纤维素溶剂及其制备方法、应用与流程

专利2022-06-29  116

本申请涉及一种纤维素溶剂及其制备方法、应用,属于化工产品制造技术领域。



背景技术:

纤维素是一类生物质来源的重要原料,在纺织工业、食品行业、生物质能源化学品生产等方面具有广泛应用。由于纤维素是葡萄糖基本单元构成的天然高分子,结构富含羟基,存在大量氢键,形成复杂的氢键网络结构。其物理化学性质收到强烈影响,例如,纤维素难溶于水、乙醇及大部分有机溶剂,化学转化相对惰性。这使得开发高效易得的纤维素溶剂成为重要研究课题,对于克服纤维素难溶解、难改性、不可塑等缺点具有重要意义。

目前,纤维素溶剂主要包括四类体系,典型纤维素溶剂分别如下:

(1)二硫化碳/碱溶液:纤维素在氢氧化钠等强碱作用下与cs2反应,生成纤维素磺酸酯,进而溶于碱溶液中;然后在稀硫酸溶液中再生,制备粘胶纤维或玻璃纸。生产过程中使用大量的cs2,并释放h2s和so2气体,严重污染环境,该溶剂不具有环保和可持续发展意义。

(2)金属盐溶液:包括铜氨溶液、铜-乙二胺溶液、氯化锂/dmf等,排放时造成水体金属离子污染,必须进行污水处理,生产成本进一步提高,已不符合当前化工纺织行业的可持续发展要求。

(3)离子液体:利用离子液体阴离子的氢键碱性和偶极性,部分离子液体可以作为良好纤维素溶剂(专利号cn201410404512.4)。但是,大多数离子液体型纤维素溶剂采用氯离子等卤素离子为阴离子,对设备产生腐蚀,也具有污染环境的缺点;同时,离子液体合成步骤复杂、成本高、回收困难。加之纤维素通常需要用酸碱溶液进行预处理,使得该类溶剂体系应用受限,不利于大规模化工生产应用。

(4)水溶性溶剂:nmmo/水是典型水溶性溶剂(专利号us2179181),用于生产lyocell纤维。该溶剂对环境无污染,利于环境保护和可持续发展。但是,对水的含量要求苛刻,当水含量高于一定比例(13.3%)时,纤维素只能发生溶胀,而不能溶解;因此,在进行纤维素溶解的时候,需要复杂的蒸发浓缩装置,能耗高,操作复杂;另一方面,该溶剂粘度高,使用过程中需要满足特定操作条件。



技术实现要素:

根据本申请的一个方面,提供了一种纤维素溶剂,该溶剂流动性好,化学性质稳定,组分比例可调控性大,不含金属离子或氯离子,具有安全、可循环使用、绿色环保等优势,对纤维素有很强的溶解能力,在相对低的温度(60℃~100℃)下可溶解纤维素,获得高质量分数(9.1%~30%)的纤维素溶液,且其室温呈液体,具有合适粘度,利于后续加工和应用。

本申请所提供的纤维素溶剂,包括杂环化合物和n-烷基吗啉-n-氧化物;所述杂环化合物与所述n-烷基吗啉-n-氧化物的质量比为1:10~3:1;

所述n-烷基吗啉-n-氧化物选自具有式i所示化学式的化合物中的至少一种:

式i中,r1选自c1~c5的烷基。

优选地,r1选自甲基、乙基、丙基或异丙基。

所述杂环化合物不包括n-烷基吗啉-n-氧化物。

杂环化合物与n-烷基吗啉-n-氧化物的质量比的上限独立地选自1:3、2:3、1:1、3:2、3:1,杂环化合物与n-烷基吗啉-n-氧化物的质量比的下限独立地选自1:10、1:3、2:3、1:1、3:2。

可选地,所述杂环化合物选自含氧杂环化合物、含氮杂环化合物中的至少一种。

可选地,所述含氧杂环化合物包括四氢糠醇、糠醇、3-羟基四氢呋喃、γ-戊内酯、1,4-二氧六环、四氢呋喃中的至少一种;

所述含氮杂环化合物包括n-甲酰吗啉、n-(3-氨丙基)-吗啉中的至少一种。

本申请的另一方面还提供的了上述任一种纤维素溶剂的制备方法:将杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物按照1:10~3:1的质量比进行混合,即可得到所述纤维素溶剂。

该方法安全环保、原料包含生物质基来源,廉价易得、制备方法简单、高效。

可选地,将所述杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物在30~100℃的条件下搅拌混合,即可得到所述纤维素溶剂。

