[发明专利]一种纤维素的水基溶剂体系及相应溶解纤维素的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高分子化工领域，具体的说是一种纤维素的水基溶剂体系及相应溶解纤维素的方法。

背景技术：

现代的化学工业很大程度上依赖于石油、煤炭与天然气等化石资源。由于这些资源均为一次性的，以此可以预料它们在不久的将来将会被很快地消耗殆尽。人类社会目前正面临一个十分重要的关口，要么尽快寻找出新的可再生替代资源，要么减少目前对各种各样化工产品的需求。

作为化石资源的未来替代原料，生物质被赋予了极大的希望。这种期望是有根据的：一方面生物质具有极强的可再生特性，不会存在来源的问题；另一方面，如果从根本上讲，现有的化石资源的源头就是生物质，是生物质经过漫长的转化后形成的新物质的形式。但从化学的角度看，生物质与化石资源存在巨大的不同，关键的一点是生物质中的氧含量很高，而且通常是以大分子复合物的形式存在，因此发展以生物质为原料的新型化学工业面临着巨大的新挑战。

目前生物质为原料合成燃料与大宗化学品的研究已在世界范围内形成热潮。主要的路线有两条：一是把生物质进行降解，首先得到小分子化合物，而后再对其进行品质提升；二是对生物质进行分离，把复杂的生物质结构中的主要成份纤维素、半纤维素及木质素进行分离，而后分别以它们为原材料制备新型的化合物及材料。第二种研究一个明显的优点就是生物质组分在分离后基本保留了其大分子的特性，因此有可能更简单地得到各种高分子材料，同时也可进行单一的降解，以得到较高纯的小分子化合物，因此应该更受关注。

纤维素作为一个古老的大分子，被人类利用已有很久的历史了，但其潜在的作为多种新材料与分子的研究还很薄弱。可以讲人们对纤维素的利用还处在非常原始的初级阶段，纤维素分子的衍生物及降解产物的未来异常光明。

目前限制纤维素被利用的一个关键的瓶颈问题是纤维素的直接溶解，特别是在绿色及安全的溶剂体系中的溶解。从纤维素分子被发现到现在，人们试探了一些纤维素的溶剂体系，目前90％以上的纤维素产品仍采用的是粘胶法，即纤维素首先在18％的氢氧化钠中与二硫化碳反应生成纤维素磺酸盐，之后再进行加工、再生或反应得到纤维素的产品。这种方法存在严重的环境污染，故目前迫切需要开发新的纤维素溶剂体系。这方面的研究也有一些成果，发现了一些纤维素的溶剂体系，如二甲亚砜-氮氧化物(U.S.patent 3236669，1966)，氯化锌水溶液(U.S.patent 5290349，1994)，NH₃/NH₄SCN水溶液(J.Polym.Sci.Polym.Chem.Ed.，1980，18，3469)，Ca(SCN)₂/NaSCN水溶液(Polym.J.，1998，30，43)，三氯乙醛-二甲亚砜-吡啶混合物(Polym.J.，1980，12，521)，N-甲基吗啉氮氧化物(NMMO)(J.Polym.Sci.Polym.Lett.Ed.，1979，17，219；；U.S.patent 2179181，1939；U.S.patent 4246221，1981)，LiCl-DMAc(U.S.patent 4302252，1981)，和室温离子液体(J.Am.Soc.Chem.，2002，124，4974)。但以水为介质的纤维素溶剂体系更加吸引人的注意，因为在其中可能实现纤维素的绿色溶解与加工，具有重要的意义。近年来的研究发现，经碱处理的纤维素可在水介质中分散，如直接采用NaOH水溶液(Japan patent 1777283，1983)，但该溶剂仅适用于分子量低的纤维素，且溶液很不稳定。后来的研究发现在NaOH或LiOH的水溶液中加入一些小分子氢键竞争试剂，可以溶解分子量较大的纤维素，并提供溶液的稳定性。如尿素或硫脲(中国专利101037479A，2007；中国专利1289587C，2006；中国专利1235962C，2006)。但尿素或硫脲的用量较大，特别是硫脲的毒性较大，而且这些小分子化合物的回收与再利用还需要完善，另外，这些溶剂制得的纤维素溶液虽然较为稳定，但通常的稳定期只有一周左右。

发明内容：

本发明的目的是提供一种纤维素的水基溶剂体系及相应溶解纤维素的方法，该方法可较为迅速地溶剂纤维素，且能够得到长时间稳定的纤维素溶液，同时提高溶解度，以便于工业化。

发明采用的技术方案：

一种纤维素的水基溶剂体系，组成成分配比为：

6.0-10.0wt％的氢氧化钠，0.5-4.0wt％的聚乙二醇(PEG)，其余为水。