專利名稱：一種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法
技術領域：
本發明屬于纖維素領域，特別涉及一種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法。
背景技術：
作為自然界中最豐富的可再生資源，纖維素在植物界中的總量約達2.6X10'2 t，另外 全世界每年通過光合作用新生成的纖維素約有1.0X10"t。目前，纖維素材料已經在纖維、 造紙、薄膜、聚合物、涂料等眾多工業領域得到廣泛應用，但是其應用潛力還沒有完全被 開發出來。近年來，隨著石油、煤炭等不可再生的化石資源總量的日趨減少，纖維素可再 生資源的重要性日益顯著。特別是80年代以來，隨著人們對環境污染問題日益關注和重視， 許多國家特別是發達國家已將纖維素等可再生資源的轉化利用列為經濟和社會發展的重大 戰略。
纖維素必將成為未來最重要的工業原料之一，制備再生纖維素材料和纖維素衍生物是 其最重要的轉化利用方式之一。然而，纖維素結構復雜，從化學結構上看，纖維素是由D-吡喃式葡萄糖基通過0-1,4糖苷鍵相互連接起來的線型高聚物，其分子中的每個葡萄糖單 元上均含有3個游離醇羥基，該結構使纖維素分子間以及分子內具有極強的氫鍵作用，增 強了纖維素分子鏈的完整性和剛性，在纖維素內部形成了高度有序的結晶區和較少有序的 無定形區。纖維素內部存在大量的結晶結構以及分子間與分子內氫鍵，導致溶劑和反應試 劑對纖維素的可及度很低，這己成為制約纖維素資源化利用的主要瓶頸。從確認纖維素分 子結構以來，眾多研究人員一直致力于尋找和開發適宜的纖維素溶劑體系，特別是近年來， 該方面取得了較大的進展。據報道，",二甲基乙酰胺/氯化鋰(DMAc/LiCl)、 7K,二甲基 甲酰胺/四氧二氮(DMF/NA)、,甲基-,氧嗎啉(N顧O)、 NaOH/尿素、二甲亞砜/四丁基氟化 銨(DMSO/TBAF)以及熔鹽水合物(如LiC104 3H20、 LiSCN 2H20等)均可以有效的溶解纖維 素。然而，這些溶劑或多或少地存在不穩定、有毒、不易回收和價格昂貴等缺點。
離子液體又稱低溫熔融鹽，在室溫或近室溫條件下呈液態，通常由有機陽離子與無機 或有機陰離子組成。作為一種新興的綠色溶劑，離子液體以其特有的良溶性、強極性、不 揮發、不氧化、對水和空氣穩定等優良性能迅速在電化學、萃取分離、化學合成、材料制 備等諸多領域得到應用，其巨大的應用潛力已在整個科學界達成共識，被認為是最具發展，其應用研究在諸多領域成為近期研究的熱點。現有的研究已經表明， 離子液體可以溶解纖維素，而且溶解過程不發生化學反應，是纖維素的直接溶劑，由于遵 循了綠色化學中開發環境友好溶劑和利用生物可再生資源為原料這兩個基本原則，纖維素 在離子液體中的溶解大大拓展了纖維素的工業應用前景，為纖維素資源的"綠色"應用提 供了一個嶄新的平臺。2005年美國總統綠色化學挑戰獎頒給了在離子液體中溶解和處理纖 維素以制備新材料方面作出了突出貢獻的Rogers教授，這充分顯示了該領域的研究工作對 社會經濟發展的重要性。
目前國內外用于纖維素溶解的離子液體主要是卜丁基-3-甲基咪唑氯鹽，但是聚合度 較高的纖維素在該離子液體中溶解時往往需要在S0 100T的條件下保持10h以上，以保 證纖維素的完全溶解，這大大限制了離子液體中纖維素新材料的工業制備。因此，探討一 種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法對于纖維素可再生資源的轉化利用具有非常重 要的意義，對于纖維素新型工業材料的制備具有積極的推動作用。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種提高纖維素在離子液體中溶解性能 的方法，采用該方法顯著提高纖維素在離子液體中的溶解性能，降低溶解時間。
本發明的目的通過以下技術方案來實現
一種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法，具體是纖維素溶解在離子液體前，對 纖維素進行如下預處理乙醇處理、超聲波處理或微波處理；
所述乙醇處理是將纖維素分散于乙醇中，得到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌1 10h使其分散均勻，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即為乙醇處理的纖維素；
所述超聲波處理是將乙醇處理的纖維素再次分散于乙醇中，在10 50°C條件下采用 20 80W的超聲波處理5 60min，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即為超聲波處理 的纖維素；
所述微波處理是將乙醇處理的纖維素再次分散于乙醇中，在20 50°C條件下采用 100~800W的微波處理5 60min，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即得到微波處理 的纖維素。
所述的將纖維素分散于乙醇中是按纖維素和乙醇的質量體積比為1 10:100 g/ml。 所述的將乙醇處理的纖維素再次分散于乙醇中是按纖維素和乙醇的質量體積比為l 10:100 g/ml。
所述的干燥為在50 6(TC烘箱中保持空氣循環干燥5 10h。
4本發明與現有技術相比具有如下突出的優點及有益效果
1. 本發明方法使用乙醇處理纖維素或者采用超聲波或微波進一步在乙醇中處理纖維 素，經處理后纖維素在離子液體中易于溶解；
2. 本發明方法操作簡便，處理時間短，效果好，處理后纖維素的溶解時間顯著降低， 可由處理前的10h以上降低至0. 5 3h;
3. 本發明以纖維素為原料，對纖維素可再生資源的開發利用提供了技術支持。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但發明的實施方式不限于此。 實施例1
