CN102307906B - 用于改进的碱纤维素和纤维素衍生物的制备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用纤维素在碱的存在下制备碱纤维素并且任选地用于制备纤维素醚的方法，如果适用，使用一种或多种烷基化剂和/或羟烷基化剂制备，所述方法包括：使纤维素与碱金属氢氧化物反应，其中在混合设备中将所述碱金属氢氧化物与纤维素混合，所述混合设备(1)具有上部区域(20、102a、202a)和下部区域(21、102b、202b)，所述上部区域(20、102a、202a)具有第一横截面，所述下部区域(21、102b、202b)具有第二横截面，所述第二横截面与所述第一横截面相同或小于所述第一横截面，并且所述混合设备(1)包括至少一个非水平定向的混合装置(23、27、121、221、224)。

Description

用于改进的碱纤维素和纤维素衍生物的制备的方法
发明领域
本发明涉及用于碱纤维素和任选地用于纤维素衍生物的制备的方法。
发明背景
纤维素衍生物，如纤维素醚，传统上分两个阶段制备，即(1)碱化阶段，其中碱金属氢氧化物与纤维素反应制备碱纤维素，以及(2)衍生化阶段，优选地醚化阶段，其中衍生剂，如醚化剂与碱纤维素反应形成纤维素衍生物。有时在一个或两个阶段加入分散剂或溶剂以获得更好的混合。典型地细分散状态下的纤维素在第一阶段与碱性溶液例如碱金属氢氧化物反应，通常将碱性溶液喷射在纤维素纤维上并在碱化反应中与其反应形成碱纤维素。优选地在第二阶段将碱纤维素在醚化反应中与醚化剂反应形成纤维素醚。
在碱化反应中将反应器剧烈搅拌，例如在非均相反应介质中，将碱金属氢氧化物与纤维素尽可能混合均匀，并且一般在较低的温度，通常环境温度下进行该反应。
纤维素反应在非均相条件下发生。葡糖酐单元(AGU)的可得性因此在很大程度上影响纤维素在多种反应中的反应活性。很久以来就已知道通过用氢氧化钠溶液的活化方法能充分提高纤维素的反应活性，或使其成为可能。这里，活化的目的是在纤维素的后继反应中增加反应速率或可达到的最大取代度并且获得更均匀的取代基分布以及葡糖酐单元的完全可得性。
如所述的，最常用的活化剂是氢氧化钠溶液，它作为原纤内膨胀剂，引起纤维素的原纤单元的结构改变。此外，除了纤维素的结构松动，在众多纤维素反应中需要羟基离子的存在，所述反应是例如羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟烷基纤维素、羟烷基甲基纤维素或纤维素黄原酸酯的形成。为产品质量而努力高度需要均匀碱化。
典型地在多阶段方法中制备甲基纤维素及其包含甲氧基的混合醚。在第一阶段中，将所用的纤维素磨为所需的粒子尺寸范围。在第二阶段中，将磨碎的纤维素在混合机中与碱金属氢氧化物，尤其是氢氧化钠的水溶液，优选地浓缩水溶液均匀地混合并将其活化以制备碱金属纤维素。已知的方法是在合适的混合单元中喷射碱化，在所述混合单元中用碱金属氢氧化物溶液喷射所述磨碎的纤维素。在浆液工艺中，使磨碎的纤维素悬浮在悬浮介质中并之后加入碱金属氢氧化物。在浆液碱化工艺中，使纤维素悬浮在氢氧化钠溶液中并且之后使其通过螺旋压榨机或筛鼓压机以移除过量的苛性钠。在第三阶段中，通过加入的烷基卤，例如，甲基氯或乙基氯，以及用羟烷基化剂，如环氧乙烷和/或环氧丙烷和/或环氧丁烷实现非均相反应。进一步的处理阶段可以包括纤维素醚的提纯、研磨和/或干燥。
在MC(甲基纤维素)和MHAC(甲基羟烷基纤维素)的工业生产中，碱化、并且尤其是用醚化剂，例如，甲基氯、乙基氯、环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷的醚化，包括带有相当多热量产生的放热反应阶段。因为在浆液方法中通常使用悬浮介质，例如，二甲醚和/或甲基氯，温度的增加与同步的压力增加相关。因为碱化通常在大气压下或微高于大气压下进行，所以可以将反应分为低压(碱化)和高压(醚化)工艺步骤。
