CN101003577B - 一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺 - Google Patents

一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，包括碱化醚化、中和、洗涤、离心分离、烘干粉碎等工序，其特征在于它含两次碱化醚化过程：第一次以氢氧化钠酒精溶液，在捏合机内加入天然纤维素碱化60分钟，再加入氯乙酸酒精溶液搅拌后升温至75～80℃，恒温60分钟醚化；第二次是把前述物料降温至35℃以下，加入50％浓度的氢氧化钠溶液充分搅拌，碱化60分钟后，加入氯乙酸酒精溶液，搅拌后升温至75～80℃，恒温60分钟醚化；最后将反应物，经中和、两次洗涤、离心分离脱水脱醇、烘干粉碎后制得产品。其取代度高，取代基分布均匀，具有耐温、耐盐、耐蚀、降失水量等优良性能，可用于石油钻井、纺织印染、食品等领域。

Description

一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺
技术领域
本发明属于精细化工生产领域，涉及一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，特别是一种用两次碱化醚化方法生产高取代度聚阴离子纤维素的工艺。
背景技术
现有国内外生产聚阴离子纤维素多用溶剂法，即利用惰性有机溶剂为反应介质，在搅拌釜或捏合机内，使纤维素与反应试剂在介质中充分而均匀地混合，增大反应物间的接触面积，改善反应热的传递，提高醚化效率。其中：
国外大多是以异丙醇为溶剂，采用大的溶剂比，对纤维素浆粕进行粉碎、醚化，虽然具有醚化效率高，产品取代度、均匀性性能均好的优点，但也存在异丙醇等原料价格偏高，后处理技术难度较大的不足；
而国内通常使用乙醇作为反应介质，采用小的溶剂比，使用捏合机生产，虽然具有使用原料价格便宜、后处理工艺较为简单的优点，但也由于乙醇具有极性，使碱纤维素发生水解而影响醚化效果，并使传质和传热的不均匀性增大、相间接触面积相对较小，不利于碱和醚化剂的吸收、渗透，存在醚化效率较低、副反应多，产品取代度、均匀性较差的不足。
发明内容
本发明的目的是要提供一种改进的高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，采用两次碱化醚化方法，达到既能提高醚化效率和产品质量，又能保持较低的生产成本，无后处理技术难度高的缺陷。
本发明的任务是通过以下技术方案实现的：
一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，包括碱化醚化、中和、洗涤、离心分离、溶液回收、粉碎工序，其特征在于它碱化醚化工序是由对含天然纤维素的原料进行的两次碱化醚化过程所组成：
a.所述的第一次碱化醚化过程是：以酒精为溶剂，加入固体氢氧化钠、蒸馏水，经充分溶解并形成无不溶物的氢氧化钠酒精溶液加入捏合机，然后加入天然纤维素原料，充分搅拌，将捏合机内物料温度控制在30℃以下，碱化60分钟。再在10分钟内加入4-8份氯乙酸酒精溶液，控温35℃以下，充分搅拌20分钟，随后在10分钟内将温度升至75～80℃，恒温60分钟醚化，完成第一次碱化醚化过程；
所述的氢氧化钠酒精溶液具体组成(组分配比均以重量计)是：
92V/V浓度酒精：17～19份，固体氢氧化钠：3～6份，
蒸馏水的重量与固体氢氧化钠相同；
所述的氯乙酸酒精溶液，氯乙酸的质量浓度为70％，配溶液所用的酒精为95V/V浓度。
b.所述的第二次碱化醚化过程是：将经第一次碱化醚化的物料冷却30分钟，使其温度降至35℃以下，缓慢加入浓度为50％的氢氧化钠溶液8-10份，搅拌10分钟，再加入1～3份固体氢氧化钠，并保温35℃以下碱化60分钟，然后在10分钟内缓慢加入8-12份氯乙酸酒精溶液，并将温度保持在40℃以下，充分搅拌20分钟后升温，使其在10分钟达到75～80℃，恒温60分钟醚化，冷却20分钟，使其温度不大于50℃，完成第二次碱化醚化过程；
所述的氯乙酸酒精溶液的浓度与第一次碱化醚化过程相同；
收集两次碱化醚化后的物料，放入8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液内，经中和、加双氧水调整粘度、两次洗涤、离心脱水脱醇、烘干粉碎后制得高取代度聚阴离子纤维素。
在上述技术方案的基础上，本发明的特征还在于：
采用的天然纤维素原料，可以是精制棉，也可以是木浆；
所述的物料中和工序，可采用添加盐酸的方法，将溶液的酸碱度控制在pH＝7～9。
