本发明属于废旧纺织品再资源化技术领域，具体涉及一种利用废旧棉制备水溶性纤维素的方法。
背景技术：
人们的生活及消费水平不断提高，纺织品的使用周期急剧缩短，废旧纺织品呈逐年上升的趋势。然而，废旧纺织品回收再利用的效率却极低，造成了资源的极大浪费。其中，纺织品中涤棉类织物的占比达80%以上，但其回收利用率不足10%。棉纤维作为应用最为广泛的天然纤维，其中纤维素的含量高达94%以上，但是，纤维素难溶于水及一般有机溶剂，极大地限制了纤维素的应用。为了提升纤维素的适用性，采用羧甲基化改性处理将纤维素制备为可溶于水的羧甲基纤维素钠（cmc）。
cmc是纤维素的水溶性衍生物。具有独特的悬浮性、水分保持性、粘稠性及粘合性等优异性能，被广泛应用于食品、日用化工、医药等领域。近年来，研究学者致力于研究从如玉米秸秆，水稻秸秆，甘蔗渣，香蕉假茎和榴莲籽等农业废弃作物中提取纤维素。但是，有关利用水热法从废旧棉中提取纤维素的研究鲜有报道。
技术实现要素：
本发明为了解决废旧棉的回收利用率低的问题，提供一种利用废旧棉制备水溶性纤维素的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种利用废旧棉制备水溶性纤维素的方法，包括如下步骤：
第一步，将废旧棉织物裁剪，洗净，烘干，与盐酸溶液混合，常温下搅拌至混合均匀，得到混合物；
第二步，将第一步所得混合物装入高压反应釜中并密封，在150℃条件下保留3h后，冷却至室温后取出，离心过滤分离，将分离所得的固相粉末置于60℃条件下干燥4h，得到固体纤维素粉末；
第三步，称取第二步所得的纤维素粉末，按照纤维素粉末和氢氧化钠溶液的质量体积比为1g/6ml的比例，加入氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素；
第四步，称取碱纤维素，按照异丙醇与碱纤维素的质量比为1.5g/40ml的比例，向碱纤维素中加入异丙醇，按照碱纤维素和氢氧化钠溶液的质量体积比为1g/8ml的比例，向碱纤维素中滴加氢氧化钠溶液，在40℃条件下，搅拌45min，得到混合溶液；
第五步，按照氯乙酸和碱纤维素的质量比为1~5:1.5的比例，向第四步中所得混合溶液中加入氯乙酸，在60℃条件下，恒温搅拌100min，得到混合物；
第六步，将第五步所得混合物过滤，将滤纸上的残余物悬浮于100ml甲醇中40min，制成悬浮浆液，再用冰醋酸中和悬浮浆液后，再次过滤后，用无水甲醇洗涤滤纸上的固体过滤物，将该固体过滤物在60℃条件下干燥12h，得到固体粉末，即cmc。
第一步中，所述废旧棉织物裁剪为面积5mm2的碎片。
第一步中，所述盐酸溶液的质量分数为1.5%。
第二步中，过滤采用中速滤纸真空抽滤。
第三步中，所述氢氧化钠溶液浓度为40%。
第四步中，所述氢氧化钠溶液浓度为35%。
本发明的有益效果如下：
本发明利用环境友好型的水热法处理废旧棉织物，使其在亚临界水条件下水解为纤维素粉末，然后通过甲基化改性处理将其制备为水溶性的羧基甲基纤维素钠。
1.本发明在温和的水热条件下水解处理废旧棉织物，涤棉混纺织物中的棉纤维发生水解，形成纤维素粉末。
2.本发明反应条件温和，使用的催化剂为浓度极低的盐酸水溶液，腐蚀性小，对环境污染小，制备的纤维素粉末长径比大，热性能好。
3.改性处理后制备的羧甲基纤维素钠水溶性好，取代度高。
利用水热法水解废旧棉，使其在高温高压条件下水解为纤维素粉末，将分离的纤维素通过羧甲基化改性制备为cmc。利用弃棉织物为原料来制备cmc，不但降低cmc的原料成本，同时消除了废弃棉织物直接焚烧或填埋等带来的环境危害，使其得到充分利用，符合可持续发展的战略。
附图说明
图1为本发明反应装置图；
图2为氯乙酸用量对cmc性能的影响示意图。
具体实施方式
实施例1：
