CN102060931A - 一种羟乙基纤维素及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的羟乙基纤维素的制备方法，包括：a)将竹浆粕粉碎；b)在反应釜内，向粉碎后的竹浆粕中加入异丙醇和碱液进行碱化；c)将反应釜抽真空，将环氧乙烷加入反应釜中进行醚化，然后充氮气进行保护；d)向醚化后的物料中加入酸进行中和反应，调节pH至6.5～7.5；e)用异丙醇水溶液将中和后的物料进行洗涤；f)对洗涤后的物料进行干燥，物料的水分控制在1％～5％，得到羟乙基纤维素产品。本发明以竹浆粕为原料制备的羟乙基纤维素溶解性好、粘度适中，所用的竹浆粕原料易得、价格低廉、质量稳定，不仅能缓解国内对精制棉需求的紧张局面，同时能带动国内竹资源加工产业的发展，对竹子的深加工和高附加值利用开辟了一条新途径。

Description

一种羟乙基纤维素及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子化学技术领域，具体涉及一种羟乙基纤维素及其制备方法。

背景技术

羟乙基纤维素(HEC)是一种重要的纤维素羟烷基醚，是世界范围内生产量仅次于羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)的一种水溶性纤维素醚。

羟乙基纤维素冷水、热水均可溶，且无凝胶特性，取代、溶解和粘度范围很宽，热稳定性好(140℃以下)，在酸性条件下也不产生沉淀。HEC溶液能够形成透明薄膜，由于具有不与正、负离子作用、相容性好的非离子型特征，可作为包覆剂，粘结剂、增稠剂、药用辅料、钻井处理剂、纤维和纸张上浆剂、分散剂、凝胶剂等等，广泛应用在涂料、石油、建筑、日用化工、高分子聚合及纺织工业等领域，在社会经济发展中起着重要作用，是近年来发展迅速的纤维素醚之一。

目前羟乙基纤维素的工业化生产多采用棉短绒为原料，但棉花生长期短(4个月左右)，种植多采取农户分散型种植方式，受自然条件、农民收益等因素的影响大，原料供应不稳定、质量良莠不齐。在六、七十年代，我国棉花亩产仅为一百多公斤，棉纤维成熟度在80％左右；现在，棉花亩产300公斤左右，但成熟度仅为63％，成熟度的降低意味着棉纤维质量的下降。而且，近几年精制棉价格持续高涨，原料供应也不稳定。此外，由于传统的棉纤维素纤维在发展规模方面有一定局限，如棉花的“与粮争地”的问题，人们把视线越来越多的集中在了新型天然、再生纤维素纤维的开发和利用上。

相比较而言，竹子生长周期长，成熟度受外界影响小，质量比较稳定。价格也远远低于精制棉。我国竹类资源丰富，竹子是一种速生植物，栽培成活后2年～3年即可连续砍伐使用。而且竹子易于人工种植，再生能力强，成材期短，生长迅速，具有一次造林永久利用的特点，因此其收购价格低，成本优势相当明显。以前竹子主要应用于农业、手工业，建筑业、人造板、竹碳加工、制浆造纸等，大多还停留在传统应用上，其加工水平有限，产品附加值不高。但通过近几年对竹材的研究，发现它不仅具有其它纤维所具有的特性，还具有独特的抗菌、抑菌功能，其功能性特点在粘胶化纤领域己有利用，但是还有待其他高附加值产品的开发。竹材中纤维素的含量在40％以上，采用竹材加工而成的浆粕中α-纤维素含量可达到90％以上，具备合成羟乙基纤维素的可能性。

因此采用竹浆粕为原料合成羟乙基纤维素不仅能缓解国内对精制棉需求的紧张局面，同时能带动国内竹资源加工产业的发展，为竹子的深加工和高附加值利用开辟了一条新途径。

但采用竹浆粕合成羟乙基纤维素在技术上有相当的难度，首先，在结构上竹纤维次生壁的微细结构与针叶木或阔叶木纤维不同。其次，竹浆粕在加工过程中杂质去除不净，聚合度不稳定。诸多因素导致羟乙基纤维素醚化过程难控制，产品溶解性不好。所以国际上尚无采用竹浆粕合成羟乙基纤维素的公开报道。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种羟乙基纤维素的制备方法，能够得到溶解性好的羟乙基纤维素。本发明还提供由这种制备方法制备的羟乙基纤维素。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种羟乙基纤维素的制备方法，包括以下步骤：

