一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于離子液體/纖維素溶液的制備領域，特別是一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法。
【背景技術】
[0002]纖維素是自然界廣泛存在的天然可再生資源，且具有良好的生物相容性和可降解性，對環境無污染，加工和利用纖維素材料對循環經濟和可持續發展具有積極意義。然而未處理的纖維素不溶于一般的有機，無機溶劑，傳統的黏膠法生產的纖維素纖維雖然工藝已經非常成熟，但是依然伴隨著高污染、高能耗等問題。
[0003]近年來，離子液體作為一種新型的可直接溶解纖維素的綠色溶劑已經引起各國研究人員的高度重視。離子液體在組成上與鹽相近，但熔點通常接近或者低于室溫，因此也被稱為室溫熔融鹽。離子液體具有較高的離子傳導性、較高的熱穩定性、較寬的液態溫度范圍、幾乎不揮發、易回收、可循環使用等特點，被稱為“21世紀溶劑”、“綠色溶劑”，廣泛應用與有機合成、電化學、材料化學等領域，具有很好的研究和應用前景。
[0004]關于以離子液體為溶劑制備纖維素紡絲液的方法已有報道。專利CN100365060C公開了采用離子液體溶解及加工纖維素，在基本上沒有水存在下使纖維素與含陽離子和陰離子的親水性離子液體體進行摻合，形成摻合物，攪拌摻合物直至溶解完成為止。這種方法的缺點是對離子液體和纖維素原料含水量要求高。專利CN101676320A公開以離子液體為溶劑制備含有纖維素的溶液的方法，采用減壓方式脫除容器中的氣體，在減壓狀態下將離子液體加入到容器中與纖維素混合，得到纖維素質量百分比為3?35%的溶液，溶液中的水氣含量< 1%。這種方法同樣對水分含量提出較高要求。專利CN101270507B公開一種纖維素的增塑方法，使用離子液體和水為凝固浴，再次回收使用離子液體需要將水分幾乎完全去除，這樣能耗較高，回收難度大、成本高。因此本專利在高含水情況下制備離子液體/纖維素紡絲液，解決離子液體或纖維素含水高不能制備紡絲液問題。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是針對現有技術所存在的不足之處，提供一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，該方法能夠降低離子液體、纖維素水分含量要求，降低回收離子液體成本。
[0006]一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，具體步驟如下:
Cl)將含水率彡20%的離子液體和含水率彡20%纖維素放入反應釜中，攪拌混合至均勻，并控制反應溫度為6(TllO°C ;
(2)將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，在加熱和真空條件下，通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出；
(3)通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，纖維素被離子液體完全溶解，制得高含水離子液體/纖維素紡絲液。
[0007]作為優選，步驟(I)中含水離子液體和含水纖維素的質量比為7(Γ95:3(Γ5。
[0008]作為優選，步驟(2)中加熱溫度為95?130°C。
[0009]作為優選，步驟(2)中真空條件為真空壓力為-0.08^0.1OMpa0
[0010]作為優選，步驟(2)中薄膜蒸發器的轉速為20(Tl000r/min。
[0011]作為優選，步驟(I)中含水離子液體為咪唑型離子液體。
[0012]作為優選，所述咪唑型離子液體中陽離子為烯丙基、乙基、羥丙基、丁基中的一種或者多種，所述咪唑型離子液體中陰離子為鹵素、SCN_、BF4_、CH3C00_中的一種或者多種。
[0013]作為優選，步驟(I)中含水纖維素為棉漿柏、竹漿柏、木漿柏、麻漿柏中的一種或者多種。
[0014]作為優選，所制備的高含水離子液體/纖維素紡絲液通過卡爾費休水分測定儀和旋轉粘度計分別檢測水份和粘度，其水份為1.(Γ6.0%，粘度為10(Tl000Pa.S。
[0015]采用本發明所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法制備高含水離子液體/纖維素紡絲液的有益效果是:
首先離子液體和纖維素在使用前不需要處理到幾乎不含水，降低了原料含水要求，節約了干燥纖維素、去除離子液體中的水所需能源和成本，可節省能源20%以上；其次纖維素是天然可再生資源，離子液體是綠色溶劑，符合環境友好和可持續發展戰略；第三制備過程簡單，簡化了離子液體/纖維素紡絲液制備流程，生產效率高。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施方案對本發明所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法作進一步的闡述。
[0017]實施例1:
含水纖維:棉漿柏，含水率20% ；
含水離子液體:1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物，含水率20%。
[0018]將離子液體和纖維素在反應釜中攪拌混合，其中離子液體和纖維素的質量比為90:10，在80°C下，混合攪拌均勻。
[0019]將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，薄膜蒸發器轉速為400r/min，加熱溫度為100°C，真空壓力為-0.09Mpa。
[0020]通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，離子液體完全溶解纖維素，制得離子液體/纖維素紡絲液。
[0021]對實施例1所制備的離子液體/纖維素紡絲液進行水份和粘度檢測，其水份為
6.0%，粘度為 10Pa.S。
[0022]實施例2
含水纖維:木漿柏，含水率15% ；
含水離子液體:1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，含水率10%。
[0023]將離子液體和纖維素在反應釜中攪拌混合，其中離子液體和纖維素的質量比為85:15，在90°C下，混合攪拌均勻。
