一种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法
【专利说明】一种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料化学领域，具体涉及一种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 醋酸丁酸纤维素（CAB)是在纤维素大分子组成中，引入乙酰基和丁酰基所得到的 纤维素混合酯。醋酸丁酸纤维素具有良好的溶解性、柔韧性、耐候性、模塑性等，可广泛应用 于制作高透明度、耐候性好的塑料片基、薄膜和各种涂料的流平剂、成膜物质等，CAB的加入 可以改善涂料流平性、耐久性、颜料定向性及柔韧性等。作为皮革光亮剂，CAB具有优良的 耐光性能，可以明显提高皮革的档次。近年来，人们发现用CAB做电容性的湿度敏感器，作 为水溶性药物载体制备微胶囊、用于共混改性制备CAB/聚酯材料、制备CAB中空纤维薄膜 等。
[0003] 醋酸丁酸纤维素工业上是用乙酸或丁酸处理纤维素，然后再用乙酸、乙酐、丁酸、 丁酸酐的混合液在硫酸催化作用下进行酯化反应制得粗制品，再经水解、中和、沉析、水洗、 蒸煮、干燥等工艺得到最终成品醋酸丁酸纤维素。
[0004] 目前由于纤维素的不熔融和在普通溶剂中难以溶解的特性，使得CAB的合成路线 主要为非均相酯化水解法。邓照西、黄彩结分别以精制棉短绒和浆柏为原料，以浓硫酸为催 化剂，通过预处理、酰化、水解等步骤制备出CAB。刘继泉等系统地研究了 CAB制备过程中主 要步骤的影响因素，确定了生产高丁酰基含量CAB的工艺条件。值得注意的是：非均相法制 备纤维素酯需要对纤维进行预处理，使用的催化剂硫酸同时具有氧化、磺化、脱水和异构化 作用，导致一些副反应发生，且反应过程中会产生大量的废液污染环境，腐蚀设备。因此，开 发新型纤维素溶剂，继而开发CAB制备的新工艺仍然是人们关注的重点。 【
【发明内容】
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[0005] 本发明提供一种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法，以解决制备方法繁琐、副产物回 收率低、耗费大量溶剂等问题。本发明的醋酸丁酸纤维素膜使用的离子液体可循环利用，且 生产工艺简单、生产速度快、产品质量高、力学性能优异，本发明是一种安全无污染的制备 工艺。
[0006] 为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0007] 本发明提供一种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008] S1、纤维素溶液的制备：将离子液体放入超声波清洗器中，并将离子液体加热到 75~115°C，按照纤维素与离子液体的质量体积比为1:15~45将纤维素加入到离子液体 中，打开超声波清洗器后同时搅拌溶液，使纤维素完全溶解，得到纤维素溶液，所述离子液 体包括1-烯丁基-3-甲基咪唑氯盐、1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸盐、1-烷基-3-甲基咪唑氯 盐、1-烯丁基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑硫酸盐中的一种或多种；
[0009] S2、纤维素的酰化：将摩尔比为1:0. 55~1. 8醋酸酐一丁酸酐混合液以混合单体 连续滴加的方法加入到步骤Sl制得的纤维素溶液中，在75~115°C下进行酰化反应0. 3~ I. 5h，所述纤维素溶液与醋酸酐一丁酸酐混合液的质量体积比为1:25~45;
[0010] S3、醋酸丁酸纤维素膜初品的制备：将步骤S2酰化完全的反应液均匀铺在玻璃槽 中，降温到常温后静置1~2h，再用蒸馏水反复浸泡，使醋酸丁酸纤维素再生出来形成醋酸 丁酸纤维素膜初品；
[0011] S4、烘干纤维素膜：将S3制得的纤维素薄膜放在干净的基片上，用热风风干0. 5~ 3. 5h后，再用两片基片均匀夹盖，放入真空烘箱中，在45~75°C下烘14~20h，制得醋酸丁 酸纤维素膜。
[0012] 优选地，步骤Sl中所述的纤维素包括棉纤维素、竹纤维素、木肩纤维素、甘蔗渣纤 维素中的一种或多种。
[0013] 优选地，步骤Sl中的超声波清洗器的频率为20~130khz。
[0014] 优选地，步骤S2中所述酰化反应的条件为：在95~115°C下反应0. 3~0. 9h。
