一种纤维素溶液的制备方法技术

本发明专利技术属于纤维素溶液技术领域，具体涉及一种纤维素溶剂及用其制备纤维素溶液的方法。本发明专利技术首先提供了一种离子液体及其制备方法，该离子液体由不对称的有机阳离子和无机阴离子构成，阴离子Cl

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素溶液的制备方法
本专利技术属于纤维素溶液
，具体涉及一种纤维素溶剂及用其制备纤维素溶液的方法。
技术介绍
纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上。棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。纤维素具有可再生性、生物降解性、生物相容性和可衍生化等诸多优良特性。因而基于纤维素的各种产品已在技术高度发达的现代社会，特别是纺织、造纸、涂料、包装、复合材料、医疗、卫生及环境工程等领域中得到了广泛的应用。天然纤维素由于其内部复杂的晶区、非晶区结构和氢键的存在，使得直接溶解存在一定困难。离子液体(或称离子性液体)是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI、KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。离子液体具有以下优点：无毒，具有较高离子传导性，较高的热稳定性，较高的极性、溶剂化性能，易回收、可循环使用等优点。由于离子液体本身的结构和独特的理化性质决定了离子液体广泛的应用前景：可以溶解许多有机物和无机物，易于循环利用，被称为绿色溶剂。因此在化学合成、新材料研究、精细化学品加工、表面加工、微电子器件开发等领域大受欢迎。天然纤维素由于其内部复杂的晶区、非晶区结构和氢键的存在，使得直接溶解存在一定困难，而现在很多溶剂又存在成本高、污染严重的问题，因此绿色环保、低成本的纤维素溶剂。离子液体具有极强的极性，具有纤维素溶剂溶解机理中EDA机理的条件，因此离子液体用于纤维素的溶解是可能的。因此，研究新型的绿色环保、低成本、回收率高的离子液体仍是研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，首先提供一种离子液体及其制备方法，然后利用该离子液体处理纤维素，制备得到纤维素溶液、纤维素析出物，该离子液体制备方法简单易操作、收率高，所选择离子液体单体为苯并咪唑盐，回收率高、且易生物降解，不造成环境污染，利用该离子液体可高效制备高浓度的纤维素非衍生物溶液，绿色环保。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案包括下述项[1]～[3]。[1]一种离子液体，为具有包含式(1)所示一般结构的氯盐或醋酸盐：其中R选自低碳烷基或烯基。进一步地，所述低碳烷基或烯基为C1-C8的直链或支链烷基、烯基，优选C2-C4的直链烷基、烯基，更优选乙基、丙基、丁基、丙烯基。进一步地，所述氯盐离子液体由下述方法制备得到：在氮气保护下，将摩尔比为1:1～1.2的N-甲基苯并咪唑与氯代烃混合均匀，冰水浴条件下搅拌3～5h，然后升温至60～65℃继续反应8～12h，反应结束后对底物进行减压蒸馏以除去未反应的氯丙烯，然后用乙醚反复萃取蒸馏物，并用分液漏斗进行分离，以确保产物中不含有N-甲基苯并咪唑。旋转蒸发除去残余乙醚后经真空干燥超过12h即得。更进一步地，上述制备氯盐离子液体聚合物的方法中的逐渐升温的升温速率是8～10℃/min。更进一步地，上述制备氯盐离子液体聚合物的方法中的剧烈搅拌的转速是900～1200r/min。更进一步地，上述制备氯盐离子液体聚合物的方法中的真空干燥温度是40～50℃，真空度是90～95Pa。进一步地，所述醋酸盐离子液体由下述方法制备得到：1)在氮气保护下，将摩尔比为1:1～1.2的N-甲基苯并咪唑与卤代烃混合均匀，冰水浴条件下搅拌3～5h，然后逐渐升温至60～65℃继续反应12～15h，反应结束后对底物进行减压蒸馏以除去未反应的溴丙烯，然后用乙醚反复萃取蒸馏物，并用分液漏斗进行分离，以确保产物中不含有N-甲基苯并咪唑；旋转蒸发除去残余乙醚后得中间产物；2)将醋酸盐溶于足量无水乙醇中，缓慢加入步骤1)制备得到的等摩尔质量的中间产物，加热到60～65℃，搅拌，在此过程中会有氯化钾固体析出，反应2～4h，将溶液冷却至室温，过滤除去氯盐，然后将滤液减压蒸馏除去乙醇，最后得到目标产物。更进一步地，制备醋酸盐离子液体聚合物的步骤1)中，剧烈搅拌的转速是1000～1200r/min。更进一步地，制备醋酸盐离子液体聚合物的步骤1)中，逐渐升温的升温速率是8～10℃/min。更进一步地，制备醋酸盐离子液体的步骤2)中，醋酸盐为醋酸钠、醋酸钾、醋酸钙或醋酸钡中的一种。更进一步地，制备醋酸盐离子液体聚合物的步骤2)中，搅拌的速率是300～500r/min。进一步地，所述离子液体为具有包含下述结构式的氯盐或醋酸盐：本申请以N-甲基苯并咪唑为原料合成了离子液体，简单易操作，且收率较高。纤维素内部存在强大的氢键网络系统，本申请制备的离子液体由不对称的有机阳离子和无机阴离子构成，阴离子Cl—、醋酸根(AC—)可以与纤维素分子上的羟基通过EDA作用而形成氢键，使纤维素分子间或分子内的氢键作用减弱，从而促使纤维素的溶解。[2]项[1]所述离子液体在制备纤维素溶液及纤维素析出物中的应用。进一步地，所述应用包括利用项[1]所述离子液体作为溶剂用于制备纤维素溶液和/或纤维素析出物。[3]一种纤维素溶液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：首先将项[1]所述离子液体真空干燥，然后将纤维素和真空干燥的离子液体按照3～10:100的重量比混合均匀，在油浴中加热至90～100℃，同时搅拌0.5～1h，得到透明均匀的纤维素溶液。进一步地，所述纤维素为棉浆粕、木材浆粕、竹浆粕或草浆粕中的一种或几种。进一步地，所述搅拌速率是300～600r/min。进一步地，所述制备方法还包括以下步骤：将上述方法制备得到的纤维素溶液加入酸性水溶液调节pH至4～6，使纤维素沉淀析出，分离后干燥固体得到纤维素析出物；然后将分离得到的上清液在10-2～10-1Mpa的真空度下进行减压蒸馏除去水后，即可回收离子液体重复使用。更进一步地，所述酸性水溶液的pH为1.0～6.9，且浓度为1～50wt％。更进一步地，所述酸性水溶液为盐酸、醋酸、柠檬酸、磷酸中的一种。更进一步地，所述纤维素酶为：纤维素酶SS、纤维素酶(Meicelase)或Enzylon中的至少一种。本专利技术由于应用氯盐或醋酸盐离子液体制备纤维素溶液、纤维素析出物，因而具有如下有益效果：1)本申请利用N-甲基苯并咪唑为原料合成了氯盐和醋酸盐离子液体，并利用该离子液体制备纤维素溶液、纤维素析出物，其制备工艺简单易行，效率高、过程易控；2)所述离子液体制备过程简单易操作，聚合物收率较高、纯度高，且对无毒无害，制备得到的离子液体粘度低、易回收，符合绿色化学发展理念；3)经所述制备的纤维素溶液均匀透明、粘度低、污染少，且纤维素的质量分数较高，纤维素析出物纯度高；...

