專利名稱：一種纖維素的溶解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素的溶解方法，屬于天然高分子化學(xué)范疇。
背景技術(shù)：
可再生資源、可持續(xù)發(fā)展技術(shù)以及環(huán)境友好材料已成為二十一世紀(jì)科技研發(fā)的重要方向。植物纖維素是地球最豐富的可再生資源，屬環(huán)境友好高分子材料，并可望成為21 世紀(jì)的主要化工原料之一。纖維素可廣泛用于紡織、造紙、煙草、食品、農(nóng)業(yè)及石油化工等技術(shù)領(lǐng)域。全世界用于紡織造紙的纖維素，每年就達(dá)800萬噸。但目前90%以上的再生纖維素產(chǎn)品仍采用傳統(tǒng)粘膠法生產(chǎn)，如 J. Macromol. Sci. -Rev. Macromo 1. Chem.，1980，C18(1)，1 中采用的方法是，纖維素在強(qiáng)堿作用下與反應(yīng)生成纖維素黃酸酯，后溶于稀堿溶液制備粘膠液。纖維素粘膠液經(jīng)噴絲或流延后在稀酸溶液中再生，制得粘膠纖維或玻璃紙。該法在生產(chǎn)過程中釋放出大量的有毒(: 和氣體，不僅損害人體健康，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。用銅氨法生產(chǎn)銅氨人造纖維存在環(huán)境污染和溶液回收問題。其他有機(jī)或無機(jī)溶劑，例如二甲亞砜-氮氧化物(U. S. patent 3236669，1966)，NH3/NH4SCN水溶液(J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed.，1980，18，3469)，Ca (SCN) 2/NaSCN/K溶液(Polymer J.，1998，30，43 :30,49), ZnCl2 水溶液(U. S. Patent5290349,1994)，三氯乙醛一二甲亞砜一吡啶混合液(Polym. J1980,12， 521)，LiCl/DMAc (U. S. Patent 4302252,1981)等，由于種種原因至今未見產(chǎn)業(yè)化。N-甲基氧化嗎啉(MMNO) (J. Polym. Sci. =Polym. Lett. Ed. 1979，17，219)曾被公認(rèn)為是最有前途的纖維素溶劑。1978年，德國Akzo Nobel公司首先獲得它的纖維素纖維溶劑紡絲法專利，并于1980年獲得生產(chǎn)工藝專利。1989年布魯塞爾國際人造絲及合成纖維標(biāo)準(zhǔn)局(BISFA)把由這類方法制造的纖維素纖維的分類定名為“Lyocell”。此后，國際上用它制備的少量纖維素纖維產(chǎn)品已進(jìn)入市場，但由于溶劑價(jià)格昂貴、紡絲溫度較高，工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展緩慢。此外，已報(bào)道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. Patent4404369)，但是尿素用量高，而且還有副產(chǎn)物，難以產(chǎn)業(yè)化。目前還報(bào)道了一些環(huán)境友好型的溶解纖維素的方法，其中一種是將纖維素溶解在預(yù)冷至的溶劑中，該法用時(shí)短，效率高，無污染且廉價(jià)， 所用的溶劑無毒且可回收循環(huán)使用，因此是一種綠色生產(chǎn)工藝，但該方法能耗比大，如要溶解42公斤纖維素需要在預(yù)冷將近1噸溶劑，不僅不利于節(jié)能減耗，而且很難用于工業(yè)化大生產(chǎn)。Kamide等人報(bào)道了纖維素在2. Smoir1NaOH水溶液中的溶解，但這一溶劑必須使用聚合度低于250的經(jīng)蒸汽爆破處理過的木漿纖維素，它在4°C左右時(shí)可溶解于NaOH溶液中 (Japan Patentl777283,1983 ；U. S. Patent 4634470 =Polymer J.，1984，12，857 ；Polymer J.，1988，20，447)，而且所制得纖維絲強(qiáng)度極低。中國專利00114486. 3公開了一種溶解纖維素的溶劑組合物用于纖維素的溶解，該溶劑組合物只能溶解分子量較小的纖維素(低于 8. 5X IO4)，并且溶解時(shí)間長(12小時(shí)以上)，溶解度較小，因此工業(yè)化受到很大限制
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有纖維素溶解方法中存在的問題，提供一種溶解纖維素效率高、方法綠色環(huán)保、節(jié)能減耗且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)的方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案如下一種溶解纖維素的方法，以木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的至少一種為纖維素原料，將纖維素原料、NaOH和水在-15-50°C下攪拌均勻即制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為 2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，其余為水?