离子液体法纤维素纤维的制备及性能研究进展

对纤维素在离子液体中的溶解、溶解机理、纺丝原液的性质、纺丝工艺及纤维性能等进行了综述,认为离子液体作为一种新型纤维素溶剂,具有溶解速度快、溶解度大、对纤维素降解程度小、溶剂回收简单、回收率高等特点,且再生的纤维素具有良好的光泽和力学性能。     

纤维素在离子液体中反应的研究进展

近年来,离子液体作为一种新型绿色化学溶剂,引起了人们广泛的兴趣,离子液体在化学反应中的研究已成为目前的热点课题之一。纤维素是天然的可再生生物资源,其利用价值是不可估量的。总结了纤维素在离子液体中发生的酰化反应、酯化反应、三苯甲基化反应、水解反应和热解反应。     

离子液体中天然纤维素的溶解研究进展

纤维素是广泛存在的自然资源,普遍应用于石油、医药、电子等行业。但是由于纤维素的本身化学性质使其难以加工。传统的黏胶法与铜氨法由于其生产条件严苛,污染环境,已经不再适合新时代对于绿色化学的要求。近年来,绿色高效的离子液体得到研究开发,为纤维素的发展提供一个新的平台。本文综述了当前纤维素的几种溶解体系及其概况,探讨了各个体系优缺点,并着重介绍了近年来离子液体的研究进展,提出了今后离子液体应用于纤维素的几个方向,以期为今后纤维素溶解及开发更多纤维素材料提供参考。     

纤维素在离子液体水溶液中的溶胀与溶解行为的研究

以含水的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]C)l为溶剂,研究了纤维素在其中的溶胀和溶解行为。通过偏光显微镜观察发现,[BMIM]Cl水溶液中的含水率对纤维素浆粕的溶胀与溶解行为有着重要的影响,主要表现为三种状态:当[BMIM]Cl中含水率小于1%时,浆粕纤维横向被迅速切断并快速溶解,没有发现明显的溶胀现象;当[BMIM]Cl中含水率在2%～5%时,浆粕纤维发生了非常明显的非均相溶胀,但并不溶解;而当[BMIM]Cl中含水率进一步增大到6%～20%时,浆粕纤维不再发生明显的溶胀现象。此外,研究结果还表明,当[BMIM]Cl中含水率在2%～5%时,溶胀温度和[BMIM]Cl中的含水率对于纤维素的溶胀有很大影响,随着温度升高,浆粕纤维的溶胀速度增大,达到最大溶胀比所需要的时间缩短;而随着[BMIM]Cl中含水率的提高,浆粕纤维在[BMIM]Cl水溶液中达到的最大溶胀比减小。     

微波无溶剂法合成离子液体[BMIM]Cl

为了缩短离子液体的合成时间并改善纤维素研究的实验周期,以N-甲基咪唑和氯代正丁烷为原料,采用无溶剂微波辅助法替代传统水浴法合成离子液体[BMIM]Cl,并对产物进行红外、核磁测试以确定其结构及成分。结果证明,此方法可将反应时间由原18-24h降至2-3h,极大缩短了反应合成时间,对实验室的纤维素相关研究工作有着很大的帮助。     

咪唑类离子液体溶解纤维素的研究进展

综述了1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐等咪唑类离子液体对纤维素的溶解性能,咪唑类离子液体/纤维素溶液的流变性能以及咪唑类离子液体在纤维素纤维及薄膜加工中的应用;咪唑类离子液体均能较好地溶解纤维素,咪唑类离子液体/纤维素溶液均为切力变稀流体;指出选择合适的阴、...     

纤维素在离子液体AmimCl中的均相苯甲酰化反应

酱油渣中可以提取到纤维素等生物资源,但由于纤维素不溶于水和一般溶剂,难以进行衍生化应用,因此常常遭到浪费。而离子液体对纤维素呈现出较好的溶解性,可作为纤维素衍生化的良好溶剂。本文利用提取过油脂和半纤维素的酱油渣为原料进一步提取纤维素,并对以离子液体为溶剂,无催化剂条件下纤维素的均相苯甲酰化进行了研究。重点考察了离子液体种类对均相苯甲酰化的产率和取代率的影响,反应温度、时间、苯甲酰氯与葡萄糖单元摩尔比对均相苯甲酰化的取代率的影响。研究结果发现以离子液体AminCl（1-烯丙基-3甲基咪唑氯盐）为溶剂时有最优的产率。在最优反应条件为温度80℃、时间90min、苯甲酰氯与葡萄糖单元摩尔比4：1时,可得到最高取代率0.72。     

Processing of Cellulose Using Ionic Liquids

The processing of cellulose dissolved in ionic liquids (ILs) enables the development of new materials. Besides the established production of cellulosic fiber products, interesting technical applications are developed like super micro filament fibers, cellulose/chitin blend fibers, precursors for carbon fibers, and all‐cellulose composites. This review provides a detailed summary of these new developments and describes how ILs are selected for the processing of cellulose with a particular emphasis on industrial realization. State‐of‐the‐art spinning processes are reviewed and it is illustrated how uniquely selected ILs can be used not only for established fiber spinning but for the development of new cellulose‐based materials.     

