[发明专利]一种高效纤维素溶剂体系及其用途

说明书

本发明公开了一种高效纤维素溶剂体系，该体系由离子液体与金属盐混合而成，可以在较为温和的条件下提高纤维素的溶解度，以及该体系在制备纤维素薄膜中的用途。根据本发明的纤维素溶剂体系提高了纤维素在离子液体中的溶解效果，尤其增加了纤维素的最大溶解度、缩短了纤维素溶解时间；简单添加金属盐，通过离子液体与盐的协同作用促进溶解，操作简便，无需超低温操作；操作过程不使用有毒、有害试剂，过程环保、可回收，提高了新型溶剂体系的经济可行性。

技术领域

本发明属于纤维素溶解领域，特别是涉及一种高效纤维素溶剂体系，该体系由离子液体与金属盐混合而成，可以在较为温和的条件下提高纤维素的溶解度，以及该体系制备纤维素薄膜的用途。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的可再生有机资源，其来源非常广泛，大量存在于木材、秸秆、竹子、棉、麻等木质纤维原料中。利用纤维素开发纤维素膜、丝、凝胶等生物质基材料以及改性制备羟甲基纤维素等纤维素衍生物，在化工、医药、食品、建筑、油田化学和生物化学等领域具有广阔的应用前景。新型高效纤维素溶剂的开发和利用是影响纤维素应用和市场竞争力的核心。

纤维素是由纤维二糖单元通过β–1,4葡萄糖苷键重复连接而成的结构均一的线性大分子，聚合度可达10000或者更高。纤维素分子内及分子间存在大量的氢键，分子链平行规整排布且取向度高，使得纤维素结构致密，化学稳定性好，难以溶解。传统纤维素溶剂包括铜氨、铜乙二胺和镉乙二胺等溶剂体系以及氢氧化钠/二硫化碳溶剂体系(粘胶法)。尽管溶解能力强，但使用过程中会排放重金属离子、CS₂和H₂S等有毒气体，不利于可持续发展。近年来，学者们致力于开发新型绿色溶解体系。如专利CN107304246A公开了一种氢氧化钠和硫脲水溶液的溶剂体系；CN107653502A将纤维素溶解在5-10wt％氢氧化钠、0-1wt％氢氧化锂和8-15wt％尿素的低温溶解体系中。离子液体(IL)是近年来发展的新型非衍生化溶剂体系之一。相比于其他溶解体系，IL易回收，且100％由阴离子和阳离子组成，具有低蒸气压、强极性、高溶解能力、不挥发等优点。Swatloski等(2002)首次公开报道离子液体1-丁基-3-甲基氯化咪唑氯盐([C₄mim]Cl)能溶解10wt％的纤维素。

然而现有的纤维素溶解体系存在以下缺点：采用氢氧化钠/尿素/氢氧化锂溶解体系尽管能在3min内溶解8wt％的纤维素，但需在-12℃低温下进行，溶解条件苛刻，难以实现工业化应用；氢氧化钠/硫脲体系使用了硫脲和碱性溶液，难以达到环保要求；离子液体溶解体系中，溶解性能优异的离子液体价格高昂，而价格相对低廉的离子液体不仅溶解时间长，且溶解效果差。

因此，仍然需要开发一种环保、溶解性能优异的高效溶剂体系，这对纤维素资源的高效利用十分有益。

发明内容

为了解决现有技术的问题，根据本发明的一个实施方式提供了一种高效纤维素溶剂体系，该体系由离子液体与金属盐混合而成，

其中所述离子液体选自1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐，所述金属盐选自MgCl₂、BaCl₂、NaCl、Na₂SO₄、ZnCl₂、LiCl、CaCl₂中的一种或多种。

优选地，所述离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐。

优选地，所述金属盐选自MgCl₂、NaCl和Na₂SO₄中的一种或多种。

优选地，所述金属盐选自MgCl₂、NaCl和Na₂SO₄中的一种或两种，当为两种金属盐时，两种金属盐的质量比例为1:9至5:5。