【技术保护点】
1.一种离子液体，其特征在于，具有包含以下结构通式的氯盐或醋酸盐：/n

【技术特征摘要】
1.一种离子液体，其特征在于，具有包含以下结构通式的氯盐或醋酸盐：



其中，R选自低碳烷基或烯基。


2.根据权利要求1所述离子液体，其特征在于，R选自乙基、丙基、丁基或丙烯基。


3.根据权利要求1或2所述离子液体，其特征在于，所述氯盐离子液体经由下述方法制备得到：
在氮气保护下，将摩尔比为1:1～1.2的N-甲基苯并咪唑与氯代烃混合均匀，冰水浴条件下搅拌3～5h，然后升温至60～65℃继续反应8～12h，反应结束后对底物进行减压蒸馏以除去未反应的氯丙烯，然后用乙醚反复萃取蒸馏物，并用分液漏斗进行分离，以确保产物中不含有N-甲基苯并咪唑；旋转蒸发除去残余乙醚后经真空干燥超过12h即得。


4.根据权利要求1或2所述离子液体，其特征在于，所述醋酸盐离子液体经由下述方法制备得到：
1)在氮气保护下，将摩尔比为1:1～1.2的N-甲基苯并咪唑与卤代烃混合均匀，冰水浴条件下搅拌3～5h，然后逐渐升温至60～65℃继续反应12～15h，反应结束后对底物进行减压蒸馏以除去未反应的溴丙烯，然后用乙醚反复萃取蒸馏物，并用分液漏斗进行分离，以确保产物中不含有N-甲基苯并咪唑；旋转蒸发除去残余乙醚后得中间产物；
2)将醋酸盐溶于足量无水乙醇中，缓慢加入步骤1)制备得到的等摩尔质量的中间产物，加热到60～65℃，搅拌，在此过程中会有氯化钾固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：沧州硕金生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13