專利名稱：一種溶解纖維素的溶劑及工業方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維素的方t去，屬于天然高分子領域，也屬于 化學、農業、環境工程領域。
技術背景植物纖維素是地球上最豐富的可再生資源，屬環境友好材料，充 分利用纖維素不僅可以保護環境，而且可以節省有限的石油資源。由 于纖維素具有很強的分子內和分子間氫鍵，因此難溶解也不能熔融，從而大大限制了其廣泛應用。生產再生纖維素絲和膜的傳統工藝仍舊是粘膠法工藝，其原理是纖維素在強堿作用下(NaOH濃度18wt%)與 CS2反應生成纖維素黃酸酯而溶于稀堿溶液，然后在稀酸溶液中再生制 備粘膠纖維或玻璃紙(cell叩hane)。其生產過程中使用大量CS2并釋 放H2S， CSs而嚴重污染環境。銅氨法曾用于生產銅氨人造纖維，但也 存在環境污染和溶液回收問題。近二十年來，各種有機或無機新溶劑 已取得了較大進展，N-甲基-N-嗎啉氧化物是迄今為止最強的纖維素 溶劑，用它制備的少量纖維素產品(Lyocell)已進入市場。但由于 其價格昂貴、紡絲溫度較高，工業化生產發展緩慢。NaOH水溶液是溶 解纖維素最便宜的溶劑，當天然纖維素的氫鍵被破壞到一定程度，4 。C左右時可溶解在7-9機％的NaOH水溶液中，但這一溶劑僅能溶解經 過蒸汽爆破處理后的，且聚合度低于250的木漿纖維素，不能溶解棉 短絨漿，而且所制得纖維絲強度較低，不適合工業化紡絲或制膜。已 有用6y。NaOH/596硫脲水溶液作為纖維素新溶劑，溶解纖維素并成功制 備出強度優良的再生纖維素膜(中國專利ZL00128162. 3 ， J. Polym. Scy. Polym. Phys. 2002， 40, 1521 )。但是該溶劑體系必須在冷 凍條件下3-5小時才能溶解纖維素制備透明的纖維素濃溶液，因此難 以實現工業化。發明內容本發明的目的是提供一種快速直接溶解纖維素的溶劑及工業方法。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下 一種溶解纖維素的溶劑，由氫氧化鈉和尿素的水溶液組成，其特 征在于該溶劑中氫氧化鈉占水溶液總重量的8 12wt。/。，尿素占水溶液總重量的濃度為3. 5 5. 5%。一種利用上述溶劑溶解纖維素的工業方法，將天然纖維素或再生纖維素將天然纖維素或再生纖維素l一2分鐘內全部投入于-12。C -6 。C的8 12wt。/。氫氧化鈉和3. 5wt% 6. Owt。/。尿素的混合水溶液中，并 充分攪拌3 — 8分鐘，制得透明的纖維素濃溶液，其中纖維素含量為 3. 5-9. 5wt%。與以往的技術相比，本發明的主要創新如下本發明有顯著進步，其中的氫氧化鈉/尿素水溶液可以在-12'C -6°〇左右快速溶解纖維素，適合工業化生產各種纖維素纖維、膜、無 紡布和色譜柱多孔填料。本發明所用的氫氧化鈉濃度比粘膠法的浸漬濃度(15-18%)低。 而且對于各種天然纖維素(如棉短絨漿，木漿纖維素等)，蒸爆后的 木漿纖維素以及再生纖維素(如無紡布、玻璃紙、粘膠短纖等)，能 夠直接快速溶解并有著較大有溶解度；尤其是對于高結晶度的棉短絨 漿不必經過由液相轉為固相的冷凍過程就直接溶解，其原因主要是 NaOH與尿素的協同效應能有效地破壞聚多糖分子間和分子內氫氧鍵 而加速其溶解。本發明以天然纖維素為原料，整個過程無化學反應發生，比傳統 的粘膠纖維工藝減少了堿化、老成、磺原酸化和熟成等工藝；同時原 料消耗少，生產周期短，工藝流程簡單。其特點在于不需要，生產周 期短，丄藝流程短，以利于工業化生產。
