wto/。氫氧化鈉、0.5~2wt% 鋅酸鈉和8 ~16 wt%尿素的混合水溶液中，在—20DC下冷凍3 5小時(shí)，在室溫下解凍攪拌均 勻即可制得透明的纖維素溶液。一種溶解纖維素的方法，將天然纖維素或再生纖維素分散于已經(jīng)冷卻至一12。 一14。的6 8 wt。/。氫氧化鈉、0.5~2wt%鋅酸鈉和8~16wt%尿素的混合水溶液中，然后在0 5。C下攪拌均 勻即可制得透明的纖維素溶液。本發(fā)明可用于工業(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。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。與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明的創(chuàng)新如下-本發(fā)明采用多組分溶劑溶解纖維素，簡(jiǎn)單高效，溶解的纖維素分子量在20xl(^以下，濃度 高，而且制備的纖維素溶液穩(wěn)定性好，可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。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。相對(duì)于中國(guó)專(zhuān)利200310111566.3發(fā)明的NaOH/尿素/水的溶劑組合物，可以把制備的 纖維素溶液濃度提高20% 60%。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。對(duì)設(shè)備要求不高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明以氫氧化鈉、尿素、鋅酸鈉、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。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明-實(shí)施例l取棉短絨漿(粘均分子量M^10x104) 8.4克投入200克7wt % NaOH /0.5 wt % Na2ZnO2/10wt%尿素混和水溶液中，在一20。C下冷凍3 5小時(shí)，在室溫下解凍攪拌均勻即可制 得透明的纖維素溶液。將制得的透明纖維素溶液高速離心，無(wú)未溶部分，纖維素溶解度達(dá)ioo%。實(shí)施例2取棉短絨漿(粘均分子量Mf8xl04) l克投入200克7wt。/。NaOH /0.5 wt %Na2Zn02/12wt% 尿素混和水溶液中，在一2(fC下冷凍3 5小時(shí)，在室溫下解凍攪拌均勻即可制得透明的纖維素 溶液。將制得的透明纖維素溶液高速離心，無(wú)未溶部分，纖維素溶解度達(dá)100%。 實(shí)施例3200克7wt % NaOH /0.5 wt % Na2Zn02/14wt%尿素混和水溶液，預(yù)冷至一 14°C,立即取棉
短絨漿(粘均分子量N^-20X104) 6克投入其中，在0。C下充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得透明的纖維素溶液。將制得的透明纖維素溶液高速離心，無(wú)未溶部分，纖維素溶解度達(dá)100%。實(shí)施例4200克6wt。/。NaOH /2 wt%Na2Zn02/16wt%尿素混和水溶液，預(yù)冷至—13°C,立即取無(wú)紡 布(粘均分子量M^15x104) IO克投入其中，在0。C下充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得透明的纖維素溶液。 將制得的透明纖維素溶液高速離心，無(wú)未溶部分，纖維素溶解度達(dá)100%。 實(shí)施例5200克8wt。/。NaOH /1 wt % Na2Zn02/8wt%尿素混和水溶液，預(yù)冷至一 12°C,立即取木漿 (粘均分子量Mfl2xl04) IO克投入其中，在0。C下充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得透明的纖維素溶液。將 制得的透明纖維素溶液高速離心，無(wú)未溶部分，纖維素溶解度達(dá)100%。 實(shí)施例6200克7wt。/。NaOH /0.5wt % Na2Zn02/12wt%尿素混和水溶液，預(yù)冷至一12。C，立即取棉 短絨漿(粘均分子量Mn45xl04) 8.4克投入其中，在0。C下充分?jǐn)嚢杈鶆?，制得透明的纖維素溶 液。將制得的透明纖維素溶液離心脫泡后在玻璃板上流延成膜，然后放入5wtn/。硫酸水溶液中， 浸泡5分鐘后取出，用水沖洗干凈，最后貼在玻璃板上自然涼干得到再生纖維素膜。由電子拉力 實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)得其抗張強(qiáng)度(Jb、斷裂伸長(zhǎng)率eb及彈性模量分別為110MPa、 12y。及4500MPa。透光率 為92%(800細(xì))。用上述方法可以制備不同濃度的纖維素溶液(纖維素濃度范圍為0.05% 10%)。
權(quán)利要求
1.一種溶解纖維素的溶劑組合物，其組成為6～8wt％氫氧化鈉，0.5～2wt％鋅酸鈉，8～16wt％尿素，其余為水。
2. —種利用權(quán)利要求1所述的溶劑溶解纖維素的方法，其特征在于將天然纖維素或再生纖維 素分散于6~8 wt。/。氫氧化鈉、0.5 2 wt %鋅酸鈉和8 ~16 wt%尿素的混合水溶液中，在—20。C 下冷凍3 5小時(shí)，在室溫下解凍攪拌均勻即可制得透明的纖維素溶液。
3. —種利用權(quán)利要求1所述的溶劑溶解纖維素的方法，其特征在于將天然纖維素或再生纖維 素分散于已經(jīng)冷卻至一12、一14°C的6~8 wt。/。氫氧化鈉、0.5 2 wt %鋅酸鈉和8 ~16 wt%尿 素的混合水溶液中，然后在0~5°C下攪拌均勻即可制得透明的纖維素溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶解纖維素的溶劑，其組成為6～8wt％氫氧化鈉，0.5～2wt％鋅酸鈉，8～16wt％尿素，其余為水。這種溶劑可以通過(guò)冷凍—解凍方法溶解纖維素，也可以預(yù)冷至-12～-14℃后在0～5℃下直接溶解纖維素。該方法可迅速溶解分子量在20×10⁴以下的天然纖維素和再生纖維素，其溶解度可達(dá)100％。該溶劑可用于制備再生纖維素膜、共混膜、纖維素/納米粒子功能膜、無(wú)紡布。也可以用于纖維素衍生化的反應(yīng)介質(zhì)。
文檔編號(hào)C08L1/00GK101130605SQ20071005356
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者張俐娜, 楊全嶺, 祁海松 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)