CN1851063A - 以离子液体为溶剂制备纤维素纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以离子液体为溶剂制备的纤维素纤维的方法，包括如下步骤：将粉碎后的纤维素与离子液体均匀混合，在50～150℃温度下溶解1～100小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为5～35％；纺丝原液经过过滤、脱泡后进行纺丝，凝固浴由水或水和离子液体组成，凝固浴中离子液体浓度为0～50％，温度为0～90℃。本发明的有益效果是：采用的溶剂为离子液体，无毒、无挥发性，有利于环境保护和操作人员健康；离子液体熔点范围宽，在聚合和纺丝的温度范围内，有利于温度的控制；凝固剂为水或者由水和离子液体组成，同样是绿色溶剂，有利于环境保护；离子液体无挥发性，易于回收，降低生产成本，节约资源和能源；提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素纤维的制备方法，特别是涉及一种以离子液体为溶剂的纤维素纤维的制备方法。
背景技术
纤维素是一种可再生资源，普遍存在于大自然中。树木、棉花、稻杆、玉米等植物和一些细菌的分泌物中都含有大量的纤维素。纤维素纤维可能成为代替石油裂解纤维产品的可再生资源。目前纤维素纤维的生产主要采用氢氧化钠、丙酮、二硫化碳等作为溶剂和助剂，并需要对所用的纤维素进行黄化、老成和熟成，又涉及到甲醛、亚硫酸盐、硫化钠、硫酸和硫酸锌等化学试剂，所有上述有机试剂都具有挥发性，对环境造成严重的污染和危及着操作人员的健康；而无机试剂都具有强腐蚀性，对设备的腐蚀极大。此外，这些化学试剂的回收需要进行多级减压蒸发和多级结晶沉降，整个回收工序不仅工艺流程繁琐、对工艺参数的控制要求严格，而且会产生大量的废气和废水，又对环境造成严重污染。
室温离子液体与传统溶剂相比，沸点高，不挥发，在较宽的温度范围内以液态存在，且有很好的热稳定性；可以通过选择适宜的阴、阳离子的组合而改变其物理化学性质，是许多有机物、无机物和高分子材料的良溶剂。离子液体作为一种绿色溶剂广泛应用于电化学、有机合成、催化和分离等领域，同时也是许多高分子聚合反应和加工的良溶剂，如聚对苯、聚丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。美国专利20020010291公开了一种在离子液体中制备高分子量聚异烯烃的方法，美国专利20030157351公开了一种纤维素在离子液体中溶解和加工的方法，中国专利CN 1596282A公开了采用离子液体溶解及加工纤维素的方法。纤维素在常规溶剂中的溶解度较小且难以溶解，需要进行黄化、老成和熟成等复杂工序，很多种离子液体对纤维素的溶解度很大，有些甚至可以达到35％(质量百分比)，大大提高了生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以离子液体为溶剂制备纤维素纤维的方法，以弥补现有技术存在的纤维素纤维采用溶液纺丝时，所用溶剂具有强烈的腐蚀性和挥发性，造成严重的环境污染的缺陷，满足生产和生活的需要。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：以离子液体为溶剂制备纤维素纤维的方法，包括如下步骤：
将粉碎后的纤维素与离子液体均匀混合，在50～150℃温度下溶解1～100小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为5～35％；
纺丝原液经过过滤、脱泡后进行纺丝，凝固浴由水或水和离子液体组成，凝固浴中离子液体浓度为0～50％，温度为0～90℃。
作为优选的技术方案：所述的制备纤维素纤维的纤维素为木浆、棉浆、竹浆、纸浆、硝基纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙醋酸纤维素、丁醋酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚铵阳离子纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、纤维素磷酸酯、硫代乙基纤维素、细菌纤维素中的一种或几种。
所述的离子液体由阳离子和阴离子组成；
所述的阳离子为下列阳离子中的一种：
烷基季铵离子 烷基季磷离子 烷基咪唑离子 烷基吡啶离子
其中：R1，R3，R4，R5和R6相同或不同，为H、C1～C8的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基中的一种或几种；
所述的阴离子为Cl-、BF4 -、PF4 -、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2C-中的一种。
所述的纤维素溶解过程中，施加剪切、超声振荡、微波或施加一定的真空度增加溶解速度。
所述的纺丝方法为湿法纺丝、熔喷湿纺或干湿法纺丝。
所述的离子液体通过减压蒸馏、常压蒸馏得到有效的回收。
本发明的纤维素纤维既可以用作织物原料，也可以作为碳纤维的原丝和中空纤维膜。
本发明的有益效果是：
