[发明专利]NaOH/硫脲水溶液常温溶解纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用氢氧化钠和硫脲混合水溶液作为纤维素的溶剂，以及用它溶解纤维素和制备再生纤维素纤维和膜的新方法，属于天然高分子领域，也属于化学、农业、环境工程领域。

背景技术

进入二十一世纪，为了解决由石油资源的枯竭及消耗所导致全球变暖和大气污染等问题，科学与技术的发展方向已逐步转向开发、利用可再生生物质资源。纤维素是地球上最丰富的可再生资源，充分利用纤维素可以节省有限的石油资源，符合可持续发展战略的要求。然而，由于纤维素存在复杂的分子间、分子内氢键结构及高结晶性，致使纤维素既不能熔融也不溶解于一般溶剂，给纤维素的加工带来较大困难并限制了纤维素的有效利用。实现纤维素最有效的利用就是利用简便方法使其溶解。目前，在工业领域大规模应用的仍是粘胶法生产人造丝和玻璃纸，生产过程中使用大量CS₂并释放H₂S、SO₂而严重污染环境，因此研究和开发新的纤维素溶剂体系已迫在眉睫。近年来，各种有机或无机新溶剂已取得了较大进展，其中有二甲亚砜-氮氧化物(U.S.patent3236669,1966)，NH₃/NH₄SCN水溶液(J.Polym.Sci.Polym.Chem.Ed.,1980,183469)Ca(SCN)₂/NaSCN水溶液(PolymerJ.，1998，30，43；30，49)，ZnCl₂水溶液(U.S.Patent5290349，1994)，三氯乙醛-二甲亚砜-吡啶混合物(Polym.J1980，12，521)，LiCl/DMAc(U.S.Patent4302252，1981)，N-甲基氧化吗啉(NMMO)(J.Polym.Sci.：Polym.Lett.Ed.1979，17，219；U.S.Patent4246221，1981)、NaOH水溶液(Japan Paten1777283,1983)和离子液体(U.S.Patent6824599，2004)等。NMMO是迄今为止最强的纤维素溶剂，用它制备的少量纤维素丝产品(Lyocell)已进入市场。但由于其价格昂贵、纺丝温度较高、溶剂回收难，工业化生产发展缓慢。同样，离子液体也用于纤维素溶解，但其仍然存在溶解温度高以及溶剂回收难等问题。NaOH水溶液是溶解纤维素最便宜的溶剂，而且无毒、无污染，无论从环境因素还是经济角度考虑，它在再生纤维素纤维工业上都有潜在应用价值。据报道，4℃左右纤维素可溶解在7—9wt％的NaOH水溶液中(Japan Patent1777283,1983；U.S.Patent4634470)，但这一溶剂仅能溶解聚合度低于250的纤维素分子，而且所制得纤维丝强度较低，不适合工业化纺丝或制模。本实验室已用6wt％NaOH/5wt％硫脲水溶液作为纤维素新溶剂，溶解纤维素并成功制备出强度优良的再生纤维素膜(申请号为00128162.3)。但是该溶剂体系必须在冷冻条件下3—5小时才能溶解纤维素制备透明的纤维素浓溶液，因此难以实现工业化。同时，9.5wt％NaOH/4.5wt％硫脲水溶液作为纤维素新溶剂，预冷-5℃快速溶解纤维素得到透明的纤维素浓溶液，并进行初步工业化实验(申请号为200310111447.8)。以上两种方法却要求低温，本发明采用0℃以上的条件完成纤维素在水体系中溶解，具有明显技术进步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种常温溶解纤维素的溶剂以及用它制备纤维素膜的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种溶解纤维素的溶剂，为氢氧化钠和硫脲的水溶液，此溶液中，氢氧化钠的浓度为9.0～10.0wt％，硫脲的浓度为7.0～10.0wt％。

上述溶解纤维素的溶剂可由下法制备：将氢氧化钠和硫脲混合后，加水溶解；或者先将硫脲配成水溶液，然后加入氢氧化钠溶解；或者先将氢氧化钠配成水溶液，然后加入硫脲溶解；也可以将氢氧化钠和硫脲分别配成水溶液，然后混合，得到所需的溶解纤维素的溶剂。制备的溶解纤维素的溶剂储于20℃以下备用。

一种利用上述溶剂溶解纤维素的方法：

将纤维素分散于5～20℃的9.0～10.0wt％氢氧化钠和7.0～10.0wt％硫脲的混合水溶液中，搅拌后迅速溶解并形成透明的纤维素溶液。

所得纤维素溶液中，纤维素含量为2—8wt％。