CN102191706A

CN102191706A - 一种制备纤维素的工艺

Info

Publication number: CN102191706A
Application number: CN201010128533XA
Authority: CN
Inventors: 裴明; 邹梦凡
Original assignee: Shanghai Qibao High School
Current assignee: Shanghai Qibao High School
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开了一种制备纤维素的工艺，包括如下步骤：(1)将纤维素原料与氢氧化钠、尿素和水混合，形成的混合体系中氢氧化钠质量浓度为3％～15％，尿素质量浓度为2％～10％，纤维素原料中所含的纤维素质量浓度为0.2％～2％；(2)将上述混合体系在-5～-30℃下放置8～20小时，过滤除去不溶物，取滤液，冷冻干燥，得到固体为纤维素粗品；(3)将上述纤维素粗品溶解于水，过滤除去不溶物和固体，将滤液缓慢加热到30～60℃，有固体析出，抽滤取固体。本发明利用氢氧化钠/尿素水溶液提取纤维素，而且氢氧化钠和尿素还可以回收再利用以节约成本，减少污染。

Description

一种制备纤维素的工艺

技术领域

本发明涉及纤维素的制备工艺，公开了一种纤维素的制备方法。

背景技术

纤维素，分子式(C₆H₁₀O₅)n，由D-葡萄糖以β-1，4糖苷键组成的大分子多糖，分子量50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基，是植物细胞壁的主要成分。纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于Schwitzer试剂，浓硫酸，铜铵溶液和铜乙二胺溶液等。

纤维素的实验室制法是先用水、有机溶剂处理植物原料，再用氯、亚氯酸盐、二氧化氯、过乙酸去除其中所含的木素，得到纤维素和半纤维素，然后采用各种方法除去半纤维素，制得纯纤维素。工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料，除去木素，然后经过漂白进一步除去残留木素，所得漂白浆可用于造纸。

纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50％以上。棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。此外，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800万吨。此外，用分离纯化的纤维素做原料，可以制造人造丝，赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物和甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等醚类衍生物，用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。提取纤维素所使用的溶剂如N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂、N-甲基氧化吗啉(NMMO)、65％氯化锌水溶液等成本较高且不利于环保，所以研究纤维素开发的新方法和新工艺具有巨大的社会和经济意义。

发明内容

本发明旨在提供一种制备纤维素的工艺。

其技术方案为，一种制备纤维素的工艺，包括如下步骤：

(1)将纤维素原料与氢氧化钠、尿素和水混合，形成的混合体系中氢氧化钠质量浓度为3％～15％，尿素质量浓度为2％～10％，纤维素原料中所含的纤维素质量浓度为0.2％～2％；

(2)将上述混合体系在-5～-30℃下放置8～20小时，过滤除去不溶物，取滤液，冷冻干燥，得到固体为纤维素粗品；

(3)将上述纤维素粗品溶解于水，过滤除去不溶物和固体，将滤液缓慢加热到30～60℃，有固体析出，抽滤取固体。

步骤(1)中，纤维素原料中所含的纤维素质量浓度优选为0.2％～1％；

步骤(1)中，优选的氢氧化钠与尿素重量比为1∶1～2∶1，更优选为3∶2。

经过步骤(2)低温放置处理及冷冻干燥所得到的纤维素粗品，质地坚硬，在水中可快速溶解，得到体系均匀，基本澄清的高分子水溶液。而且，冷冻干燥后得到的纤维素粗品，溶解性能大幅度提高，在水中的溶解度和溶解速度都有较大增加；在室温下，冻干的纤维素粗品能够完全溶解于水，并形成透明高分子水溶液，为后续的杂质处理、获取维素制品，回收氢氧化钠/尿素溶液提供了保障。

，缓慢加热，破坏纤维素溶解体系，使纤维素结晶逐渐析出并相互连结，最后形成均匀的纤维素。通过抽滤得到纤维素成品，而氢氧化钠和尿素溶液可回收再利用。

步骤(3)中加热的升温速率优选为0.1～5℃/min。

本发明中，氢氧化钠/尿素水溶液是一种纤维素新溶剂，其它溶剂如N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂、N-甲基氧化吗啉(NMMO)、65％氯化锌水溶液等成本较高且不利于环保，故从经济与环境方面考虑，氢氧化钠/尿素水溶液是最实用的纤维素溶剂；而且氢氧化钠和尿素还可以回收再利用以节约成本，减少污染。