所述的两次洗涤过程，第一次用8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液加入双氧水调整粘度，第二次用8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液的洗涤，每次洗涤完成后均用离心方法分离溶液脱水脱醇，回收溶剂，烘干粉碎后制得高取代度聚阴离子纤维素。
本发明与现有技术相比，具有以下特点和技术进步：
与采用大溶剂比异丙醇为溶剂的国外现有技术相比，本发明以酒精为溶剂，通过两次碱化醚化的方法，实现对纤维原料的充分醚化，产品取代度、均匀性性能可与国外同类产品大体相当；而以酒精为溶剂，价格便宜、后处理技术容易，比国外采用的工艺简单。
与国内使用小溶剂比乙醇作为反应介质的工艺相比，本发明采用的原料、使用的设备、后处理技术基本相同，生产成本相近，但是碱化醚化的次数不同，本发明使用两次碱化醚化方法，使醚化效率更高，产品的取代度、均匀性都要优越得多。
根据用户试用的反馈意见，应用本发明生产的高取代度聚阴离子纤维素，产品的取代度高、取代均匀性高、耐酸、耐盐，具有优异的流变性能，作为石油钻井泥浆处理剂材料，在各种体系泥浆中都有良好的降低泥浆滤失量和抗高温(150℃)的能力，产品性能稳定可靠，对钻井地域不造成任何环境污染，可替代国外生产的优等品。
附图说明
图1为本发明高取代度聚阴离子纤维素生产工艺流程框图。
具体实施方式
下面提供实施例：
用一台带有温度计和蒸汽加热、冷冻水冷却系统的10升捏合机、电磁加热搅拌器一台、离心机一台、带自动控温系统的烘箱一台、小型粉碎机一台组成本发明装置。
用92V/V浓度规格的酒精17份，固体氢氧化钠3.4份，蒸馏水3.4份制成氢氧化钠酒精溶液，加入捏合机，然后加入α纤维含量≥99％的精制棉10份，开始进行第一次碱化醚化过程。碱化完成后加入5.4份以含量≥99％的氯乙酸和95V/V浓度的酒精配制成氯乙酸含量为70％的氯乙酸酒精溶液进行醚化过程；
在第一次反应得到的物料中加入浓度为50％的氢氧化钠溶液9.2份开始第二次碱化醚化过程，再加入2.2份固体氢氧化钠，碱化完成后加入11份氯乙酸含量为70％的氯乙酸酒精溶液进行醚化过程；
按前述方法，参照附图1所示的步骤进行操作。其中：
在中和和第一次洗涤工序，可8～10份76～80V/V浓度酒精溶液中添加含量为30％的工业盐酸，将溶液的酸碱度控制在pH＝7～9。然后浓度为27％的双氧水调整粘度。
二次洗涤：用8-10份浓度为76～80V/V浓度的酒精溶液加以洗涤。
两次洗涤后均进行离心分离，脱水脱醇，回收溶剂以便再次利用。
干燥工序：将离心分离后的物料，放在烘箱中，调节温度保持在105±2℃，烘3小时后粉碎，以90％过60目为标准，制得产品。
经企业质检部门检测，制得产品的理化性能见表1：
表1
2％粘度 DS Cl-％ pH H<sub>2</sub>O％
  189  1.44   0.62   8.76   7.0
制得产品的流变性能和在泥浆中的降滤失性能见表2：
表2
  项目  饱和盐水中表观粘度，cps   API滤失量，ml
  实施例  23.5   20
比较例：
采用与实施例同样的配方(精制棉、总氯乙酸量、总氢氧化钠量、总酒精用量、总蒸馏水量)，使用同样的仪器设备，用传统的一次碱化醚化工艺，后处理工序与两次碱化醚化工艺相同。制得产品的理化性能见表3：
表3
  2％粘度   DS   CI-％   pH   H<sub>2</sub>O％
  195   1.23   0.57   8.84   7.2
制得产品的流变性能和在泥浆中的降滤失性能见表4：
表4
  项目  饱和盐水中表观粘度，cps   API滤失量，ml
  比较例  22   23
本发明实施例与比较例产品的理化性能对比见表5：
表5
  项目  2％粘度   DS   CI-％   pH   H<sub>2</sub>O％
  实施例  189   1.44   0.62   8.76   7.0
  比较例  195   1.23   0.57   8.84   7.2
从表5中可见：实施例产品的DS＝1.44的指标明显优于现有的一次碱化醚化工艺生产的产品DS＝1.23的水平.
本发明实施例与比较例产品的流变性能和在泥浆中的降滤失性能对比见表6：
表6
  项目  饱和盐水中表观粘度，cps   API滤失量，ml
  实施例   23.5   20
  比较例   22   23
从表6中可见：可见：采用两次碱化醚化工艺生产的产品在饱和盐水中有较好的流变性能和耐盐性，降滤失性能更优异，也反映出取代基分布更为均匀。
综上所述：采用两次碱化醚化工艺生产的产品与采用一次碱化醚化工艺生产的产品相比，有取代度高、取代基分布均匀、耐盐性好、降滤失性能优异的特点。

