纤维素液晶组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素液晶组合物及其制备方法。本发明专利技术的组合物包括离子液体、液晶基元和纤维素。本发明专利技术将特定的液晶基元与纤维素在离子液体混合，通过氢键自组装就可以得到纤维素液晶组合物。该液晶组合物的流动性好，且没有改变纤维素原有的结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维素液晶组合物及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着环境污染日益恶化、石油和天然气等不可再生资源逐渐枯竭，环境友好和可再生的资源日益受到社会的关注。纤维素是地球上最丰富的可再生资源。其具有价格低廉、生物相容性好、可降解和不污染环境等优点。因此，对纤维素的开发利用成为近几年来的热门话题。纤维素由于自身的结构特点，很难熔融溶解，传统的黏胶法生产的纤维素纤维虽然工艺已经非常成熟，但是依然伴随着高污染、高能耗等问题。离子液体作为纤维素的良溶剂，具有蒸汽压低、无挥发、物化性能稳定、容易回收和环境友好等特点，被称为“21世纪溶剂”、“绿色溶剂”，有很好的研究和应用前景。目前，已经有一些文献，以离子液体为溶剂制备纤维素液晶。例如，在含有浓度为10wt％的微晶纤维素/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)体系中观察到胆甾相液晶；在浓度为16％的微晶纤维素/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)溶液中观察到液晶现象；在浓度为9％的微晶纤维素/AMIMCl/埃洛石纳米管体系中观察到液晶现象。上述纤维素液晶体系中使用微晶纤维素，但是微晶纤维素的聚合度比较低，不利于纺丝。还有一些文献研究，在AMIMCl中将氰基联苯酚接枝到纤维素上制备纤维素侧链液晶。但是，上述体系改变了纤维素原有的结构。另外，还有一些液晶化合物研究的报道(例如，CN1632056A、CN1179153A、CN101863875A、CN10487311A)，但这些液晶化合物均不是应用于纤维素液晶领域。再有，CN102592832B公开了一种离子晶体，其应用在太阳能电池领域以解决离子液体漏液的问题。本专利技术属于纤维素纤维成型领域，与前者分属于完全不同的

技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纤维素液晶组合物，其没有改变纤维素原有的结构，并且可以容易地制备。本专利技术的进一步的目的在于获得流动性好的纤维素液晶组合物，其可以用于纺丝。本专利技术的另一个目的在于提供一种纤维素液晶组合物的制备方法，其工艺简单。为了实现上述目的，本申请的专利技术人进行了深入研究，发现将特定的液晶基元与纤维素在离子液体混合，通过氢键自组装就可以得到纤维素液晶组合物。该液晶组合物的流动性好，且没有改变纤维素原有的结构。本专利技术提供一种纤维素液晶组合物，其包括离子液体、液晶基元和纤维素；所述的液晶基元选自如式(I)所示的化合物：式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢、C1～C8的烷基、C5～C12的芳烷基，R3选自C1～C8的烷基，R4选自氟、氯、溴或碘，A选自－N＝N－或者－CH2－，n选自0或1，m选自4～10。根据本专利技术的组合物，优选地，所述的离子液体、液晶基元和纤维素的重量比例为80～90:3～6:5～15。根据本专利技术的组合物，优选地，式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢或C1～C5的烷基，R3选自C1～C5的烷基，R4选自氯或溴，A选自－N＝N－或者－CH2－，n选自0或1，m选自4～6。根据本专利技术的组合物，优选地，式(I)所示的化合物选自如下化合物之一：根据本专利技术的组合物，优选地，所述的纤维素的聚合度为400～1200。根据本专利技术的组合物，优选地，所述的离子液体为咪唑型离子液体。根据本专利技术的组合物，优选地，所述的咪唑型离子液体选自1-烃基-3-烷基咪唑盐；其中，取代位为3的烷基选自碳原子数为2～8的烷基，取代位为1的烃基选自碳原子数为2～8的烷基或碳原子数为3～8的烯基。本专利技术还提供上述组合物的制备方法，包括如下步骤(1)将液晶基元和纤维素与离子液体混合以形成透明溶液；(2)将所述透明溶液在54～83℃保温15分钟以上，得到纤维素液晶组合物。根据本专利技术的制备方法，优选地，在步骤(1)中，所述的混合在70～100℃下进行。根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(1)为：在70～100℃下，将液晶基元溶解于离子液体中，然后加入纤维素，待纤维素溶解后进行脱泡处理，得到所述的透明溶液。本专利技术采用特定的液晶基元与纤维素在离子液体混合，通过氢键自组装就可以得到纤维素液晶组合物。本专利技术的组合物的流动性好，且没有改变纤维素原有的结构。此外，根据本专利技术优选的技术方案，其可以用于纺制纤维素纤维。附图说明图1为对比例1(未添加液晶基元)的偏光显微镜照片；图2为实施例1(添加液晶基元)的偏光显微镜照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。