一种纤维素溶液及其制备方法技术领域
本发明属于纺织工业用原材料技术领域，具体涉及一种纤维素溶液及其制备方法。
背景技术
纤维素是地球上广泛存在的一种由葡萄糖组成的可再生的生物资源，随着石油等不可再生能源的越来越少，以及人类对资源的迫切需求，对纤维素的开发和使用越来越多的引起人们的关注，相关的研究也越来越多，尤其是以纤维素为原料生产的再生纤维素纤维以其优良的品质极大地迎合了消费者的需求。但是由于纤维素特殊的结构，如具有很强的分子内和分子间氢键、分子结构堆砌紧密、难以熔融加工，普通的溶剂也难以溶解，导致以纤维素为原料生产再生纤维素纤维的工艺还不普遍，早期的研究主要有粘胶法和铜氨法，但是都存在环保和成本的问题缺陷，一直没有被推广开来。
近年来，随着纤维素产品越来越受到人们的喜欢，相关的研究也越来越多，尤其新型溶剂的研究。
中国专利CN89106762.0公开的方法是一种以N-甲基吗啉N-氧化物为溶剂制备纤维素溶液方法，该方法制备得到的纤维素溶液均匀稳定且具有较好的粘度，具有较好的纺丝性能，已经成功应用到生产实践中，同时该溶剂还具有环保可100%回收的特点。但是由于技术的限制，目前的溶剂回收的成本非常昂贵，也因此限制了该方法的推广。
中国专利CN200710063741.4公开的方法是一种咪唑型离子液体和有机溶剂的混合溶液为溶剂制备纤维素溶液的方法，该体系中离子液体是一种较为稳定且溶解性能极强的溶剂，同时还具有耐高温易回收等特点，利用该方法性质稳定的纤维素溶液。但是需要改善的要进一步提高离子液体的溶解性能，同时还需要进一步降低其昂贵的生产成本。
中国专利CN200810038024.0公开的一种方法是一种在室温下在氢氧化钠、硫脲、尿素和水的混合体系溶解纤维素的方法。该方法的特点是在室温下就可以得到含固量较高的纤维素溶液，同时还具有较好的过滤性能。但是该方法存在着溶解能力有限，且高低温容易形成不可逆的凝胶。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种纤维素溶液及其制备方法，该制备方法环保无污染，条件温和，成本低。
一种纤维素溶液，由按照重量百分比计的如下组分组成：纤维素降解浆柏5.5～6.5%，氢氧化钠7.5～8.5%，氧化锌0.8～0.9%，其余为水；
所述的纤维素降解浆柏是通过以下方法制备得到：先将纤维素浆柏粉碎，加至水中，得到悬浮液，再加入纤维素酶反应，经水洗、抽滤、烘干后，即得。
作为上述发明的进一步改进，所述纤维素浆柏是棉浆粕、竹浆粕或木浆粕的一种。
作为上述发明的进一步改进，所述粉碎后的纤维素浆柏粒径在100～500目。
作为上述发明的进一步改进，悬所述浮液中纤维素浆柏的质量分数为5%。
作为上述发明的进一步改进，所述纤维素酶为粉状，酶活在100000～150000u/mg，其用量为纤维素浆柏质量的1～5%。
作为上述发明的进一步改进，纤维素酶反应的温度为45～50℃，时间为3～5h，pH为4.8～5.0。
上述纤维素溶液的制备方法，是将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌，即得。
作为上述发明的进一步改进，搅拌过程的温度为3℃。
纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称，根据作用方式不同，一般可将纤维素酶分为3类：外切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称CBH）、内切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称EG）和β-1，4-葡萄糖苷酶（简称BG），其中，内切β-1，4-葡聚糖苷酶的作用是将天然纤维素水解成无定形纤维素，外切β-1，4-葡聚糖苷酶的作用是将无定形纤维素继续水解成纤维寡糖，β-1，4-葡萄糖苷酶的作用是将纤维寡糖水解成葡萄糖。各组分的底物专一性、比例均存在差异。在这3种酶的协同作用下，纤维素最终被分解成葡萄糖，本发明使用的纤维素酶是上述三种纤维素酶的混合物。通过利用纤维素酶的特性降解纤维素，降低纤维素的聚合度，从而提高纤维素在碱溶液中溶解性能，制备得到均匀稳定的纤维素溶液。
