专利名称：一种新的纤维素溶液及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料领域，它涉及一种新的纤维素溶液及其制备方法。
背景技术：
纤维素是自然界中最丰富的可再生聚合物，具有很好的生物相容性， 生物降解性等许多优良的性能，可以用来制备多种功能纤维素产品，还可 以通过衍生化反应制备各种纤维素衍生物，能够部分代替石油资源，具有 广泛的应用前景。纤维素分子结构中含有大量的羟基，容易形成复杂的分 子内以及分子间的氢键，使其难于溶于普通的溶剂中，难以进行熔融加工， 限制了纤维素的进一步应用。
传统制备纤维素纤维和薄膜的方法主要为粘胶法和铜氨法，然而这两 种方法都存在环境污染严重的问题。近三十年来，人们已经发现有很多溶
剂可以制备纤维素溶液，如N204/DMF(四氧化二氮/二甲基甲酰胺)，NA/DMS0 (四氧化二氮/二甲亚砜)，(CH20) x/DMS0 (多聚甲醛/二甲亚砜)，H3P04(浓 磷酸)，Ca (SCN) 2 (硫氰酸钙)水溶液或Li (SCN) 2 (硫氰酸锂)水溶液，NH3/NH4C1 (液氨/氯化铵)等，但这些溶剂仍然存在着各种各样的缺点，如溶剂毒性 大、容易挥发、价格高、有副产物、纤维素易降解以及对设备要求高等问 题。目前，比较成功的新溶剂是NMMO (N—甲基马啉—N—氧化物)和NaOH 水溶液(氢氧化钠)。NMM0是目前最强的纤维素溶剂，但由于溶剂昂贵，并 非完全无毒，回收还存在一定问题，而且纺丝温度高，容易爆炸，影响了 其它工业化生产。
氢氧化钠水溶液是溶解纤维素最便宜的溶剂，但是只能溶解经过蒸汽闪爆处理过且聚合度低于250的木桨纤维素，而不能溶解棉浆粕。采用专利 号为200510027217.2发明名称为"一种溶解纤维素的溶剂及其制备方法和用 途"的专利中所述的方法即用氢氧化钠/硫脲/尿素/水作为溶剂溶解纤维 素，这种物理溶解的方法制备的纤维素保持着天然纤维素的化学结构，并 具有较规整的空间结构，其结晶度接近天然纤维素，远高于使用化学方法 制备的纤维素，但其溶解能力有限，而且溶解过程需要在一8。C以下的低温 状态下进行，能耗大，操作难度大以及对设备的要求都较高，因此对工业 实际应用来说是不小的缺陷。
发明内容
本发明提供一种新的纤维素溶液及其制备方法，它克服了现有技术溶解 能力有限、能耗大、操作难度大以及对设备的要求高等缺点，可以在室温 下以及短时间内制备现有专利无法制备的高浓度纤维素溶液，易于工业化。
本发明解决技术问题的技术方案如下 一种新的纤维素溶液，其特征是由纤维素、氢氧化钠、硫脲、尿素和水 构成，溶液所含物质的最终重量百分比为-
纤维素 2 12% 氢氧化钠 7 10% 硫脲 0 8% 尿素 0 15% 水 余量。 所述的一种新的纤维素溶液的制备方法，其特征是采用如下步
骤实现的
步骤(1)先将储存在容器中含有重量百分比为14 20%的氢氧化钠和重量百分比为80 86%的水的混合溶液放
在冰箱中预冷至0 10°C时取出； 步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为4 24%纤维素
并均匀搅拌3 5分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3) 在碱纤维素溶液中加入已预冷至0 1(TC的重量百分
比分别为0 16%和0 30%的硫脲和尿素的水溶
液，均匀搅拌3 5分钟即可制得透明的纤维素溶液。 与现有技术相比，本发明的优点如下
1. 本发明采用氢氧化钠首先预处理纤维素生成碱纤维素，再加入硫脲与尿素 水溶液从而达到迅速制备纤维素溶液的目的。预处理生成碱纤维素实验条 件简单，生成的碱纤维素进一步溶解在硫脲与尿素水溶液中对温度以及设 备条件的要求都相对宽松，在室温下既可以达到纤维素的完全溶解，且溶 解总时间在10分钟以内，明显降低了能耗；
2. 最终的溶液中氢氧化钠和硫脲以及尿素的浓度范围较宽，溶液中所含物质 的最终重量百分比为纤维素2 12%，氢氧化钠7 10%，硫脲0 8%， 尿素0 15%，其余为水；
3. 对各种天然纤维素如脱脂棉、棉短绒浆、草浆纤维素、甘蔗渣浆、木桨和 蒸汽闪爆处理的纤维素浆以及再生纤维素如粘胶的溶解度都达到100%，并 可以溶解较高分子量的纤维素(可溶解聚合度为1400的脱脂棉)，且可制 备固含量更高的纤维素溶液；
4. 制得溶液的性能更加优良。利用该溶剂制得的纤维素溶液粘度小，过滤 性能更好，可纺性好。
具体实施例方式
以下结合具体实施例对该发明做进一步的说明，但实施例仅用于说明， 并不限制本发明的范围。
实施例l
步骤(1) 先将96克储存在容器中含有重量百分比为18%的氢氧化 钠和重量百分比为82%的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至0"时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为4%的聚合度为1400
