[發(fā)明專利]一種纖維素經(jīng)過(guò)尿素改性后的低溫溶解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410310427.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104045720A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余木火;張玥;李欣達(dá);何小云;黎歡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B15/06
• 分類號(hào): C08B15/06;C08J3/03
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;郭海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維素的衍生化改性及其低溫溶解，尤其是涉及一種具有長(zhǎng)支鏈結(jié)構(gòu)的纖維素的低溫高效溶解，屬于高分子材料的新型綠色加工改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

纖維素是取之不盡、用之不竭的天然可再生資源。由于纖維素每個(gè)葡糖單元環(huán)上有兩個(gè)仲羥基和一個(gè)伯羥基，很容易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，結(jié)晶度很高，所以纖維素很難溶于一般的無(wú)機(jī)和有機(jī)溶劑中，需要采用特殊的溶劑或?qū)⑵溲苌男院蟛疟阌诩庸づc利用。纖維素衍生化主要包括酯化、醚化和接枝共聚反應(yīng)等。纖維素衍生化的研究成果為高分子物理和化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立、發(fā)展和豐富做出了重大貢獻(xiàn)。其中，纖維素與尿素反應(yīng)生成的纖維素氨基甲酸酯具有優(yōu)良的吸濕性、透氣性、抗靜電性、易染色性、可紡性、可降解性等，在紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、日常用品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

纖維素氨基甲酸酯能很好地溶解在氫氧化鈉溶液中形成良好穩(wěn)定的溶液，雖然采用氫氧化鈉溶液作溶劑對(duì)纖維素氨基甲酸酯進(jìn)行濕法紡絲，可以大大避免因?yàn)槭褂肅S₂和堿溶液作溶劑對(duì)纖維素進(jìn)行濕法紡絲產(chǎn)生的有毒有害氣體和液體等，而且工藝流程短，生產(chǎn)成本較低。2002年的國(guó)際纖維素大會(huì)對(duì)纖維素氨基甲酸酯的發(fā)明人德國(guó)科學(xué)家HP?Fink授予了獎(jiǎng)賞，纖維素氨基甲酸酯還能應(yīng)用在高吸水材料、中空纖維、泡沫塑料等的生產(chǎn)上。盡管如此，我國(guó)纖維素氨基甲酸酯纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)展很慢。這主要是因?yàn)橛捎诶w維素氨基甲酸酯在氫氧化鈉水溶液中的溶解度較低，大概為5％左右，導(dǎo)致纖維素氨基甲酸酯溶液粘度較低，可紡性不如粘膠溶液。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能明顯提高纖維素在低溫堿溶液中的溶解度的方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種纖維素經(jīng)過(guò)尿素改性后的低溫溶解方法，其特征在于：首先對(duì)纖維素進(jìn)行衍生化改性，在催化劑的作用下，纖維素與尿素進(jìn)行衍生化改性合成纖維素氨基甲酸酯，再配制溶劑對(duì)所得的纖維素氨基甲酸酯進(jìn)行低溫溶解；低溫是指溫度為-20～0℃；具體由以下4個(gè)步驟組成：

步驟1：將1份纖維素加入三口燒瓶中，然后加入預(yù)先加熱融化的10～20份離子液體作溶劑，恒溫油浴加熱，在N₂保護(hù)下連續(xù)攪拌，使纖維素完全溶解于離子液體中；

步驟2：將步驟1中制備好的纖維素/離子液體溶液升溫至150～180℃，邊攪拌邊加入5～15份尿素，恒溫反應(yīng)8～12h，然后冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物中包括纖維素氨基甲酸酯、離子液體以及未反應(yīng)的尿素；

步驟3：用蒸餾水沉淀步驟2中的產(chǎn)物，洗去離子液體，再用乙醇溶劑對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行沉淀分離，干燥得到粗纖維素氨基甲酸酯，最后用丙酮在索氏抽提器中提取，除去未反應(yīng)的尿素，得到純纖維素氨基甲酸酯；

步驟4：配制低溫溶解纖維素氨基甲酸酯的溶劑，溶劑組成按質(zhì)量比包括：氫氧化鈉10％～15％，去離子水85％～90％；將溶劑冷卻，在冷凍機(jī)中邊攪拌邊加入纖維素氨基甲酸酯。

優(yōu)選地，所述步驟1中，纖維素為棉纖維，聚合度為300～600。

優(yōu)選地，所述步驟1中，恒溫油浴加熱的溫度為100℃，在N₂保護(hù)下連續(xù)攪拌的時(shí)間為12h。

優(yōu)選地，所述步驟1中，離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽。

優(yōu)選地，所述步驟3中，丙酮在索氏抽提器中提取時(shí)間為12h。

優(yōu)選地，所述步驟4具體包括以下步驟：

A、在攪拌下將提純后的纖維素氨基甲酸酯粉碎成粒徑分布均勻的纖維素粉末；

B、將NaOH加入裝有去離子水的燒杯中，在常溫下攪拌，得到透明均勻的溶劑，將溶劑置于冷凍機(jī)中冷卻；

C、將步驟A中的纖維素粉末加入到冷卻的溶劑中，攪拌至完全溶解。

優(yōu)選地，所述步驟4中，將溶劑冷卻至-12℃。

優(yōu)選地，所述步驟4中，纖維素氨基甲酸酯在低溫氫氧化鈉水溶液中的溶解度為20％～25％，形成穩(wěn)定透明的纖維素溶液。

本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，可獲得易于溶解、高效綠色清潔化的纖維素溶液。尿素與纖維素的衍生化改性有效地破壞了纖維素分子內(nèi)和分子間的氫鍵，在低溫溶解過(guò)程中氫氧化鈉水合物與纖維素上OH基團(tuán)結(jié)合形成新的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步破壞纖維素原有的分子內(nèi)和分子間氫鍵，使纖維素溶液更加穩(wěn)定。結(jié)果表明纖維素經(jīng)過(guò)尿素改性后的低溫溶解性能明顯提高且不會(huì)產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象，為低能耗、環(huán)保型纖維素纖維的生產(chǎn)提供了良好的可行性。

具體實(shí)施方式