；蛘邔⒗w維素原料、NaOH、水，以及尿素在_15-50°C下攪拌均勻，即制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水?；蛘呦葘⒗w維素原料分散在濃度不超過18wt%的尿素溶液中，在-15-50°C下攪拌均勻，然后加入NaOH或濃度為6-12wt% NaOH溶液，繼續(xù)在-15_50°C下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水?；蛘呦葘aOH和水制成濃度為6-12wt%的NaOH溶液，再將纖維素原料分散在 NaOH溶液中，在-15-50°C下攪拌均勻制得纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為 2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，其余為水?；蛘呦葘⒗w維素原料分散在濃度為6-12wt%的NaOH溶液中，在-15-50°C下攪拌均勻，然后加入尿素或濃度不超過18wt%的尿素溶液，繼續(xù)在-15-50°C下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是采用NaOH溶液為溶劑，或者以NaOH溶液為主溶劑，尿素溶液為輔助溶劑，通過嚴(yán)格控制溶質(zhì)纖維素與溶劑間的量比，從而使纖維素原料于室溫下直接快速溶解于溶劑中制得高溶解度的纖維素濃溶液。該方法以價(jià)格便宜的氫氧化鈉和尿素溶液作為溶劑，直接溶解聚合度高達(dá)550的纖維素。本發(fā)明可用于工業(yè)上溶解纖維素，用于造紙或制備各種纖維素絲、膜、無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)明的優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明采用氫氧化鈉溶液或者氫氧化鈉和尿素混合溶液作為溶劑在室溫下直接快速溶解纖維素。在溶解過程中溫度為-15-50°C的正常室溫，無需預(yù)冷溶劑，明顯降低了能耗。最終的溶液中氫氧化鈉、尿素的濃度分別為5-12wt%和不超過18wt%，濃度范圍并不過分窄，容易滿足工業(yè)要求。而且只要按照本發(fā)明的量比對(duì)各種纖維素(木漿粕、竹漿粕、 麻漿粕、棉短絨漿、草纖維漿、甘蔗渣漿、和纖維素?zé)o紡布以及蒸爆纖維素漿等)的溶解都能達(dá)到100%完全溶解，可制得較高分子量(平均聚合度高達(dá)550的纖維素)的濃溶液，并且溶解速度很快，快則幾分鐘、慢則幾個(gè)小時(shí)內(nèi)即可充分溶解。本發(fā)明提供的方法可使用傳統(tǒng)粘膠工藝的常用設(shè)備完成，非常有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。本發(fā)明操作簡單方便，所用材料氫氧化鈉、尿素、水的價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境無污染。而且本發(fā)明提供的方法中所涉及的溶解和再生都是物理過程，未發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，溶劑容易回收循環(huán)使用，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明在室溫下直接溶解纖維素，得到可紡性及成膜性好的纖維素濃溶液。本發(fā)明溶解效率高、方法綠色環(huán)保、節(jié)能減耗且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)的方法。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明實(shí)施例1在室溫45°C下，將5g的棉漿粕或竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的一種加入到90g的8wt % NaOH溶液中迅速充分?jǐn)嚢?小時(shí)，再向其中加入 5g尿素，在45°C下攪拌半小時(shí)，即可得到纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為 5wt %，NaOH含量約為7. 2wt %，尿素含量為5wt %，其余為水。實(shí)施例2在室溫20°C下，將6g的木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的一種加入到80g的12wt% NaOH溶液中迅速充分?jǐn)嚢?小時(shí)，再向其中加入14g尿素，在20°C下攪拌一小時(shí)，即可得到纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為6wt%，Na0H含量約為9. 6wt%，尿素含量約為HWt%，其余為水。實(shí)施例3在室溫15°C下，將2g的麻漿粕加入到58g的10wt% NaOH溶液中迅速攪拌0. 5小時(shí)，再向其中加入40g的18wt%尿素，在15°C下攪拌一小時(shí)，即可得到透明的纖維素溶液。 制得的纖維素溶液中纖維素含量為2Wt%，Na0H含量約為5. 