a)将竹浆粕粉碎；

b)在反应釜内，向粉碎后的竹浆粕中加入异丙醇和碱液进行碱化反应；

c)将反应釜抽真空，将环氧乙烷加入反应釜中进行醚化反应，然后充氮气进行保护；

d)向醚化后的物料中加入酸进行中和反应，调节pH至6.5～7.5；

e)用异丙醇水溶液将中和后的物料进行洗涤；

f)对洗涤后的物料进行干燥，物料的水分控制在1％～5％，得到羟乙基纤维素产品。

作为优选，所述b)中异丙醇的重量为所述竹浆粕重量的600％～1000％。

作为优选，所述b)中碱液的重量为所述竹浆粕重量的100％～200％，碱液的重量百分比浓度为15％～35％。

作为优选，所述碱化反应的温度为15℃～35℃，碱化反应的时间为1h～3.5h。

作为优选，所述c)中环氧乙烷的重量为所述竹浆粕重量的100％～200％。

作为优选，所述醚化反应的温度为55℃～75℃，醚化反应的时间为2.5h～4.5h。

作为优选，所述c)中充氮气进行保护的压力为0.1MPa～0.5MPa。

作为优选，所述d)中酸为醋酸或盐酸。

作为优选，所述e)中异丙醇水溶液的重量为所述竹浆粕重量的500％～1000％，所述异丙醇水溶液中异丙醇的重量百分比浓度为75％～90％。

作为优选，所述f)中干燥的温度为70℃～110℃。

一种由所述羟乙基纤维素的制备方法制备的羟乙基纤维素。

本发明以竹浆粕为原料制备羟乙基纤维素，制得的羟乙基纤维素溶解性好、粘度适中，所用的竹浆粕原料易得、价格低廉、质量稳定，不仅能缓解国内对精制棉需求的紧张局面，同时能带动国内竹资源加工产业的发展，对竹子的深加工和高附加值利用开辟了一条新途径。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供的制备羟乙基纤维素的方法为：

a)将板状或絮状的竹浆粕成品通过锤片式粉碎机粉碎，过筛成粉状。本发明以竹浆粕为原料，竹子分为散生型、丛生型和混生型，散生型竹类有紫竹、方竹、毛竹、淡竹等；丛生型的有佛肚竹、凤凰竹、青皮竹等，而混生型的有茶竿竹、苦竿竹等，将竹子制成竹浆粕，竹浆粕的α-纤维素含量为90％～98％，聚合度为400～1500。竹浆粕的聚合度较棉短绒要低，后续若用常规的制备方法会影响羟乙基纤维素的粘度，而通过本发明提供的制备方法则能够很好的进行控制。

b)在反应釜内，向粉碎后的竹浆粕中缓慢加入异丙醇和碱液进行碱化反应，以竹浆粕重量为基准，异丙醇的重量为竹浆粕重量的600％～1000％，碱液的重量为竹浆粕重量的100％～200％，碱液的重量百分比浓度为15％～35％，碱液可以为NaOH溶液或KOH溶液，优选的，碱化反应的温度为15℃～35℃，碱化反应的时间为1h～3.5h。本发明中碱液的加入量比利用棉短绒为原料时要多，且碱化反应的时间控制较为灵活，使得制备出的羟乙基纤维素的粘度适中。

c)将反应釜抽真空，将环氧乙烷缓慢加入反应釜中进行醚化反应，环氧乙烷的重量为所用竹浆粕重量的100％～200％，醚化反应的温度为55℃～75℃，醚化反应的时间为2.5h～4.5h；然后充氮气进行保护，氮气保护压力为0.1MPa～0.5MPa。本发明中醚化反应的时间控制较为灵活，另外由于竹浆粕中含有木质素杂质，利用氮气保护可使得制得的羟乙基纤维素的飞散性较小，粘度容易控制。

d)向醚化后的物料中加入酸进行中和反应，调节pH至6.5～7.5，酸可选用醋酸或盐酸。

e)用异丙醇水溶液将中和后的物料进行洗涤，异丙醇水溶液的重量为所用竹浆粕重量的500％～1000％，异丙醇水溶液中异丙醇的重量百分比浓度为75％～90％。

f)优选在70℃～110℃时对洗涤后的物料进行干燥，物料的水分控制在1％～5％，得到羟乙基纤维素产品。

利用以上提供的方法制备羟乙基纤维素，具体实施例如表1所示：

表1羟乙基纤维素的制备实施例

对各实施例制备得到的竹浆粕羟乙基纤维素进行性能测试，得到的数据见表2：

表2竹浆粕羟乙基纤维素的性能指标

性能测试中，摩尔取代度由GC-7800型气相色谱仪测试；粘度由Brookfild LVT旋转粘度计测试，溶液浓度为2％，测试温度为25℃；pH值由ZDJ-4A型自动电位滴定仪配备E-201-C型pH复合电极测试；透光率用UV-757ZRT紫外可见分光光度计测试，溶液浓度为2％。

由测试结果可见，本发明用竹浆粕制备的羟乙基纤维素摩尔取代度范围较宽，适应多种用途；粘度不大较为适中，透光性好，因此溶解性也好。

以上对本发明所提供的羟乙基纤维素及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种羟乙基纤维素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将竹浆粕粉碎；

b)在反应釜内，向粉碎后的竹浆粕中加入异丙醇和碱液进行碱化反应；

c)将反应釜抽真空，将环氧乙烷加入反应釜中进行醚化反应，然后充氮气进行保护；

d)向醚化后的物料中加入酸进行中和反应，调节pH至6.5～7.5；

e)用异丙醇水溶液将中和后的物料进行洗涤；

f)对洗涤后的物料进行干燥，物料的水分控制在1％～5％，得到羟乙基纤维素产品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述b)中异丙醇的重量为所述竹浆粕重量的600％～1000％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述b)中碱液的重量为所述竹浆粕重量的100％～200％，碱液的重量百分比浓度为15％～35％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碱化反应的温度为15℃～35℃，碱化反应的时间为1h～3.5h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述c)中环氧乙烷的重量为所述竹浆粕重量的100％～200％。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述醚化反应的温度为55℃～75℃，醚化反应的时间为2.5h～4.5h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述c)中充氮气进行保护的压力为0.1MPa～0.5MPa。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述d)中酸为醋酸或盐酸。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述e)中异丙醇水溶液的重量为所述竹浆粕重量的500％～1000％，所述异丙醇水溶液中异丙醇的重量百分比浓度为75％～90％。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述f)中干燥的温度为70℃～110℃。

11.一种由权利要求1至10中任一项所述的制备方法制备的羟乙基纤维素。