(1)纤维素在离子液体中的溶解无需进行黄化、老成和熟成等工序，一方面缩短了工艺流程，另一方面离子液体，无毒、无挥发性，避免了对环境的污染，也有利于环境保护和操作人员健康。
(2)所采用的离子液体熔点范围宽，在聚合和纺丝的温度范围内，有利于温度的控制。
(3)凝固剂为水或者由水和离子液体组成，同样是绿色溶剂，有利于环境保护。
(4)离子液体无挥发性，易于回收，降低生产成本，节约资源和能源。
(5)纤维素在离子液体中的溶解无需进行黄化、老成和熟成等工序缩短了工艺流程，适用于不同组成、不同分子量的纤维素的溶解及纺丝，工艺路线和产品可调整范围宽广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1：
将粉碎后的木浆与离子液体均匀混合，90℃时溶解24小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为5％，纺丝原液经过过滤、脱泡后进行湿法纺丝，凝固浴为[BMIM]Cl(中文名称为1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐)水溶液，凝固浴中离子液体的浓度为10％，温度为30℃。
纺丝速度为10m/s，凝固后的纤维经过水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得强度为5.8cN/dtex的纤维素纤维。
实施例2：
将粉碎后的竹浆与离子液体均匀混合，50℃时溶解100小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为35％，纺丝原液经过过滤、脱泡后进行熔喷湿纺，凝固浴为[AMIM]Cl(中文名称1-丙烯基-3-甲基咪唑氯化盐)离子液体水溶液，凝固浴中离子液体的浓度为50％，凝固浴温度为90℃。
纺丝速度为8m/s，凝固后的纤维经过水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得强度为4.3cN/dtex的纤维素纤维。
实施例3：
将粉碎后的醋酸纤维素浆粕与离子液体均匀混合，150℃时溶解1小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为20％，纺丝原液经过过滤、脱泡后进行纺丝，凝固浴为[BMIM]Br(中文名称1-丁基-3-甲基咪唑溴化盐)离子液体水溶液，凝固浴中离子液体的浓度为5％，凝固浴温度为0℃。
纺丝速度为15m/s，凝固后的纤维经过水洗、拉伸、上油、干燥等程序的加工，制得强度为2.3cN/dtex的纤维素纤维。
Claims (6)
1、以离子液体为溶剂制备纤维素纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将粉碎后的纤维素与离子液体均匀混合，在50～150℃温度下溶解1～100小时，形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为5～35％；
纺丝原液经过过滤、脱泡后进行纺丝，其中，凝固浴为温度为0～90℃、浓度为0～50％的离子液体水溶液。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的制备纤维素纤维的纤维素为木浆、棉浆、竹浆、纸浆、硝基纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、丙醋酸纤维素、丁醋酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚铵阳离子纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、纤维素磷酸酯、硫代乙基纤维素、细菌纤维素中的一种或几种。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的离子液体由阳离子和阴离子组成；
所述的阳离子为下列阳离子中的一种：
烷基季铵离子 烷基季磷离子 烷基咪唑离子 烷基吡啶离子
其中：R1，R3，R4，R5和R6相同或不同，为H、C1～C8的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基中的一种或几种；
所述的阴离子为Cl-、BF4 -、PF4 -、SCN-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2C-中的一种。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的纤维素溶解过程中，施加
剪切、超声振荡、微波或施加一定的真空度增加溶解速度。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的纺丝方法为湿法纺丝、熔喷湿纺或干湿法纺丝。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的离子液体通过减压蒸馏、常压蒸馏得到有效的回收。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |