專(zhuān)利名稱：一種溶解纖維素的溶劑及工業(yè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素的方t去，屬于天然高分子領(lǐng)域，也屬于 化學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境工程領(lǐng)域。
技術(shù)背景植物纖維素是地球上最豐富的可再生資源，屬環(huán)境友好材料，充 分利用纖維素不僅可以保護(hù)環(huán)境，而且可以節(jié)省有限的石油資源。由 于纖維素具有很強(qiáng)的分子內(nèi)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(yīng)用。生產(chǎn)再生纖維素絲和膜的傳統(tǒng)工藝仍舊是粘膠法工藝，其原理是纖維素在強(qiáng)堿作用下(NaOH濃度18wt%)與 CS2反應(yīng)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(cell叩hane)。其生產(chǎn)過(guò)程中使用大量CS2并釋 放H2S， CSs而嚴(yán)重污染環(huán)境。銅氨法曾用于生產(chǎn)銅氨人造纖維，但也 存在環(huán)境污染和溶液回收問(wèn)題。近二十年來(lái)，各種有機(jī)或無(wú)機(jī)新溶劑 已取得了較大進(jìn)展，N-甲基-N-嗎啉氧化物是迄今為止最強(qiáng)的纖維素 溶劑，用它制備的少量纖維素產(chǎn)品(Lyocell)已進(jìn)入市場(chǎng)。但由于 其價(jià)格昂貴、紡絲溫度較高，工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展緩慢。NaOH水溶液是溶 解纖維素最便宜的溶劑，當(dāng)天然纖維素的氫鍵被破壞到一定程度，4 。C左右時(shí)可溶解在7-9機(jī)％的NaOH水溶液中，但這一溶劑僅能溶解經(jīng) 過(guò)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(qiáng)度較低，不適合工業(yè)化紡絲或制膜。已 有用6y。NaOH/596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(qiáng)度優(yōu)良的再生纖維素膜(中國(guó)專(zhuān)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(shí)才能溶解纖維素制備透明的纖維素濃溶液，因此難 以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種快速直接溶解纖維素的溶劑及工業(yè)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(yè)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l一2分鐘內(nèi)全部投入于-12。C -6 。C的8 12wt。/。氫氧化鈉和3. 5wt% 6. Owt。/。尿素的混合水溶液中，并 充分?jǐn)嚢? — 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(shù)相比，本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新如下本發(fā)明有顯著進(jìn)步，其中的氫氧化鈉/尿素水溶液可以在-12'C -6°〇左右快速溶解纖維素，適合工業(yè)化生產(chǎn)各種纖維素纖維、膜、無(wú) 紡布和色譜柱多孔填料。本發(fā)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(duì)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(wú)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(duì)于高結(jié)晶度的棉短絨 漿不必經(jīng)過(guò)由液相轉(zhuǎn)為固相的冷凍過(guò)程就直接溶解，其原因主要是 NaOH與尿素的協(xié)同效應(yīng)能有效地破壞聚多糖分子間和分子內(nèi)氫氧鍵 而加速其溶解。本發(fā)明以天然纖維素為原料，整個(gè)過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，比傳統(tǒng) 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(shí)原 料消耗少，生產(chǎn)周期短，工藝流程簡(jiǎn)單。其特點(diǎn)在于不需要，生產(chǎn)周 期短，丄藝流程短，以利于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1:取蒸爆木漿纖維素(粘均分子量M^4.5X104) 12kg，迅速加入 到溫度為一6。C的200 kg 9 wt%NaOH/ 4 wt。/。尿素混合水溶液，充分?jǐn)?拌5分鐘，得到透明的纖維素溶液，在0.卜O. 2Mpa壓力下用220目 濾網(wǎng)過(guò)濾，獲得澄清溶液。實(shí)施例2:再木漿纖維素(粘均分子量M^ 10.0X104) 8.4kg，迅速加入到 溫度為—5°C的180克kg wt%NaOH/ 5 wt。/。尿素混合水溶液，充分?jǐn)嚢瑁?6分鐘內(nèi)完全溶解，在1-2個(gè)大氣壓下用200目濾網(wǎng)過(guò)濾，獲得澄清 溶液。實(shí)施例3:取棉短絨槳纖維素(粘均分子量M廠IO. 2X100 10 kg，迅速加 入到溫度為一4。C的210 kg 12 wt%NaOH/ 5 wt。/。尿素混合水溶液，6 分鐘內(nèi)完全溶解，在0. 1-0. 2個(gè)大氣壓下用200目濾網(wǎng)過(guò)濾，獲得澄 清溶液。在玻璃板上刮膜后立即放入5wty。硫酸水溶液，浸泡2-5分鐘 后取出，用水沖洗干凈。最后貼在有機(jī)玻璃板上自然晾干得到再生纖 維素膜。由電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)得由5wt。/。硫酸凝固的再生纖維素膜的抗 張強(qiáng)度o h、斷裂伸長(zhǎng)率e b及彈性模量分別為86Mpa、 10%及4586 Mpa、 透光率為86% (800nm)。實(shí)施例4:取秸桿漿纖維素(粘均分子量Ma=4. 1X104) 9 kg，迅速加入到 溫度為一5。C的190 kg 12wt%NaOH/4. 2wt。/。尿素混合水溶液，充分?jǐn)嚢瑁?7分鐘內(nèi)完全溶解，在1-2個(gè)大氣壓下用200目濾網(wǎng)過(guò)濾，獲得澄清 溶液。
權(quán)利要求
1. 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％。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用上述溶劑溶解纖維素的工業(yè) 方法，其特征在于將天然纖維素或再生纖維素將天然纖維素或再生 纖維素l一2分鐘內(nèi)全部投入于-12匸 -6。C的8 12wt。/。氫氧化鈉和 3. 5wt。/。 6.0wt。/。尿素的混合水溶液中，并充分?jǐn)嚢?—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%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溶解纖維素的溶劑及工業(yè)方法，該溶劑由氫氧化鈉和尿素的水溶液組成，不同點(diǎn)是，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％，其工業(yè)方法為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(nèi)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?jǐn)嚢?-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％，該工藝簡(jiǎn)單，溶劑無(wú)污染且纖維素濃溶液中不含硫。
文檔編號(hào)D21C5/00GK101275369SQ20071002106
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者李春濤 申請(qǐng)人:江蘇龍馬綠色纖維有限公司