对于宽范围的应用领域，制备了具有不同取代度的纤维素醚。在纤维素醚化学中烷基取代度通常称为DS。DS是每葡糖酐单元取代的OH基团的平均数目。例如，甲基取代度称为DS(M)。通常，羟烷基取代度称为MS。MS是每摩尔葡糖酐单元形成类醚键的醚化试剂的平均摩尔数。例如，用醚化试剂环氧乙烷的醚化称为例如MS(HE)，并且用醚化试剂环氧丙烷的醚化称为MS(HP)。根据Zeisel方法实现侧基的测定(文献：G.Bartelmus和R.Ketterer，Z.Anal.Chem.286(1977)161-190)。
通过醚化的程度和取代基的类型可以确定产物的多个性质，例如，热絮凝点、溶解度、粘度、成膜能力、保水能力和粘附强度。MC和MHAC用于不同的应用领域，例如作为矿物和分散体类建筑材料体系中或化妆品和药物组合物的制备中的稠度调节剂和加工助剂。具有高取代度的纤维素醚也适合于作为有机溶剂的增稠剂。
例如，在Houben Weyl，Methoden der Organischen Chemie，Makromolekulare Stoffe[有机化学方法，大分子物质]，第4版，第E 20卷，第2042页(1987)中公开了制备的化学基础和原理(制备方法和制备步骤)的综述和物质的列举以及多种衍生物的特性和可能应用的描述。
虽然作为最终产物的带有适当取代度的纤维素醚通常在低于溶解温度的温度下在水中可溶，但是一般会留下少量不溶部分，这引起溶液的浑浊。该浑浊主要由未被碱金属氢氧化物充分活化并且获得较低的取代度的不溶纤维素纤维引起。浊度和不溶纤维比例的大小对于纤维素醚用于某些使用领域的可用性具有不良影响。例如，这里可以提及在药物学科中纤维素醚用于透明硬胶囊的制备的使用。纤维素醚在用于汽车催化转化器的陶瓷挤出中的使用也需要低纤维含量，以便避免可能的材料缺陷。对于具有较少不溶纤维分数的均匀取代纤维素醚的制备，高度需要非常有效和均匀的碱化。
此外，低压和高压处理步骤的结合导致设备需求增加。通常，在用于碱化和/或非均相醚化的纤维素醚的制备中使用配备有带特殊混合部件的水平中心轴的耐压水平、圆柱形鼓，所述混合部件是例如犁铧、Becker叶片、T形叶片、桨叶、混合螺带或混合带。符合抛掷或强烈混合机的原理(转子速度超过临界速度，这意指粒子从材料床被抛出)的这种混合反应器的实例是来自德国Gebr.
Figure BDA0000081353130000031
Maschinenbau GmbH的
Figure BDA0000081353130000032
Reaktor DVT或All In OneTR。此外，一些反应混合机配备有通常称为切碎器或旋转切刀的粉碎器，以便获得额外的混合效果或添加剂的良好分散。为了有效的冷却或加热，这些混合机典型地带有双套或冷凝/加热旋管。具有附加的冷凝器和外凝结器的实施方案也是已知的。
关于碱化的最优化，过去采用了多种方法。关于这点，(美国专利号4,845,206A)报告了通过在与纤维素混合之前在喷嘴中与醚化剂预混合改善氢氧化钠溶液的分散。更进一步地，(美国专利号7,361,753)描述了通过表面活性物质的添加改善碱化。在这些工艺中在耐压反应容器中进行低压喷射碱化。当需要最优化设备和装置的利用时用于低压碱化的昂贵和复杂的耐压反应器的使用是不合需要的。
已经发表了与优化碱化以减少不溶纤维含量的主题相关的许多专利申请。描述过适当的装置中的单独碱化步骤。所记述的是带有碱在下游的去除的用于碱化的浆液方法的实施方式和在宽范围的单元中的上游连续喷射碱化的实施方式。例如，这里使用了斗链输送机(US 2007/0149773A1)、捏合机(US2002/0099203A1)、旋转压力过滤机(US 2007/0144692A1)、高强度混合机(US 2006/0287518A1)或螺旋输送机(US2007/0149773A1)。将氢氧化钠溶液均匀供料至纤维素物质的恒定连续流同时保证充分混合是这些出版物中公开的连续碱化的目标。这些出版物中没有公开低压和高压工艺步骤的分离的益处。此外，强调了连续计量和保证恒定纤维素物质流的临界限制条件，以在纤维素的所有部分中获得恒定和均匀浓度的氢氧化钠。
