本發(fā)明涉及一種溶解纖維素的方法以應(yīng)用，特別是一種利用有機(jī)堿-cos-有機(jī)溶劑溶解體系溶解纖維素的方法及纖維素溶液的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、高分子材料作為推動(dòng)人類文明發(fā)展的重要材料之一，在人類近代文明發(fā)展的過(guò)程中起到了十分重要的作用。但傳統(tǒng)的高分子材料大多是從石油中提煉獲得，其大規(guī)模的使用不僅帶來(lái)了不可再生資源的極大消耗，還對(duì)環(huán)境造成了不小的壓力。以植物為原料制備可持續(xù)高分子新材料的研究備受關(guān)注。

2、纖維素是植物細(xì)胞壁的主要組成成分，是自然界中取之不盡、用之不竭的生物可再生資源，由于其同時(shí)具有可再生、廉價(jià)、可生物降解性、纖維表面改性容易、機(jī)械性能好和低密度等特點(diǎn)，因此，利用纖維素的天然高分子骨架構(gòu)筑綠色高分子新材料來(lái)推動(dòng)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

3、而纖維素在構(gòu)筑綠色高分子新材料的應(yīng)用中，將其溶解從而獲得纖維素溶液，是十分必要的前提手段。但由于纖維素的結(jié)構(gòu)中存在大量的分之間與分子內(nèi)的氫鍵，因此，纖維素既不能進(jìn)行熔融加工，也不溶于水以及傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑中。因此，研究和開發(fā)纖維素溶解體系吸引了大量科研人員的關(guān)注。

4、在纖維素傳統(tǒng)的溶解方法中，主要包括黏膠法、銅氨法、鎘/乙二胺溶液、氯化鋰/二甲基乙酰胺法、4-甲基嗎啉-n-氧化物(nmmo)、naoh/cs2和氨基甲酸酯溶劑法等。此外，近年來(lái)的研究結(jié)果顯示，纖維素在新型離子液體、氫氧化鈉/尿素水溶液和co2基可逆溶劑體系中也具有良好的溶解效果。

5、但是，這些傳統(tǒng)的纖維素溶解方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍存在一定的問(wèn)題，例如：離子液體的制備成本相對(duì)較高，制備過(guò)程中會(huì)增加生產(chǎn)成本的問(wèn)題，此外，離子液體回收需要復(fù)雜的工藝和設(shè)備等；而堿/尿素水溶液體系對(duì)纖維素的溶解一般需要在零下低溫進(jìn)行，因此溶解條件較為苛刻，再者，堿/尿素水溶液體系溶的穩(wěn)定性受溫度和攪拌等外界因素的影響，存在溶解穩(wěn)定性不好的問(wèn)題；而co2基可逆溶劑體系雖然成本較低，且后處理相對(duì)簡(jiǎn)單，溶解穩(wěn)定性也較高，但是，其溶解體系粘度相對(duì)較大，在后續(xù)的應(yīng)用中，在反應(yīng)體系內(nèi)的分散性較差，反應(yīng)速度較慢；此外，co2基可逆溶劑體系溶解的纖維素的功能有限，不能滿足纖維素多功能衍生化的需求，例如在制備含硫纖維素衍生物時(shí)，就需要先將纖維素溶解以后，再進(jìn)行硫醇反應(yīng)從而獲得含硫纖維素。

6、基于此，研究并開發(fā)不同的纖維素溶解方法，從而降低其溶解成本、簡(jiǎn)化溶解工藝、提高溶解穩(wěn)定性、便于后續(xù)應(yīng)用以及擴(kuò)展其功能性，對(duì)于進(jìn)一步擴(kuò)展纖維素在高分子新材料領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種纖維素溶液的制備方法及纖維素溶液的應(yīng)用。本發(fā)明的纖維素溶解方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、后處理容易、溶解穩(wěn)定性好、溶解體系粘度低以及后續(xù)應(yīng)用方便的特點(diǎn)；此外，本發(fā)明纖維素溶液在后續(xù)衍生化應(yīng)用過(guò)程中無(wú)需經(jīng)過(guò)硫醇反應(yīng)即能獲得含硫纖維素衍生物功能材料，可用于廢水處理、生物醫(yī)藥、電子工業(yè)和涂料工業(yè)等領(lǐng)域，這一方法對(duì)于推動(dòng)纖維素的衍生化應(yīng)用具有十分重要的意義。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：