本发明利用氢氧化钠/尿素水溶液提取植物中的纤维素，并考察应用冷冻干燥方法制备纤维素制品，为植物纤维素的开发提供新的研究思路和方法。

具体实施方式

实施例1

配制氢氧化钠/尿素溶液，并加入滤纸碎块；所得的混合物中，氢氧化钠质量浓度为9％，尿素6％，以滤纸中纤维素含量计，纤维素质量浓度为1％。将所得到的混合物分别置于常温、4℃、-10℃、-20℃及-30℃条件下12h或1d后取出，考察其溶解性能，结果如表1所示。

表1

温度℃ 溶解性能

室温放置1d，仍未溶解，滤纸呈细绒状。

4 放置12h，溶解呈半透明状。分二相。

-10 放置12h，体系均匀。

-20 放置12h，体系均匀。

-30 放置12h，体系均匀。

由表1可知，室温时，溶液放置1d纤维素仍未溶解，滤纸由碎片状变为细绒状，说明在室温下，大部分纤维素在氢氧化钠/尿素水溶液中只能溶胀；在4℃下，放置12h，溶液呈半透明状，但明显分为两相，溶液上部有一层清液；在-10℃、-20℃、-30℃下，放置12h，所得3种溶液状态相似，体系较均匀。未得澄清溶液是因为滤纸中含有少量木质素和其它杂质，低温下木质素不能溶于氢氧化钠/尿素水溶液中，而且分子量太大的纤维素也有可能不能溶解。

实施例2

配制氢氧化钠/尿素溶液，并加入滤纸碎块或树叶；所得的混合物中，氢氧化钠质量浓度如表2和表3；以滤纸中纤维素含量计，纤维素质量浓度为1％。将所得到的混合物分别在-20℃条件下放置12h后取出，考察其溶解性能，结果如表2和表3所示。

表2

不同氢氧化钠/尿素配比溶解性能

5％∶10％溶解呈半透明状，分二相。

6％∶9％溶解呈半透明状，分二相。

7％∶7％体系较均匀。

9％∶6％体系均匀。

10％∶5％体系较均匀。

表3

不同氢氧化钠/尿素质量分数溶解性能

15％∶10％溶解非常迅速，体系均匀，基本澄清。

12％∶8％溶解迅速，体系均匀，较澄清。

9％∶6％体系较均匀，非澄清溶液。

6％∶4％溶解缓慢，溶解呈半透明状，体系不均匀。

3％∶2％溶解呈半透明状，分二相。

由表2可知，3∶2的氢氧化钠/尿素配比对纤维素的溶解性能最佳，所得溶液状态稳定，体系均匀；由表3可知，在氢氧化钠/尿素配比为3∶2，-20℃，放置12h的提取条件下，随氢氧化钠/尿素质量分数提高，对纤维素的溶解性能增加。但考虑到随氢氧化钠/尿素质量分数提高，提取成本也会明显提高，故优选氢氧化钠/尿素为12％∶8％的体系。

实施例3

配制氢氧化钠/尿素溶液，并加入滤纸碎块或树叶；所得的混合物中，氢氧化钠质量浓度为12％，尿素8％，以滤纸中纤维素含量计，纤维素质量浓度为0.5％～10％。将所得到的混合物分别在-20℃条件下放置12h后取出，考察其溶解性能，结果如表4所示。

表4

不同纤维素质量分数溶解性能

0.5％溶解迅速，体系均匀，基本澄清。

1％溶解迅速，体系均匀，基本澄清。

2％溶解速度减慢，体系较均匀，非澄清溶液。

5％无法完全溶解。

10％无法完全溶解。

实施例4

配制氢氧化钠/尿素溶液，并加入滤纸碎块；所得的混合物中，氢氧化钠质量浓度为9％，尿素6％，以滤纸中纤维素含量计，纤维素质量浓度为0.8％。

将所得到的混合物在-20℃条件下放置12h，过滤除去不溶物，取滤液，冷冻干燥，得到的冻干产物是白色固体，质地坚硬，为纤维素粗品。

将上述纤维素粗品溶解于水，遇水快速溶解，变为体系均匀，基本澄清的高分子水溶液。过滤除去不溶物和固体，将滤液缓慢加热到30～60℃，升温速率为1℃/min，破坏纤维素溶解体系；纤维素结晶逐渐析出并相互连结，最后形成均匀的纤维素析出，抽滤取固体，固体即为纤维素产品，液体可回收，浓缩再利用其中的氢氧化钠和尿素。

Claims

1.一种制备纤维素的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.权利要求1所述一种制备纤维素的工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中，纤维素原料中所含的纤维素质量浓度为0.2％～1％。

3.权利要求1所述一种制备纤维素的工艺，其特征在于，所述的步骤(1)中，氢氧化钠与尿素重量比为1∶1～2∶1。

4.权利要求1所述一种制备纤维素的工艺，其特征在于，所述的步骤(3)中，加热的升温速率为0.1～5℃/min。