的棉浆粕4克并均匀搅拌5分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至Or的重量百分比 分别为16%和8%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌5分 钟即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为IO分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素2%，氢氧化钠9%，硫脲8%，尿素4%，其余 为水。而按照专利号为200510027217.2的方法不能制备得到完全澄清的相 同浓度的纤维素溶液。 实施例2
步骤(1) 先将90克储存在容器中含有重量百分比为20%的氢氧化 钠和重量百分比为80%的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至2"C时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为10%的聚合度为400
的棉桨粕10克并均匀搅拌3分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至l(TC的重量百分比分别为10%和20%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌5
分钟即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素5%，氢氧化钠10%，硫脲5%，尿素10%， 其余为水。而按照专利号为200510027217.2的方法制备相同浓度的纤维素 溶液需要15分钟，另外所用溶剂至少需要冷却到一2'C，且新方法制备的 纤维素溶液过滤性能更好。 实施例3
步骤(1) 先将90克储存在容器中含有重量百分比为16%的氢氧化 钠和重量百分比为84%的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至5'C时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为10%的聚合度为250 的粘胶纤维10克并均匀搅拌3分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至3"C的重量百分比 分别为0%和0%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌3分钟 即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素5%，氢氧化钠8%，硫脲0%，尿素0%，其余 为水。而按照专利号为200510027217.2的方法制备相同浓度的纤维素溶液 需要10分钟，另外所用溶剂至少需要冷却到0'C，且新方法制备的纤维素 溶液过滤性能更好。 实施例4
步骤(1)先将76克储存在容器中含有重量百分比为15%的氢氧化钠和重量百分比为85 %的水的混合溶液放在冰箱中预冷
至5"C时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为24%的聚合度为300 的粘胶纤维24克并均匀搅拌3分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克己预冷至5'C的重量百分比 分别为10%和14%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌3 分钟即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素12%，氢氧化钠7.5%，硫脲5%，尿素7%， 其余为水。而按照专利号为200510027217.2的方法制备相同浓度的纤维素 溶液需要15分钟，另外所用溶剂至少需要冷却到0。C，且新方法制备的纤 维素溶液过滤性能更好。 实施例5
步骤(1)先将88克储存在容器中含有重量百分比为14%的氢氧化 钠和重量百分比为86%的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至2"C时取出；
步骤(2) 在上述混合溶液中加入重量百分比为12%的聚合度为600 的木桨粕12克并均匀搅拌3分钟以生成碱纤维素溶液；
步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至O"C的重量百分比 分别为12%和160/^的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌5 分钟即可制得透明的纤维素溶液。
