溶剂及采用该溶剂制备纤维素溶液的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于溶解纤维素的溶剂，包括离子液体和N‑羟烷基己内酰胺；所述的离子液体选自咪唑型离子液体或吡啶型离子液体；所述N‑羟烷基己内酰胺中的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。上述溶剂可以加快纤维素的溶解效率。本发明专利技术还提供纤维素溶液的制备方法、再生纤维素产品的制造方法以及N‑羟烷基己内酰胺的用途。

【技术实现步骤摘要】
溶剂及采用该溶剂制备纤维素溶液的方法
本专利技术涉及一种溶剂，尤其是一种用于溶解纤维素的溶剂；还涉及一种纤维素溶液的制备方法、一种再生纤维素产品的制造方法以及N-羟烷基己内酰胺的用途。
技术介绍
纤维素是目前地球上最丰富的自然资源之一，其具有良好的生物兼容性及可降解性，并且具有可再生性的特点。尽管纤维素具有上述诸多优点，但其应用程度却远不及石油化工产品等不可再生资源。随着石油资源的日益减少及耗竭，纤维素的开发利用逐渐受到人们的受重视。纤维素具有较高的结晶度，分子间及分子内存在着大量的氢键，从而使得纤维素的可熔融性差，且难溶于大部分的溶剂。这导致纤维素的加工利用受到严重限制。因此，亟需开发可以快速溶解纤维素、且环境友好的溶剂。传统的再生纤维素纤维(ViscoseRayon)的制造工艺相当复杂，且存在产生大量废气和废水等污染问题。再生纤维素纤维的生产和销售往往因为环保要求而受到限制。这些年发展起来的Lyocell纤维素纤维，所使用的溶剂为氧化甲基吗啉(简称NMMO)。纤维素溶解于NMMO的过程中，需要较高的溶解温度，且溶解后的纤维素容易降解，从而导致纤维素溶液的颜色变深，纤维素聚合度降低。为了克服上述缺陷，目前正在开发以离子液体为溶剂生产再生纤维素纤维的技术。将纤维素采用离子液体溶解，经纺丝成形后，再将离子液体以水洗方式脱除，回收利用。纤维素的来源广泛、廉价易得；纤维素溶解于离子液体的过程也比较简单，且离子液体可以循环使用。因此，以离子液体为溶剂的纤维素纺丝技术有望成为一种新的再生纤维素纤维的制造工艺。离子液体通常表示在室温或室温附近下呈液态、且由离子构成的物质；一般是指由体积较大的不对称有机阳离子和体积较小的无机/有机阴离子组成的盐。与传统溶剂相比，离子液体具有诸多优异特性。离子液体在低蒸气压下不易挥发，解决了有机物质容易挥发导致的环境污染问题。离子液体具有低熔点、高极性的特性，可溶解许多有机物及无机物。另外，离子液体具有不可燃性、耐强酸、高热稳定性、高导电度、电化学稳定性高等特点。此外，离子液体可根据不同需求进行设计，使其具有独特性质。离子液体在常压下使用，不但可以降低成本，也可以减少有机溶剂对环境的污染及人类的伤害。综上，离子液体被称为一种绿色环保溶剂。目前，关于通过咪唑类、吡啶类及烷基类等阳离子与酰胺、六氟磷酸、四氟硼酸盐、乙酸酯及卤化物等阴离子得到功能性离子液体的相关文献已经很多，但很少有人将其应用于产业化生产。例如，CN105670026A公开了一种溶剂法再生纤维素膜的制备方法，首先将离子液体水溶液和纤维素原料进行预混合，然后在进行脱水，再进行纤维素的溶解，最后进行再生制备成为纤维素膜。离子液体水溶液为[AMIm]Cl质量分数为55.0～98.5wt％的水溶液，预混合温度为30～60℃，预混合时间为10～50min；溶解温度为80～250℃。上述离子液体对纤维素的溶解温度较高，且需要30min以上的溶解时间才能形成均匀溶液。又如，CN104130425A公开了一种再生纤维素材料的制备方法，使用的溶剂为羧酸型离子液体与不含活泼质子的极性有机溶剂组成的共溶剂。辅助溶剂选自DMF、DMAc、DMI、DMSO、吡啶、丙酮、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种。上述溶剂对纤维素的溶解温度在80℃以上，需要大约2h的溶解时间才能形成均匀溶液。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种溶剂，其可以更加快速地溶解纤维素。本专利技术进一步的目的在于提供一种溶剂，其可以有效避免纤维素降解，并获得低粘度的纤维素溶液。本专利技术的另一个目的在于提供一种纤维素溶液的制备方法，其溶解效率高、且纤维素不容易降解。本专利技术进一步的目的在于一种再生纤维素产品的制造方法，其可以更加高效。本专利技术的再一个目的在于提供一种N-羟烷基己内酰胺的用途，其可以提高纤维素的溶解效率，纤维素聚合物衰退很少。一方面，本专利技术提供一种溶剂，其包括离子液体和N-羟烷基己内酰胺；所述的离子液体选自咪唑型离子液体或吡啶型离子液体；所述N-羟烷基己内酰胺中的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。根据本专利技术的溶剂，优选地，所述烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。