[发明专利]一种溶解纤维素的方法

说明书

本发明涉及一种溶解纤维素的方法，包括以下步骤：（一）混合：将纤维素固体与氢氧化钠、尿素、水在常温下混合，形成固液混合物；固液混合物中纤维素的质量分数为3～20%，氢氧化钠的质量分数为4～15%，尿素的质量分数为4～15%，余量为水；（二）降温：将固液混合物以每分钟降温0.2～5℃的速率从常温降至‑12～‑22℃，得到粘稠的纤维素溶液。本发明通过缓慢降温的方式将大量纤维素全部溶解到尿素、氢氧化钠水溶液中，从而制得浓度为3%～20%的纤维素溶液。该方法所用原料均廉价、无毒；本发明所制得纤维素溶液的浓度远远超过现有技术水平，整个过程具有简易、低成本、低能耗、低碳排放的优势。

技术领域

本发明涉及一种溶解纤维素的方法，属于自然资源加工及化工技术领域。

背景技术

纤维素是地球上最古老、最丰富、可再生的天然高分子，是取之不尽用之不竭的宝贵资源。纤维素是植物细胞壁的主要成分，木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等均含有大量纤维素。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。

从分子结构来看，纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。纤维素不能被消化吸收，既不溶于水，也不溶于稀碱溶液，又不溶于一般的有机溶剂。这种难溶解的特性使得以纤维素为原料的工业生产裹足不前。随着全球变暖的加剧、石油资源的日益匮乏，人们重新对纤维素加工加以重视，世界各国投入了大量科研资金和科技人员研究纤维素的利用技术，尤其是安全、低成本、低能耗的纤维素溶解技术。

中国专利ZL201010288782.5提到了一种溶解纤维素的方法，可将少量纤维素在急剧冷却条件下溶于尿素、氢氧化钠的水溶液（1～2分钟内完成溶解）。然而，这种方法对纤维素的溶解能力有限，溶液中纤维素的质量分数小于7%，需要消耗大量的氢氧化钠和尿素才能将少量纤维素溶解。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种溶解纤维素的方法，该方法通过缓慢降温的方式将大量纤维素全部溶解到尿素、氢氧化钠的水溶液中，可以根据需要得到不同浓度的纤维素溶液，最高浓度可达20%，并且消耗很少的尿素、氢氧化钠、水。

解决上述技术问题的技术方案是：一种溶解纤维素的方法，包括以下步骤：

（一）混合：将纤维素固体与氢氧化钠、尿素、水在常温下混合，形成固液混合物；固液混合物中纤维素的质量分数为3～20%，氢氧化钠的质量分数为4～15%，尿素的质量分数为4～15%，余量为水；

（二）降温：将固液混合物以每分钟降温0.2～5℃的速率从常温降至-12～-22℃，得到粘稠的纤维素溶液。

进一步的，步骤（一）中固液混合物中纤维素的质量分数为7.1～15%。

进一步的，步骤（一）中固液混合物中纤维素的质量分数为8～20%。

进一步的，步骤（一）中降温速率为每分钟降温0.2～2℃。

进一步的，步骤（二）中降温时间为1～3小时。

进一步的，所述纤维素为微晶纤维素、无定形纤维素中的一种或两种的组合。

本发明溶解纤维素的原理是：

在缓慢降温的环境中，纤维素固体能够按一定比例与尿素、氢氧化钠、水结合形成更稳定的物质，该物质可溶于水。

与现有技术相比，本发明的优势在于：