尤其是，在US 2005/0240016A1和US 3,388,082A、US 4,456,751A、US 4,477,657A和US 3,839,319A中，描述了用于甲基羟烷基纤维素的制备的其它方法。
因此，本发明的一个目的是提供一种优化碱纤维素的制备的方法。本发明的优选目的是提供一种保证纤维素的均匀和/或均一碱化以便在后续的衍生化过程中获得均匀取代的纤维素衍生物的方法。优选的衍生化方法是一个或多个烷基化和/或羟烷基化步骤以制备均匀和/或均一取代的纤维素醚。
发明概述
通过根据权利要求1的用于碱纤维素的制备的方法解决了技术问题，所述方法包括使纤维素与碱金属氢氧化物反应，其中在混合设备中将所述碱金属氢氧化物与纤维素混合，所述混合设备具有带有第一横截面的上部区域和带有第二横截面的下部区域，所述第二横截面与第一横截面相同或小于第一横截面，并且所述混合设备包括至少一个非水平定向的混合元件。
通过一种用于碱纤维素的制备和/或纤维素衍生物的制备的混合设备的使用也解决了技术问题，其中所述混合设备具有带有第一横截面的上部区域和带有第二横截面的下部区域，第二横截面与第一横截面相同或小于第一横截面，并且所述混合设备包括至少一个可通过和/或环绕非水平定向旋转轴移动的混合装置，优选地在中心且非水平定向的连续或分隔的单轴混合装置。
附图简述
图1示出了根据本发明的混合设备的第一实施方案，所述实施方案包括带有圆柱形上部部分和锥形下部部分的立式混合机；
图2示出了根据本发明的混合设备的第二实施方案，所述实施方案包括圆锥形立式混合机；以及
图3示出了根据本发明的混合设备的第三实施方案，所述实施方案包括圆柱形立式混合机。
发明详述
本发明涉及一种用于碱纤维素的制备的方法，所述方法包括纤维素与碱金属氢氧化物的反应，其中优选地以足够用于纤维素的部分或完全碱化的量将碱金属氢氧化物的水溶液在优选的立式混合设备的进料位置加入纤维素并且与所述纤维素充分混合，优选地通过环流的方式。在本发明的意义上，垂直意指基本上在混合设备相应的纵向轴或延长线方向。环流在转子速度慢并且通过位移获得粒子由混合元件带来的移动的情况下提供了对流混合。混合原理被称作“对流混合”。该对流混合原理与也被称作“抛掷混合机”或“强烈混合机”的标准水平犁铧混合机的区别在于，这些标准水平混合机中的转子速度高于临界速度，这意味着粒子从材料床被抛出。
混合设备具有带第一横截面的上部区域和带第二横截面的下部区域；下部区域中的所述第二横截面优选地小于所述上部区域的横截面。混合设备可以包括垂直定向圆锥形部；优选地在所述混合设备的下部部分设置所述垂直定向圆锥形部。因此，混合设备优选地包括垂直放置的圆锥形部分。混合设备(1)优选地包括可以通过基本上在中心并且垂直定向的轴旋转的混合装置。更优选，混合设备包括立式对流混合机，也称作“立式混合机”，其特征在于优选地通过混合装置，经由在中心且垂直安置或由轨道臂轨道式固定的连续或分隔的单轴或双轴实现混合机内含物的三维混合。混合设备相对于其纵向延长线可以还包括能够绕垂直轴旋转的对角线定向混合装置。单轴混合装置优选地是螺杆或者单或双螺带(helix)形式或者配备有混合叶片或混合桨叶。
更优选，基本上全部混合机内含物经历连续充分混合，优选地对流混合，如相同方向的环流混合。特征环流优选地穿过收缩的横截面，例如，一个或两个圆锥区域。优选地在混合设备中具有锥形横截面，优选地圆锥形横截面的区域中的进料点将碱金属氢氧化物加入纤维素中。特别地通过喷嘴或喷管实现碱金属氢氧化物的添加。优选地将碱金属氢氧化物以水溶液形式加入混合装置。备选地，可以固体形式如粒料将碱金属氢氧化物加入水性纤维素组合物中。喷嘴或喷管优选地是平滑射流喷嘴、圆锥喷嘴、扇形喷嘴、空心锥形喷嘴、实心锥形喷嘴、双体喷嘴或扁平射流喷嘴。优选的碱纤维素是纤维素钾或，更优选，纤维素钠。
