一種溶解纖維素的方法
2023-10-26 21:18:42 2
專利名稱：一種溶解纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及一種溶解纖維素的方法。
背景技術：
進入二十一世紀，科學和技術已轉向可再生資源和能源的原材料，以及環境友好材料和可持續發展的技術和過程。植物纖維素是地球上最豐富的可再生資源，屬環境友好材料，充分利用纖維素不僅可以保護環境，而且可以節省有限的石油資源。然而，目前現有纖維素工業中纖維素溶解過程繁雜、成本高且有汙染。迄今已大規模工業化的仍是粘膠法生產人造絲和玻璃紙，生產過程中產生大量CS2而嚴重汙染環境。用銅氨法生產銅氨人造絲也存在環境汙染、價格昂貴和溶液回收問題。其他有機或無機溶劑，例如二甲亞碸-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)等由於溶解過程繁雜和價格問題而難以產業化。近年出現了新溶劑N-甲基氧化嗎啉(NMMO)(U.S.patent2179181，1939；Brit.1144048，1967；U.S.patent 4246221，1981)，並被認為是最有前途的纖維素溶劑，但由於其價格昂貴、溶解纖維素的溫度較高，工業化生產進展緩慢。同樣，離子液體也用於溶解纖維素，但仍然存在高溫溶解和溶劑需完全回收等問題。此外，纖維素和尿素在高溫下反應生成纖維素氨基甲酸酯，然後直接溶解在稀鹼液中得到紡絲液(Finnish Patent 61003；FinnishPatent 62318；U.S.Patent 4404369)，但是尿素用量高、有副產物，也難以產業化。日本已報導(Japan Patent 1777283，1983；U.S.Patent 4634470)在2.5molL-1NaOH水溶液中溶解纖維素，但必須使用經蒸汽爆破處理過的木漿纖維素(聚合度低於250)。中國專利00114486.3公開了一種溶解纖維素的溶劑組合物用於纖維素的溶解，該溶劑組合物只能溶解分子量較小的纖維素(低於8.5×104)，並且溶解時間長(12小時以上)，溶解度較小，因此工業化受到很大限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種能耗較低的溶解纖維素的方法，該方法可在較短時間內溶解纖維素，溶解度較高，易於工業化。
為實現上述目的，本發明所採用的技術方案如下
一種溶解纖維素的方法，將纖維素分散在12～20wt％NaOH水溶液中，預冷至-4～10℃，攪拌均勻生成鹼纖維素，再加入-4～25℃的0～40wt％尿素水溶液，在0～25℃下攪拌均勻製得透明的纖維素溶液；製得的纖維素溶液中纖維素含量為2～8wt％，NaOH含量為6～10％，尿素含量為0～20％，其餘為水。
或者，將12～20wt％NaOH水溶液預冷至-4～10℃，加入纖維素攪拌均勻生成鹼纖維素，然後加入-4～25℃的0～40wt％尿素水溶液，在0～25℃下攪拌均勻製得透明的纖維素溶液；製得的纖維素溶液中纖維素含量為2～8wt％，NaOH含量為6～10％，尿素含量為0～20％，其餘為水。
上述纖維素、12～20wt％NaOH水溶液和0～40wt％尿素水溶液的用量質量比為2～8∶40～60∶40～60。
本發明可用於工業上溶解纖維素，製備各種纖維素絲、膜、無紡布和色譜柱多孔填料。也可用在實驗室進行纖維素分子量及溶液性質的研究。本發明纖維素膜可用作紡織業、農業、化工、食品、環境等領域中的紡織品、農膜、包裝及分離材料。
與已有技術相比較，本發明的創新如下本發明採用首先預處理纖維素生成鹼纖維素，再加入水或者尿素水溶液的方法而達到迅速溶解纖維素的目的。在溶解過程中溫度範圍寬且溫和，溶解總時間在10分鐘以內，明顯降低了能耗。最終的溶液中氫氧化鈉和尿素的濃度範圍比較寬，濃度分別為6～10wt％和0～20wt％。而且對各種纖維素(棉短絨漿、草纖維漿、甘蔗渣漿、木漿和纖維素無紡布以及蒸爆纖維素漿等)的溶解度都達到100％，可製得較高分子量的濃溶液。沒有其它苛刻條件，對設備要求不高，有利於工業化生產。
本發明以氫氧化鈉、尿素、水為原料，價格便宜，操作簡單方便，對環境無汙染。而且溶解和再生都是物理過程，未發生化學反應，廢液容易回收循環使用。
具體實施例方式
以下結合具體的實例對本發明的技術方案作進一步說明實施例1取再生纖維素(無紡布Mη＝15×104)10克，加入95克14wt％NaOH水溶液中，攪拌5分鐘，然後放在冰箱中預冷至0℃，取出充分攪拌均勻，加入95克5℃的20wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻後製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素的總時間在10分鐘以內，溶解速度很快。製得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt％，NaOH含量約為7wt％，尿素含量約為10wt％，其餘為水。
