CN101357994B - 高取代度羧甲基木粉及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高取代度羧甲基木粉，由下列原料及其重量份组成：1份木粉、10-30份异丙醇、浓度为30％的氢氧化钠溶液1.0-2.0份、氯乙酸1.0-2.0份，经醚化反应、乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎制成富含羧甲基化纤维素和半纤维素的黄色木粉状颗粒，其取代度1.0-2.2。本高取代度羧甲基本粉的生产方法经过碱化木粉、醚化物、羧甲基木粉成品的制备三个步骤，产品广泛应用于石油、涂料、日化、食品、纺织、造纸、建材等领域。本发明用木粉做主要原料，综合利用木粉中的纤维素、半纤维素的羟基，并用木质素及木质素-多糖复合体(LCC)结构作为交联剂，木材利用率高、成本低、对环境无污染。制成的羧甲基木粉取代度高且难溶于水。

Description

高取代度羧甲基木粉及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种以木粉为原料取代度高的羧甲基木粉及其生产方法。

背景技术

羧甲基纤维素是一种用途广，发展迅速的重要水溶性高分子纤维素醚，其分子式为[C₆H₇O₂(OH)₂OCH₂COONa]n，因具有优良的增稠、乳化、悬浮、分散、稳定、保水、膨化、赋形等功能，有着广泛的应用前景，享有“工业味精”的美誉。目前国内外羧甲基纤维素(CMC)生产所用的主要原料是棉花绒经过处理后制成的精制棉，成本高，原料来源贫乏。为了降低成本，己提出了以稻草、玉米桔杆、玉米皮、竹子下脚料、木屑等废弃的植物纤维为原料。但植物纤维原料中含纤维素约为35-45％，其余为半纤维素(25-35％)和木质素(20-30％)。以植物纤维原料制备CMC，通常先经亚硫酸钠和预水解法将木质素和半纤维素降解，得到α-纤维素后再经碱化和醚化反应制得CMC。

CN88101790A公告了用稻草秸杆制备CMC的技术，其原料准备工序繁琐，环境污染严重，治污开支大，从而大大提高了生产成本。

纤维素分子链上的羟基，在碱存在下与醚化剂反应，羟基转换成羧基得到羧甲基纤维素。通常用取代度表示纤维素分子中平均每个葡萄糖单元上取代基的数量，即醚化反应程度。取代度是各等级CMC的重要指标，由于每个葡萄糖单元上只有三个自由羟基可供发生取代反应，CMC取代度的最大值是3，目前市场上的CMC取代度在0.5-1.2之间。高取代度CMC因其取代度高，取代基分布更均一，其水溶液的抗霉性、耐盐性、耐碱性更好，所以在日用化工、涂料、碱性电池、医药、高盐溶液体系等方面都具有极高的应用价值和极好的应用前景。CN200610078867.4公告了北京理工大学的“超高取代度羧甲基纤维素的制备方法”专利技术，以棉或木纤维为原料，在有机溶剂中、惰性气体保护的条件下经二次醚化得到取代度不低于2.0的羧甲基纤维素醚。该法二次醚化，氯乙酸使用量高，成本高、原料不易得到。CN88101790公告了哈尔滨现代应用化学研究所的“生产羧甲基纤维素钠的新方法”专利技术，用稻草为原料，经预处理、碱液蒸煮、梳解洗涤、次氯酸钠或漂白粉漂白、干燥后作为羧甲基化原料。该法工序复杂，稻草经物理化学方法处理后制得纤维，在制备中清除了木质素，原料利用率低，且在制取纤维时需用酸、碱处理，污染了环境。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是设计出一种能形成纤维素、半纤维素的羟基羧甲基化及木质素交联网络结构的、不必经过木材预处理提纯纤维素因而木材利用率高的，无酸、碱污染的，工序少、成本低，且取代度可达2.0以上的高取代度羧甲基木粉及其生产方法。

解决上述技术问题的技术方案是：

本高取代度羧甲基木粉由下列原料及其重量份配比而成：1份木粉、10-30份异丙醇、浓度为30％的氢氧化钠溶液1.0-2.0份、氯乙酸1.0-2.0份，经醚化反应、乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎制成富含羧甲基的纤维素和半纤维素的黄色木粉状颗粒，粒度40-100目，取代度1.0-2.2。