具体地,将杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物按照1:10~3:1的质量比进行混合,加热至30℃~100℃,搅拌至完全互溶,冷却至室温,获得所述纤维素溶剂。

搅拌混合温度的上限独立地选自40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃,搅拌混合温度的下限独立地选自30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃。

可选地,搅拌混合的时间为5~40min。

本申请方法利用杂环官能团与纤维素分子中吡喃环相似相溶的原理,设计并制备了一种不含氯的以杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物组成的新型纤维素溶剂。

根据本申请的又一方面,提供了上述任一种纤维素溶剂、根据上述方法制备得到的纤维素溶剂在纤维素溶解方面的应用。

该纤维素溶剂可作为替代挥发性有机溶剂的“绿色溶剂”溶解纤维素,在相对低的温度下对纤维素有很强的溶解能力。

可选地,在所述纤维素溶剂中加入纤维素,在60~100℃的条件下溶解10~120min,得到纤维素透明溶液。

具体地,在所述纤维素溶剂中加入纤维素,升温至溶解温度(60~100℃)并保持设定时间(10~120min),搅拌,即可得到纤维素透明溶液。

溶解纤维素温度的上限独立地选自65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃,溶解纤维素温度的下限独立地选自60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃。

可选地,纤维素的聚合度为180~8100。

可选地,所述纤维素包括棉纤维、α-纤维素粉、纤维素滤纸或微晶纤维素中的至少一种。

可选地,所述纤维素在所述纤维素透明溶液中的质量百分含量为9.1~30%。

本申请中,杂环类纤维素溶剂在60℃~100℃下对纤维素具有最佳溶解性能。

下面介绍纤维素溶液的制备及使用过程:

称取一定量杂环化合物,加入一定比例的n-甲基吗啉-n-氧化物,加热到30℃~100℃,搅拌至互溶,冷却至室温得纤维素溶剂;所得纤维素溶剂加入一定比例的纤维素,加热至60℃~100℃,恒温保持一定时间,使纤维素充分溶解,获得纤维素溶液,其纤维素质量分数范围为9.1%~30%。

本申请中,c1~c5指基团中所包含的碳原子数。

本申请中,“烷基”是由烷烃化合物分子上失去任意一个氢原子所形成的基团。

本申请能产生的有益效果包括:

1)本申请所提供的纤维素溶剂,流动性好,化学性质稳定,可循环使用,在相对低的温度(60℃~100℃)下可溶解纤维素,获得高质量分数(9.1%~30%)的纤维素溶液,且其室温呈液体,具有合适粘度,利于后续加工和应用。

2)本申请所提供的纤维素溶剂,在n-甲基吗啉-n-氧化物质量分数低于60%时依然可以对纤维素有较好的溶解,可作为不含硫化物、金属离子以及卤素离子的“绿色溶剂”。

3)本申请所提供的纤维素溶剂的制备方法,具有安全、高效、绿色环保等优势,而且其原料廉价易得、制备方法简单。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明,本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

本申请中,利用折光仪对纤维素溶液的质量分数进行分析和计算。

实施例1纤维素溶剂的制备

1#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取1.5g四氢糠醇和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至30℃,搅拌40min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为1#纤维素溶剂。

将1#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为4.4×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢糠醇没有被氧化,化学性质稳定。

2#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取5g四氢糠醇和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至60℃,搅拌10min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为2#纤维素溶剂。

将2#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为4.0×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢糠醇没有被氧化,化学性质稳定。

3#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取15g四氢糠醇和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至100℃,搅拌5min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为3#纤维素溶剂。

将3#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.8×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢糠醇没有被氧化,化学性质稳定。

4#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取15g糠醇和10gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至40℃,搅拌30min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为4#纤维素溶剂。

将4#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.6×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,糠醇没有被氧化,化学性质稳定。

5#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10g糠醇和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至50℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为5#纤维素溶剂。

将5#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为3.0×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,糠醇没有被氧化,化学性质稳定。

6#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至70℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为6#纤维素溶剂。

将6#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为3.4×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,3-羟基四氢呋喃没有被氧化,化学性质稳定。

7#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取15g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为7#纤维素溶剂。

将7#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.4×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,3-羟基四氢呋喃没有被氧化,化学性质稳定。

8#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10gγ-戊内酯和10gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至60℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为8#纤维素溶剂。

将8#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为4.1×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,γ-戊内酯没有被氧化,化学性质稳定。

9#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10gγ-戊内酯和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为9#纤维素溶剂。

将9#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为4.2×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,γ-戊内酯没有被氧化,化学性质稳定。

10#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10g1,4-二氧六环和10gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至100℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为10#纤维素溶剂。