（1）将废旧棉织物剪碎为5mm2的方形，洗净、烘干。称取10g试样，加入到600ml的烧杯中，加入质量分数为1.5%的盐酸溶液，常温下以400r/min的速度搅拌30min，使反应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压反应釜中并密封，反应釜填充度为60%。在150℃的反应温度下分别保留3h后，自然冷却至室温，取出反应产物，离心分离。将分离所得的固体纤维素粉末置于干燥箱中于60℃干燥4h，烘干备用。
（2）从废旧棉中分离的纤维素分两个步骤转化为cmc：纤维素的碱化和醚化。称量5.0g的纤维素粉末，加入到500mlschott瓶中，然后加入30ml质量分数为40%的氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素。称取1.5g碱纤维素，然后以异丙醇和碱纤维素质量比4：1加入异丙醇，再滴加40ml质量分数为35%氢氧化钠溶液，并在40℃的条件下搅拌45min。通过向放置在磁力搅拌热板上的反应混合物中加入1g氯乙酸开始羧甲基化反应。将反应混合物在60℃下恒温搅拌加热100min。然后将混合物过滤，将残余物悬浮于100ml甲醇中40min。然后用稀冰醋酸中和悬浮的浆液。将残余物用无水甲醇洗涤，再次过滤。将固体残余物在60℃的热风烘箱中干燥过夜，得到的粉末为cmc。
实施例2：
（1）将废旧棉织物剪碎为5mm2的方形，洗净、烘干。称取10g试样，加入到600ml的烧杯中，加入质量分数为1.5%的盐酸溶液，常温下以400r/min的速度搅拌30min，使反应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压反应釜中并密封，反应釜填充度为60%。在150℃的反应温度下分别保留3h后，自然冷却至室温，取出反应产物，离心分离。将分离所得的固体纤维素粉末置于干燥箱中于60℃干燥4h，烘干备用。
（2）从废旧棉中分离的纤维素分两个步骤转化为cmc：纤维素的碱化和醚化。称量5.0g的纤维素粉末，加入到500mlschott瓶中，然后加入30ml质量分数为40%的氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素。称取1.5g碱纤维素，然后以异丙醇和碱纤维素质量比4：1加入异丙醇，再滴加40ml质量分数为35%氢氧化钠溶液，并分别在40℃的条件下搅拌45min。通过向放置在磁力搅拌热板上的反应混合物中加入2g氯乙酸开始羧甲基化反应。将反应混合物在60℃下恒温搅拌加热100min。然后将混合物过滤，将残余物悬浮于100ml甲醇中40min。然后用稀冰醋酸中和悬浮的浆液。将残余物用无水甲醇洗涤，再次过滤。将固体残余物在60℃的热风烘箱中干燥过夜，得到的粉末为cmc。
实施例3：
（1）将废旧棉织物剪碎为5mm2的方形，洗净、烘干。称取10g试样，加入到600ml的烧杯中，加入质量分数为1.5%的盐酸溶液，常温下以400r/min的速度搅拌30min，使反应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压反应釜中并密封，反应釜填充度为60%。在150℃的反应温度下分别保留3h后，自然冷却至室温，取出反应产物，离心分离。将分离所得的固体纤维素粉末置于干燥箱中于60℃干燥4h，烘干备用。