[0024]將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，薄膜蒸發器轉速為600r/min，加熱溫度為105°C，真空壓力為-0.08Mpa。
[0025]通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，離子液體完全溶解纖維素，制得離子液體/纖維素紡絲液。
[0026]對實施例2所制備的離子液體/纖維素紡絲液進行水份和粘度檢測，其水份為
2.3%，粘度為 430Pa.S。
[0027]實施例3
含水纖維:麻漿柏，含水率10% ；
含水離子液體:1-烯丙基-3-甲基咪唑溴鹽，含水率5%。
[0028]將離子液體和纖維素在反應釜中攪拌混合，其中離子液體和纖維素的質量比為70:30，在100°C下，混合攪拌均勻。
[0029]將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，薄膜蒸發器轉速為800r/min，加熱溫度為120°C，真空壓力為-0.1Mpa0
[0030]通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，離子液體完全溶解纖維素，制得離子液體/纖維素紡絲液。
[0031]對實施例3所制備的離子液體/纖維素紡絲液進行水份和粘度檢測，其水份為1.0%，粘度為 100Pa.S。
[0032]實施例4
含水纖維:竹漿柏，含水率5% ；
含水離子液體:1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，含水率15%。
[0033]將離子液體和纖維素在反應釜中攪拌混合，其中離子液體和纖維素的質量比為80:20，在105 °C下，混合攪拌均勻。
[0034]將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，薄膜蒸發器轉速為1000r/min，加熱溫度為130°C，真空壓力為-0.095Mpa。
[0035]通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，離子液體完全溶解纖維素，制得離子液體/纖維素紡絲液。
[0036]對實施例4所制備的離子液體/纖維素紡絲液進行水份和粘度檢測，其水份為
3.5%，粘度為 690Pa.S。
[0037]綜上所述，針對實施例f 4所述制備的離子液體/纖維素紡絲液的主要性能指標分析，認為實施例Γ4分別對棉漿柏、木漿柏、麻漿柏和竹漿柏進行試驗，所制備的離子液體/纖維素紡絲液均能達到目前行業使用要求，并且性能高出現有的指標要求。
[0038]在上述實施例中，對本發明的最佳實施方式做了描述，很顯然，在本發明的發明構思下，仍可做出很多變化。因此，在本發明的發明構思下所做出的任何改變都將落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:具體步驟如下: (1)將含水率彡20%的離子液體和含水率彡20%纖維素放入反應釜中，攪拌混合至均勻，并控制反應溫度為6(TllO°C ; (2)將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，在加熱和真空條件下，通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出； (3)通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，纖維素被離子液體完全溶解，制得高含水離子液體/纖維素紡絲液。
2.根據權利要求1所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(I)中含水離子液體和含水纖維素的質量比為7(Γ95:3(Γ5。
3.根據權利要求2所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(2)中加熱溫度為95?130°C。
4.根據權利要求3所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(2)中真空條件為真空壓力為-0.08、.1Mpa0
5.根據權利要求4所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(2)中薄膜蒸發器的轉速為20(Tl000r/min。
6.根據權利要求5所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(I)中含水離子液體為咪唑型離子液體。
7.根據權利要求6所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:所述咪唑型離子液體中陽離子為烯丙基、乙基、羥丙基、丁基中的一種或者多種，所述咪唑型離子液體中陰離子為鹵素、SCK、BF4'CH3COO-中的一種或者多種。
8.根據權利要求7所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:步驟(I)中含水纖維素為棉漿柏、竹漿柏、木漿柏、麻漿柏中的一種或者多種。
9.根據權利要求8所述的高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，其特征是:所制備的高含水離子液體/纖維素紡絲液通過卡爾費休水分測定儀和旋轉粘度計分別檢測水份和粘度，其水份為1.0?6.0%、粘度為10(Tl000Pa.S。
【專利摘要】本發明提供了一種高含水離子液體/纖維素紡絲液的制備方法，具體步驟如下：將含水率≤20%的離子液體和含水率≤20%纖維素放入反應釜中，攪拌混合至均勻，并控制反應溫度為60~110℃；將混合均勻含水的離子液體和纖維素送至薄膜蒸發器中，在加熱和真空條件下，通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出；通過薄膜蒸發器，混合物中的水分被抽出，纖維素被離子液體完全溶解，制得高含水離子液體/纖維素紡絲液。本發明具有降低離子液體、纖維素水分含量要求，降低回收離子液體成本的優點。
【IPC分類】D01D1-02
【公開號】CN104878454
【申請號】CN201410069971
【發明人】王樂軍, 馬君志, 于萬永, 賈守江, 郝連慶, 吳亞紅
【申請人】恒天海龍股份有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2014年2月28日