一種質子型離子液體、製備方法及其在纖維素溶解和再生中的應用的製作方法

2023-10-24 06:20:07 1

專利名稱：一種質子型離子液體、製備方法及其在纖維素溶解和再生中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種質子型離子液體及其在纖維素溶解中的應用，屬於纖維素再生技 術領域。
背景技術：
纖維素纖維是最早成為紡織纖維的再生纖維，具有穿著舒適、透氣性能好等優點， 因此在紡織、服裝等領域有著廣泛的用途。纖維素(C6H1(l05)n是由D2吡喃葡萄糖酐彼此以 β-1，4糖甙鍵聯接而成的線型大分子，結構單元為葡萄糖基，相鄰兩個葡萄糖基彼此的位 置呈180°扭轉，使1，4_碳位連接牢固。這種結構使纖維素大分子在分子內及分子間形成 牢固結合的氫鍵和晶區與非晶區共存的複雜結構，從而使得纖維素很難溶解於常見的溶劑 而形成真溶液。因此尋求工藝簡單、安全有效的纖維素新溶劑，一直是眾多科學工作者關注 與從事的重要研究課題。近30來，各國科學家致力於研究對環境汙染小的纖維素溶劑體 系，如多聚甲醛/ 二甲基亞碸(PF/DMS0)體系、四氧化二氮/ 二甲基甲醯胺(N204/DMF)體 系、氯化鋰/ 二甲基乙醯胺(LiCl/DMAc)體系、二甲基亞碸/四乙基氯化氨(DMS0/TEAC)體 系、氨/硫氰酸銨(NH3/NH4SCN)體系和胺氧化物等溶劑體系都對纖維素有一定的溶解度， 但存在溶劑回收困難，生成的纖維結構有缺陷、品質不均一等缺點。最近幾年，人們開始嘗試用離子液體做溶劑溶解纖維素。離子液體又稱為室溫離 子液體、室溫熔鹽、有機離子液體等，在室溫或低溫下呈液態的離子化合物。由於離子液體 的可設計性，最近十幾年離子液體家族正快速發展壯大。除了普通的咪唑類離子液體外，還 出現了低共熔溶劑、配位離子液體等。質子型離子液體是通過B酸和B鹼結合形成的，在結 合過程中，質子從酸轉移到鹼，形成質子貢獻體和質子接受體，然後進一步形成氫鍵網絡結 構。由於質子離子液體靠氫鍵結合到一起，纖維素大分子也是靠氫鍵結合在一起，只要離 子液體中的陽離子和客體與纖維素中的羥基氫鍵結合力強，就可以破壞纖維素分子間的氫 鍵，繼而破壞纖維素的聚集態結構，最終使纖維素溶解，達到溶解纖維素的目的，而且形成 的氫鍵越多，強度越高對纖維素的溶解度越大。在質子型離子液體中溶解的纖維素採用溼 法紡絲技術，用乙醇做固化液，拉絲成型，通過加熱的方式使乙醇蒸發，回收溶劑。

發明內容
本發明的目的是提供一種質子型離子液體。本發明的另一目的是提供上述離子液體的製備方法。本發明的目的還在於提供上述離子液體在纖維素溶解中的應用。本發明的構思是這樣的。由於質子型離子液體靠氫鍵結合到一起，纖維素大分 子也是靠氫鍵結合在一起，只要離子液體中的陽離子和客體與纖維素中的羥基氫鍵結合 力強，就可以破壞纖維素分子間的氫鍵，繼而破壞纖維素的聚集態結構，最終使纖維素溶 解，達到溶解纖維素的目的，而且形成的氫鍵越多，強度越高對纖維素的溶解度越大。在硫酸/含硫化合物體系中，硫與氫質子結合，使得碳帶正電荷，然後和纖維素中的羥基形成 C-O-Cell鍵，破壞纖維素分子內的氫鍵。可能的機理如以下反應式所示

權利要求
1.一種質子型離子液體，其特徵是其通式為HB+A—，式中，B為含硫的無機或有機化合 物，A為質量分數為98%的濃硫酸。
2.根據權利要求1所述的質子型離子液體，其特徵是含硫的無機化合物是下列其中 的一種硫氰酸鹽、硫代硫酸鹽；含硫的有機化合物是下列其中的一種硫脲、硫代乙醯胺、 噻吩、胱氨酸。
3.如權利要求1所述的質子型離子液體的製備方法，其特徵在於按物質的量之比為 (1 1) (1 幻分別稱取含硫的無機化合物或有機化合物和濃硫酸，將濃硫酸置於冰水 浴中，然後把含硫的無機化合物或有機化合物緩慢的加入到濃硫酸中，慢慢攪拌，直到含硫 的無機化合物或有機化合物完全溶解，即可得到質子型離子液體。
4.如權利要求1或2所述的質子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應用，其特徵在 於包括以下步驟(1)先將離子液體加熱至30 60°C；(2)按與離子液體質量比為5% 30%稱取纖維素，並將其緩慢逐漸加入到離子液體 中，攪拌，直到纖維素完全溶解；(3)溶解的纖維素採用溼法紡絲技術通過紡絲機紡絲並在乙醇凝固浴中再生凝固。
5.如權利要求4所述的質子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應用，其特徵在於， 所說的纖維素是下列中的一種棉纖維、木纖維、竹纖維、草纖維。
全文摘要
本發明公開了一種用於溶解纖維素的質子型離子液體。其組成為HB+A-，式中，B為含硫的有機或無機化合物，A為質量分數為98％的濃硫酸。製備方法是在含硫的化合物中慢慢滴加硫酸，攪拌，得到質子型離子液體。該體系用於纖維素的溶解和再生，對纖維素的溶解能力強，在室溫下充分攪拌後，纖維素溶解度可達到10～30％。溶解的纖維素採用溼法紡絲技術，用乙醇做固化液，拉絲成型，並回收溶劑。將纖維素直接溶解於所製備的質子型離子液體中，纖維素溶解度明顯得到提高。本發明不但簡化了生產工藝中鹼化、磺化等流程，解決了纖維加工環境汙染問題，而且可以降低纖維生產成本，提高了纖維的質量穩定性。
文檔編號C08L1/02GK102146165SQ20101061653
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者劉會茹, 周二鵬, 張星辰 申請人:石家莊學院