[0015] 优选地，步骤S3中蒸馏水反复浸泡后，剩下的离子液体水溶液可以回收及循环利 用，具体方法是：将S3制醋酸丁酸纤维素膜初品剩下的离子液体水溶液回收利用，先进行 过滤除杂，再用旋转蒸发仪除去其大部分酸和水，旋蒸温度为55~90°C，再用分子蒸馏以 90~100°C的温度除去离子液体水溶液中含有的少量酸和水，制得离子液体，并对回收的 离子液体循环利用。
[0016] 优选地，步骤S4中所述的基片包括玻璃片、陶瓷片、金属片中的一种。
[0017] 优选地，步骤S4中所述热风的温度为20~30 °C。。
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] (1)本发明对设备要求较低、生产工艺简单、生产速度快、产品质量高；
[0020] (2)本发明使用的离子液体可充分回收循环利用，是一种绿色环保的工艺；（3)本 发明制得的醋酸丁酸纤维素再生膜从内部到表面致密，均匀致密的结构有利于得到力学性 能优异的纤维素材料；
[0021] (4)本发明使用的纤维素原料来源广泛、成本低廉、可实现天然植物纤维素的高值 化利用；
[0022] (5)本发明制备的醋酸丁酸纤维素膜具有良好的耐候性和力学性能，具有一定的 乙酰取代度和丁酰取代度，具有广阔的应用前景。 【【附图说明】】
[0023] 图1为实施例1所得到的醋酸丁酸纤维素膜的SEM分析断面形貌照片；
[0024] 图2为实施例1所得到的醋酸丁酸纤维素膜的SEM分析表面形貌照片。 【【具体实施方式】】
[0025] 下面结合具体实施例进行具体说明。
[0026] 实施例1
[0027] -种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：
[0028] Sl、纤维素溶液的制备：将离子溶液放入频率在20khz范围的超声波清洗器中，并 将离子溶液加热到75°C，按照纤维素与离子液体的质量体积比为1:15将纤维素加入到离 子液体中，打开超声波清洗器后同时搅拌溶液，使纤维素完全溶解，得到纤维素溶液；其中， 离子液体为1-烯丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液，纤维素为木肩纤维素。
[0029] S2、纤维素的酰化：将摩尔比为1:0.55醋酸酐一丁酸酐混合液以混合单体连续滴 加的方法加入到步骤Sl制得的纤维素溶液中，纤维素溶液与醋酸酐一丁酸酐混合液的质 量体积比为1:25,在75°C下进行酰化反应I. 5h。
[0030] S3、醋酸丁酸纤维素膜初品的制备：将步骤S2酰化完全的反应液均匀铺在玻璃槽 中，降温到常温后静置lh，再用蒸馏水反复浸泡，使醋酸丁酸纤维素再生出来形成醋酸丁酸 纤维素膜初品。
[0031] S4、烘干纤维素膜：将S3制得的纤维素薄膜放在干净的陶瓷片上，并加热陶瓷片 到20°C，用20°C的热风风干3. 5h后，再用两片陶瓷片均匀夹盖，放入45°C真空烘箱中烘干 20h，制得醋酸丁酸纤维素膜。
[0032] 其中，步骤S3中蒸馏水反复浸泡后，剩下的离子液体水溶液可以回收及循环利 用，具体方法是：将S3制醋酸丁酸纤维素膜初品剩下的离子液体水溶液回收利用，先进行 过滤除杂，再用旋转蒸发仪除去其大部分酸和水，旋蒸温度为55°C，再用分子蒸馏以90°C 的温度除去离子液体水溶液中含有的少量酸和水，制得离子液体，并对回收的离子液体循 环利用。
[0033] 实施例2
[0034] -种醋酸丁酸纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：
[0035] Sl、纤维素溶液的制备：将离子溶液放入频率在30khz范围的超声波清洗器中，并 将离子溶液加热到115°C，按照纤维素与离子液体的质量体积比为1:45将纤维素加入到离 子液体中，打开超声波清洗器后同时搅拌溶液，使纤维素完全溶解，得到纤维素溶液；其中， 离子液体为1- 丁基-3-甲基咪唑磷酸盐溶液，纤维素为木肩纤维素。
[0036] S2、纤维素的酰化：将摩尔比为1:1. 8醋酸酐一丁酸酐混合液以混合单体连续滴 加的方法加入到步骤Sl制得的纤维素溶液中，纤维素溶液与醋酸酐一丁酸酐混合液的质 量体积比为1:45,在115°C下进行酰化反应0. 3h。
[0037] S3、醋酸丁酸纤维素膜初品的制备：将步骤S2酰化完全的反应液均匀铺在玻璃槽 中，降温到常温后静置2h，再用蒸馏水反复浸泡，使醋酸丁酸纤维素再生出来形成醋酸丁酸 纤维素膜初品。
[0038] S4、烘干纤维素膜：将S3制得的纤维素薄膜放在干净的陶瓷片上，并加热陶瓷片 到30°C，用30°C的热风风干3. 5h后，再用两片陶瓷片均匀夹盖，放入7