CN101275369A - 一种溶解纤维素的溶剂及工业方法 - Google Patents

一种溶解纤维素的溶剂及工业方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溶解纤维素的溶剂及工业方法，该溶剂由氢氧化钠和尿素的水溶液组成，不同点是，该溶剂中氢氧化钠占水溶液总重量的8～12wt％，尿素占水溶液总重量的浓度为3.5～5.5％，其工业方法为：将天然纤维素或再生纤维素将天然纤维素或再生纤维素1－2分钟内全部投入于－12℃～－6℃的8～12wt％氢氧化钠和3.5wt％～6.0wt％尿素的混合水溶液中，并充分搅拌3－8分钟，制得透明的纤维素浓溶液，其中纤维素含量为3.5－9.5wt％，该工艺简单，溶剂无污染且纤维素浓溶液中不含硫。

Description

一种溶解纤维素的溶剂及工业方法
技术领域
本发明涉及一种纤维素的方法，属于天然高分子领域，也属于化学、农业、环境工程领域。
背景技术
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。由于纤维素具有很强的分子内和分子间氢键，因此难溶解也不能熔融，从而大大限制了其广泛应用。生产再生纤维素丝和膜的传统工艺仍旧是粘胶法工艺，其原理是纤维素在强碱作用下(NaOH浓度18wt％)与CS2反应生成纤维素黄酸酯而溶于稀碱溶液，然后在稀酸溶液中再生制备粘胶纤维或玻璃纸(cellophane)。其生产过程中使用大量CS2并释放H2S，CS2而严重污染环境。铜氨法曾用于生产铜氨人造纤维，但也存在环境污染和溶液回收问题。近二十年来，各种有机或无机新溶剂已取得了较大进展，N-甲基-N-吗啉氧化物是迄今为止最强的纤维素溶剂，用它制备的少量纤维素产品(Lyocell)已进入市场。但由于其价格昂贵、纺丝温度较高，工业化生产发展缓慢。NaOH水溶液是溶解纤维素最便宜的溶剂，当天然纤维素的氢键被破坏到一定程度，4℃左右时可溶解在7-9wt％的NaOH水溶液中，但这一溶剂仅能溶解经过蒸汽爆破处理后的，且聚合度低于250的木浆纤维素，不能溶解棉短绒浆，而且所制得纤维丝强度较低，不适合工业化纺丝或制膜。已有用6％NaOH/5％硫脲水溶液作为纤维素新溶剂，溶解纤维素并成功制备出强度优良的再生纤维素膜(中国专利：ZL00128162.3，J.Polym.Scy.Polym.Phys.2002，40，1521)。但是该溶剂体系必须在冷冻条件下3-5小时才能溶解纤维素制备透明的纤维素浓溶液，因此难以实现工业化。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速直接溶解纤维素的溶剂及工业方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种溶解纤维素的溶剂，由氢氧化钠和尿素的水溶液组成，其特征在于：该溶剂中氢氧化钠占水溶液总重量的8～12wt％，尿素占水溶液总重量的浓度为3.5～5.5％。
一种利用上述溶剂溶解纤维素的工业方法，将天然纤维素或再生纤维素将天然纤维素或再生纤维素1-2分钟内全部投入于-12℃～-6℃的8～12wt％氢氧化钠和3.5wt％～6.0wt％尿素的混合水溶液中，并充分搅拌3-8分钟，制得透明的纤维素浓溶液，其中纤维素含量为3.5-9.5wt％。
与以往的技术相比，本发明的主要创新如下：
本发明有显著进步，其中的氢氧化钠/尿素水溶液可以在-12℃～-6℃左右快速溶解纤维素，适合工业化生产各种纤维素纤维、膜、无纺布和色谱柱多孔填料。
本发明所用的氢氧化钠浓度比粘胶法的浸渍浓度(15-18％)低。而且对于各种天然纤维素(如棉短绒浆，木浆纤维素等)，蒸爆后的木浆纤维素以及再生纤维素(如无纺布、玻璃纸、粘胶短纤等)，能够直接快速溶解并有着较大有溶解度；尤其是对于高结晶度的棉短绒浆不必经过由液相转为固相的冷冻过程就直接溶解，其原因主要是NaOH与尿素的协同效应能有效地破坏聚多糖分子间和分子内氢氧键而加速其溶解。
本发明以天然纤维素为原料，整个过程无化学反应发生，比传统的粘胶纤维工艺减少了碱化、老成、磺原酸化和熟成等工艺；同时原料消耗少，生产周期短，工艺流程简单。其特点在于不需要，生产周期短，工艺流程短，以利于工业化生产。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：
取蒸爆木浆纤维素(粘均分子量Mη＝4.5×104)12kg，迅速加入到温度为-6℃的200kg 9wt％NaOH/4wt％尿素混合水溶液，充分搅拌5分钟，得到透明的纤维素溶液，在0.1-0.2Mpa压力下用220目滤网过滤，获得澄清溶液。
实施例2：
再木浆纤维素(粘均分子量Mη＝10.0×104)8.4kg，迅速加入到温度为-5℃的180克kg wt％NaOH/5wt％尿素混合水溶液，充分搅拌，6分钟内完全溶解，在1-2个大气压下用200目滤网过滤，获得澄清溶液。
实施例3：
取棉短绒浆纤维素(粘均分子量Mη＝10.2×104)10kg，迅速加入到温度为-4℃的210kg 12wt％NaOH/5wt％尿素混合水溶液，6分钟内完全溶解，在0.1-0.2个大气压下用200目滤网过滤，获得澄清溶液。在玻璃板上刮膜后立即放入5wt％硫酸水溶液，浸泡2-5分钟后取出，用水冲洗干净。最后贴在有机玻璃板上自然晾干得到再生纤维素膜。由电子拉力实验机测得由5wt％硫酸凝固的再生纤维素膜的抗张强度σb、断裂伸长率εb及弹性模量分别为86Mpa、10％及4586Mpa、透光率为86％(800nm)。
实施例4：
取秸杆浆纤维素(粘均分子量Mη＝4.1×104)9kg，迅速加入到温度为-5℃的190kg 12wt％NaOH/4.2wt％尿素混合水溶液，充分搅拌，7分钟内完全溶解，在1-2个大气压下用200目滤网过滤，获得澄清溶液。

Claims (2)

1. 一种溶解纤维素的溶剂，由氢氧化钠和尿素的水溶液组成，其特征在于：该溶剂中氢氧化钠占水溶液总重量的8～12wt％，尿素占水溶液总重量的浓度为3.5～5.5％。
2. 根据权利要求1所述的一种利用上述溶剂溶解纤维素的工业方法，其特征在于：将天然纤维素或再生纤维素将天然纤维素或再生纤维素1-2分钟内全部投入于-12℃～-6℃的8～12wt％氢氧化钠和3.5wt％～6.0wt％尿素的混合水溶液中，并充分搅拌3-8分钟，制得透明的纤维素浓溶液，其中纤维素含量为3.5-9.5wt％。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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