CN101074285B

CN101074285B - 一种溶解纤维素的方法

Info

Publication number: CN101074285B
Application number: CN200710052532A
Authority: CN
Inventors: 张俐娜; 祁海松; 刘石林
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: CN101074285A

Abstract

本发明公开了一种溶解纤维素的方法，其步骤为：先将纤维素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，再预冷至0～8℃，搅拌均匀生成碱纤维素溶液，或者先将6～14wt％LiOH水溶液预冷至0～8℃，再加入纤维素，搅拌均匀生成的碱纤维素溶液，然后在得到的碱纤维素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室温下搅拌均匀制得透明的纤维素溶液，纤维素、LiOH、尿素的用量根据制得的纤维素溶液中纤维素含量为2～9wt％、LiOH含量为3～7wt％、尿素含量为1～20wt％而确定。本发明所提供的方法特别适用于分子量低于30×10⁴的天然纤维素或II型纤维素。该方法以氢氧化锂、尿素、水为原料，价格便宜，操作简单方便，对环境无污染，而且溶解和再生都是物理过程，未发生化学反应，废液容易回收循环使用，因此具有更广泛的应用前景。

Description

一种溶解纤维素的方法

技术领域

本发明涉及一种溶解纤维素的方法，属于天然高分子领域。

背景技术

进入二十一世纪，可再生资源和能源的原材料、环境友好材料以及可持续发展的技术和过程已成为科技研发的重要方向。植物纤维素是地球上最丰富的可再生资源，属环境友好材料，充分利用纤维素不仅可以保护环境，而且可以节省有限的石油资源。然而，目前现有纤维素工业中纤维素溶解过程繁杂、成本高且有污染。例如大规模工业化的粘胶法生产人造丝和玻璃纸，生产过程中产生大量CS₂而严重污染环境。其它方法如铜氨法由于溶解过程繁杂和价格问题而难以产业化；氨基甲酸酯法(Finnish Patent 61003；Finnish Patent 62318；U.S.Patent 4404369)则由于尿素用量高、有副产物等受到限制。其它直接溶解纤维素的方法，如直接溶剂二甲亚砜-氮氧化物(U.S.patent 3236669，1966)、ZnCl₂水溶液(U.S.Patent 5290349，1994)、LiCl/DMAc(U.S.Patent 4302252，1981)、N-甲基氧化吗啉(NMMO)(U.S.patent 2179181，1939；Brit.1144048，1967；U.S.patent 4246221，1981)、离子液体等等，则由于价格昂贵、溶解条件苛刻、有毒有害等因素，工业化生产进展缓慢。日本报道(Japan Patent 1777283，1983；U.S.Patent 4634470)在NaOH水溶液中溶解纤维素，但必须使用经蒸汽爆破处理过的木浆纤维素(聚合度低于250)。我们也发明了几种溶解纤维素的直接溶剂(00114486.3；03128386.1；200310111447.8；200310111567.8)，但这些溶剂有的溶解纤维素的分子量不高，有的溶解需要的温度等条件比较苛刻。

发明内容

为了克服现有技术中存在的纤维素溶解过程繁杂、成本高且有污染、溶解纤维素的分子量不高，条件苛刻等不足，本发明提供了一种溶解纤维素的方法，这种方法不仅能简单快速、条件温和的溶解更高分子的纤维素，而且成本低廉，对环境无污染，容易回收。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案采用了如下具体步骤：

将纤维素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，预冷至0～8℃，再搅拌均匀生成碱纤维素溶液，或者将6～14wt％LiOH水溶液预冷至0～8℃，加入纤维素，搅拌均匀生成的碱纤维素溶液，然后在得到的碱纤维素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室温下搅拌均匀制得透明的纤维素溶液，纤维素、LiOH、尿素的用量根据制得的纤维素溶液中纤维素含量为2～9wt％，LiOH含量为3～7wt％，尿素含量为1～20wt％而确定。本发明中所用纤维素为分子量低于30×10⁴的天然纤维素或II型纤维素。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出特点：

本发明是通过采用首先预处理纤维素生成碱纤维素，再加入尿素水溶液的方法使纤维素得到迅速溶解，用该方法，纤维素在10分钟以内即可完全溶解，能明显降低能耗。与我们以前发明的几种溶解纤维素的方法相比，这种方法溶解过程中的温度范围宽且温和。最终的溶液中氢氧化锂和尿素的浓度范围比较大，浓度分别为3～7wt％和1～20wt％。而且对各种纤维素(棉短绒浆、草纤维浆、甘蔗渣浆、木浆和纤维素无纺布以及蒸爆纤维素浆等)的溶解度都达到100％，可制得高分子量的浓溶液。且本发明提供的溶解方法没有其它苛刻条件，对设备要求不高，有利于工业化生产。