将10#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.3×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,1,4-二氧六环没有被氧化,化学性质稳定。

11#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取15g1,4-二氧六环和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为11#纤维素溶剂。

将11#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.2×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,1,4-二氧六环没有被氧化,化学性质稳定。

12#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取15g四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为12#纤维素溶剂。

将12#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.4×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢呋喃没有被氧化,化学性质稳定。

13#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取5gn-甲酰吗啉和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为13#纤维素溶剂。

将13#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为1.8×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,n-甲酰吗啉没有被氧化,化学性质稳定。

14#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取10gn-(3-氨丙基)-吗啉和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为14#纤维素溶剂。

将14#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为1.6×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,n-(3-氨丙基)-吗啉没有被氧化,化学性质稳定。

15#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取5g1,4-二氧六环、5g四氢呋喃、5g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌30min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为15#纤维素溶剂。

将15#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为2.4×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,1,4-二氧六环、四氢呋喃和3-羟基四氢呋喃均没有被氧化,化学性质稳定。

16#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取5g四氢呋喃、5g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为16#纤维素溶剂。

将16#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为3.2×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢呋喃和3-羟基四氢呋喃均没有被氧化,化学性质稳定。

17#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取2g四氢糠醇、3g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为17#纤维素溶剂。

将17#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为4.1×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,四氢糠醇和3-羟基四氢呋喃均没有被氧化,化学性质稳定。

18#纤维素溶剂的制备

在100ml圆底烧瓶中称取2gn-甲酰吗啉、3g3-羟基四氢呋喃和15gn-甲基吗啉-n-氧化物,油浴加热至80℃,搅拌20min至两种固体完全互溶,得微黄色溶液,记为18#纤维素溶剂。

将18#纤维素溶剂冷却至20℃,用数字粘度计测得所得溶剂粘度为1.1×10-3pa·s,流动性很好;升温至150℃,纤维素溶剂不沸腾,无溶剂挥发,n-甲酰吗啉和3-羟基四氢呋喃均没有被氧化,化学性质稳定。

实施例2纤维素溶剂用于溶解纤维素

以实施例1中制备得到的1#~18#纤维素溶剂为溶剂溶解纤维素。

向1#纤维素溶剂中加入α-纤维素粉4g(聚合度为1500),升温至100℃,搅拌90min,至纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为19.5%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得1#纤维素溶剂,回收率约为98%,1#纤维素溶剂可循环使用。

向2#纤维素溶剂中加入棉纤维2g(聚合度为8100),升温至100℃,搅拌120min,至棉浆纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为10.8%。

向3#纤维素溶剂中加入纤维素滤纸5g(聚合度为700),升温至100℃,搅拌80min,至纤维素滤纸完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为23.3%。

向4#纤维素溶剂中加入微晶纤维素7g(聚合度为180),升温至100℃,搅拌20min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为30%。

向5#纤维素溶剂中加入α-纤维素粉5g(聚合度为1500),升温至100℃,搅拌30min,至纤维素粉完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为16.7%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得5#纤维素溶剂,回收率约为98%,5#纤维素溶剂可循环使用。

向6#纤维素溶剂中加入α-纤维素粉5g(聚合度为1500),升温至90℃,搅拌40min,至纤维素粉完全溶解得暗黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为16.7%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得6#纤维素溶剂,回收率约为99%,6#纤维素溶剂可循环使用。

向7#纤维素溶剂中加入微晶纤维素5g(聚合度为180),升温至60℃,搅拌10min,至微晶纤维素完全溶解得暗黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为9.1%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得7#纤维素溶剂,回收率约为99%,7#纤维素溶剂可循环使用。

向8#纤维素溶剂中加入微晶纤维素5g(聚合度为180),升温至70℃,搅拌60min,至纤维素滤纸完全溶解得暗黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为20%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得8#纤维素溶剂,回收率约为99%,8#纤维素溶剂可循环使用。

向9#纤维素溶剂中加入微晶纤维素粉10g(聚合度为180),升温至80℃,搅拌60min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为28.6%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得9#纤维素溶剂,回收率约为99%,9#纤维素溶剂可循环使用。

向10#纤维素溶剂中加入微晶纤维素粉6g(聚合度为180),升温至80℃,搅拌90min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为23.1%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得10#纤维素溶剂,回收率约为99%,10#纤维素溶剂可循环使用。

向11#纤维素溶剂中加入微晶纤维素6g(聚合度为180),升温至70℃,搅拌50min,至微晶纤维素完全溶解得暗黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为16.7%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得11#纤维素溶剂,回收率约为99%,11#纤维素溶剂可循环使用。