根据本专利技术的溶剂，优选地，所述N-羟烷基己内酰胺选自N-羟甲基己内酰胺、N-羟乙基己内酰胺、N-羟正丙基己内酰胺中的一种或多种。根据本专利技术的溶剂，优选地，所述离子液体和所述N-羟烷基己内酰胺的重量比为70～90:10～30。根据本专利技术的溶剂，优选地，所述离子液体中的阴离子选自氯离子、溴离子、碘离子、六氟磷酸根离子、硝酸根离子、醋酸根离子、四氟硼酸根离子、铝酸根离子、四氯铝酸根离子的一种或多种。根据本专利技术的溶剂，优选地，所述溶剂还包括碱金属盐，所述碱金属盐包括阳离子和阴离子；其中的阳离子选自Li+、Na+、K+中的一种或多种，阴离子选自Cl-、Br-、I-中的一种或多种；离子液体与碱金属盐的重量比为70～90:6～10。另一方面，本专利技术提供一种纤维素溶液的制备方法，将纤维素与如上所述的溶剂接触，并在40～80℃下溶胀5～30min；然后在温度为40～79℃、且真空度为-50～-100mmHg的条件下溶解3～15min，从而得到纤维素溶液。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述溶剂与纤维素的重量比为5～20:1，且纤维素的聚合度衰退率少于10％。再一方面，本专利技术提供一种再生纤维素产品的制造方法，包括如下步骤：采用如上所述的制备方法获得纤维素溶液，其中，纤维素溶液的粘度为1000～20000泊。又一方面，本专利技术提供一种N-羟烷基己内酰胺在提高纤维素溶解效率中的用途，所述的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。本专利技术将N-羟烷基己内酰胺与离子液体混合，可以更加快速地溶解纤维素。根据本专利技术优选的技术方案，可以有效避免纤维素降解，纤维素的聚合度衰退率较低。根据本专利技术优选的技术方案，可以获得低粘度的纤维素溶液。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。本专利技术的N-羟烷基己内酰胺也可以称之为烷基醇己内酰胺。例如，N-羟甲基己内酰胺(N-MethylolCaprolactom,NMC)也可以称之为正甲基醇己内酰胺。本专利技术的离子液体具有本领域通常的含义。该离子液体为在室温及其附近下呈液态的物质，通常由体积较大的不对称有机阳离子和体积较小的无机/有机阴离子组成。本专利技术意外地发现，将离子液体与N-羟烷基己内酰胺混合，可以大幅度的提升纤维素的溶胀性，从而实现快速溶解纤维素的目的。离子液体作为主要溶剂，N-羟烷基己内酰胺作为辅助溶剂。N-羟烷基己内酰胺完全不同于现有技术的DMF、DMAc、DMI、DMSO、吡啶、丙酮、二氯甲烷和二氯乙烷等。以N-羟甲基己内酰胺为例，其通常作为医药中间体来使用，尚未有人将其用于溶解纤维素，更没有人将其用于与离子液体结合来加快纤维素的溶解。采用本专利技术的溶剂进行溶解的纤维素原料可以为长纤维木浆、短纤维木浆、棉浆或竹浆等原料，也可以是由长纤维木浆、短纤维木浆、棉浆或竹浆中的两者或两者以上组合而成的原料。本专利技术的溶胀与膨润(swelling)具有相同含义，可以替换使用。<用于溶解纤维素的溶剂>本专利技术的溶剂可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶剂，其特征在于，所述溶剂包括离子液体和N‑羟烷基己内酰胺；所述的离子液体选自咪唑型离子液体或吡啶型离子液体；所述N‑羟烷基己内酰胺中的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。

【技术特征摘要】
1.一种溶剂，其特征在于，所述溶剂包括离子液体和N-羟烷基己内酰胺；所述的离子液体选自咪唑型离子液体或吡啶型离子液体；所述N-羟烷基己内酰胺中的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。2.根据权利要求1所述的溶剂，其特征在于，所述烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。3.根据权利要求2所述的溶剂，其特征在于，所述N-羟烷基己内酰胺选自N-羟甲基己内酰胺、N-羟乙基己内酰胺、N-羟正丙基己内酰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的溶剂，其特征在于，所述离子液体和所述N-羟烷基己内酰胺的重量比为70～90:10～30。5.根据权利要求1所述的溶剂，其特征在于，所述离子液体中的阴离子选自氯离子、溴离子、碘离子、六氟磷酸根离子、硝酸根离子、醋酸根离子、四氟硼酸根离子、铝酸根离子、四氯铝酸根离子的一种或多种。6.根据权利要求1～5任一项所述的溶剂，其特征在于，所述溶剂还包括碱金属盐，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵张刚，劳彩琴，
申请(专利权)人：绍兴美标纺织品检验有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33