为了防止纤维素酶对纤维素的过度降解，采用水洗来混合溶液中的纤维素酶，避免残留的纤维素酶使纤维素进一步发生水解反应。氢氧化钠的钠离子在水溶液中以“水合钠离子”的形式存在，半径小，可以进入纤维素分子之间，破坏大分子之间的作用力，使纤维素溶于碱液。氧化锌作为活化剂，使得纤维素大分子链的活性增加，从而促进纤维素的进一步溶解。
本发明的制备方法避免了现有技术中纤维素磺酸酯法污染严重、有机溶剂NNMO法溶剂回收困难且成本昂贵，离子液体法纤维素溶解度低的缺点，提供了一种条件温和环保无污染的纤维素溶液的制备方法。
具体实施方式
实施例1
首先，将50g的棉浆粕机械粉碎，所得浆柏粒径在100～500目；然后，将粉碎后的浆粕加到950g的水中，充分搅拌后，加入0.5g纤维素酶，调节pH至4.8～5.0，在45℃反应3h，后进行水洗、抽滤、烘干；最后，在环境温度为3℃的条件下，将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌后，过滤，在0℃的条件下真空脱泡，得纤维素溶液，所配置的溶液中纤维素降解浆柏的质量分数为5.5%，氢氧化钠的质量分数为7.5%，氧化锌的质量分数为0.8%。
所得纤维素溶液的粘度为750Pa·S。
实施例2
首先，将50g的竹浆粕机械粉碎，所得浆柏粒径在100～500目；然后，将粉碎后的浆粕加到950g的水中，充分搅拌后，加入1g纤维素酶，调节pH至4.8～5.0，在48℃反应4h，后进行水洗、抽滤、烘干；最后，在环境温度为3℃的条件下，将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌后，过滤，在0℃的条件下真空脱泡，得纤维素溶液，所配置的溶液中纤维素降解浆柏的质量分数为6%，氢氧化钠的质量分数为8%，氧化锌的质量分数为0.85%。
所得纤维素溶液的粘度为1000Pa·S。
实施例3
首先，将50g的木浆粕机械粉碎，所得浆柏粒径在100～500目；然后，将粉碎后的浆粕加到950g的水中，充分搅拌后，加入0.5g纤维素酶，调节pH至4.8～5.0，在50℃反应5h，后进行水洗、抽滤、烘干；最后，在环境温度为3℃的条件下，将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌后，过滤，在0℃的条件下真空脱泡，得纤维素溶液，所配置的溶液中纤维素降解浆柏的质量分数为6.5%，氢氧化钠的质量分数为8.5%，氧化锌的质量分数为0.0%。
所得纤维素溶液的粘度为1250Pa·S。
对比例1
本实施例与实施例2的区别在于：纤维素酶的用量为纤维素浆柏质量的0.5%。
首先，将50g的竹浆粕机械粉碎，所得浆柏粒径在100～500目；然后，将粉碎后的浆粕加到950g的水中，充分搅拌后，加入0.25g纤维素酶，调节pH至4.8～5.0，在48℃反应4h，后进行水洗、抽滤、烘干；最后，在环境温度为3℃的条件下，将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌后，过滤，在0℃的条件下真空脱泡，得纤维素溶液，所配置的溶液中纤维素降解浆柏的质量分数为6%，氢氧化钠的质量分数为8%，氧化锌的质量分数为0.85%。
所得纤维素溶液的粘度为200Pa·S。
对比例2
本实施例与实施例2的区别在于：纤维素酶的用量为纤维素浆柏质量的10%。
首先，将50g的竹浆粕机械粉碎，所得浆柏粒径在100～500目；然后，将粉碎后的浆粕加到950g的水中，充分搅拌后，加入5g纤维素酶，调节pH至4.8～5.0，在48℃反应4h，后进行水洗、抽滤、烘干；最后，在环境温度为3℃的条件下，将纤维素降解浆柏、氢氧化钠、氧化锌加至水中，搅拌后，过滤，在0℃的条件下真空脱泡，得纤维素溶液，所配置的溶液中纤维素降解浆柏的质量分数为6%，氢氧化钠的质量分数为8%，氧化锌的质量分数为0.85%。
所得纤维素溶液的粘度为3000Pa·S。
纤维素溶液的粘度大小决定溶液的流变性好坏，溶液的粘度越大，其流变性能越差，剪切应力也随之增大，溶液的可纺性也随之降低；溶液的粘度越小，其流变性能越好，剪切应力也相应减小，溶液的成纤性能降低。本发明通过控制纤维素酶的用量来控制纤维素浆柏的降解度，从而有效地控制所制备的纤维素溶液中纤维素的聚合度，得到理想的纤维素溶液。