實施例290克20wt％NaOH水溶液在冰箱中預冷至10℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝8×104)8克投入其中，充分攪拌均勻(約3分鐘)，然後迅速加入102克10℃的水，在室溫下(25℃)攪拌均勻後(約5分鐘)製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素速度很快，溶解的總時間在10分鐘以內。製得的纖維素溶液中纖維素含量為4wt％，NaOH含量為9wt％，其餘為水。
實施例3100克12wt％NaOH水溶液在冰箱中預冷至-4℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝6×104)10克投入其中，充分攪拌均勻(約4分鐘)，然後迅速加入90克15℃的40wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻後(約5分鐘)製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素速度很快，溶解的總時間在10分鐘以內。製得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt％，NaOH含量為6wt％，尿素含量為18wt％，其餘為水。
實施例490克16wt％NaOH水溶液在冰箱中預冷至0℃，立即取木漿纖維素(粘均分子量Mη＝6×104)10克投入其中，充分攪拌均勻(約3分鐘)，然後迅速加入100克15℃的24wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻後(約5分鐘)製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素速度很快，溶解的總時間在10分鐘以內。製得的纖維素溶液中纖維素含量為5wt％，NaOH含量約為8wt％，尿素含量為12wt％，其餘為水。
實施例5100克20wt％NaOH水溶液在冰箱中預冷至0℃，立即取木漿纖維素(粘均分子量Mη＝6×104)16克投入其中，充分攪拌均勻(約3分鐘)，然後迅速加入84克15℃的24wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻後(約5分鐘)製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素速度很快，溶解的總時間在10分鐘以內。製得的纖維素溶液中纖維素含量為8wt％，NaOH含量為10wt％，尿素含量約為10wt％，其餘為水。
實施例697克14wt％NaOH水溶液在冰箱中預冷至0℃，立即取棉短絨漿(粘均分子量Mη＝13×104)8克投入其中，充分攪拌均勻(約2分鐘)，然後迅速加入95克5℃的20wt％尿素水溶液，在室溫下(25℃)攪拌均勻後(約5分鐘)製得透明的纖維素溶液。溶解纖維素速度很快，溶解的總時間在10分鐘以內。製得的纖維素溶液中纖維素含量為4wt％，NaOH含量約為7wt％，尿素含量約為10wt％，其餘為水。
將製得透明的纖維素溶液離心脫泡並除去少量未溶纖維素後在玻璃板上流延成膜，然後放入5wt％硫酸水溶液中，浸泡5分鐘後取出，用水衝洗乾淨。最後貼在玻璃板上自然涼幹得到再生纖維素膜。由電子拉力實驗機測得其抗張強度σb、斷裂伸長率εb及彈性模量分別為95MPa、12％及5000MPa。透光率為88％(400-800nm)。
權利要求
1.一種溶解纖維素的方法，其特徵在於將纖維素分散在12～20wt％NaOH水溶液中，預冷至-4～10℃，攪拌均勻生成鹼纖維素，再加入-4～25℃的0～40wt％尿素水溶液，在0～25℃下攪拌均勻製得透明的纖維素溶液，製得的纖維素溶液中纖維素含量為2～8wt％，NaOH含量為4.8～12wt％，尿素含量為0～24wt％，其餘為水。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於纖維素、12～20wt％NaOH水溶液和0～40wt％尿素水溶液的用量質量比為2～8∶40～60∶40～60。
3.一種溶解纖維素的方法，其特徵在於將12～20wt％NaOH水溶液預冷至-4～10℃，加入纖維素攪拌均勻生成鹼纖維素，然後加入-4～25℃的0～40wt％尿素水溶液，在0～25℃下攪拌均勻製得透明的纖維素溶液；製得的纖維素溶液中纖維素含量為2～8wt％，NaOH含量為6～10％，尿素含量為0～20％，其餘為水。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於纖維素、12～20wt％NaOH水溶液和0～40wt％尿素水溶液的用量質量比為2～8∶40～60∶40～60。
全文摘要
本發明公開了一種溶解纖維素的方法。該方法以氫氧化鈉和尿素為原料，先將12～20wt％氫氧化鈉水溶液預冷至－4～10℃，加入纖維素混合生成鹼纖維素，或者把纖維素與12～20wt％氫氧化鈉水溶液混合後預冷至－4～10℃生成鹼纖維素，然後加入－4～10℃的0～40wt％尿素水溶液攪拌均勻立即可得透明的纖維素溶液。該方法可迅速溶解分子量在13×10
文檔編號C08B1/08GK101037479SQ20071005186
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月13日 優先權日2007年4月13日
發明者張俐娜, 祁海松 申請人:武漢大學