[发明专利]一种木材液化物纺丝液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及木材液化技术，具体地说，涉及一种木材液化物纺丝液的制备方法。

背景技术

以木材为代表的农林生物质材料来源于光合作用，资源丰富，是传统材料中唯一可自然再生的天然材料。随着化石资源的日益枯竭，以及化石材料提炼过程的工艺复杂以及环境污染，生物质资源逐渐成为其重要的替代物。由于木材是难溶的天然高分子聚合物，一定的尺寸极大地限制了木材的应用范围。利用木材液化技术可将木材在某些有机物或催化剂存在的条件下转化为具有反应活性、流动性的液体，从而作为化工原料使用。通过木材的液化，木材液化物通过化学方法调制成纺丝液，利用其纺丝液可进一步开发纤维化材料、合成胶黏剂以及模铸材料等。

木材液化物具有独特的性质，其与传统的生物质纺丝液的调制具有很大的区别。国内曾有采用苯酚作为液化剂通过一步合成的方法制备木材液化物纺丝液的报道，然而苯酚具有强烈刺激性气味，且合成过程使用了大量的甲醛等作为合成剂，污染性较大。因此，亟待开发一种对环境友好，液化效率高的木材液化物纺丝液的合成方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型环保的木材液化物纺丝液的制备方法。

为了实现本发明目的，本发明的一种木材液化物纺丝液的制备方法，包括以下步骤：

1）将木材粉碎后得到木粉，将木粉与多元醇按照重量比1:1.5-6混合，加入酸性催化剂，在150℃-180℃下搅拌液化，得到木材液化物原液；2）向上述原液中加入原液重量40%-60%的有机溶剂进行稀释，然后在103℃±2℃下干燥8h-12h（优选12h），得到除去水分后的木材液化物；3）向上述木材液化物中加入液化物重量20%-40%的合成剂后，从室温加热至100℃-120℃，恒温反应30min-60min（优选30min），即得木材液化物纺丝液。

其中，步骤1）中使用的多元醇为聚乙二醇与丙三醇按重量比7:3配制成的多元醇混合物；聚乙二醇为PEG200-6000，即平均分子量在200到6000的聚乙二醇高聚物的一种或多种。

步骤2）中使用的有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜等中的一种或多种。优选使用的有机溶剂为二甲基甲酰胺（DMF）。

步骤3）中使用的合成剂为液化二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），即碳化二亚胺改性的MDI、氨基甲酸酯改性的MDI或碳化二亚胺-尿酮亚胺改性的MDI等中的一种或多种。

前述制备方法中，步骤1）使用的酸性催化剂为硫酸、盐酸或磷酸，加入量为多元醇重量的3%-10%。优选使用浓度为72%的硫酸作为催化剂。

前述制备方法中，步骤1）进行液化的时间为60min-90min。

前述制备方法中，步骤3）中在向木材液化物中加入合成剂后，从室温经过30-60min均匀加热到100℃-120℃。

前述制备方法中，步骤1）是将木材粉碎后过20-80目得到木粉，在液化反应前还包括对木粉进行干燥处理的步骤。

具体地，本发明的一种木材液化物纺丝液的制备方法，包括以下步骤：

1）将木材粉碎后得到木粉，将木粉与多元醇按照重量比1:1.5混合，加入浓度为72%的硫酸作为催化剂，150℃120rpm液化60min，得到木材液化物原液；2）向上述原液中加入原液重量40%的有机溶剂进行稀释，然后在105℃下干燥12h，得到除去水分后的木材液化物；3）向上述木材液化物中加入液化物重量20%的合成剂后，从室温经过60min均匀加热到120℃，恒温反应30min，即得木材液化物纺丝液。

本发明还提供按照上述方法制备的木材液化物纺丝液。

本发明还提供由上述方法制备的木材液化物纺丝液在合成纤维化材料、合成胶黏剂以及模铸材料等中的应用。

本发明进一步提供由所述木材液化物纺丝液纺制成的碳纤维及活性碳纤维原丝。

本发明提供的木材液化物纺丝液的制备方法，通过将难溶的固态木材生物质材料与多元醇混合，在酸催化条件下液化为具有反应活性的溶液化木质材料，加入合成剂在一定条件下反应生成可拉丝的纺丝液，具有操作简单、液化效率高、无污染、木材利用率高等优点，并改善了现有纺丝液污染高、液化效率低的问题。同时，纺丝液还可根据实际需要纺制出不同直径的纤维，纤维具有很好的弹性，加工性能好。

利用本发明方法合成的纺丝液纺制出的碳纤维平均直径可达20-30μm，拉伸强度68-138MPa，拉伸模量9.8-26GPa，断裂伸长率3.52%-6.12%，其力学性能优于普通的酚醛纤维，具有非常好的韧性。