优选地在混合设备的下部区域中的进料点将碱金属氢氧化物加入纤维素中。碱金属氢氧化物的进料点优选地位于收缩横截面区域以使碱金属氢氧化物与其它混合组分的混合更有效。优选地通过位于碱金属氢氧化物的进料点附近的混合或旋转切刀促进碱金属氢氧化物，优选地氢氧化钠溶液的分散。此外，任选地能够通过冷却夹套或冷却旋管冷却混合设备以能够在混合过程中冷却混合设备的内含物，和/或可以在惰性气氛(例如真空密封)下运行所述混合设备，和/或将所述混合设备设计为耐受下游反应压力的压力波动以使任意压力波动将不会破坏所述混合设备或干扰混合过程。
例如，所选择的典型的立式混合机由圆柱形部分和锥尖朝向底部或下部出口的圆锥形部分组成。主要混合部件由具有中心安置、顶部支撑的搅拌机轴的螺旋混合单元组成。在螺旋传送的帮助下，物质在容器壁上在混合轴附近被向上并向下返回以环流方式搬运。另外，立式混合机在容器顶部并且在圆锥区域中配备有进料喷嘴。在圆锥区域中，还有通过混合或旋转切刀运转进行的另外的附加混合。
遵循对流混合原理，优选地带有环流的立式混合设备的实例是可得自Amixon GmbH的AM型圆锥形单轴混合机，可得自Hosokawa Micron Ltd.的Vrieco-Nauta型CT干燥机和LFC/MFC或截锥形锥形混合机，可得自Ekato Systems GmbH的VSM和VGM型立式块状原料混合机或者可得自AVA-Huep GmbH&Co.KG.的HVW型圆锥形混合机。
与通过在反应器的顶部喷射在循环的磨碎纤维素的表面上获得碱金属氢氧化物的有效分散的流行观点相反，本发明采用计量进入主体材料，优选地在混合器的锥形区域中的碱金属氢氧化物溶液的方式。
通过直接环流的方式碱化的益处是碱金属氢氧化物溶液强烈、迅速并且均一的分散。通过连续地将碱金属氢氧化物加入至磨碎的纤维素的持续旋转批料(环流)中，内部环流简化了碱金属氢氧化物溶液的均匀分散。立式混合机中的碱化的优势是充分完全并且快速的物质排出，而残留量最小，且在混合过程中死空间最小化。此外，可以最小化壁和混合工具之间的距离。这与细长的水平定向混合机相反，所述水平定向混合机表现出水平轴的下垂并且在壁和混合工具之间需要较大的空间。
优选地用水溶液中的碱金属氢氧化物，如氢氧化钠或氢氧化钾，优选地用35至60重量％的氢氧化钠溶液，特别优选用48至52重量％的氢氧化钠溶液实现纤维素的碱化。
任选地在碱化之前，之中或之后将悬浮介质，例如二甲醚和甲基氯的混合物加入混合物中。悬浮介质有助于促进混合并且充当混合助剂。更进一步地，可以使用悬浮介质作为用于快速冷却和加热的热传递介质。此外，可以进行在该阶段悬浮介质的加入以避免单独的加载步骤使得步骤的组合可以节约时间。
优选地用每AGU(葡糖酐单元)0.8至7.0eq的碱金属氢氧化物，更优选用每AGU 1.1至6.5eq的碱金属氢氧化物，特别优选用每AGU 1.4至6.0eq的碱金属氢氧化物实现纤维素的碱化。NaOH是优选的碱金属氢氧化物。通常在15至50℃，优选地约25至45℃之间的温度下进行碱化5至80分钟，优选地10至60分钟。
此外，本发明涉及用碱纤维素制造纤维素衍生物，优选地纤维素醚的方法，更优选大规模生产的方法，所述碱纤维素根据上述方法获得，并且还包括所述碱纤维素与用于纤维素衍生物的制备的一种或多种衍生剂的反应。衍生剂优选地是烷基化剂和/或羟烷基化剂。
在本发明的优选实施方案中，在衍生化如烷基化和/或烷氧基化发生在单独的耐压反应容器中之前，在如上所述的单独的立式混合机中进行喷射碱化，所述立式混合机优选地具有中心搅拌装置。更优选，用于烷基化和/或烷氧基化的反应容器耐压且耐真空。出乎意料的发现，如果如上所述在单独的立式混合机中进行喷射碱化并且衍生化随后发生在单独的耐压反应器中，可以获得具有甚至进一步降低的浊度和进一步减少的不溶纤维含量的纤维素衍生物。此外，该方法使得用于耐压反应容器的批次周期时间减少并且因此提高设备的效用。此外，由于低压和高压工序的分离，资本成本降低。最后，由于外部碱化，可以减少反应器占用时间，形成了促进现有设备的可能。