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為2:100 g/mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌lh使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素，在 5(TC下的烘箱干燥10h,得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為2:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再次 分散于乙醇中，然后在10T條件下采用80W的超聲波處理5min，過濾得到結構蓬松的纖維 素，在50T下的烘箱干燥10h，得到超聲波處理的纖維素；
(3) 以離子液體1-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在85°C條件下按照絕干纖維素與離 子液體的質量比為1:100的比例，將超聲波處理的纖維素加入離子液體中，在隔絕潮氣的 條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均勻攪拌，至偏 光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，超聲波處理纖維素的溶解時間為1.5h，沒有經過超聲波處理的纖維素的溶解 時間為12h。 實施例2
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為5:100 g/mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌10h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素， 在6(TC下的烘箱干燥5h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 以離子液體1-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在ll(TC條件下按照絕干纖維素與 離子液體的質量比為1.5:100的比例，將乙醇處理后的纖維素加入離子液體中，在隔絕潮 氣的條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均勻攪拌， 至偏光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，乙醇處理纖維素的溶解時間為2.5h,沒有經過乙醇處理的纖維素的溶解時間為llh。
實施例3
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為10:100 g /mL的比例將纖維素分散于乙醇中， 得到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌8h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素， 在55。C下的烘箱干燥8h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為10:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再 次分散于乙醇中，然后在20。C條件下采用100W的微波處理60min，過濾得到結構蓬松的纖 維素，在55T下的烘箱干燥8h，得到微波處理的纖維素；
(3) 以離子液體1-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在140°C條件下按照絕干纖維素與 離子液體的質量比為2:100的比例，將微波處理的纖維素加入離子液體中，在隔絕潮氣的 條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均勻攪拌，至偏 光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，微波處理纖維素的溶解時間為1.3h，沒有經過微波處理的纖維素的溶解時間 為10h。 實施例4
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為6:100 g/mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌3h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素，在 55T下的烘箱干燥6h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為5:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再次 分散于乙醇中，然后在50°C條件下采用20W的超聲波處理60min，過濾得到結構蓬松的纖 維素，在55"C下的烘箱干燥6h，得到超聲波處理的纖維素；
(3) 以離子液體1-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在ll(TC條件下按照絕干纖維素與 離子液體的質量比為1.5:100的比例，將超聲波處理的纖維素加入離子液體中，在隔絕潮 氣的條件下溶解纖維素，釆用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均勻攪拌， 至偏光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，超聲波處理纖維素的溶解時間為0.8h，沒有經過超聲波處理的纖維素的溶解 時間為llh。 實施例5
