[發(fā)明專利]一種溶解纖維素的新型溶劑及其制備方法和用途

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710046186.4
• 申請(qǐng)日: 2007-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN101157761A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張帥;程鋒偉;俞建勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/09
• 分類號(hào): C08J3/09;C08L1/02;C08K5/405;C08K3/22
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域。它涉及一種溶解纖維素的新型溶劑及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

當(dāng)前，纖維素科學(xué)與技術(shù)正面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。非降解塑料帶來的環(huán)境污染和石油資源的不斷消耗已威脅著人類的生存、健康與發(fā)展，利用可再生的纖維素資源開發(fā)環(huán)境友好材料不僅符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而且屬于國際上最近公布的22個(gè)前沿領(lǐng)域之一。纖維素由于其可再生性、生物降解性、生物相容性和易衍生化等特點(diǎn)，將成為未來主要的化工原料之一。眾所周知，纖維素具有很強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間氫鍵，分子鏈堆砌緊密，難以熔融加工，普通的溶劑不能使其溶解。因此，纖維素在許多領(lǐng)域并沒有得到充分的應(yīng)用。近百年，商業(yè)再生纖維素絲和玻璃紙主要是通過粘膠法和銅氨法生產(chǎn)。

在粘膠生產(chǎn)工藝?yán)铮捎诶w維素磺酸鹽再生為纖維素過程中，含硫產(chǎn)品會(huì)被放出，如硫化氫、二硫化碳等，這些有害氣體的放出使生產(chǎn)工序復(fù)雜化，并污染了環(huán)境。發(fā)達(dá)國家因環(huán)保等原因紛紛停產(chǎn)。我國粘膠纖維發(fā)展規(guī)劃中也明確提出不再在國內(nèi)分布新點(diǎn)，粘膠纖維的發(fā)展僅在現(xiàn)有布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而且要求解決生產(chǎn)過程中的污染。

1857年Schweizer發(fā)現(xiàn)利用銅氨溶液能夠順利溶解纖維素，之后銅氨法成為溶解纖維素的一種重要方法。將硫酸銅與氫氧化胺作用生成氫氧化銅沉淀，洗去硫酸鹽，再將氫氧化銅溶解于濃氨水中生成配合物四氨氫氧化物。這種銅氨配合物溶劑是纖維素最早的溶劑之一，但它存在許多缺點(diǎn)；1)銅氨溶液的配制較為麻煩，穩(wěn)定性差。2)氨水和硫酸鹽等化學(xué)物質(zhì)的回收費(fèi)用較高；3)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鈉和硫酸氨等鹽類副產(chǎn)物：4)該法制備的膜結(jié)構(gòu)較致密，通常只能在低通量的范圍內(nèi)應(yīng)用；5)制備的膜易老化，不易儲(chǔ)存；6)膜中的銅離子不易去除，長期用于滲析時(shí)對(duì)人體不利：7)工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率低；

目前發(fā)達(dá)國家如美國、日本均已停止或即將關(guān)閉粘膠法生產(chǎn)廠并大力開發(fā)新型溶劑，目前較成功的如胺氧化物溶劑體系，四氧化二氮/二甲基甲酰胺，氯化鋰/二甲基乙酰胺體系等，但它們工藝條件要求十分苛刻，成本很高，難以取代粘膠工藝。

在國外文獻(xiàn)提出氫氧化鈉中加入尿素以及硫脲可以促進(jìn)纖維素溶解的基礎(chǔ)上，國內(nèi)武漢大學(xué)張俐娜教授研究用氫氧化鈉和尿素混合水溶液、氫氧化鈉和硫脲混合水溶液作為溶劑溶解纖維素，上海東華大學(xué)顧利霞教授采用氫氧化鈉/硫脲/尿素/水作為溶劑溶解纖維素，這種物理溶解的方法制備的纖維素保持著天然纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并具有較規(guī)整的空間結(jié)構(gòu)，其結(jié)晶度接近天然纖維素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用化學(xué)方法制備的纖維素，但其溶解能力有限，如張俐娜教授研究的溶劑體系對(duì)聚合度大于1400的棉漿粕沒有溶解能力，對(duì)聚合度為600的棉短絨漿，所得纖維素溶液濃度小于6％，而且當(dāng)所制備的溶液濃度超過5％時(shí)，難以用一般的方法進(jìn)行脫泡，溶液的可紡性差，甚至不能完全溶解，顧麗霞教授研究的溶液體系對(duì)聚合度大于1400的棉漿粕溶解能力也非常有限，對(duì)聚合度大于600的棉漿粕的溶解性雖有所提高，但仍然不能突破6％。另外，兩者所制備的溶液不穩(wěn)定，高低溫條件下都易產(chǎn)生熱不可逆的凝膠現(xiàn)象，保存起來非常困難，對(duì)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用來說是非常大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種溶解纖維素的新型溶劑，以解決現(xiàn)有技術(shù)中溶劑溶解纖維素的能力差、溶解條件苛刻、溶液易凝膠化不易保存、對(duì)環(huán)境污染大、不適宜工業(yè)化生產(chǎn)等缺點(diǎn)；

本發(fā)明的目的之二是提供一種溶解纖維素的新型溶劑的制備方法；

本發(fā)明的目的之三是提供一種溶解纖維素的新型溶劑的用途，它可以用來溶解纖維素，制備高濃度高穩(wěn)定性的纖維素溶液，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)各種再生纖維素纖維、膜、無紡布、纖維素衍生物、醫(yī)用仿生材料以及色譜柱多孔填料。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種溶解纖維素的新型溶劑，其特征在于該溶劑包含下列重量百分比含量的組份：

氫氧化鋰??????????????????????3％～8％

尿素??????????????????????????3％～15％

硫脲??????????????????????????1％～12％

水????????????????????????????余量；

所述的一種溶解纖維素的新型溶劑，其特征在于該溶劑包含下列重量百分比含量的組份：

氫氧化鋰??????????????????????3.5％～7％

尿素??????????????????????????4％～12％

硫脲??????????????????????????3％～10％