所说的木粉为40-100目的针叶树木粉。

本高取代度羧甲基木粉的生产方法按如下步骤进行：

(1)碱化木粉的制备：在反应釜中加入40-100目的针叶树木粉1重量份、加入10-30重量份异丙醇，加入浓度为30％氢氧化钠溶液1.0-2.0份，在室温下搅拌1h，制成碱化木粉；

(2)醚化物的制备：在步骤(1)制成的碱化木粉中加入作为醚化剂的氯乙酸1.0-2.0重量份，在60-80℃下进行醚化反应2小时，得黄色醚化物；

(3)羧甲基木粉的制备：将步骤(2)制得的产品进行洗涤、压滤、干燥、粉碎成40-100目的黄色木粉状颗粒后密封包装即成。

本发明的有益效果是：采用木粉为主要原料，既利用其纤维素、半纤维素的羟基提高取代度，还利用木质素及木质素-多糖复合体(LCC)结构作为交联剂，省去了木材预处理提纯纤维素的工序，木材利用率高，而且避免了酸、碱对环境的危害，工序少，成品低。

具体实施方式

本发明结合实施例作进一步详述：

本发明以木粉为主要原料，不但充分利用了纤维素、半纤维素的羟基，还利用其木质素及木质素-多糖复合体(LCC)结构作为交联剂。木质素是由苯丙烷单元(C6-C3)通过醚键和碳-碳键连接的复杂的天然高聚物，其生物量在自然界仅次于纤维素，属绿色无害的可再生资源。针叶树细胞壁中大部分半纤维素和部分纤维素与木质素能形成化学的或物理的连接，针叶树的木质素和多糖构成的木质素-多糖复合体LCC结构比阔叶树要紧密得多。利用针叶树LCC特别牢固的特点，因此选择针叶树木粉作为主要原料。在反应釜中将一定量的木粉以异丙醇为介质，加入碱溶液，搅拌，再加入一定量的氯乙酸，所得产物依次用80％乙醇、纯工业乙醇洗涤、经压滤、烘干、粉碎便制得本高取代度羧甲基木粉，取代度为1.0-2.2。

下面将参与反应的各原料及其重量份配比的8个实施例列于下表：

实施例1(见表中实施例1相应原料及重量份)：向反应釜中加入40目的杉木木粉1重量份(下同)，加15份异丙醇，30％氢氧化钠1.2份，搅拌1小时，生成碱化木粉，再加入氯乙酸1.4份，控制反应温度80℃，搅拌反应2小时，制得黄色醚化物，经压滤、浓度由低到高依次用80％乙醇、纯工业乙醇洗涤、烘干、粉碎便制得100目黄色木粉状颗粒，即本高取代度羧甲基木粉，取代度为2.2。

实施例2-8的相应原料及重量份、醚化温度、最终的取代度见表中所示，制备方法同实施例1。至于原料木粉及最终产品的粒度定为40-100目，是从常用、节能考虑而定，更细更粗亦可。

本发明核心创意是充分利用了木粉中所含的纤维素、半纤维素的羟基，还利用木质素及木质素-多糖复合体(LCC)结构作交联剂，取代度提高且难溶于水，木材的利用率高，省去了木材制备羧甲基纤维素时预处理工序、成本低、避免了预处理时酸、碱对环境的污染。

Claims (1)

1.一种高取代度羧甲基木粉，其特征是由下列原料及其重量份组成：1份木粉、10-30份异丙醇、浓度为30％的氢氧化钠溶液1.0-2.0份、氯乙酸1.0-2.0份，经醚化反应、乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎制成富含羧甲基的纤维素和半纤维素的黄色木粉状颗粒，粒度40-100目，取代度1.0-2.2，所说的木粉为40-100目的针叶树木粉，本高取代度羧甲基木粉的生产方法按如下步骤进行：

(1)碱化木粉的制备：在反应釜中加入40-100目的针叶树木粉1重量份、加入10-30重量份异丙醇，加入浓度为30％氢氧化钠溶液1.0-2.0份，在室温下搅拌1h，制成碱化木粉；(2)醚化物的制备：在步骤(1)制成的碱化木粉中加入作为醚化剂的氯乙酸1.0-2.0重量份，在60-80℃下进行醚化反应2小时，得黄色醚化物；

(3)羧甲基木粉的制备：将步骤(2)制得的产品进行洗涤、压滤、干燥、粉碎成40-100目的黄色木粉状颗粒后密封包装即成。