一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法与流程

本申请涉及一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，属于采用有机化合物处理纤维制品。

背景技术：

1、利用天然植物纤维溶解制备生物可降解材料在学术界和工业界都受到越来越多的关注，植物纤维素是地球上最丰富的可再生天然高分子，通过纤维溶解制备生物可降解材料对环境保护的意义重大。但由于传统低温碱/尿素工艺、lyocell粘胶工艺存在着一定的污染高能耗和回收困难等问题，导致这些传统工艺所制备的纤维素再生纤维的发展空间有限。

2、作为一种绿色溶剂，离子液体具有熔点低、溶解性强、稳定性好、零蒸汽压和结构可设计性等一系列优点，因而，以离子液体法溶解制备再生离子纤维得到广泛关注，并取得了一定的研究进展。

3、sixta等(sixta，michud et al.2015)报道了1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烯醋酸离子液体([dbnh]ac)对纤维素具有较高的溶解能力，其溶解条件相对温和，纤维素的降解较少，可以得到更高的纤维再生率和更好的强度。

4、中国科学院过程所张锁江团队也做了很多重要研究工作，如(yang,lu etal.2019)通过添加氨基酸来抑制纤维素降解，结果证明，l-精氨酸可以与纤维素的三个同侧羟基之一形成分子间氢键，占据离子液体与纤维素氢键形成的空间，进而抑制纤维素降解。虽然离子液态溶解纤维素取得了巨大进展，但是仍然具有溶解温度相对偏高，溶解度低等问题。为改进该问题，很多文献如cn 105949482 a通过添加助剂等方式对该离子液体进行改进来实现高效溶解纤维素。

5、金属盐与纤维素羟基之间存在强相互作用，因此通常和其它溶剂一起用来溶解纤维素，形成如氯化锂/二甲基乙酰胺等的溶剂体系。但由于单独金属盐是固态，无法直接用于溶解纤维素。而金属离子液体是一种室温至100℃下为液体的特殊离子液体，同时具有离子液体和金属离子的双重优点。但目前很少有关于金属结合离子液体用于溶解纤维素的报道。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，该方法以金属基离子液体溶解纤维素来制备再生离子纤维，操作工艺简易，成本低廉，而金属型离子液体可循环回收利用，制备得到的再生离子纤维在纺丝、制膜、生物医药等领域具有广阔的应用前景和工业应用价值。

2、具体地，本申请是通过以下方案实现的：

3、一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，取纤维素和金属型离子液体按比例加入反应釜中，控制反应温度30～140℃，加热搅拌反应0～4h，获得离子纤维纺丝原液；纺丝原液经脱泡处理后，采用注射器方式在凝固浴中再生得到再生后的离子纤维素纤维，

4、所述金属型离子液体为下述结构中的任一种：

5、

6、r为h、c2h5、c3h7、c4h9、c5h11、c6h13中的一种，

7、r1为h、c2h5、c4h9中的一种，

8、x为以下结构中的一种：

9、

10、进一步的，作为优选：

11、所述反应温度100～130℃。

12、所述加热搅拌反应1～3h。

13、所述纤维素与金属型离子液体的质量比为1:0.1～20。更优选的，所述纤维素与金属型离子液体的质量比为1:10～12。

14、步骤一中还添加有助溶剂，助溶剂与金属性离子液体的摩尔比为0～100:1。所述助溶剂为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、1-r-3-甲基咪唑氯盐(具体如1-丁基-3-甲基咪唑氯，1-乙基-3-甲基咪唑氯)、1-r-3-甲基咪唑醋酸盐(具体如1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐)、1-r-3-甲基咪唑磷酸二甲(或乙、丁)酯中的任一种或多种的混合物，r为h、c2h5、c3h7、c4h9、c5h11、c6h13中的一种。

15、所述离子纤维素纤维的干断裂强度0.84～2.34cn/dtex，离子纤维素纤维的伸长率为3.27～6.87％。

16、本发明创造性的使用了金属型离子液体作绿色溶剂溶解纤维素反应制备高再生纤维的方法，其同时具有烯丙基咪唑离子液体和金属离子的双重优点，金属离子可以插入纤维素分子间羟基中，高效破坏纤维素分子间的氢键，快速溶解纤维素并有效减少纤维素的降解，与常规烯丙基咪唑离子液体相比，本案结构的金属型离子液体可大大提高纤维素的溶解效率和溶解量，溶解纤维素更高效，得到的再生离子纤维素纤维拥有较高分子量和更优物理性能。上述制备方法操作简易，成本低廉，金属离子液体绿色环保、可简易回收，在纺丝、制膜、生物医药等领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述反应温度100～130℃。

3.根据权利要求1所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述加热搅拌反应1～3h。

4.根据权利要求1所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述纤维素与金属型离子液体的质量比为1:0.1～20。

5.根据权利要求1所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述纤维素与金属型离子液体的质量比为1:10～12。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：步骤一中还添加有助溶剂，助溶剂与金属性离子液体的摩尔比为0～100:1。

7.根据权利要求6所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：助溶剂与金属性离子液体的摩尔比为0～20:1。

8.根据权利要求6所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述助溶剂为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、1-r-3-甲基咪唑氯盐、1-r-3-甲基咪唑醋酸盐、1-r-3-甲基咪唑磷酸二甲(或乙、丁)酯中的任一种或多种的混合物，r为h、c2h5、c3h7、c4h9、c5h11、c6h13中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，其特征在于：所述离子纤维素纤维的干断裂强度0.84～2.34cn/dtex，离子纤维素纤维的伸长率为3.27～6.87％。

技术总结
本申请提供一种金属型离子液体溶解纤维素制备再生纤维的方法，属于采用有机化合物处理纤维制品技术领域。取纤维素和金属型离子液体按比例加入反应釜中，控制反应温度30～140℃，加热搅拌反应0～4 h，获得离子纤维纺丝原液；纺丝原液经脱泡处理后，采用注射器方式在凝固浴中再生得到再生后的离子纤维素纤维。本申请方法可以快速高效溶解纤维素，并有效减少纤维素的降解，得到的高性能再生离子纤维纺丝、制膜、生物医药等领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：吴尖平,沈永淼,项飞勇,孟祥磊,陈征海,苏淼,王新伟
受保护的技术使用者：肯特催化材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21