醋化级溶解浆及其制备方法和应用

本发明属于溶解浆制备，特别是涉及一种醋化级溶解浆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、溶解浆是一种高纯度的纤维素制品，其α纤维素的含量可达90％以上，是生产纤维素酯(硝化纤维素、醋酸纤维素)、纤维素醚(羧甲基纤维素)、莱赛尔纤维和纳米纤维素等产品的重要原料，具有重要的利用价值。其中，醋酸纤维素是由纤维素部分羟基被醋酸或酸酐酯化后形成的产物，具有光泽度好、人体亲和、坚韧、可降解等特点，主要应用于高档纺织面料、香烟过滤嘴材料、胶片和医用无纺布等领域。与其他纤维素产品相比，高附加值的醋酸纤维素对溶解浆的要求更苛刻，即高α纤维素含量、高白度和高聚合度。由于国内优质木材和棉短绒资源短缺以及原料质量的不稳定性，溶剂对溶解浆的可及性低，溶解性较差，导致醋化反应不充分，制备的醋酸纤维素直接影响下游产品的应用。目前，我国醋酸纤维素原料主要依赖进口，因此，对国内纤维原料进行质量提升有助于提高我国醋酸纤维素产量。

2、为了提高溶解浆的质量，主要采用物理法、化学法、生物法及组合以上方法对浆料进行处理。其中，物理法主要为机械法，机械法处理能耗高，对反应性能提升效果不明显。化学法主要使用酸性或碱性试剂对浆料进行处理，但由于需要酸性或碱性试剂的使用量过大，导致废液对环境的破坏较大，并且溶剂的回收也较为困难。生物酶法具有环境友好、处理条件温和、与生产流程兼容性好等特点，在溶解浆质量提升方面具有广阔应用前景，因此，在现有技术中，通常将生物酶法与其他技术相结合，从而进一步提高浆料的质量。

3、目前，有研究人员将物理法与生物酶法结合，通过两步处理溶解浆，提高其反应性能。例如：将pfi磨和纤维素酶法相结合，将磷钨酸辅助预精炼与纤维素酶处理结合。这些方法虽然都能够提高溶解浆的反应活性，但是会存在以下缺陷：

4、1)机械法处理溶解浆能耗较高，且单独机械作用对反应性能几乎无提升效果。

5、2)强酸辅助机械法结合纤维素酶的分步处理增加了工艺的复杂性和生产成本，且体系强酸性容易使酶失活，强酸对设备具有腐蚀性，降低设备使用寿命。

6、在现有技术中，也有使用低共熔溶剂处理溶解浆的方法，低共熔溶剂是一种易于制备、低成本、可回收、结构可设计性的新型绿色溶剂，由氢键供体和氢键受体以一定的摩尔比简单共混而成，具有广泛的应用。但是，由于低共熔溶剂的自身性质，会使酶失活，因此无法与生物酶法相结合，无法达到协同处理效果最大化，实现工业连续生产。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于，提供一种醋化级溶解浆及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种醋化级溶解浆的制备方法，使其无需将前期处理后的溶解浆彻底洗涤干净，而是以经过稀释的低共熔溶剂作为纤维素酶的缓冲液进行酶处理，从而解决现有提升溶解浆反应性能时处理条件苛刻、成本高、工艺设计复杂、协同性差、难以实现产业化等技术问题。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种醋化级溶解浆的制备方法，其包括以下步骤：

3、s1将低共熔溶剂与原料溶解浆混合，加热反应，得到第一溶解浆；所述原料溶解浆与所述低共熔溶剂的质量比为1:5～20；所述低共熔溶剂包括能够作为氢键供体的有机酸、能够作为氢键受体的金属盐和水；所述金属盐与有机酸的摩尔比为1:2～8；所述有机酸和水的摩尔比为1:2～20；

4、s2脱除第一溶解浆中部分低共熔溶剂，得到第二溶解浆；所述第二溶解浆中包含的低共熔溶剂质量为第二溶解浆总质量的70～80％；

5、s3加水稀释所述第二溶解浆，使纤维素的质量浓度为2～5％，得到第三溶解浆；

6、s4调节所述第三溶解浆的ph至4.5～5.0，加入纤维素酶，酶处理，得到醋化级溶解浆；所述原料溶解浆与所述纤维素酶的质量比为1:0.0005～0.0015。

7、优选的，前述的制备方法，其中所述低共熔溶剂的制备方法包括以下步骤：

8、将所述有机酸、金属盐和水混合，加热至40～80℃，反应20～60min，得到所述低共熔溶剂。

9、优选的，前述的制备方法，其中所述有机酸选自苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丙酮酸、乙醇酸、草酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸中的至少一种；所述金属盐选自氯化锌、氯化锂、氯化钠、氯化钾、甲酸钠、乙酸锌、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸锂、柠檬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中的至少一种。

