[發明專利]一種質子型離子液體、制備方法及其在纖維素溶解和再生中的應用

無效

• 申請號: 201010616531.5
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102146165A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 張星辰;劉會茹;周二鵬
• 申請（專利權）人: 石家莊學院
• 主分類號: C08J3/02
• 分類號: C08J3/02;C08L1/02;D01F2/02;D01D5/06
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 董金國

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，屬于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(C₆H₁₀O₅)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復雜結構，從而使得纖維素很難溶解于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，各國科學家致力于研究對環境污染小的纖維素溶劑體系，如：多聚甲醛/二甲基亞砜(PF/DMSO)體系、四氧化二氮/二甲基甲酰胺(N2O4/DMF)體系、氯化鋰/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)體系、二甲基亞砜/四乙基氯化氨(DMSO/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。由于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堿結合形成的，在結合過程中，質子從酸轉移到堿，形成質子貢獻體和質子接受體，然后進一步形成氫鍵網絡結構。由于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采用濕法紡絲技術，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制備方法。

本發明的目的還在于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。由于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，然后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：

為此，本發明給出的質子型離子液體的組成如下式表示：

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。

含硫的無機化合物是：硫氰酸銨、硫氰酸鈉、硫氰酸鉀等其中的一種；

含硫的有機化合物是：硫脲、硫代乙酰胺、噻吩、胱氨酸等其中的一種。

本發明所說的質子型離子液體的制備方法如下：

按物質的量之比為(1∶1)～(1∶5)分別稱取含硫化合物和濃硫酸，將濃硫酸置于冰水浴中，然后把含硫化合物緩慢的加入到濃硫酸中，慢慢攪拌，直到含硫化合物完全溶解，即可得到質子型離子液體。

本發明所說的質子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應用方法包括以下步驟：

(1)先將離子液體加熱至30～60℃；

(2)按與離子液體質量比為5％～30％稱取纖維素，并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)溶解的纖維素采用濕法紡絲技術通過紡絲機紡絲并在乙醇凝固浴中再生凝固。

本發明中，質子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應用，所述纖維素為棉纖維、木纖維、竹纖維、草纖維中的一種。

本發明取得的有益效果如下：

(1)本發明采用的原料價格低廉、易得，而且制備方法簡單，得到的離子液體不用提純。

(2)將纖維素直接溶解于所制備的質子型離子液體中，纖維素溶解度明顯得到提高。