烷基化和/或羟烷基化反应是放热的并且优选地在高至15至30巴的高压下进行。在低固含量的悬浮液中可以获得较低压力。碱化是放热的并且可以在真空、环境压力并且在也在较高压力下的低沸点组分(例如二甲醚和/或甲基氯)的存在下运行。因此，在上面的用于纤维素醚的制备的方法中，垂直混合设备既可以是耐压的，也可以是不耐压的，取决于纤维素醚的多步制备的计划生产工序。在混合设备耐压的情况下，碱纤维素可以在所述混合设备中与一种或多种烷基化和/或羟烷基化剂反应或可以被转移至另一个耐压反应容器中，并且在那里与一种或多种烷基化剂和/或羟烷基化剂反应。备选地，如果混合设备不耐压，优选地将碱纤维素转移至耐压反应容器，并且在那与一种或多种烷基化剂和/或羟烷基化剂反应。
在根据本发明用于纤维素醚的制备的方法中，烷基化剂优选地是烷基卤，如甲基氯或乙基氯，和/或羟烷基化剂优选地是环氧烷，如环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷，或其组合。“其组合”意指可以制备具有一个或多个不同烷基和/或一个或多个不同羟烷基的纤维素醚。通过本发明的方法可得的纤维素醚的实例是烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素或羟烷基纤维素，具体地，甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基乙基羟乙基纤维素、甲基羟乙基羟丙基纤维素、甲基羟乙基羟丁基纤维素或者同时包含甲基和更长链的疏水侧链的纤维素醚。
为了控制纤维素上的取代类型和程度，可以重复本发明的方法中的反应步骤并且独立地使其适合于所需的取代类型和程度。例如，可以按照以下方式进行该方法：实现部分碱化，接下来是部分醚化，接下来是进一步的部分碱化和另一次醚化。
下面将参考附图进一步描述本发明的实施方案，其中：
图1显示了包括立式混合机2的混合设备1的第一实施方案。立式混合机2具有上部圆柱形部分20和下部锥形部分21。在这两部分20、21之间的接界区域，在下部锥形部分21中设置用于将碱金属氢氧化物和另外的组分或反应物注入立式混合机2的入口阀22。在立式混合机2的这个下部区域中在入口阀22附近还设置了带有马达24的混合装置23以分散通过入口阀22注入的物质。
立式混合机2还包括连接于马达26的垂直旋转轴25并且具有可以随轴25的转动移动的混合装置27。垂直轴25在中心延伸贯穿整个立式混合机2。
立式混合机2还包括用于注入磨碎的纤维素批料的入口28和用于注入惰性介质例如N2的入口29。在圆柱形部分20的顶端提供这两个入口28和29。
混合设备1还包括连接于立式混合机2底端的混合反应器3。混合反应器是圆柱形耐压水平混合反应器并且包括贯穿整个混合反应器延伸的旋转轴30并且包括连接于轴30的一些混合装置31以及用于旋转水平延伸的轴30的马达32。混合反应器3还包括入口33，用于注入羟烷基化剂和/或烷基化剂和/或悬浮介质以及另外的组分或反应物。
根据图2，混合设备1包括圆锥形立式混合机102。因而，立式混合机102的上部区域102a的横截面宽于下部区域102b的横截面。立式混合机102包括其下部区域中的入口阀120，用于注入碱金属氢氧化物和其它组分或反应物。它还包括绕两个轴122、123旋转的特殊类型混合装置121。轴122基本上平行于立式混合机的圆锥形外壳124延伸，而第二轴123主要是立式混合机的中心轴。然而，这个轴123未贯穿立式混合机的整个外壳延伸而是仅延伸通过其非常小的部分并且被水平弯折之后连接于另一个轴122。也可以提供水平延伸连接装置以将短轴123与长轴122连接。箭头125、126显示了轴122、123的两个旋转。轴123连接于马达127以使该轴移动。这个马达或者另外一个马达也可以旋转另一个轴122或者轴122可以当旋转轴123时自动旋转。