制备纤维素溶液的总时间为8分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素6%,氢氧化钠7%，硫脲6%，尿素6%，其余为水。而按照专利号为200510027217.2的方法制备相同浓度的纤维素溶液 需要20分钟，另外所用溶剂至少需要冷却到一8"C，且新方法制备的纤维 素溶液过滤性能更好。 实施例6
步骤(1) 先将86克储存在容器中含有重量百分比为16%的氢氧化 钠和重量百分比为84%的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至l(TC时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为14%的聚合度为520
的棉桨粕14克并均匀搅拌5分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至0'C的重量百分比 分别为13%和16%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌5 分钟即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为IO分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素7%，氢氧化钠8%，硫脲6.5%，尿素8%，其 余为水。而按照专利号为200510027217.2的方法无法制备得到完全澄清的 相同浓度的纤维素溶液。 实施例7
步骤(1) 先将90克储存在容器中含有重量百分比为20%的氢氧化 钠和重量百分比为80 %的水的混合溶液放在冰箱中预冷 至3"C时取出；
步骤(2)在上述混合溶液中加入重量百分比为10%的聚合度为600
的棉浆粕10克并均匀搅拌5分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3)在碱纤维素溶液中加入100克已预冷至0'C的重量百分比分别为6%和30%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌5
分钟即可制得透明的纤维素溶液。 制备纤维素溶液的总时间为IO分钟，制得的纤维素溶液中所含物质的 最终重量百分比为纤维素5%，氢氧化钠10%，硫脲3%，尿素15%，其 余为水。而按照专利号为200510027217.2的方法无法制备得到完全澄清的 相同浓度的纤维素溶液。
为进一步说明本发明的创造性，将上述溶解所得的5种溶液在一个大气 压下用400目的筛网过滤，过滤速度快，无胶团状固体不溶物滤出。
由上述实验可以得出上述的一种新的纤维素溶液及其制备方法用于对 纤维素进行溶解时，溶解纤维素的温度以及其它条件都相对宽松，在室温 下短时间内即可以达到纤维素的完全溶解，并可以溶解较高分子量的纤维 素和制备固含量较高的纤维素溶液，而且制备的纤维素过滤更容易。
权利要求
1. 一种新的纤维素溶液，其特征是由纤维素、氢氧化钠、硫脲、尿素和水构成，溶液所含物质的最终重量百分比为纤维素 2～12％氢氧化钠 7～10％硫脲 0～8％尿素 0～15％水 余量。
2.如权利要求1所述的一种新的纤维素溶液的制备方法，其特征是采用如下步骤实现的 步骤(1) 先将储存在容器中含有重量百分比为14 20%的氢氧化钠和重量百分比为80 86%的水的混合溶液放在冰箱中预冷至0 1(TC时取出； 步骤(2) 在上述混合溶液中加入重量百分比为4 24%的纤维素并均匀搅拌3~5分钟以生成碱纤维素溶液； 步骤(3) 在碱纤维素溶液中加入已预冷至0 1(TC的重量百分比分别为0 16%和0 30%的硫脲和尿素的水溶液，均匀搅拌3~5分钟即可制得透明的纤维素溶液。
全文摘要
本发明属于材料领域，它提供了一种新的纤维素溶液及其制备方法，其溶液由纤维素、氢氧化钠、硫脲、尿素和水构成，溶液所含物质的最终重量百分比为纤维素2～12％、氢氧化钠5～10％、硫脲0～8％，尿素0～15％，余量为水。通过本发明制备的纤维素溶液，溶解过程中对温度以及设备条件的要求相对宽松，在室温下短时间内即可以达到纤维素的完全溶解，本发明适用于溶解各种纤维素，对高分子量的纤维素也有较好的溶解能力，并可用于制备固含量更高的纤维素溶液，所制备的溶液过滤性能更好，因此具有更广泛的应用前景。
文档编号C08L1/02GK101412815SQ20081003802
公开日2009年4月22日 申请日期2008年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者俞建勇, 帅 张, 李发学, 袁彬兰 申请人:东华大学