（2）从废旧棉中分离的纤维素分两个步骤转化为cmc：纤维素的碱化和醚化。称量5.0g的纤维素粉末，加入到500mlschott瓶中，然后加入30ml质量分数为40%的氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素。称取1.5g碱纤维素，然后以异丙醇和碱纤维素质量比4：1加入异丙醇，再滴加40ml质量分数为35%氢氧化钠溶液，并分别在40℃的条件下搅拌45min。通过向放置在磁力搅拌热板上的反应混合物中加入3g氯乙酸开始羧甲基化反应。将反应混合物在60℃下恒温搅拌加热100min。然后将混合物过滤，将残余物悬浮于100ml甲醇中40min。然后用稀冰醋酸中和悬浮的浆液。将残余物用无水甲醇洗涤，再次过滤。将固体残余物在60℃的热风烘箱中干燥过夜，得到的粉末为cmc。
实施例4：
（1）将废旧棉织物剪碎为5mm2的方形，洗净、烘干。称取10g试样，加入到600ml的烧杯中，加入质量分数为1.5%的盐酸溶液，常温下以400r/min的速度搅拌30min，使反应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压反应釜中并密封，反应釜填充度为60%。在150℃的反应温度下分别保留3h后，自然冷却至室温，取出反应产物，离心分离。将分离所得的固体纤维素粉末置于干燥箱中于60℃干燥4h，烘干备用。
（2）从废旧棉中分离的纤维素分两个步骤转化为cmc：纤维素的碱化和醚化。在第一步中，称量约5.0g的纤维素粉末，加入到500mlschott瓶中，然后加入30ml质量分数为40%的氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素。称取1.5g碱纤维素，然后以异丙醇和碱纤维素质量比4：1加入异丙醇，再滴加40ml质量分数为35%氢氧化钠溶液，并分别在40℃的条件下搅拌45min。通过向放置在磁力搅拌热板上的反应混合物中加入4g氯乙酸开始羧甲基化反应。将反应混合物在60℃下恒温搅拌加热100min。然后将混合物过滤，将残余物悬浮于100ml甲醇中40min。然后用稀冰醋酸中和悬浮的浆液。将残余物用无水甲醇洗涤，再次过滤。将固体残余物在60℃的热风烘箱中干燥过夜，得到的粉末为cmc。
实施例5：
（1）将废旧棉织物剪碎为5mm2的方形，洗净、烘干。称取10g试样，加入到600ml的烧杯中，加入质量分数为1.5%的盐酸溶液，常温下以400r/min的速度搅拌30min，使反应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压反应釜中并密封，反应釜填充度为60%。在150℃的反应温度下分别保留3h后，自然冷却至室温，取出反应产物，离心分离。将分离所得的固体纤维素粉末置于干燥箱中于60℃干燥4h，烘干备用。
（2）从废旧棉中分离的纤维素分两个步骤转化为cmc：纤维素的碱化和醚化。称量5.0g的纤维素粉末，加入到500mlschott瓶中，然后加入30ml质量分数为40%的氢氧化钠溶液，在50℃条件下，搅拌20min，得到碱纤维素。称取1.5g碱纤维素，然后以异丙醇和碱纤维素质量比4：1加入异丙醇，再滴加40ml质量分数为35%氢氧化钠溶液，并分别在40℃的条件下搅拌45min。通过向放置在磁力搅拌热板上的反应混合物中加入5g氯乙酸开始羧甲基化反应。将反应混合物在60℃下恒温搅拌加热100min。然后将混合物过滤，将残余物悬浮于100ml甲醇中40min。然后用稀冰醋酸中和悬浮的浆液。将残余物用无水甲醇洗涤，再次过滤。将固体残余物在60℃的热风烘箱中干燥过夜，得到的粉末为cmc。
对改性处理后制备的水溶性纤维素的取代度和粘度进行测试，结果如图2所示。
从图2中可以看出，随着氯乙酸用量的增加，氯乙酸在纤维内部的扩散速度加快,并能均匀地渗透进纤维之中,有效地抑制副反应的发生,从而提高醚化剂的利用率，有利于亲核取代反应的进行，纤维素醚化过程较为彻底。氯乙酸的用量越大时，纤维素的羧甲基化程度越高，取代度越大。为了保证反应体系中羧甲基反应的顺利进行，同时考虑生产成本，故选择氯乙酸用量为4g。