[发明专利]一种纤维素溶液及溶解纤维素的方法和再生纤维素

说明书

技术领域

本发明属于纤维素加工与应用领域，具体涉及一种纤维素溶液及溶解纤维素的方法和再生纤维素。

背景技术

出处、技术状况、存在问题

化学工业在满足了我们日益增长的物质文化需求的同时，由于其过分依赖石油资源，给我们的环境也造成了严重的影响。同时，随着石油资源的枯竭，生物可再生资源，作为一种“碳中性”资源，其高效利用获得了人们的大量关注。通过化学催化，生物转化方法利用生物质资源来制备绿色环保材料、高附加值化学品至今是科学研究的热点。

纤维素是自然界中分布最广，储量最大的天然生物质资源之一，其可再生和可生物降解的特点符合当代可持续性经济发展需求。然而，由于其分子间强氢键作用，而导致其溶解加工与转化、熔融加工困难。其溶解加工被认为是纤维素高效利用的入门挑战之一。传统的Lycocell工业化工艺过程是将纤维素直接溶解在有机纤维素溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）中，从而制备各种纤维素再生材料。该过程溶剂无毒而且可以回收，生产过程中无纤维素衍生反应过程，无污染等特点。但是也存在以下缺点：

1）溶剂NMMO中含有氮氧键，容易造成纤维素的氧化降解，同时溶剂在超过130°C时容易爆炸；2）溶剂回收难度大，回收成本较高，价格较贵；3）溶解过程需要真空脱水，能耗大；4）溶解能力有限，而且容易形成高粘高弹状态，影响了其生产成本及效率。因此，寻找一种更安全、廉价、绿色、高效的纤维素溶解加工技术具有重要的学术意义与应用价值。

2004年11月30日，美国专利US6824599公开了一种用亲水性的离子液体溶剂纤维素的方法，其具体特征是利用咪唑氯盐离子液体溶解纤维素，在微波辐射加热条件下纤维素溶解浓度能达到25％的质量分数的能力。随后，由于改体系在制备纤维素再生纤维、再生材料等领域具有比传统工业明显的优势，因此，围绕离子液体溶解纤维素及生物质聚合物的文章及专利如雨后春笋般出现。主要涉及离子液体阳离子结构及阴离子结构调整，溶解加工过程调整、预处理及组份分离等。

如WO2006/108861公开了一种有机碱含量在6到30wt％的离子液体溶液溶解纤维素的方法。

如WO2007/057235公开了一种阳离子含质子化的氮，硫，磷，氧与阴离子组成的离子液体溶解纤维素。

如WO2007/076979公开了一种在离子液体中同时添加添加剂的纤维素溶液的制备方法。

如WO-A 03/029329基于离子液体纤维素溶液的应用专利。

如WO-2004/084627公开了一种基于离子液体纤维素溶液制备纤维素胶囊的方法。

WO2005/017001公开了一种基于离子液体溶解木质纤维素材料的方法。

WO2005/017252公开了一种基于离子液体预处理木质纤维素脱木质素过程的专利。

如中国专利CN101463137A;介绍一种利用离子液体溶解纤维素制备共混材料的专利。

CN1807515A公开了一种利用离子液体溶解木质纤维素材料制备新型绿色材料的方法。

CN101440162A，CN101748499A公开了一种利用离子液体制备甲壳素溶液的方法。

CN101240085A,CN1491974A公开了一种利用离子液体制备纤维素溶液的方法，特别是以烯丙基为侧链的离子液体。

CN1844214A公开了一种纤维素离子液体制备方法。

特别强调的是WO2007/057235，US 8044120B2公开了一种布朗斯特酸性离子液体溶解纤维素及木质纤维素材料的方法。其中，提到单碳酸酯为负离子的布朗斯特酸性离子液体溶解纤维素及木质纤维素材料，但是，我们实验中发现，在专利所述条件下，该类离子液体不能溶解纤维素材料。我们作为对照试验于实施例中，加以说明与区别。

除了专利WO2007/057235，US 8044120B2介绍了质子化纯的离子液体来溶解加工纤维素，木质纤维素材料外。其余离子液体专利都是利用烷基化咪唑盐，烷基化吡啶盐，烷基化磷盐、硫盐与相应的各种负离子组成离子液体来溶解纤维素。

随着离子液体溶解加工、转化利用纤维素或生物质聚合物的研究进一步深入，发现，纯的离子液体过程具有以下缺点：

1）离子液体溶解能力受水分影响巨大，利用前必须真空去水，这是一个高能耗过程；

2）离子液体成本昂贵，回收、纯化难度大、复杂；