[發明專利]一種溶解纖維素的溶劑及工業方法

無效

• 申請號: 200710021067.3
• 申請日: 2007-03-26
• 公開（公告）號: CN101275369A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 李春濤
• 申請（專利權）人: 江蘇龍馬綠色纖維有限公司
• 主分類號: D21C5/00
• 分類號: D21C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種纖維素的方法，屬于天然高分子領域，也屬于化學、農業、環境工程領域。

背景技術

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。由于纖維素具有很強的分子內和分子間氫鍵，因此難溶解也不能熔融，從而大大限制了其廣泛應用。生產再生纖維素絲和膜的傳統工藝仍舊是粘膠法工藝，其原理是纖維素在強堿作用下(NaOH濃度18wt％)與CS₂反應生成纖維素黃酸酯而溶于稀堿溶液，然后在稀酸溶液中再生制備粘膠纖維或玻璃紙(cellophane)。其生產過程中使用大量CS₂并釋放H₂S，CS₂而嚴重污染環境。銅氨法曾用于生產銅氨人造纖維，但也存在環境污染和溶液回收問題。近二十年來，各種有機或無機新溶劑已取得了較大進展，N-甲基-N-嗎啉氧化物是迄今為止最強的纖維素溶劑，用它制備的少量纖維素產品(Lyocell)已進入市場。但由于其價格昂貴、紡絲溫度較高，工業化生產發展緩慢。NaOH水溶液是溶解纖維素最便宜的溶劑，當天然纖維素的氫鍵被破壞到一定程度，4℃左右時可溶解在7-9wt％的NaOH水溶液中，但這一溶劑僅能溶解經過蒸汽爆破處理后的，且聚合度低于250的木漿纖維素，不能溶解棉短絨漿，而且所制得纖維絲強度較低，不適合工業化紡絲或制膜。已有用6％NaOH/5％硫脲水溶液作為纖維素新溶劑，溶解纖維素并成功制備出強度優良的再生纖維素膜(中國專利：ZL00128162.3，J.Polym.Scy.Polym.Phys.2002，40，1521)。但是該溶劑體系必須在冷凍條件下3-5小時才能溶解纖維素制備透明的纖維素濃溶液，因此難以實現工業化。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速直接溶解纖維素的溶劑及工業方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種溶解纖維素的溶劑，由氫氧化鈉和尿素的水溶液組成，其特征在于：該溶劑中氫氧化鈉占水溶液總重量的8～12wt％，尿素占水溶液總重量的濃度為3.5～5.5％。

一種利用上述溶劑溶解纖維素的工業方法，將天然纖維素或再生纖維素將天然纖維素或再生纖維素1-2分鐘內全部投入于-12℃～-6℃的8～12wt％氫氧化鈉和3.5wt％～6.0wt％尿素的混合水溶液中，并充分攪拌3-8分鐘，制得透明的纖維素濃溶液，其中纖維素含量為3.5-9.5wt％。

與以往的技術相比，本發明的主要創新如下：

本發明有顯著進步，其中的氫氧化鈉/尿素水溶液可以在-12℃～-6℃左右快速溶解纖維素，適合工業化生產各種纖維素纖維、膜、無紡布和色譜柱多孔填料。

本發明所用的氫氧化鈉濃度比粘膠法的浸漬濃度(15-18％)低。而且對于各種天然纖維素(如棉短絨漿，木漿纖維素等)，蒸爆后的木漿纖維素以及再生纖維素(如無紡布、玻璃紙、粘膠短纖等)，能夠直接快速溶解并有著較大有溶解度；尤其是對于高結晶度的棉短絨漿不必經過由液相轉為固相的冷凍過程就直接溶解，其原因主要是NaOH與尿素的協同效應能有效地破壞聚多糖分子間和分子內氫氧鍵而加速其溶解。

本發明以天然纖維素為原料，整個過程無化學反應發生，比傳統的粘膠纖維工藝減少了堿化、老成、磺原酸化和熟成等工藝；同時原料消耗少，生產周期短，工藝流程簡單。其特點在于不需要，生產周期短，工藝流程短，以利于工業化生產。

具體實施方式

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：

取蒸爆木漿纖維素(粘均分子量M_η＝4.5×10⁴)12kg，迅速加入到溫度為-6℃的200kg?9wt％NaOH/4wt％尿素混合水溶液，充分攪拌5分鐘，得到透明的纖維素溶液，在0.1-0.2Mpa壓力下用220目濾網過濾，獲得澄清溶液。

實施例2：

再木漿纖維素(粘均分子量M_η＝10.0×10⁴)8.4kg，迅速加入到溫度為-5℃的180克kg?wt％NaOH/5wt％尿素混合水溶液，充分攪拌，6分鐘內完全溶解，在1-2個大氣壓下用200目濾網過濾，獲得澄清溶液。

實施例3：