[发明专利]一种溶解纤维素氨基甲酸酯的组合溶剂及其使用方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种溶解纤维素氨基甲酸酯的组合溶剂及其使用方法，属化学、纺织及材料等领域。

技术背景

植物纤维素是地球上最丰富的可再生资源，充分利用纤维素不但可以保护环境，而且可以节省有限的石油资源。但由于纤维素中含有大量的分子内和分子间氢键，难溶解也难熔融加工。长期以来，在纺织再生纤维素纤维领域中，粘胶纤维一直占据着主要地位。粘胶工艺具有显著的缺点：纺丝溶液的制备过程中会产生大量的有毒CS₂和H₂S气体以及重金属盐。另外，粘胶溶液不稳定，所以不能作为中间产物储存，其制造的所有步骤从开始到得到产品都必须毫不耽搁地进行，且通常将浆液保持在低温下。纤维素氨基甲酸酯合成工艺是指以纤维素氨基甲酸酯为原料生产再生纤维素纤维的新工艺，也是最有希望替代粘胶工艺的新尝试，其原则上可以在现有的粘胶工艺设备上实施。

纤维素氨基甲酸酯的溶解性和及其溶液稳定性都较差，纤维素氨基甲酸酯溶液很容易迅速的凝结而影响纺丝过程的顺利进行。因此，在该工艺的实施过程中，人们十分注意控制影响纤维素氨基甲酸酯溶解性及其溶液稳定性的因素，包括纤维素氨基甲酸酯的含氮量、聚合度（DP）以及溶解的条件（氢氧化钠的浓度、溶解温度、搅拌速度以及尿素等助溶剂的添加），也提出了一些制备纤维素氨基甲酸酯溶液的工艺。如：美国专利US 4530999中揭示的方法，在－5 °C条件下，把一定量的纤维素氨基甲酸酯加入到10 wt％的氢氧化钠溶液中，持续搅拌1-3小时得到2.1-5.4 wt％的纤维素氨基甲酸酯溶液。与传统粘胶法所遵循的原则一样，一般要求得到纤维素氨基甲酸酯溶液中纤维素氨基甲酸酯和氢氧化钠的质量比≥1，为满足这一条件，研究人员第一步先使用较浓的氢氧化钠溶液溶解，第二步再加入较低的氢氧化钠溶液或水稀释继续溶解，或把两个步骤反过来最终得到氨基甲酸酯含量较高而氢氧化钠含量较低的溶液。如美国专利US 6590095B1揭示的方法，先把纤维素氨基甲酸酯和7-14 wt%的氢氧化钠溶液混合搅拌，再往混合物中加入预冷的浓度不高于4 wt%的氢氧化钠溶液，冷却搅拌得到纤维素氨基甲酸酯含量在9-12 wt% 氢氧化钠浓度在 8-10 wt% 的纤维素氨基甲酸酯溶液。国际专利WO 2007/060296 A1和 WO 2011/086241 A1揭示的方法，把纤维素氨基甲酸酯浸入0 °C的1-2 wt%氢氧化钠溶液，再把－20 ~ －25 °C的17-20 wt%的氢氧化钠溶液倒入上面得到的混合物中，－6 °C条件下剧烈搅拌得到7.5-10.5 wt%的纤维素氨基甲酸酯溶液，其中氢氧化钠含量为8.5-9.0 wt%。按上面方法得到的纤维素氨基甲酸酯溶液中常容易出现一些胶体不溶物，为此可以考虑再次加入一定量的1-2 wt%的氢氧化钠溶液进行溶解和稀释，以改善纤维素氨基甲酸酯溶液的品质。

制备得到高浓度、低碱量以及具有较高稳定性的纤维素氨基甲酸酯溶液是纤维素氨基甲酸酯工艺工业化的必要条件，同时简单的工艺流程也便于实施生产。溶解过程中使用高浓度氢氧化钠以及采用多步溶解法显然不符合这些必要条件。同时纤维素氨基甲酸酯溶液中含有的胶体不溶物以及低的稳定性也不利于纤维素氨基甲酸酯工艺的实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种溶解纤维素氨基甲酸酯组合溶剂，该溶剂可以通过冷冻-解冻的方法溶解纤维素氨基甲酸酯，制备出具有低碱量、高稳定性的纤维素氨基甲酸酯溶液，所得纤维素氨基甲酸酯溶液可用于纤维、膜及其它纤维素制品的制造。

为实现上述目的，本发明提供的溶解纤维素氨基甲酸酯的组合溶剂为：含6-10 wt%氢氧化钠和0.1-3 wt%的氧化锌的水溶液。

作为一种优选，组合溶剂为含7-8 wt%氢氧化钠和1.2-1.8 wt%氧化锌的水溶液。

使用上述组合溶剂溶解纤维素氨基甲酸酯的方法是：

配制含6-10 wt%的氢氧化钠和0.1-3 wt%氧化锌的水溶液，然后把一定量的纤维素氨基甲酸酯分散于该组合溶剂中，通过冷冻-解冻的方法溶解得到具有低碱量、高稳定性纤维素氨基甲酸酯溶液。

上述冰冻过程中，可以在－10 ~ －20°C下冷冻3-5小时，在更低温度或冰冻更长时间自然也可行，或者在液氮中冷冻3-5分钟；

上述解冻过程，可以在不高于50 °C如室温的条件下解冻，溶解得到具有低碱量、高稳定性的纤维素氨基甲酸酯溶液。