本发明以氢氧化锂、尿素、水为原料，价格便宜，操作简单方便，对环境无污染。而且溶解和再生都是物理过程，未发生化学反应，废液容易回收循环使用，因此具有更广泛的应用前景——可用于工业上溶解纤维素，制备各种纤维素丝、膜、无纺布和色谱柱多孔填料，也可用在实验室进行纤维素分子量及溶液性质的研究；而本发明纤维素膜可用作纺织业、农业、化工、食品、环境等领域中的纺织品、农膜、包装及分离材料。

具体实施方式

本发明提供的技术方案是：首先将分子量低于30×10⁴的天然纤维素或II型纤维素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，预冷至0～8℃，搅拌均匀生成碱纤维素溶液，或者将6～14wt％LiOH水溶液预冷至0～8℃，加入纤维素，搅拌均匀生成的碱纤维素溶液，然后在得到的碱纤维素溶液中加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室温下搅拌均匀制得透明的纤维素溶液，纤维素、LiOH、尿素的用量根据制得的纤维素溶液中纤维素含量为2～9wt％，LiOH含量为3～7wt％，尿素含量为1～20wt％而确定。

以下结合实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1

取再生纤维素(无纺布M_η＝20×10⁴)10克，加入100克10wt％LiOH水溶液中，搅拌5分钟，然后放在冰箱中预冷至0℃，取出搅拌均匀的碱纤维素溶液，加入90克10℃的20wt％尿素水溶液，在室温下(25℃)搅拌5分钟后制得均匀透明的纤维素溶液。溶解纤维素的总时间为10分钟，制得的纤维素溶液中纤维素含量为5wt％，LiOH含量为5wt％，尿素含量为9wt％。

实施例2

100克8wt％LiOH水溶液在冰箱中预冷至2℃，立即取棉短绒浆(粘均分子量M_η＝6×10⁴)18克投入其中，充分搅拌均匀(3分钟)生成碱纤维素溶液，然后迅速加入82克10℃的14wt％尿素水溶液，在室温下(25℃)搅拌均匀后(5分钟)制得透明的纤维素溶液。溶解纤维素的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中纤维素含量为9wt％，LiOH含量为4wt％，尿素含量约为6wt％。

实施例3

100克14wt％LiOH水溶液在冰箱中预冷至8℃，立即取棉短绒浆(粘均分子量M_η＝10×10⁴)8克投入其中，充分搅拌均匀(4分钟)生成碱纤维素溶液，然后迅速加入92克15℃的2wt％尿素水溶液，在室温下(25℃)搅拌均匀(5分钟)制得透明的纤维素溶液。溶解的总时间为9分钟，制得的纤维素溶液中纤维素含量为4wt％，LiOH含量为7wt％，尿素含量约为1wt％。

实施例4

100克12wt％LiOH水溶液在冰箱中预冷至0℃，立即取木浆纤维素(粘均分子量M_η＝9×10⁴)10克投入其中，充分搅拌均匀(3分钟)生成碱纤维素溶液，然后迅速加入90克15℃的16wt％尿素水溶液，在室温下(25℃)搅拌均匀后(5分钟)制得透明的纤维素溶液。溶解的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中纤维素含量为5wt％，LiOH含量为6wt％，尿素含量约为7wt％。

实施例5

100克10wt％LiOH水溶液在冰箱中预冷至0℃，立即取棉短绒浆(粘均分子量M_η＝30×10⁴)6克投入其中，充分搅拌均匀(2分钟)生成碱纤维素溶液，然后迅速加入94克5℃的20wt％尿素水溶液，在室温下(25℃)搅拌均匀后(5分钟)制得透明的纤维素溶液。溶解的总时间为7分钟，制得的纤维素溶液中纤维素含量为3wt％，LiOH含量为5wt％，尿素含量约为9wt％。

Claims

1.一种溶解纤维素的方法，其特征是采用如下步骤：

(1)先将纤维素分散于6～14wt％LiOH水溶液中，预冷至0～8℃，再搅拌均匀生成碱纤维素溶液，或者先将6～14wt％LiOH水溶液预冷至0～8℃，再加入纤维素，然后再搅拌均匀生成碱纤维素溶液；

(2)再加入0～15℃的2～40wt％尿素水溶液，在室温下搅拌均匀即制得透明的纤维素溶液，纤维素、LiOH、尿素的用量根据制得的纤维素溶液中纤维素含量为2～9wt％、LiOH含量为3～7wt％、尿素含量为1～20wt％而确定。

2.根据权利要求1所述的溶解纤维素的方法，其特征在于：所用纤维素为分子量低于30×10⁴的天然纤维素。