專利名稱：一種質(zhì)子型離子液體、制備方法及其在纖維素溶解和再生中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)子型離子液體及其在纖維素溶解中的應(yīng)用，屬于纖維素再生技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維素纖維是最早成為紡織纖維的再生纖維，具有穿著舒適、透氣性能好等優(yōu)點(diǎn)， 因此在紡織、服裝等領(lǐng)域有著廣泛的用途。纖維素(C6H1(l05)n是由D2吡喃葡萄糖酐彼此以 β-1，4糖甙鍵聯(lián)接而成的線型大分子，結(jié)構(gòu)單元為葡萄糖基，相鄰兩個葡萄糖基彼此的位 置呈180°扭轉(zhuǎn)，使1，4_碳位連接牢固。這種結(jié)構(gòu)使纖維素大分子在分子內(nèi)及分子間形成 牢固結(jié)合的氫鍵和晶區(qū)與非晶區(qū)共存的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而使得纖維素很難溶解于常見的溶劑 而形成真溶液。因此尋求工藝簡單、安全有效的纖維素新溶劑，一直是眾多科學(xué)工作者關(guān)注 與從事的重要研究課題。近30來，各國科學(xué)家致力于研究對環(huán)境污染小的纖維素溶劑體 系，如多聚甲醛/ 二甲基亞砜(PF/DMS0)體系、四氧化二氮/ 二甲基甲酰胺(N204/DMF)體 系、氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)體系、二甲基亞砜/四乙基氯化氨(DMS0/TEAC)體 系、氨/硫氰酸銨(NH3/NH4SCN)體系和胺氧化物等溶劑體系都對纖維素有一定的溶解度， 但存在溶劑回收困難，生成的纖維結(jié)構(gòu)有缺陷、品質(zhì)不均一等缺點(diǎn)。最近幾年，人們開始嘗試用離子液體做溶劑溶解纖維素。離子液體又稱為室溫離 子液體、室溫熔鹽、有機(jī)離子液體等，在室溫或低溫下呈液態(tài)的離子化合物。由于離子液體 的可設(shè)計性，最近十幾年離子液體家族正快速發(fā)展壯大。除了普通的咪唑類離子液體外，還 出現(xiàn)了低共熔溶劑、配位離子液體等。質(zhì)子型離子液體是通過B酸和B堿結(jié)合形成的，在結(jié) 合過程中，質(zhì)子從酸轉(zhuǎn)移到堿，形成質(zhì)子貢獻(xiàn)體和質(zhì)子接受體，然后進(jìn)一步形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。由于質(zhì)子離子液體靠氫鍵結(jié)合到一起，纖維素大分子也是靠氫鍵結(jié)合在一起，只要離 子液體中的陽離子和客體與纖維素中的羥基氫鍵結(jié)合力強(qiáng)，就可以破壞纖維素分子間的氫 鍵，繼而破壞纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，最終使纖維素溶解，達(dá)到溶解纖維素的目的，而且形成 的氫鍵越多，強(qiáng)度越高對纖維素的溶解度越大。在質(zhì)子型離子液體中溶解的纖維素采用濕 法紡絲技術(shù)，用乙醇做固化液，拉絲成型，通過加熱的方式使乙醇蒸發(fā)，回收溶劑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)子型離子液體。本發(fā)明的另一目的是提供上述離子液體的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供上述離子液體在纖維素溶解中的應(yīng)用。本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的。由于質(zhì)子型離子液體靠氫鍵結(jié)合到一起，纖維素大分 子也是靠氫鍵結(jié)合在一起，只要離子液體中的陽離子和客體與纖維素中的羥基氫鍵結(jié)合 力強(qiáng)，就可以破壞纖維素分子間的氫鍵，繼而破壞纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，最終使纖維素溶 解，達(dá)到溶解纖維素的目的，而且形成的氫鍵越多，強(qiáng)度越高對纖維素的溶解度越大。在硫酸/含硫化合物體系中，硫與氫質(zhì)子結(jié)合，使得碳帶正電荷，然后和纖維素中的羥基形成 C-O-Cell鍵，破壞纖維素分子內(nèi)的氫鍵?？赡艿臋C(jī)理如以下反應(yīng)式所示
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子型離子液體，其特征是其通式為HB+A—，式中，B為含硫的無機(jī)或有機(jī)化合 物，A為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子型離子液體，其特征是含硫的無機(jī)化合物是下列其中 的一種硫氰酸鹽、硫代硫酸鹽；含硫的有機(jī)化合物是下列其中的一種硫脲、硫代乙酰胺、 噻吩、胱氨酸。
3.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子型離子液體的制備方法，其特征在于按物質(zhì)的量之比為 (1 1) (1 幻分別稱取含硫的無機(jī)化合物或有機(jī)化合物和濃硫酸，將濃硫酸置于冰水 浴中，然后把含硫的無機(jī)化合物或有機(jī)化合物緩慢的加入到濃硫酸中，慢慢攪拌，直到含硫 的無機(jī)化合物或有機(jī)化合物完全溶解，即可得到質(zhì)子型離子液體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應(yīng)用，其特征在 于包括以下步驟(1)先將離子液體加熱至30 60°C；(2)按與離子液體質(zhì)量比為5% 30%稱取纖維素，并將其緩慢逐漸加入到離子液體 中，攪拌，直到纖維素完全溶解；(3)溶解的纖維素采用濕法紡絲技術(shù)通過紡絲機(jī)紡絲并在乙醇凝固浴中再生凝固。
5.如權(quán)利要求4所述的質(zhì)子型離子液體在纖維素溶解和再生中的應(yīng)用，其特征在于， 所說的纖維素是下列中的一種棉纖維、木纖維、竹纖維、草纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于溶解纖維素的質(zhì)子型離子液體。其組成為HB+A-，式中，B為含硫的有機(jī)或無機(jī)化合物，A為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸。制備方法是在含硫的化合物中慢慢滴加硫酸，攪拌，得到質(zhì)子型離子液體。該體系用于纖維素的溶解和再生，對纖維素的溶解能力強(qiáng)，在室溫下充分?jǐn)嚢韬?，纖維素溶解度可達(dá)到10～30％。溶解的纖維素采用濕法紡絲技術(shù)，用乙醇做固化液，拉絲成型，并回收溶劑。將纖維素直接溶解于所制備的質(zhì)子型離子液體中，纖維素溶解度明顯得到提高。本發(fā)明不但簡化了生產(chǎn)工藝中堿化、磺化等流程，解決了纖維加工環(huán)境污染問題，而且可以降低纖維生產(chǎn)成本，提高了纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性。
文檔編號C08L1/02GK102146165SQ20101061653
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉會茹, 周二鵬, 張星辰 申請人:石家莊學(xué)院