[发明专利]纤维素液晶组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素液晶组合物及其制备方法。

背景技术

近年来，随着环境污染日益恶化、石油和天然气等不可再生资源逐渐枯竭，环境友好和可再生的资源日益受到社会的关注。纤维素是地球上最丰富的可再生资源。其具有价格低廉、生物相容性好、可降解和不污染环境等优点。因此，对纤维素的开发利用成为近几年来的热门话题。

纤维素由于自身的结构特点，很难熔融溶解，传统的黏胶法生产的纤维素纤维虽然工艺已经非常成熟，但是依然伴随着高污染、高能耗等问题。离子液体作为纤维素的良溶剂，具有蒸汽压低、无挥发、物化性能稳定、容易回收和环境友好等特点，被称为“21世纪溶剂”、“绿色溶剂”，有很好的研究和应用前景。

目前，已经有一些文献，以离子液体为溶剂制备纤维素液晶。例如，在含有浓度为10wt％的微晶纤维素/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)体系中观察到胆甾相液晶；在浓度为16％的微晶纤维素/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)溶液中观察到液晶现象；在浓度为9％的微晶纤维素/AMIMCl/埃洛石纳米管体系中观察到液晶现象。上述纤维素液晶体系中使用微晶纤维素，但是微晶纤维素的聚合度比较低，不利于纺丝。还有一些文献研究，在AMIMCl中将氰基联苯酚接枝到纤维素上制备纤维素侧链液晶。但是，上述体系改变了纤维素原有的结构。

另外，还有一些液晶化合物研究的报道(例如，CN1632056A、CN1179153A、CN101863875A、CN10487311A)，但这些液晶化合物均不是应用于纤维素液晶领域。再有，CN102592832B公开了一种离子晶体，其应用在太阳能电池领域以解决离子液体漏液的问题。本发明属于纤维素纤维成型领域，与前者分属于完全不同的技术领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素液晶组合物，其没有改变纤维素原有的结构，并且可以容易地制备。本发明的进一步的目的在于获得流动性好的纤维素液晶组合物，其可以用于纺丝。本发明的另一个目的在于提供一种纤维素液晶组合物的制备方法，其工艺简单。

为了实现上述目的，本申请的发明人进行了深入研究，发现将特定的液晶基元与纤维素在离子液体混合，通过氢键自组装就可以得到纤维素液晶组合物。该液晶组合物的流动性好，且没有改变纤维素原有的结构。

本发明提供一种纤维素液晶组合物，其包括离子液体、液晶基元和纤维素；所述的液晶基元选自如式(I)所示的化合物：

式(I)中，R₁和R₂分别独立地选自氢、C₁～C₈的烷基、C₅～C₁₂的芳烷基，R₃选自C₁～C₈的烷基，R₄选自氟、氯、溴或碘，A选自－N＝N－或者－CH₂－，n选自0或1，m选自4～10。

根据本发明的组合物，优选地，所述的离子液体、液晶基元和纤维素的重量比例为80～90:3～6:5～15。

根据本发明的组合物，优选地，式(I)中，R₁和R₂分别独立地选自氢或C₁～C₅的烷基，R₃选自C₁～C₅的烷基，R₄选自氯或溴，A选自－N＝N－或者－CH₂－，n选自0或1，m选自4～6。

根据本发明的组合物，优选地，式(I)所示的化合物选自如下化合物之一：

根据本发明的组合物，优选地，所述的纤维素的聚合度为400～1200。

根据本发明的组合物，优选地，所述的离子液体为咪唑型离子液体。

根据本发明的组合物，优选地，所述的咪唑型离子液体选自1-烃基-3-烷基咪唑盐；其中，取代位为3的烷基选自碳原子数为2～8的烷基，取代位为1的烃基选自碳原子数为2～8的烷基或碳原子数为3～8的烯基。

本发明还提供上述组合物的制备方法，包括如下步骤

(1)将液晶基元和纤维素与离子液体混合以形成透明溶液；

(2)将所述透明溶液在54～83℃保温15分钟以上，得到纤维素液晶组合物。

根据本发明的制备方法，优选地，在步骤(1)中，所述的混合在70～100℃下进行。