具體實施方式
以下結合具體的實例對本發明的技術方案作進一步說明。 實施例1:取蒸爆木漿纖維素(粘均分子量M^4.5X104) 12kg，迅速加入 到溫度為一6。C的200 kg 9 wt%NaOH/ 4 wt。/。尿素混合水溶液，充分攪 拌5分鐘，得到透明的纖維素溶液，在0.卜O. 2Mpa壓力下用220目 濾網過濾，獲得澄清溶液。實施例2:再木漿纖維素(粘均分子量M^ 10.0X104) 8.4kg，迅速加入到 溫度為—5°C的180克kg wt%NaOH/ 5 wt。/。尿素混合水溶液，充分攪拌， 6分鐘內完全溶解，在1-2個大氣壓下用200目濾網過濾，獲得澄清 溶液。實施例3:取棉短絨槳纖維素(粘均分子量M廠IO. 2X100 10 kg，迅速加 入到溫度為一4。C的210 kg 12 wt%NaOH/ 5 wt。/。尿素混合水溶液，6 分鐘內完全溶解，在0. 1-0. 2個大氣壓下用200目濾網過濾，獲得澄 清溶液。在玻璃板上刮膜后立即放入5wty。硫酸水溶液，浸泡2-5分鐘 后取出，用水沖洗干凈。最后貼在有機玻璃板上自然晾干得到再生纖 維素膜。由電子拉力實驗機測得由5wt。/。硫酸凝固的再生纖維素膜的抗 張強度o h、斷裂伸長率e b及彈性模量分別為86Mpa、 10%及4586 Mpa、 透光率為86% (800nm)。實施例4:取秸桿漿纖維素(粘均分子量Ma=4. 1X104) 9 kg，迅速加入到 溫度為一5。C的190 kg 12wt%NaOH/4. 2wt。/。尿素混合水溶液，充分攪拌， 7分鐘內完全溶解，在1-2個大氣壓下用200目濾網過濾，獲得澄清 溶液。
權利要求
1. 一種溶解纖維素的溶劑，由氫氧化鈉和尿素的水溶液組成，其特征在于該溶劑中氫氧化鈉占水溶液總重量的8～12wt％，尿素占水溶液總重量的濃度為3.5～5.5％。
2、根據權利要求1所述的一種利用上述溶劑溶解纖維素的工業 方法，其特征在于將天然纖維素或再生纖維素將天然纖維素或再生 纖維素l一2分鐘內全部投入于-12匸 -6。C的8 12wt。/。氫氧化鈉和 3. 5wt。/。 6.0wt。/。尿素的混合水溶液中，并充分攪拌3—8分鐘，制得 透明的纖維素濃溶液，其中纖維素含量為3. 5-9. 5wt%。
全文摘要
本發明公開了一種溶解纖維素的溶劑及工業方法，該溶劑由氫氧化鈉和尿素的水溶液組成，不同點是，該溶劑中氫氧化鈉占水溶液總重量的8～12wt％，尿素占水溶液總重量的濃度為3.5～5.5％，其工業方法為將天然纖維素或再生纖維素將天然纖維素或再生纖維素1-2分鐘內全部投入于-12℃～-6℃的8～12wt％氫氧化鈉和3.5wt％～6.0wt％尿素的混合水溶液中，并充分攪拌3-8分鐘，制得透明的纖維素濃溶液，其中纖維素含量為3.5-9.5wt％，該工藝簡單，溶劑無污染且纖維素濃溶液中不含硫。
文檔編號D21C5/00GK101275369SQ20071002106
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月26日 優先權日2007年3月26日
發明者李春濤 申請人:江蘇龍馬綠色纖維有限公司