两种咪唑型离子液体对纤维素的溶解及纺丝性能的比较

以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM]Ac）和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[BMIM]CI）两种咪唑型离子液体为溶剂,研究比较了它们对纤维素的溶解性能及其溶液的纺丝加工性能。结果发现：两种离子液体均能在一定条件下溶解纤维素,但[EMIM]Ac较[BMIM]Cl对纤维素具有更低的溶解温度和更快的溶解速率。从流变分析还发现：纤维素/[EMIM]Ac溶液与纤维素/[BMIMCl溶液均为切力变稀流体,相同条件下纤维素/[EMIM]Ac溶液的黏度远低于纤维素/[BMIM]Cl溶液,使其可在相对低的温度下纺丝。此外,GPC分析结果表明：纤维素在用[EMIM]Ac溶解及纺丝过程中降解程度较小,而用[BMIM]Cl进行溶解纺丝时,降解作用则较明显。对纤维结构与力学性能的分析结果进一步表明：与相同喷头拉伸比下制得的[EMIM]Ac法再生纤维素纤维相比,[BMIM]Cl法再生纤维素纤维的聚集态结构相对较完善,结晶度与取向度更高些,从而使其力学性能也相对较好。     

Use of ionic liquids for the efficient utilization of lignocellulosic materials

Lignocellulosic materials are the most abundant renewable resource in the world and their efficient utilization provides a practical route to maintain social sustainable development. Application of ionic liquids has opened new avenues for the efficient utilization of lignocellulosic materials in such areas as fractionation, preparation of cellulose composites and derivatives, analysis, and removal of pollutants. However, there are still many challenges in putting these potential applications into practical use, for example, the high price of ionic liquids and lack of basic physico‐chemical and toxicological data. Further research and financial support are required to address such challenges. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

离子液体法再生纤维素纤维制造技术及发展趋势

首先概述了再生纤维素纤维制造技术的发展历史,总结了以天然纤维素为原料的黏胶纤维、Lyocell纤维和离子液体纤维（Ioncell）及其技术发展现状。重点介绍了这三种再生纤维素纤维的性能、应用领域及市场前景,并比较了其生产工艺,包括纺丝原液的制备、纺丝工艺、溶剂回收等。与黏胶纤维相比,Lyocell 纤维和Ioncell纤维在溶解纤维素及干喷湿纺纺丝方面具有独特的优势。进一步对该类技术的重点和难点,如纺丝原液的连续制备和溶剂的高效回收进行了分析。与Lyocell纤维使用的NMMO溶剂相比,Ioncell纤维使用的离子液体具有离子液体可设计等优点,可根据纤维素原料的不同来源,设计合成对纤维素具有更好的溶解能力而无降解特征且环境友好的离子液体溶剂,同时对温度、金属离子具有很好的稳定性,为发展新一代纤维素绿色制造技术提供了新途径。另外,对Ioncell纤维存在的问题也进行了详细的分析,提出了未来拟开展的重点研究方向和拟解决的关键难题。     

含有偶氮苯结构单元的离子液体在智能材料中的应用与研究进展

刺激响应性材料作为新型智能材料,在日常生活和工业生产方面有着重要应用,但能耗高、难以精准控制及循环可逆性差限制了其使用范围。偶氮苯基团是一种合成相对简单、循环可逆性好、易于精准控制、相对节能的光敏性官能团。离子液体是一类蒸汽压低、热稳定性好、可设计、对环境污染程度较低的新型液体材料。因此含有偶氮苯基团的离子液体是一类既具有光响应性,又具有离子液体特性的新型功能材料,凭借其在紫外/可见光(UV/Vis)照射下发生光致异构化,从而引起物化性质和材料性能发生可控变化,成为目前研究的热门。本工作综述了近年来含有偶氮苯基团的离子液体在光控智能材料中的应用,对含有偶氮苯结构单元的离子液体在光控电导率、光控自组装、光控相行为、光控CO2的捕获与释放和光响应可控离子凝胶黏弹性等领域的研究进展进行了详细介绍,并对其未来的发展方向进行了展望。含有偶氮苯结构单元的离子液体具有独特的优势,在可持续发展的大背景下能够为智能材料、绿色化学的发展提供新的思路。     