立式混合机102也包括用于注入磨碎的纤维素批料的入口128和用于注入惰性介质，例如N2的入口129。
混合反应器与上面关于图1描述的那个相同。
根据图3，混合设备1包括圆柱形立式混合机202。因此立式混合机202的上部区域202a的横截面基本上与立式混合机202的下部区域202b的横截面相同。立式混合机202包括混合器的下部区域中的入口阀或开口220以供给碱金属氢氧化物和另外的组分或反应物。在入口或阀220附近提供了混合装置221，所述混合装置221包括用于旋转所述混合装置的马达222。根据图3中的实施方案，在入口或阀220下方提供了混合装置221。提供该混合装置221用于预分散注入的物质。
为了立式混合机202中物质的混合，在垂直轴225周围提供了另外的混合装置224。垂直旋转轴225连接于用于旋转所述轴的马达226。
立式混合机202还包括用于注入磨碎的纤维素批料的入口227和用于注入惰性介质，例如N2的入口228。在立式混合机202的上部部分中提供两个入口227、228。
根据图1和2中显示的实施方案，根据图3的混合设备的实施方案也包括混合反应器3。
以下实施例通过使用相应的混合设备如上述混合设备进一步描述根据本发明用于制备碱纤维素的方法。不应将实施例解释为限制本发明的范围。
实施例
在用于确定最优操作参数如搅拌机速度、混合持续时间、喷嘴位置和几何形状的初始混合实验之后，借助于用于外部碱化的立式混合机进行不同纤维素醚的制备。详细地，改变碱化参数和所使用的纤维素原材料类型。为了比较结果，也根据比较方法在卧式混合机中制备了纤维素醚。
浊度的测定：通过使用德国Dr.Lange公司的Photometer Nephla LPG239，入射至含有测试溶液的圆形池(比色皿LZP 452型)的860nm波长经滤光的光束被未溶粒子、凝胶粒子和纤维以发散的方式散射至所有方向。在90°角相对于暗背景测量透过池底不带反射的散射光并且作为测量值数字化显示。测量值对应于根据DIN EN ISO 7027和7887的福尔马肼(formazine)浊度单位(TU/F)。测试溶液是纤维素醚的2重量％水溶液。在25℃下测量浊度。
未溶纤维含量的测定(手动目测法)：制备纤维素醚的2重量％水溶液。使用带有偏振窗格的光盒使得纤维更加可见，通过与标准溶液的目测比较测定溶液中的纤维含量。标准溶液基于悬浮在去离子水中的规定量的长度在0.074至0.149毫米之间的(参加下面的表1)磨碎的纤维素纤维。该方法依赖于25℃下对溶液的目测评估和评级。
表1
  纤维评级   浆的重量mg/l
  0   0
  1   2.01
  2   4.03
  3   8.05
  4   16.11
  5   32.21
  6   64.43
比较例1：甲基羟乙基纤维素
将26kg的磨碎的纤维素引入耐压卧式混合机，所述耐压卧式混合机具有400升的可用反应体积，配备带水平混合轴的犁铧混合单元，装有切碎器并附带冷凝器。为了惰性化的目的将混合机抽真空并用氮气冲刷。其后，通过喷嘴在17分钟内在混合下将12.7kg的50重量％氢氧化钠水溶液的形式的氢氧化钠喷射在纤维素上。其后，在30分钟内在约35℃下进行碱化反应。
在下一步中，将31.7kg的二甲醚和33.9kg的氯代甲烷的混合物引入反应器。其后，在约50分钟内升温至约75℃的过程中，将3.6kg的环氧乙烷计量加入反应器，之后是10.2kg的氯代甲烷和3.07kg的50重量％氢氧化钠水溶液形式的氢氧化钠。在将温度保持在77℃35分钟后，将压力释放并且挥发性组分通过蒸发被移除。用热水对粗产品进行冲洗，之后将其干燥并研磨。
实施例2：甲基羟乙基纤维素
