[发明专利]一种以蔗渣纤维素为原料的三醋酸纤维素的离子液体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三醋酸纤维素的制备领域，具体地，涉及一种以蔗渣纤维素为原料的三醋酸纤维素的离子液体制备方法。

背景技术

三醋酸纤维素是指平均取代度在2.8-3.0之间的纤维素醋酸酯产品，由于其优异的溶解性、光学性能等，主要用于制造醋酸纤维素长丝、薄膜、半渗透膜、感光胶片等材料。广泛应用于纺织、航天航空、军事工业以及海水淡化等领域。

目前生产三醋酸纤维素的工艺路线都是在非均相体系中进行的。利用精制棉短绒或木桨粕为原料，用硫酸为触媒，经粉碎、活化、乙酰化、水解、沉析、水洗、干燥等步骤制得。公开号为CN 101016341A公开了《一种制备三醋酸纤维素的方法》。但是这种方法往往造成纤维素的严重降解以及对环境的破坏，而且使用高温水解增加工艺的能耗。近年来随着大量纤维素新型溶剂的不断发现，特别是绿色溶剂离子液体的发现，使得以离子液体为介质，一步均相合成纤维素酯的方法逐渐引起科研工作者的关注。公开号为CN02147004.9的专利公开了1-烯丙基-3-甲基氯咪唑盐(AmimCl)离子液体，这种离子液体不仅可以溶解纤维素，而且可以作为纤维素均相衍生化的介质。特别已经报道的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EmimAc)离子液体，这种离子液体粘度低，对纤维素有更强的溶解能力，实验室发现不添加任何催化剂的前提下，溶解在EmimAc离子液体中的纤维素在室温下即可以与乙酰化试剂发生乙酰化反应。离子液体为溶剂的均相合成工艺简单，反应速率快且可控，得到的产品性质均一，离子液体可以回收并循环利用，其应用范围也相应被扩大。

然而，迄今为止，合成醋酸纤维素的纤维素原料一般来自木浆粕。由于林业资源的限制，木桨粕的加工成本高，且环境污染问题严重，国际上已经有多家生产厂商关闭了醋化级木桨粕工厂。由于木桨粕供应的短缺，我国目前合成醋酸纤维素的原料主要还依靠进口，很大程度上限制了国内醋酸纤维素工业的发展。

甘蔗是用于生产蔗糖的植物，蔗渣为甘蔗经过提取蔗糖后的残渣，是一种吸湿性很强的既含有硬纤维又含有柔软薄壁组织(蔗髓)的混合物。蔗渣来源集中，产量大，是取之不尽、用之不竭的再生性资源。全世界每年要生产5.4×10⁶吨的甘蔗渣。我国是仅次于巴西和印度的世界第三甘蔗种植大国，我国有多个省份种植甘蔗，广西目前已成为我国最大的产糖区。现年产蔗糖约300万吨，约占全国蔗糖产量的50％，年产除髓绝干蔗渣约200万吨。蔗渣中含有30-50％的纤维素，因此使用蔗渣纤维素来代替木桨粕作为纤维素的原料来源成为新的思路。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种以廉价、性能优良的蔗渣纤维素为原料，在离子液体中均相制备三醋酸纤维素的方法。以解决我国对醋酸纤维素大量需求问题。该方法对环境友好，重要的是，这一生产方法能够实现低品质甘蔗渣的高值化利用。

根据本发明的以蔗渣纤维素为原料的三醋酸纤维素的离子液体制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)将蔗渣纤维素与溶解纤维素的离子液体混合，得到含有纤维素的离子液体溶液，其中，离子液体为咪唑卤盐或咪唑的C₁-C₆羧酸盐，溶解温度为80-100℃，时间为4-10小时，所述含有纤维素的离子液体溶液中纤维素质量浓度为1-15％；

2)将乙酰化试剂加入所述的含有纤维素的离子液体溶液中，进行均相乙酰化反应，得到含有三醋酸纤维素的反应混合液，其中，当使用离子液体为咪唑卤盐时，乙酰化反应温度为80-130℃，优选100-120℃，乙酰化反应时间为1-10h，优选为3-6h，当使用离子液体为咪唑的C₁-C₆羧酸盐时，乙酰化反应温度为25℃，乙酰化反应时间为5min-30min，优选为10-20min，当使用离子液体为咪唑卤盐或咪唑的C₁-C₆羧酸盐时，乙酰化试剂与所述的纤维素中葡萄糖单元的摩尔比为3∶1-10∶1，优选4∶1-7∶1；

3)向所述的反应混合液中加入水，使固体沉淀出来，其中，加入的水与离子液体的体积比为3∶1-10∶1、优选5∶1-8∶1；

4)将过滤得到的固体干燥后，得到三醋酸纤维素。