[发明专利]一种天然纤维素的溶解方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于天然高分子领域，特别涉及一种天然纤维素的溶解方法。

背景技术

天然纤维素纤维是一种可再生资源，大自然中的树木、棉花、稻杆、玉米等植物和一些细菌的分泌物中都含有大量天然纤维素。据统计,全球每年利用天然生物合成可生产数千亿吨的纤维素,这是石油资源无法与其相比的。

纤维素的溶剂体系一般包括两种：一种是纤维素的传统溶解法，即粘胶法或铜氨法，与纤维素发生化学反应形成衍生物来达到溶解目的，主要采用丙酮、二硫化碳等作为溶剂和助剂，并需要对所需的纤维素进行黄化、老成和熟成，在溶解的过程中涉及到亚硫酸盐、硫化钠、硫酸等具有挥发性的试剂，不仅污染环境，还严重危害人员健康；另一种是直接溶剂，即不与纤维素发生化学反应，直接溶解纤维素，在溶解过程中没有形成衍生物，以氧化甲基吗啉（NMMO）/H2O、LiCl/DMAC和室温离子体系为代表。LiCl/DMAC溶剂体系有良好的稳定性，溶解过程中无其它衍生物生成，成为纤维素新溶剂的研究热点。天然纤维素的溶解因为其高的聚合度，溶解困难，相关文献和专利相对较少，在2010年，中国专利CN102061001A中提到纤维素在LiCl/DMAC溶解方法，需要在真空釜中减压蒸馏，条件复杂，溶解时间长，而且只能降解聚合度不超过900的纤维素，聚合度高于900的纤维素无法溶解。

由于天然纤维素分子内和分子间存在着大量的氢键，同时纤维素形态结构和聚集态结构的复杂性及高结晶度，使得大量可反应的羟基被封闭，溶解困难，纤维素反应性低，均一性差。

超声波由于频率高,波长短,因而具有较强的穿透力。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。将超声波技术应用于纤维素学科的研究中，能有效降低结晶区所占比例，提高纤维素化学反应活性，开通新的反应通道。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然纤维素的溶解方法,将物理和化学相结合的活化方式处理天然纤维素，降低纤维素的结晶度，缩短了纤维素的溶解时间，且溶液均一、稳定、不分层，可溶解高聚合度的天然纤维素。

本发明的目的通过一下技术方案来实现：

一种天然纤维素的溶解方法，其步骤包括：

（1）将天然纤维素剪碎后加入到NaOH溶液中，超声波活化40-90分钟，再用去离子水清洗至中性，最后将天然纤维素分别浸至二甲基乙酰胺及无水醇溶液中30-60分钟，烘干；醇分子可以置换纤维素中的自由水，降低纤维素的重结晶。

（2）氮气保护下，将LiCl溶解至二甲基乙酰胺中，加热至90-110℃，在该温度下加入步骤（1）中烘干的天然纤维素搅拌溶解100-140分钟；降温至20-25℃，搅拌3-5小时得到纺丝溶液；

（3）将步骤（2）中的纺丝溶液超声振荡50-70分钟。

所述步骤（1）中，天然纤维素与NaOH的重量比为1：4-12。

所述步骤（1）中，天然纤维素、二甲基乙酰胺及醇的加入量配比为1g：9-18mL：9-18mL。

所述无水醇溶液为无水甲醇或无水乙醇。

所述NaOH溶液的质量浓度为12-18%。

所述步骤（2）中，天然纤维素、LiCl与二甲基乙酰胺的加入量配比为0.1-0.7g：1g：6-14mL。优选的，天然纤维素、LiCl与二甲基乙酰胺的加入量配比为0.3-0.5g：1g：6-14mL。

所述步骤（2）中的LiCl在使用前150℃温度下干燥16-20小时。优选的，干燥18小时。

所述步骤（2）中的搅拌转速为450-500rpm/min。

所述天然纤维素为棉纤维素，聚合度为1000-1500。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的天然纤维素的溶解方法采用NaOH溶液破坏纤维素的结晶区和规整性的化学方法和超声波的机械作业破坏纤维的结晶区的物理方法相结合，对天然纤维素进行活化预处理，降低结晶区所占比例，从而降低纤维素的结晶度，缩短了纤维素的溶解时间。

2、本发明可有效溶解聚合度在1000-1500的天然纤维素，且溶解得到的纺丝溶液均一性、稳定性好，可在室温状态下保存30天以上，而且该纺丝溶液具有良好的可纺性和成膜性。