<纤维素液晶组合物>本专利技术的纤维素液晶组合物表示在组合物中可以形成纤维素液晶。本专利技术的纤维素液晶组合物包括离子液体、液晶基元和纤维素。根据本专利技术的一个具体实施方式，所述的离子液体、液晶基元和纤维素的重量比例为80～90:3～6:5～15；优选为85～90:4～5:6～10。将上述三种组分保持在上述范围，更加有利于纤维素液晶的形成。本专利技术的液晶基元为如式(I)所示的化合物：在本专利技术中，R1和R2为苯环上任意取代的基团，取代的位点可以为一个或多个。在本专利技术中，R1和R2分别独立地选自氢、C1～C8的烷基、C5～C12的芳烷基；优选地，式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢或C1～C5的烷基，更优选地，R1和R2分别独立地选自氢或C1～C3的烷基。C1～C8的烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等。C5～C12的芳烷基的实例包括但不限于苯甲基、苯乙基、苯丙基等。在本专利技术中，R3选自C1～C8的烷基；优选地，R3选自C1～C5的烷基，更优选地，R3选自C1～C3的烷基。C1～C8的烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基等。在本专利技术中，R4选自氟、氯、溴或碘；优选地，R4选自氯或溴；更优选地，R4为溴。在本专利技术中，A选自－N＝N－或者－CH2－，优选为－N＝N－。n选自0或1。当n为0，表示两个苯环直接相连，当n为1时，表示两个苯环之间有间隔基团，其可以为－N＝N－或者－CH2－。在本专利技术中，m选自4～10，优选为4～6；更优选为5～6。在本专利技术中，式(I)所示的化合物的实例包括但不限于：本专利技术的液晶基元可以通过氰基联苯酚类化合物或对羟基氰基偶氮联苯类化合物与二卤代烷烃在缚酸剂存在下反应，然后与过量的N-烷基咪唑在乙腈中反应而得到。氰基联苯酚类化合物可以选自对氰基联苯酚(4’-氰基-4-羟基联苯)、3,3’-二甲基-4’-氰基-4-羟基联苯、3,3’-二乙基-4’-氰基-4-羟基联苯、2,2’-二甲基-4’-氰基-4-羟基联苯、2,2’-二乙基-4’-氰基-4-羟基联苯。对羟基氰基偶氮联苯类化合物可以选自对羟基氰基偶氮联苯(4’-氰基-4-羟基偶氮联苯)、3,3’-二甲基-4’-氰基-4-羟基偶氮联苯、3,3’-二乙基-4’-氰基-4-羟基偶氮联苯、2,2’-二甲基-4’-氰基-4-羟基偶氮联苯、2,2’-二乙基-4’-氰基-4-羟基偶氮联苯。二卤代烷烃可以选自1,6-二溴己烷、1,5-二溴戊烷或1,4-二溴丁烷，优选为1,6-二溴己烷或1,4-二溴丁烷。本专利技术的缚酸剂可以为无机碱或有机碱，包括但不限于碳酸钠、碳酸钾等。N-烷基咪唑的烷基可以选自C1～C8的烷基；优选为C1～C5的烷基，更优选地，其选自C1～C3的烷基。C1～C8的烷基的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素液晶组合物，其特征在于，其包括离子液体、液晶基元和纤维素；所述的液晶基元为如式(I)所示的化合物：式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢、C1～C8的烷基、C5～C12的芳烷基，R3选自C1～C8的烷基，R4选自氟、氯、溴或碘，A选自－N＝N－或者－CH2－，n选自0或1，m选自4～10。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素液晶组合物，其特征在于，其包括离子液体、液晶基元和纤维素；所述的液晶基元为如式(I)所示的化合物：式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢、C1～C8的烷基、C5～C12的芳烷基，R3选自C1～C8的烷基，R4选自氟、氯、溴或碘，A选自－N＝N－或者－CH2－，n选自0或1，m选自4～10。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述的离子液体、液晶基元和纤维素的重量比例为80～90:3～6:5～15。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，式(I)中，R1和R2分别独立地选自氢或C1～C5的烷基，R3选自C1～C5的烷基，R4选自氯或溴，A选自－N＝N－或者－CH2－，n选自0或1，m选自4～6。4.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，式(I)所示的化合物选自如下化合物之一：5.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述的纤维素的聚合度为400～120...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊，刘芳，程博闻，韩扬扬，王乐军，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12