向12#纤维素溶剂中加入棉纤维4g(聚合度为8100),升温至90℃,搅拌60min,至棉浆纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为11.8%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得12#纤维素溶剂,回收率约为99%,12#纤维素溶剂可循环使用。

向13#纤维素溶剂中加入α-纤维素粉5g(聚合度为1500),升温至70℃,搅拌60min,至纤维素粉完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为20.0%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得13#纤维素溶剂,回收率约为99%,13#纤维素溶剂可循环使用。

向14#纤维素溶剂中加入微晶纤维素5g(聚合度为180),升温至90℃,搅拌60min,至棉浆纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为16.7%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得14#纤维素溶剂,回收率约为99%,14#纤维素溶剂可循环使用。

向15#纤维素溶剂中加入微晶纤维素4g(聚合度为180),升温至100℃,搅拌60min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为11.8%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得15#纤维素溶剂,回收率约为99%,15#纤维素溶剂可循环使用。

向16#纤维素溶剂中加入微晶纤维素5g(聚合度为180),升温至100℃,搅拌60min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为16.7%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得16#纤维素溶剂,回收率约为99%,16#纤维素溶剂可循环使用。

向17#纤维素溶剂中加入微晶纤维素7g(聚合度为180),升温至100℃,搅拌60min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为25.9%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得17#纤维素溶剂,回收率约为99%,17#纤维素溶剂可循环使用。

向18#纤维素溶剂中加入微晶纤维素6g(聚合度为180),升温至100℃,搅拌60min,至微晶纤维素完全溶解得微黄色透明溶液,溶液中纤维素的质量分数为23.1%。所得溶液经过水洗过滤所得下层清液,通过旋转蒸发仪旋干水,再经真空干燥箱80℃干燥12h,得18#纤维素溶剂,回收率约为99%,18#纤维素溶剂可循环使用。

以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。


技术特征:

1.一种纤维素溶剂,其特征在于,包括杂环化合物和n-烷基吗啉-n-氧化物;

所述杂环化合物与所述n-烷基吗啉-n-氧化物的质量比为1:10~3:1;

所述n-烷基吗啉-n-氧化物选自具有式i所示化学式的化合物中的至少一种:

式i中,r1选自c1~c5的烷基;

优选地,r1选自甲基、乙基、丙基或异丙基。

2.根据权利要求1所述的纤维素溶剂,其特征在于,所述杂环化合物选自含氧杂环化合物、含氮杂环化合物中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的纤维素溶剂,其特征在于,所述含氧杂环化合物包括四氢糠醇、糠醇、3-羟基四氢呋喃、γ-戊内酯、1,4-二氧六环、四氢呋喃中的至少一种;

所述含氮杂环化合物包括n-甲酰吗啉、n-(3-氨丙基)-吗啉中的至少一种。

4.权利要求1~3中任一项所述的纤维素溶剂的制备方法,其特征在于,将杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物按照1:10~3:1的质量比进行混合,即可得到所述纤维素溶剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,将所述杂环化合物和n-甲基吗啉-n-氧化物在30~100℃的条件下搅拌混合,即可得到所述纤维素溶剂。

6.权利要求1~3中任一项所述的纤维素溶剂、根据权利要求4~5任一项所述的方法制备得到的纤维素溶剂在纤维素溶解方面的应用。

7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,在所述纤维素溶剂中加入纤维素,在60~100℃的条件下溶解10~120min,得到纤维素透明溶液。

8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述纤维素的聚合度为180~8100。

9.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述纤维素包括棉纤维、α-纤维素粉、纤维素滤纸、微晶纤维素中的至少一种。

10.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述纤维素在所述纤维素透明溶液中的质量百分含量为9.1~30%。

技术总结
本申请公开了一种纤维素溶剂及其制备方法、应用,包括杂环化合物和N‑烷基吗啉‑N‑氧化物;所述杂环化合物与所述N‑烷基吗啉‑N‑氧化物的质量比为1:10~3:1。该溶剂流动性好,化学性质稳定,组分比例可调控性大,不含金属离子或氯离子,具有安全、可循环使用、绿色环保等优势,对纤维素有很强的溶解能力,在相对低的温度下可溶解纤维素,获得高质量分数的纤维素溶液,且其室温呈液体,具有合适粘度,利于后续加工和应用。本申请所提供的制备方法安全环保、原料包含生物质基来源,廉价易得、制备方法简单、高效。

技术研发人员:徐杰;罗杨;马红;高进;苗虹;张树静;刘鑫;张美云
受保护的技术使用者:中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日:2018.11.30
技术公布日:2020.06.09

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