Claims (2)

1.一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，包括碱化醚化、中和、洗涤、离心分离、溶液回收、粉碎工序，其特征在于它碱化醚化工序是由对含天然纤维素的原料进行的两次碱化醚化过程所组成：
a.所述的第一次碱化醚化过程是：以酒精为溶剂，加入固体氢氧化钠、蒸馏水，经充分溶解并形成无不溶物的氢氧化钠酒精溶液加入捏合机，然后加入天然纤维素原料，充分搅拌，将捏合机内物料温度控制在30℃以下，碱化60分钟；再在10分钟内加入4-8份氯乙酸酒精溶液，控温35℃以下，充分搅拌20分钟，随后在10分钟内将温度升至75～80℃，恒温60分钟醚化，完成第一次碱化醚化过程：
所述的氢氧化钠酒精溶液具体组成(组分配比均以重量计)是：
92V/V浓度酒精：17～19份，固体氢氧化钠：3～6份，
蒸馏水的重量与固体氢氧化钠相同；
所述的氯乙酸酒精溶液，氯乙酸的质量浓度为70％，配溶液所用的酒精为95V/V浓度；
b.所述的第二次碱化醚化过程是：将经第一次碱化醚化的物料冷却30分钟，使其温度降至35℃以下，缓慢加入浓度为50％的氢氧化钠溶液8-10份，搅拌10分钟，再加入1～3份固体氢氧化钠，并保温35℃以下碱化60分钟，然后在10分钟内缓慢加入8-12份氯乙酸酒精溶液，并将温度保持在40℃以下，充分搅拌20分钟后升温，使其在10分钟达到75～80℃，恒温60分钟醚化，冷却20分钟，使其温度不大于50℃，完成第二次碱化醚化过程；
所述的氯乙酸酒精溶液的浓度与第一次碱化醚化过程相同；
收集两次碱化醚化后的物料，放入8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液内，经中和、加双氧水调整粘度、两次洗涤、离心脱水脱醇、烘干粉碎后制得高取代度聚阴离子纤维素；所述中和，采用添加盐酸的方法，将溶液的酸碱度控制在pH＝7～9；所述的加双氧水调整粘度、两次洗涤过程是，第一次用8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液加入双氧水调整粘度，第二次用8～10份浓度为76～80V/V的酒精溶液洗涤，每次洗涤完成后均用离心方法分离溶液。
2.如权利要求1所述的一种高取代度聚阴离子纤维素生产工艺，其特征在于：采用的天然纤维素原料，可以是精制棉，也可以是木浆。
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