[发明专利]一种调控纤维素表面晶体结晶度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控纤维素表面晶体结晶度的方法，涉及生物质资源应用领域，特别涉及有机高分子纤维素应用技术领域。

背景技术

随着日益严重的石油危机和环境污染，国家对化工原料生产过程的要求越来越严格，越来越重视可再生生物质资源的开发和利用。纤维素是农作物和林业废弃物的主要成分（约占40～50%Wt），是地球上最丰富的可再生生物质资源。我国是一个农业大国，全国农作物秸秆产量约6亿吨/年，其中可收集利用的纤维素约3亿吨/年。将纤维素转化为重要的化工原料，是可再生生物质资源的开发利用和保护环境的好方法，对于缓解日益严重的环境污染和改善我国未来资源结构具有重要的意义。

纤维素表面由晶体和非晶体区域共同组成，天然纤维素具有较高的结晶度，同时不同部位对同一化学试剂或催化剂表现出不同的可及度，晶体部分由于结构规整紧密试剂可及度较非晶体部分低，这导致纤维素表面对化学试剂的选择性低。同时，由于纤维素分子内和分子间氢键的作用，其多相反应必须经历由表及里的逐层反应过程。因此，可能通过一种方法改变纤维素的表面的晶体结晶度，而不过度破坏纤维素的内部结构，使其尽可能保持原本的力学性能，处理后表面结晶度提高的纤维能对化学试剂、热量、辐射等具有更好的稳定性，而处理后表面结晶度降低的纤维则具有更高的可及度，更容易进行表面的改性、染色等处理。

但由于纤维素结构稳定致密，很难对其进行处理，目前环境友好的处理纤维素的方法之一是离子液体法，纤维素在纯离子液体的作用下，纤维素结晶度明显下降，一定时间后会形成均匀溶液，其中结晶度下降和纤维素溶解是同时进行的。而申请人发现将纤维素加入到一定浓度的离子液体水溶液中，离子液体的水溶液只能溶解少量的非晶体纤维素，同时能在一定条件下破坏纤维素中的晶体结构，使其结晶度下降，而不能直接溶解晶体的纤维素，且由于溶剂破坏纤维素中的晶体结构的过程，既是溶剂渗透进入纤维素晶体内部的过程，其速度还受到溶剂在纤维内部传质的控制，因而，若在一定温度下，将一定量纤维素置于一定浓度的离子液体水溶液，则纤维素的结晶度会有上升和下降交替出现的情况。基于此，申请人进一步研究发现在一定条件下（如提高温度、离子液体浓度），可以在一定时间内使溶解非晶体纤维素的速度大于溶剂破坏纤维素中的晶体结构的速度，通过用离子液体水溶液会溶解表面非晶体纤维素，使表面结晶度升高；或者使溶剂破坏纤维素中的晶体结构的速度大于溶解非晶体纤维素的速度，使表面结晶度降低。

因而，这种基于离子液体溶剂的改变纤维素表面晶体结晶度的方法，可能会促进开发新的高效的纤维素应用技术，也能促进可再生生物质资源的有效利用。

参考文献

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发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、生产成本低廉、产率高的改变纤维素表面晶体结晶度的方法。

一种调控纤维素表面晶体结晶度的方法，以浓度为60～95wt%的离子液体水溶液为溶剂，按纤维素与溶剂的质量比为纤维素：溶剂=1:100～1:8，将纤维素和溶剂混合，80～170℃下反应0.5～10小时，

其中，所述纤维素为棉纤维素或微晶纤维素；

所述离子液体为至少一种具有通式A^＋B^－的离子液体化合物，其中，A^＋为具有通式I的阳离子，B为卤素，

其中，通式I中，R₁为甲基，R₂为碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为1～5的烯烃基团。