3、提供一種纖維素溶液的制備方法，是以有機(jī)堿、cos和有機(jī)溶劑的混合物作為溶解體系，來(lái)對(duì)纖維素進(jìn)行溶解。

4、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，所述方法包括如下步驟：

5、(1)將纖維素、有機(jī)堿和有機(jī)溶劑混合，得混合料；

6、(2)將所述混合料置于反應(yīng)釜中，充入cos氣體后密閉；

7、(3)對(duì)所述密閉后的反應(yīng)釜加熱，使其中的混合料反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得纖維素溶液。

8、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，所述纖維素為微晶纖維素、棉花、木漿粕、竹子漿粕或秸稈纖維素中的一種或是任意幾種的組合。

9、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，所述纖維素具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu)通式：

10、

11、其中50﹤n-4﹤1000。

12、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，所述有機(jī)堿為如下結(jié)構(gòu)中的任一種：

13、

14、其中：r為獨(dú)立的h、甲基或乙基；r1為獨(dú)立的h或-ch3；r2、r3、r4和r5為獨(dú)立的h或c原子數(shù)為1-6的烷基。

15、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，所述有機(jī)溶劑為二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基咪唑啉酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二乙基乙酰胺或n,n-二甲基丙烯基脲中的一種或任意幾種的混合物。

16、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，步驟(1)所述混合料中，纖維素的質(zhì)量濃度為1-20％，有機(jī)堿的質(zhì)量濃度為0.5-30％，余量為有機(jī)溶劑。

17、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，步驟(2)所述的密閉的反應(yīng)釜中，cos氣體的壓力為0.2-5mpa。

18、優(yōu)選地，前述的纖維素溶液的制備方法，步驟(3)所述加熱的終溫為30-70℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。

19、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：

20、提供一種纖維素溶液，根據(jù)前述的方法制備獲得。

21、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：

22、提供一種含硫纖維素功能材料，是以前述的纖維素溶液和丙烯酸酯類化合物為原料制備而成，其中所述丙烯酸酯類化合物為如下化合物中的任一種：

23、

24、其中：r為獨(dú)立的-ch3或c原子數(shù)為1-6的烷基。

25、優(yōu)選地，前述的含硫纖維素功能材料，其制備方法是向所述纖維素溶液中加入丙烯酸酯類化合物，在25-35℃反應(yīng)1-3h，然后將反應(yīng)產(chǎn)物加入無(wú)水乙醇中，攪拌獲得沉淀物，最后將沉淀物濾出后先用乙醇洗滌，然后再烘干，得溶液中重金屬離子吸附劑。

26、優(yōu)選地，前述的含硫纖維素功能材料，所述纖維素溶液中加入丙烯酸酯類化合物時(shí)，纖維素溶液中的葡萄糖單元與丙烯酸酯類化合物中的c＝c鍵的摩爾比為1:1-3。

27、本發(fā)明的技術(shù)方案之四：

28、提供一種前述的含硫纖維素功能材料在廢水處理、生物醫(yī)藥、電子工業(yè)和涂料工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

29、本發(fā)明的有益效果：

30、1、本發(fā)明的纖維素溶解方法所采用的溶解體系為有機(jī)堿、cos和有機(jī)溶劑混合體系，該體系區(qū)別于現(xiàn)有的纖維素溶解體系，是一種全新的溶解體系。

31、2、本發(fā)明的纖維素溶解方法所采用的溶解體系成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，且后處理容易，在推動(dòng)本發(fā)明溶解體系的工業(yè)化應(yīng)用方面存在天然優(yōu)勢(shì)。

32、3、本發(fā)明的纖維素溶解方法所采用的溶解體系在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，獲得的纖維素溶液更穩(wěn)定，工業(yè)化應(yīng)用更省心。

33、4、本發(fā)明的溶解方法獲得的纖維素溶液粘度更低，在后續(xù)的多組分反應(yīng)中有利于加快原料的擴(kuò)散速度，縮短反應(yīng)時(shí)間。

34、5、本發(fā)明的溶解方法獲得的纖維素溶液與丙烯酸酯類化合物進(jìn)行串聯(lián)反應(yīng)制備的含硫纖維素功能材料，可用于廢水處理、生物醫(yī)藥、電子工業(yè)和涂料工業(yè)領(lǐng)域，這一方法對(duì)于推動(dòng)纖維素的衍生化應(yīng)用具有十分重要的意義。