(1)按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g /mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌4h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素，在60°C下的烘箱干燥10h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再次 分散于乙醇中，然后在50°C條件下采用800W的微波處理5min，過濾得到結構蓬松的纖維 素，在6(TC下的烘箱干燥10h,得到微波處理的纖維素；
(3) 以離子液體l-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在100°C條件下按照絕干纖維素與 離子液體的質量比為1:100的比例，將乙醇、超聲波或微波處理的纖維素加入離子液體中， 在隔絕潮氣的條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均 勻攪拌，至偏光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，微波處理纖維素的溶解時間為0.9h，沒有經過微波處理的纖維素的溶解時間 為10h。 實施例6
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g/mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌4h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素，在 6CTC下的烘箱干燥10h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再次 分散于乙醇中，然后在20°C條件下采用40W的超聲波處理40min，過濾得到結構蓬松的纖 維素，在60T下的烘箱干燥10h，得到微波處理的纖維素；
(3) 以離子液體1-丁基-3-甲基氯化咪唑為溶劑，在100°C條件下按照絕干纖維素與 離子液體的質量比為1:100的比例，將乙醇、超聲波或微波處理的纖維素加入離子液體中， 在隔絕潮氣的條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均 勻攪拌，至偏光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，超聲波處理纖維素的溶解時間為1. lh，沒有經過超聲波處理的纖維素的溶解 時間為10h。 實施例7
(1) 按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g/mL的比例將纖維素分散于乙醇中，得 到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌4h使其分散均勻，過濾得到結構蓬松的纖維素，在 60°C下的烘箱干燥10h，得到乙醇處理的纖維素；
(2) 按照纖維素與乙醇質量體積比為8:100 g /mL的比例將乙醇處理后的纖維素再次 分散于乙醇中，然后在30T條件下采用600W的微波處理20min，過濾得到結構蓬松的纖維 素，在6(TC下的烘箱干燥10h，得到微波處理的纖維素；(3)以離子液體1-丁基_3-甲基氯化咪唑為溶劑，在100°C條件下按照絕干纖維素與離子液體的質量比為1:100的比例，將乙醇、超聲波或微波處理的纖維素加入離子液體中，在隔絕潮氣的條件下溶解纖維素，采用偏光顯微鏡觀察纖維素溶解情況，溶解過程保持均勻攪拌，至偏光顯微鏡觀察視野全黑時記錄溶解時間。
經測定，微波處理纖維素的溶解時間為l.Oh，沒有經過微波處理的纖維素的溶解時間為10h。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法，其特征在于纖維素溶解在離子液體前，對纖維素進行如下預處理乙醇處理、超聲波處理或微波處理；所述乙醇處理是將纖維素分散于乙醇中，得到纖維素的乙醇懸浮液，在常溫下攪拌1～10h使其分散均勻，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即為乙醇處理的纖維素；所述超聲波處理是將乙醇處理的纖維素再次分散于乙醇中，在10～50℃條件下采用20～80W的超聲波處理5～60min，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即為超聲波處理的纖維素；所述微波處理是將乙醇處理的纖維素再次分散于乙醇中，在20～50℃條件下采用100～800W的微波處理5～60min，過濾，干燥，得到結構蓬松的纖維素，即為微波處理的纖維素。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的將纖維素分散于乙醇中是按纖維 素和乙醇的質量體積比為1 10:100 g/ml。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的將乙醇處理的纖維素再次分散于 乙醇中是按纖維素和乙醇的質量體積比為1 10:100 g/ml。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的干燥為在50 6(TC烘箱中保持 空氣循環干燥5 10h。
全文摘要
本發明公開了一種提高纖維素在離子液體中溶解性能的方法，包括下述步驟首先將纖維素分散于乙醇中進行處理，得到乙醇處理的纖維素；乙醇處理后的纖維素再次分散于乙醇中，采用超聲波或微波處理，分別得到超聲波或微波處理的纖維素；乙醇、超聲波或微波處理后的纖維素加入離子液體中溶解，可以顯著縮短纖維素的溶解時間。本發明采用的纖維素處理方法操作簡便，時間短，效果好，可將纖維素的溶解時間由10h以上縮短至0.5～3h。本發明適用于離子液體中纖維素的溶解。
文檔編號C08J3/02GK101497699SQ20091003736
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者劉傳富, 孫潤倉, 岳鳳霞, 張愛萍, 李維英 申請人:華南理工大學