[發明專利]一種基于衍生化體系的紡絲液及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011309848.4
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112458565A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李金玲;劉斐;盧珊;那海寧;朱錦
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D01F2/28
• 分類號: D01F2/28
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種基于衍生化體系的紡絲液及其制備方法和應用，所述的紡絲液包括纖維素碳酸酯衍生物、極性非質子溶劑和pKa大于20的有機堿；所述的紡絲液穩定性高，溶解和紡絲過程條件溫和、安全，解決了纖維素衍生化溶解體系在溶解纖維素、制備纖維素紡絲液及基于該紡絲液通過濕法紡絲制備再生纖維素纖維的過程中使用強酸、無機強堿、有毒化學物質，產生廢水和有毒廢氣，容易造成嚴重環境污染的問題。由所述紡絲液制得的再生纖維素纖維性能優異。

技術領域

本發明涉及化學與材料技術領域，具體涉及一種基于衍生化體系的紡絲液及其制備方法和應用。

背景技術

纖維素是世界上產量最大的可再生資源，在綠色環保和可持續發展要求下，開發以纖維素為原料的各種高性能材料具有良好的發展前景和重要的應用價值。再生纖維素纖維具有吸濕性好、透氣性強、可以生物降解等優良性能，深受消費者青睞。

制備再生纖維素纖維需要合適的纖維素紡絲液，然而將纖維素溶解并制備成紡絲液條件較為苛刻。用于制備纖維素紡絲液的衍生化體系主要是粘膠體系，基于傳統粘膠纖維工藝制備的纖維素紡絲液，主要化學組分為纖維素黃酸酯、水和無機堿。該體系紡絲液中的纖維素黃酸酯成分在制備過程中涉及使用無機強堿和CS₂等有毒化學物質(纖維素黃原酸脂的制備及處理含銅廢水的研究[J].廣東化工,2010,37(011):35-36.)，通過濕法紡絲使纖維素黃酸酯水解析出得到再生纖維素纖維的紡絲過程需要使用強酸并產生H₂S廢氣(以稀堿溶液為溶劑體系的纖維素纖維紡絲工藝研究[D].2013)，對環境容易造成嚴重污染。

因此，克服現有衍生化體系不足，采用化學組分更加綠色環保的纖維素紡絲液通過濕法紡絲制備再生纖維素纖維具有重要意義。

發明內容

本發明提供了基于衍生化體系的紡絲液及其制備方法和應用，以克服現有體系，尤其是衍生化體系在生產過程中容易造成嚴重污染的不足。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于衍生化體系的紡絲液，所述的紡絲液包括纖維素碳酸酯衍生物、極性非質子溶劑和pKa大于20的有機堿。

該體系紡絲液中的纖維素碳酸酯成分在制備過程中涉及使用的有機溶劑和有機堿均可經過蒸餾進行回收，沒有廢棄物排放，使用的二氧化碳無毒無污染，不會對環境造成破壞和影響。

所述纖維素碳酸酯衍生物的結構如式(I)所示：

其中，n代表聚合度，n的取值范圍為100n500或1000n2000；

R分別獨立地為H或并且至少一個R為

代表有機堿對應的陽離子。

所述的極性非質子溶劑優選為二甲基亞砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一種或幾種。

這些極性非質子溶劑具有較高的極性，根據相似相容原理，可以很好的溶解極性較高的纖維素碳酸酯離子化合物。

所述的pKa大于20的有機堿優選為四甲基胍(TMG)、1,8-二氮雜二環-雙[5,4,0]-7-十一烯(DBU)、1,5,7-三氮雜二環[4,4,0]癸-5-烯(TBD)或1,5-二氮雜二環[4,3,0]壬-5-烯(DBN)中的一種或幾種。

這些有機堿具有較高的堿性，有利于奪取纖維素羥基上的質子，促進二氧化碳與纖維素反應獲得纖維素碳酸酯衍生物。

所述的紡絲液中纖維素碳酸酯衍生物的質量分數為1％～10％(以添加的纖維素質量計算)。

所述的紡絲液中有機堿與纖維素碳酸酯衍生物中脫水葡萄糖單元(AGU)的摩爾比為1～10:1。