8wt%，尿素含量約為7. 2wt%, 其余為水。實(shí)施例4在室溫4°C下，將8g的木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的一種或一種以上作為原料加入到80g的12wt% NaOH溶液中迅速攪拌2小時(shí)，再向其中加入12g尿素，在4°C下攪拌一小時(shí)，即可得到透明纖維素溶液。 制得的纖維素溶液中纖維素含量為8wt %，NaOH含量為9. 6wt %，尿素含量為7. 2wt %，其余為水。實(shí)施例5在室溫25°C下，將6g的竹漿粕和8g NaOH混合在一起，加入74mL水，迅速攪拌半小時(shí)，再向其中加入12g尿素，在25°C下攪拌一小時(shí)，即可得到透明的纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為6wt%，NaOH含量約為Swt %，尿素含量約為12wt%，其余為水。實(shí)施例6在室溫5°C下，將6g的棉漿粕和12g尿素混合在一起，加入74mL水，迅速攪拌半小時(shí)，再向其中加入SgNaOH，在5°C下攪拌一小時(shí)，即可得到透明的纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為6wt %，NaOH含量約為8wt %，尿素含量約為12wt %，其余為水。實(shí)施例7在室溫5°C下，將5g的棉漿粕和8g NaOH混合在一起，加入87mL水，迅速攪拌一小時(shí)，即可得到纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt%，Na0H含量約為8wt%， 其余為水。
實(shí)施例8在室溫25°C下，將5g的木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的一種加入95g的8wt % NaOH溶液中，迅速攪拌一小時(shí)，即可得到纖維素溶液。制得的纖維素溶液中纖維素含量為5Wt%，Na0H含量約為7. 6wt%，其余為水。上述實(shí)施例均可在-15°C -0°C下進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種纖維素的溶解方法，其特征在于以木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的至少一種為纖維素原料，將纖維素原料、 NaOH和水在-15-50°C下攪拌均勻即制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，其余為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維素的溶解方法，其特征在于將纖維素原料、NaOH、水，以及尿素在-15-50°C下攪拌均勻，即制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述纖維素的溶解方法，其特征在于先將纖維素原料分散在濃度不超過18wt %的尿素溶液中，在-15-50°C下攪拌均勻，然后加入NaOH或濃度為6_12wt % NaOH溶液，繼續(xù)在-15-50°C下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維素的溶解方法，其特征在于先將NaOH和水制成濃度為 6-12wt%的NaOH溶液，再將纖維素原料分散在NaOH溶液中，在_15-50°C下攪拌均勻制得纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，其余為水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述纖維素的溶解方法，其特征在于先將纖維素原料分散在濃度為6-12wt %的NaOH溶液中，在-15_50°C下攪拌均勻，然后加入尿素或濃度不超過18wt %的尿素溶液，繼續(xù)在-15-50°C下攪拌均勻制得透明的纖維素溶液，制得的纖維素溶液中纖維素含量為2-8wt%，NaOH含量為5 12wt%，尿素含量不超過18wt%，其余為水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種纖維素的溶解方法，即以木漿粕、棉漿粕、麻漿粕、竹漿粕、甘蔗渣漿、草纖維漿、纖維素?zé)o紡布或蒸爆纖維素漿中的至少一種為纖維素原料，將纖維素原料、NaOH和水在-15-50℃下攪拌均勻即制得纖維素溶液，制得的纖維素濃溶液可紡性和成膜性好。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)粘膠工藝的溶解方法，不涉及二硫化碳等嚴(yán)重污染環(huán)境的物質(zhì)，方法綠色環(huán)保；本發(fā)明直接在室內(nèi)溫度下即可快速溶解纖維素原料，無需加熱或預(yù)冷溶劑，方法節(jié)能減耗；本發(fā)明采用低成本的原料，工藝操作簡單，投資少，產(chǎn)能高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08J3/02GK102432891SQ201110273050
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者喻翠云 申請(qǐng)人:喻翠云