将26kg的磨碎的纤维素引入具有400升的填充体积和圆锥形混合区域的立式块状物质混合机(来自Amixon，AM400型)。为了惰性化的目的，将混合机抽真空并用氮气冲刷。所使用的立式混合机的特征在于它具有安装在中心轴上的螺旋带以实现三维环流。磨碎的纤维素在壁附近向上移动并在中心搅拌机轴的附近流下。在立式混合机的下部部分中的圆锥形混合区域中，在通过扇形喷嘴将氢氧化钠溶液加入的位置附近安装了旋转切刀。螺带以30rpm的速度运行并且旋转切刀以最大1500rpm的速度运行。在惰性化步骤之后将12.7kg的50重量％氢氧化钠水溶液形式的氢氧化钠通过扇形喷嘴在17分钟内在对纤维素的混合下进料。接下来在30分钟内在约40至45℃下进行碱化反应。
在将碱金属纤维素转移至比较例1中提到的耐压卧式混合机中后，为了惰性化的目的将卧式混合机抽真空并用氮气冲刷。如比较例1中所述进行另外的工序，从引入31.7kg的二甲醚和33.9kg的氯代甲烷开始。
比较例3：甲基羟丙基纤维素
将26kg的磨碎的纤维素引入根据比较例1的耐压卧式混合机。为了惰性化的目的将混合机抽真空并用氮气冲刷。
其后，将22.1kg的50重量％氢氧化钠水溶液形式的氢氧化钠通过喷嘴在30分钟内在混合下喷射在纤维素上。其后，在30分钟内在约38℃下进行碱化反应。
在下一步中，将39.1kg的二甲醚和21.0kg的氯代甲烷的混合物引入反应器。其后，在约125分钟内升温至约82℃的过程中将12.3kg的环氧丙烷计量加入反应器，之后是20.2kg的氯代甲烷和7.4kg的50重量％氢氧化钠水溶液形式的氢氧化钠。在将温度在85℃保持55分钟之后，将压力释放并且挥发性组分通过蒸发被移除。用热水对粗产品进行冲洗，之后将其干燥并研磨。
实施例4：甲基羟丙基纤维素
将26kg的磨碎的纤维素引入根据实施例2的立式块状物质混合机。为了惰性化的目的将混合机抽真空并用氮气冲刷。螺带以40rpm的速度运行并且旋转切刀以最大1500rpm的速度运行。在惰性化步骤之后将22.1kg的50重量％氢氧化钠水溶液形式的氢氧化钠通过扇形喷嘴在30分钟内在对纤维素的混合下进料。接下来在30分钟内在约50至55℃下进行碱化反应。
在将碱金属纤维素转移至比较例1中提到的耐压卧式混合机中后，为了惰性化的目的将卧式混合机抽真空并用氮气冲刷。如比较例3中所述进行另外的工序，从引入39.1kg的二甲醚和21.0kg的氯代甲烷开始。
  DS(M)   MS(HE/HP)   溶液的浊度TU/F   纤维评级
  比较例1   24.7％   6.4％   12.1   未测量
  实施例2   24.2％   6.6％   6.8   未测量
  比较例3   27.7％   10.3％   7.9   5
  实施例4   27.3％   10.5％   2.4   3
通过在单独的立式混合机中碱化的方式获得的产物在溶液中的性能方面与传统方法获得的比较明显不同。在水溶液中，该产物具有明显增加的溶解度以给出清澈溶液并且具有降低了的不溶纤维的比例，这归因于改进的碱化。
附图标记清单
1   混合设备
2   立式混合机
3   混合反应器
20  圆柱形部分
21  锥形部分
22  入口阀
23    混合装置
24    马达
25    垂直旋转轴
26    马达
27    混合装置
28    入口
29    入口
30    旋转轴
31    混合装置
32    马达
33    入口
102   圆锥形立式混合机
102a  上部部分
102b  下部部分
120   入口阀
121   混合装置
122   轴
123   垂直轴
124   外壳
125   箭头
126   箭头
127   马达
128   入口
129   入口
202   立式混合机
202a  上部部分
202b  下部部分
220   入口阀或开口
221   混合装置
222   马达
224   混合装置
225   垂直轴
226   马达
227   入口
228   入口

Claims (12)

1.一种用于制备碱纤维素的方法，所述方法包括使纤维素与碱金属氢氧化物反应，其特征在于在混合设备中将所述碱金属氢氧化物与磨碎的纤维素批料混合，
