專利名稱：一種纖維素溶解劑及其在纖維素溶解和再生中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維素溶解劑以及該溶解劑在纖維素再生中的應用，屬于紡織纖 維再生技術領域。
背景技術：
纖維素纖維是最早成為紡織纖維的再生纖維，由于它以自然界中可不斷再生的天 然纖維素為原料，具有穿著舒適、透氣性能好等優點，因此在紡織、服裝等領域有著廣泛的 用途。此外，由于全球石油可開采量不斷減少，限制了以石油為原料的合成纖維的進一步 發展，因此纖維素纖維的開發日益受到人們的重視。目前90%以上的纖維企業仍以傳統的 粘膠纖維為主。生產工藝為蒸煮精制天然纖維素，除去多糖、木質素、半纖維素等雜質，浸 堿制堿纖維，磺化，制粘膠液紡絲。該工藝存在著流程長、生產中會產生(: 等有害氣體 及一些廢水，嚴重污染環境等問題。隨著人們環保意識的增強，越來越嚴格的污染控制，使 粘膠纖維的生產受到限制。為了更好地滿足人們對纖維素纖維的要求，很多科研工作者一 直致力于對能夠解決環保問題的新型纖維素纖維生產工藝的研究。目前，纖維素溶解再生 工藝成為了研究的熱點，因為纖維素大分子是靠氫鍵結合在一起，如果溶劑中的陽離子和 客體與纖維素中的羥基氫鍵結合力強，就可以破壞纖維素分子間的氫鍵，繼而破壞纖維素 的聚集態結構，最終使纖維素溶解，達到溶解纖維素的目的，溶解后的纖維素再經過噴絲固 化就成了再生的優質纖維素。當前的技術有機溶劑(NMMO)法有Lyocell纖維，無機溶劑 (NaOH)法有纖維素氨基甲酸酯纖維。據Romanov研究，N-甲基氧化嗎啉(NMMO)對纖維素 的溶解性最好，在形成的纖維素溶液三元體系中，纖維素含量一般為8% 20%，NMM0含量 為75% 80%，H2O含量為5% 12%。但因熔點過高(184°C )使得纖維素和溶劑發生降 解，而且，隨著NMMO水合物的含水量增加，對纖維素的溶解性也下降，含水量超過17%后即 失去溶解性。另外，NMMO價格昂貴，紡絲溫度較高，在150°C以上有爆炸的危險，導致工業 化生產發展慢，世界上只有美國、日本和歐洲少數幾個大公司能夠生產。近30來，各國科學 家一直致力于對環境污染小的纖維素溶劑體系的研究。具代表性的有多聚甲醛/ 二甲基 亞砜(PF/DMS0)體系、四氧化二氮/ 二甲基甲酰胺(N204/DMF)體系、氯化鋰/ 二甲基乙酰 胺(LiCl/DMAc)體系、二甲基亞砜/四乙基氯化氨(DMS0/TEAC)體系、氨/硫氰酸銨(NH3/ NH4SCN)體系和胺氧化物(amine oxide)等溶劑體系都對纖維素有一定的溶解度，但存在溶 劑回收困難，生成的纖維結構有缺陷、品質不均一等缺點。
發明內容
本發明的目的在于提供一種纖維素溶解劑，解決了以往舊工藝中存在的溶劑價格 昂貴，易燃易爆，回收困難的技術問題。本發明的目的還在于提供一種纖維素溶解劑的制備方法以及該溶解劑在纖維素 溶解和再生中的應用。本發明的構思是這樣的。本發明以氫鍵理論為指導，因為纖維素大分子是靠氫鍵結合在一起，如果溶劑中的陽離子和客體與纖維素中的羥基氫鍵結合力強，就可以破壞纖 維素分子間的氫鍵，繼而破壞纖維素的聚集態結構，最終使纖維素溶解，達到溶解纖維素的 目的，溶解后的纖維素再經過噴絲固化就成了再生的優質纖維素。為此，本發明給出的纖維素溶解劑的組成如下所說的纖維素溶解劑為硫酸/多元醇體系，硫酸/多元醇體系的物質的量之比為 硫酸多元醇=(10 1) (0. 1 1)，多元醇通式為CnH2n+2_x (0H)X，式中，χ彡2，多元醇 可以是乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、木糖醇、山梨醇、三羥甲基乙烷、聚醚多元醇中的一種。本發明中所用硫酸為濃硫酸。本發明所說的纖維素溶解劑的制備方法如下在多元醇中慢慢加入硫酸，保持恒溫35°C，攪拌，即得濃硫酸/多元醇體系纖維素 溶解劑。本發明所說的纖維素溶解劑在纖維素溶解和再生中的應用方法包括以下步驟(1)先將纖維素溶解劑加熱至10 90°C ；(2)稱取一定量纖維，將其緩慢加入到上述加熱的纖維素溶解劑中，并攪拌，直到 完全溶解；(3)溶解的纖維素采用濕法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數 次，得到再生纖維素。本發明中，所說的纖維是木纖維、竹纖維、草纖維等。本發明取得的有益效果如下(1)本發明利用多元醇和硫酸混合制備質子型纖維素溶解劑，采用的原料價格低 廉、易得，而且制備方法簡單。(2)將纖維素直接溶解于所制備的質子型溶解劑中，纖維素溶解度明顯得到提高。(3)采用本發明將纖維素再生，不但簡化了生產工藝中堿化、磺化等流程，解決了 纖維加工環境污染問題，而且可以降低纖維生產成本，提高了纖維的質量穩定性。(4)工藝過程中質子型溶劑沒有揮發性，提高了生產的安全性。(5)纖維素可以在乙醇中拉絲再生，溶劑回收簡便，無毒性副產物和污水排放，且 加工工藝簡單、工藝可靠。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明。實施例1(1)纖維素溶解劑的組成其成分為濃硫酸和丙三醇(物質的量比為濃硫酸丙三醇=6:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)纖維素溶解劑在纖維素溶解和再生中的應用將硫酸/丙三醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為25°C，緩慢加入纖維素 4. 8克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕
4法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度38cN · tex-1濕強度23cN · tex-1拉伸度21%濕拉伸度25%初始模量10cN · tex-1實施例2(1)溶解劑的組成成分為濃硫酸和乙二醇(物質的量比為濃硫酸乙二醇=7:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/乙二醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為40°C，緩慢加入纖維素 3. 6克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度36cN · tex-1濕強度21cN · tex-1拉伸度19%濕拉伸度23%初始模量8cN · tex-1實施例3(1)溶解劑的組成溶解劑的成分為濃硫酸和木糖醇(物質的量比為濃硫酸木糖醇=5:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入木糖醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/木糖醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為30°C，緩慢加入纖維素 5. 6克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度37cN · tex-1濕強度20cN · tex-1拉伸度17%濕拉伸度24%初始模量9cN · tex-1實施例4(1)溶解劑的組成
溶解劑的成分為濃硫酸和山梨醇(物質的量比為濃硫酸山梨醇=7:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入山梨醇中，保持恒溫35°C，水浴冷卻，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/山梨醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為50°C，緩慢加入纖維素 7. 3克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度38cN · tex-1濕強度21cN · tex-1拉伸度18%濕拉伸度23%初始模量llcN · tex-1實施例5(1)溶解劑的組成溶解劑的成分為濃硫酸和丙二醇(物質的量比為濃硫酸丙二醇=6:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/丙二醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為25°C，緩慢加入纖維素 5. 2克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度37cN · tex-1濕強度23cN · tex-1拉伸度22%濕拉伸度 %初始模量12cN · tex-1實施例6(1)溶解劑的組成溶解劑的成分為濃硫酸和季戊四醇(物質的量比為濃硫酸季戊四醇= 7:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/季戊四醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為45°C，緩慢加入纖維素 4. 2克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下
強度36cN · tex-1濕強度22cN · tex-1拉伸度22%濕拉伸度23%初始模量llcN · tex-1實施例7(1)溶解劑的組成溶解劑的成分為濃硫酸和三羥甲基乙烷(物質的量比為濃硫酸三羥甲基乙烷 =7:1)。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/三羥甲基乙烷體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為35°C，緩慢加入纖 維素9. 2克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用 濕法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能 如下強度35cN*tex<濕強度22cN · tex-1拉伸度25%濕拉伸度20%初女臺模量llcN · tex-1實施例8(1)溶解劑的組成溶解劑的成分為濃硫酸和聚醚多元醇。(2)制備方法將濃硫酸緩慢倒入丙三醇中，水浴冷卻，保持恒溫35°C，同時攪拌混合均勻。(3)應用將硫酸/聚醚多元醇體系放到恒溫水浴鍋內保持體系溫度為30°C，緩慢加入纖維 素9. 2克，攪拌至充分溶解。將纖維素溶液置于高速離心機中脫去空氣，將所得溶液采用濕 法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得到再生纖維素。其物理性能如 下強度;35cN · tex-1濕強度22cN · tex-1拉伸度25%濕拉伸度20%初始模量llcN · tex-權利要求
1.一種纖維素溶解劑，其特征在于組成為纖維素溶解劑為濃硫酸/多元醇體系，多元 醇通式為CnH2n+2_x (0H)X，式中，χ彡2。
2.根據權利要求1所述的纖維素溶解劑，其特征于濃硫酸與多元醇的物質的量之比為 硫酸多元醇=(10 1) (0. 1 1)。
3.根據權利要求1所述的纖維素溶解劑，其特征在于多元醇是下列其中一種乙二醇、 丙二醇、丙三醇、季戊四醇、木糖醇、山梨醇、三羥甲基乙烷、聚醚多元醇。
4.如權利要求1所述的纖維素溶解劑在纖維素溶解和再生中的應用，其特征在于包括 以下步驟(1)先將纖維素溶解劑加熱至10 90°C；(2)稱取一定量纖維，將其緩慢加入到上述加熱的纖維素溶解劑中，并攪拌，直到完全 溶解；(3)溶解的纖維素采用濕法紡絲技術通過紡絲機紡絲，經固化液固化后，洗滌數次，得 到再生纖維素。
全文摘要
本發明公開了一種纖維素溶解劑，其組成為濃硫酸/多元醇體系，多元醇通式為CnH2n+2-x(OH)x，式中，x≥2，多元醇可以是乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、木糖醇、山梨醇、三羥甲基乙烷、聚醚多元醇中的一種。其制備方法是在多元醇中緩慢加入硫酸，攪拌，即得到溶解劑。該溶解劑在纖維素溶解和再生中的應用方法是將其加熱至10～90℃，將棉纖維(或木纖維、竹纖維、草纖維)緩慢加入到已加熱的溶解劑中，攪拌，直到完全溶解，采用濕法紡絲技術通過紡絲機紡絲并在固化劑中再生凝固，然后洗滌數次，得到再生纖維素。本發明原料低廉，制備工藝簡單，對纖維素溶解度高，溶劑回收容易，溶解過程無環境污染。
文檔編號C08J3/09GK102127236SQ20101061653
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者劉會茹, 周二鵬, 張星辰 申請人:石家莊學院