10、优选的，前述的制备方法，其中步骤s1中，加热至50～80℃，反应1～2h。

11、优选的，前述的制备方法，其中酶处理具体方法包括：加入纤维素酶，在50～60℃下酶处理1～4h，然后进行洗涤、浓缩分散、风干，得到醋化级溶解浆。

12、优选的，前述的制备方法，其中所述纤维素酶为内切葡聚糖酶。

13、优选的，前述的制备方法，其中所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、柠檬酸和苹果酸中的至少一种；所述金属盐选自氯化锌、氯化锂、乙酸锌、乙酸锂和柠檬酸锂中的至少一种。

14、优选的，前述的制备方法，其中所述原料溶解浆的制备方法为：将溶解浆浆板撕成长度和宽度均为2～3cm的碎片，然后在常温下疏解3～5min，分散，得到原料溶解浆。

15、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种醋化级溶解浆，其是由上述的醋化级溶解浆的制备方法制得的。

16、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种醋酸纤维素，其是由上述的醋化级溶解浆制得的。

17、借由上述技术方案，本发明提出的一种醋化级溶解浆及其制备方法和应用至少具有下列优点：

18、本发明先将低共熔溶剂与原料溶解浆混合，在反应过程中，低共熔溶剂通过破坏纤维素中的氢键，使纤维素润胀，同时发挥酸水解作用，使纤维素链降解，并且，低共熔溶剂解离出的活性质子破坏了纤维结构，增大了纤维的比表面积，提高了后续纤维素酶的可及性，节省了酶用量。本发明使用低共熔溶剂与原料溶解浆反应结束后，仅需要脱除部分低共熔溶剂即可，无需洗涤经低共熔溶剂处理后的溶解浆，仅需要对剩余的低共熔溶剂进行稀释，稀释后的低共熔溶剂能够作为纤维素酶的缓冲液，因此，在后续的酶处理过程中，也无需额外添加纤维素酶的缓冲液。这是因为本发明使用的低共熔溶剂中含有有机酸和金属盐，剩余的有机酸和金属盐经水稀释后可以充当纤维素酶缓冲溶液的角色，从而无需进一步洗涤浆料和添加缓冲试剂，从而能够提高生产效率，节约生产成本。

19、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种醋化级溶解浆的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低共熔溶剂的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸选自苯甲酸、甲酸、乙酸、丙酸、丙酮酸、乙醇酸、草酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸中的至少一种；所述金属盐选自氯化锌、氯化锂、氯化钠、氯化钾、甲酸钠、乙酸锌、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸锂、柠檬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，加热至50～80℃，反应1～2h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，酶处理具体方法包括：加入纤维素酶，在50～60℃下酶处理1～4h，然后洗涤、浓缩分散、风干，得到醋化级溶解浆。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素酶为内切葡聚糖酶。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、柠檬酸和苹果酸中的至少一种；所述金属盐选自氯化锌、氯化锂、乙酸锌、乙酸锂和柠檬酸锂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料溶解浆的制备方法为：将溶解浆浆板撕成长度和宽度均为2～3cm的碎片，然后在常温下疏解3～5min，分散，得到原料溶解浆。

9.一种醋化级溶解浆，其特征在于，其是由权利要求1至8任一项所述的醋化级溶解浆的制备方法制得的。

10.一种醋酸纤维素，其特征在于，其是由权利要求9所述的醋化级溶解浆制得的。

技术总结本发明是关于一种醋化级溶解浆及其制备方法和应用。其包括以下步骤：S1将低共熔溶剂与原料溶解浆混合，加热反应，得到第一溶解浆；所述原料溶解浆与所述低共熔溶剂的质量比为1:5～20；所述低共熔溶剂包括有机酸、金属盐和水；S2脱除第一溶解浆中部分低共熔溶剂，得到第二溶解浆；S3加水稀释所述第二溶解浆，使纤维素的质量浓度为2～5％，得到第三溶解浆；2)调节所述第三溶解浆的pH，加入纤维素酶，酶处理，得到醋化级溶解浆。所要解决的技术问题是如何提供一种醋化级溶解浆的制备方法，无需洗涤前期处理后的溶解浆，而是以稀释后的低共熔溶剂作为纤维素酶的缓冲液进行酶处理，从而降低生产成本，提高生产效率，实现产品工业化生产。技术研发人员：许凤,赵辉,李鑫,郑文秋,车睿敏受保护的技术使用者：北京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2