所述混合设备具有上部区域和下部区域，所述上部区域具有第一横截面，所述下部区域具有第二横截面，所述第二横截面小于所述第一横截面，并且所述混合设备包括至少一个非水平定向的连续或分隔的单轴混合装置，所述单轴混合装置为螺杆或者单或双螺带的形式，其中所述单轴混合装置由在中心且垂直定向的轴旋转；并且
在所述混合设备的所述下部区域中的进料点，将所述碱金属氢氧化物加入到所述纤维素中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合设备包括垂直定向的圆锥形部分，所述垂直定向的圆锥形部分被设置在所述混合设备的所述下部区域中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述上部区域是圆柱形部；并且所述下部区域是圆锥形部。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中相对于所述混合设备的纵向延长线，所述混合设备还包括倾斜定向的混合装置，所述倾斜定向的混合装置能环绕垂直轴旋转。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过混合或旋转切刀促进所述混合设备中的所述碱金属氢氧化物的分散，所述混合或旋转切刀位于所述碱金属氢氧化物的进料点附近。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述混合设备能通过冷却夹套或冷却旋管冷却，和/或其中所述混合设备在惰性气氛下运行，和/或其中所述混合设备被设计成耐受下游压力反应的压力波动。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述碱金属氢氧化物以碱金属氢氧化物水溶液的形式进料到混合设备中。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述混合设备中通过环流将所述碱金属氢氧化物与纤维素混合。
9.一种用于制备纤维素醚的方法，所述方法包括：
使纤维素与碱金属氢氧化物反应，以制备碱纤维素，和
使所述碱纤维素与一种或多种用于制备纤维素衍生物的衍生剂反应，
其特征在于在混合设备中将所述碱金属氢氧化物与磨碎的纤维素批料混合，
所述混合设备具有上部区域和下部区域，所述上部区域具有第一横截面，所述下部区域具有第二横截面，所述第二横截面小于所述第一横截面，并且所述混合设备包括至少一个非水平定向的连续或分隔的单轴混合装置，所述单轴混合装置为螺杆或者单或双螺带的形式，其中所述单轴混合装置由在中心且垂直定向的轴旋转；并且
在所述混合设备的所述下部区域中的进料点，将所述碱金属氢氧化物加入到所述纤维素中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述衍生剂是烷基化剂和/或羟烷基化剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中
-所述混合设备耐压或者不耐压，并且
-如果所述混合设备耐压，则将所述碱纤维素与一种或多种所述烷基化剂和/或羟烷基化剂在所述混合设备中反应，或将所述碱纤维素转移到另一个耐压反应容器中，并且在那里与一种或多种所述烷基化剂和/或羟烷基化剂反应，或者
-如果所述混合设备不耐压，则将所述碱纤维素转移到耐压反应容器中，并且在那里与一种或多种所述烷基化剂和/或羟烷基化剂反应。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中所制备的纤维素醚选自烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素或羟烷基纤维素。
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