聚合离子液体研究进展

综述了近年来有关聚合离子液体的合成、性质和应用研究进展,重点介绍了聚合离子液体结构与性能的关系。通过离子液体单体的可控聚合或对聚合物前体进行修饰等方法,能够获得具有特定结构的功能性聚合离子液体。聚合离子液体具有优良的离子导电性和良好的力学性能及加工性能,在电池材料、吸附分离、生物和催化等诸多领域具有广阔的应用前景。     

室温离子液体的应用

介绍了室温离子液体作为一类绿色溶剂和催化剂体系在分离过程、化学反应、电化学等领域的应用情况;同时离子液体还可以作为润滑材料、敏感材料、储能材料和光学材料.分析了在离子液体研究过程中存在的问题,展望了离子液体的应用前景.     

离子液体的非常规制备技术研究进展

离子液体的大规模应用有赖于其制备技术的不断进步。然而,常规制备方法反应时间长、产品纯化繁琐、不宜规模化等问题,制约着离子液体的工业化应用进程。针对离子液体制备过程的关键环节,综述了目前离子液体非常规制备技术的研究进展,重点介绍了微波、超声波、微波-超声、微反应和STT过程强化制备离子液体的技术研究现状,指出现阶段虽然非常规制备技术取得了重要进展,但是仍然需要通过深入细致的研究,建立完善的理论指导体系,同时还要加快功能化离子液体和绿色化制备技术开发。     

Catalytic alcoholysis of bagasse cellulose for the total reducing sugars with temperature-sensitive phase-variable ionic liquid

The separation of cellulose hydrolyzate and ionic liquids (ILs) as well as the recycling of ILs is very plagued and needs to be resolved urgently in cellulose hydrolysis. In this study, a temperature-sensitive phase-variable IL was employed to develop a new conversion method for cellulose. It was found that the IL exhibited favorable catalytic activity over six repeated runs, which only decreased by 9.10%. Additionally, a mechanism for this alcoholysis system was proposed. The study is aimed to provide a new scientific way for the cellulose conversion and extend the application of temperature-sensitive ILs in biomass field.     

纤维素的溶解技术与研究现状

纤维素是一种广泛存在、可再生与生物降解的材料,由于在其分子内与分子间存在大量的氢键,因此它很难溶解在传统溶剂中。研究发现离子液体是一种很好的纤维素溶剂。从提高纤维素分子的可及性,利用联合溶剂和固体酸分别来增强离子液体的溶解能力等方面入手,介绍了如何能更好地使用离子液体来溶解纤维素。另外,从经济以及环保的角度考虑,介绍了一些关于离子液体回收的方法。     

纤维素在离子液体中的溶解特性研究

测定了纤维素在不同结构的离子液体——1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物([AMIM]Cl)和1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([BMIM]Cl)中的溶解度和溶解速率。结果发现:相同条件下,纤维素在[AMIM]Cl中具有较大的溶解度和较快的溶解速率;随着纤维素聚合度的增大,相同条件下,纤维素在离子液体中的溶解度降低。进一步通过WXRD、FT-IR、13C NMR和黏度法分析了溶解前后纤维素的化学结构、结晶结构和聚合度,结果表明:纤维素在离子液体中的溶解属于直接溶解,纤维素经离子液体溶解和再生后,晶型由纤维素I转变为纤维素II;溶解时间和温度对再生纤维素的聚合度有较大的影响,随着溶解时间的延长和溶解温度的提高,再生纤维素聚合度降低。     

2种咪唑类离子液体的合成与表征

采用两步合成法,以[BMIM]Cl和717#氯型阴离子交换树脂为原料合成2种咪唑类离子液体[BMIM]-[HCOO]和[BMIM][CH3COO],分别通过核磁氢谱和红外谱图对合成物进行表征和分析,结果表明所合成的物质确为目标离子液体。     

微波控制下咪唑类离子液体的制备

以N-甲基咪唑和氯代正丁烷为原料在微波控制下合成了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIm]Cl),对产物的结构作了红外光谱、核磁共振等分析。用该离子液体溶解纤维素,溶解度良好,并对溶解前后纤维素的结构变化、溶解机理进行了研究。