[发明专利]溶剂及采用该溶剂制备纤维素溶液的方法

说明书

本发明公开了一种用于溶解纤维素的溶剂，包括离子液体和N‑羟烷基己内酰胺；所述的离子液体选自咪唑型离子液体或吡啶型离子液体；所述N‑羟烷基己内酰胺中的烷基选自C1～C8的直链烷基或C3～C8支链烷基。上述溶剂可以加快纤维素的溶解效率。本发明还提供纤维素溶液的制备方法、再生纤维素产品的制造方法以及N‑羟烷基己内酰胺的用途。

技术领域

本发明涉及一种溶剂，尤其是一种用于溶解纤维素的溶剂；还涉及一种纤维素溶液的制备方法、一种再生纤维素产品的制造方法以及N-羟烷基己内酰胺的用途。

背景技术

纤维素是目前地球上最丰富的自然资源之一，其具有良好的生物兼容性及可降解性，并且具有可再生性的特点。尽管纤维素具有上述诸多优点，但其应用程度却远不及石油化工产品等不可再生资源。随着石油资源的日益减少及耗竭，纤维素的开发利用逐渐受到人们的受重视。

纤维素具有较高的结晶度，分子间及分子内存在着大量的氢键，从而使得纤维素的可熔融性差，且难溶于大部分的溶剂。这导致纤维素的加工利用受到严重限制。因此，亟需开发可以快速溶解纤维素、且环境友好的溶剂。

传统的再生纤维素纤维(Viscose Rayon)的制造工艺相当复杂，且存在产生大量废气和废水等污染问题。再生纤维素纤维的生产和销售往往因为环保要求而受到限制。这些年发展起来的Lyocell纤维素纤维，所使用的溶剂为氧化甲基吗啉(简称NMMO)。纤维素溶解于NMMO的过程中，需要较高的溶解温度，且溶解后的纤维素容易降解，从而导致纤维素溶液的颜色变深，纤维素聚合度降低。为了克服上述缺陷，目前正在开发以离子液体为溶剂生产再生纤维素纤维的技术。将纤维素采用离子液体溶解，经纺丝成形后，再将离子液体以水洗方式脱除，回收利用。纤维素的来源广泛、廉价易得；纤维素溶解于离子液体的过程也比较简单，且离子液体可以循环使用。因此，以离子液体为溶剂的纤维素纺丝技术有望成为一种新的再生纤维素纤维的制造工艺。

离子液体通常表示在室温或室温附近下呈液态、且由离子构成的物质；一般是指由体积较大的不对称有机阳离子和体积较小的无机/有机阴离子组成的盐。与传统溶剂相比，离子液体具有诸多优异特性。离子液体在低蒸气压下不易挥发，解决了有机物质容易挥发导致的环境污染问题。离子液体具有低熔点、高极性的特性，可溶解许多有机物及无机物。另外，离子液体具有不可燃性、耐强酸、高热稳定性、高导电度、电化学稳定性高等特点。此外，离子液体可根据不同需求进行设计，使其具有独特性质。离子液体在常压下使用，不但可以降低成本，也可以减少有机溶剂对环境的污染及人类的伤害。综上，离子液体被称为一种绿色环保溶剂。

目前，关于通过咪唑类、吡啶类及烷基类等阳离子与酰胺、六氟磷酸、四氟硼酸盐、乙酸酯及卤化物等阴离子得到功能性离子液体的相关文献已经很多，但很少有人将其应用于产业化生产。例如，CN105670026A公开了一种溶剂法再生纤维素膜的制备方法，首先将离子液体水溶液和纤维素原料进行预混合，然后在进行脱水，再进行纤维素的溶解，最后进行再生制备成为纤维素膜。离子液体水溶液为[AMIm]Cl质量分数为55.0～98.5wt％的水溶液，预混合温度为30～60℃，预混合时间为10～50min；溶解温度为80～250℃。上述离子液体对纤维素的溶解温度较高，且需要30min以上的溶解时间才能形成均匀溶液。又如，CN104130425A公开了一种再生纤维素材料的制备方法，使用的溶剂为羧酸型离子液体与不含活泼质子的极性有机溶剂组成的共溶剂。辅助溶剂选自DMF、DMAc、DMI、DMSO、吡啶、丙酮、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种。上述溶剂对纤维素的溶解温度在80℃以上，需要大约2h的溶解时间才能形成均匀溶液。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种溶剂，其可以更加快速地溶解纤维素。本发明进一步的目的在于提供一种溶剂，其可以有效避免纤维素降解，并获得低粘度的纤维素溶液。

本发明的另一个目的在于提供一种纤维素溶液的制备方法，其溶解效率高、且纤维素不容易降解。本发明进一步的目的在于一种再生纤维素产品的制造方法，其可以更加高效。