CN102492044A

CN102492044A - 羟乙基纤维素精制方法

Info

Publication number: CN102492044A
Application number: CN2011103980281A
Authority: CN
Inventors: 吕玉山; 冉阳平; 肖阳海; 谭敏; 邱天才; 杨利芬; 陈思志; 杨春; 张伟; 张仕明; 冉启明; 谢兴连; 梁鼎; 郑伦华
Original assignee: Luzhou Beifang Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Luzhou Beifang Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明属于羟乙基纤维素生产方法技术领域，特别涉及羟乙基纤维素精制方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种羟乙基纤维素精制方法，该方法工艺简便、得到的产品质量高。羟乙基纤维素精制方法，包括中和、交联、洗涤、过滤、烘干、粉碎步骤，其中的中和步骤使用的中和剂为无机酸。本发明通过改变中和剂的种类，使羟乙基纤维素精制方法可以连续化生产，处理出来的产品白度和流散性高，产品稳定性比较好。此外生产线连续化极大地提高了生产线生产效率，降低了工人操作劳动强度，提高了生产线本质安全，降低了能源及原材料消耗。

Description

羟乙基纤维素精制方法

技术领域

本发明属于羟乙基纤维素生产方法技术领域，特别涉及羟乙基纤维素精制方法。

背景技术

羟乙基纤维素(HEC)是一种由碱纤维素和环氧乙烷(或氯乙醇)经醚化反应制备而成的白色或淡黄色、无味、无毒纤维状或粉末状的非离子型水溶性的纤维素醚。

HEC的主要特性是冷水、热水均可溶，且无凝胶特性，取代度、溶解度和粘度范围很宽，热(140℃以下)稳定性好，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、水泥和石膏助剂、增稠剂、悬浮剂、药用辅料、防雾剂、油井压裂液、钻井处理剂、纤维和纸张上浆剂、润湿溶液、分散剂、膜助剂、油墨助剂、防腐剂和防垢剂、化妆品、牙膏、铸膜剂、热记录纸、润滑剂、密封剂、凝胶剂、防水剂、杀菌剂、细菌培养介质等等，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，在社会经济中发展起着重要作用，是近年来发展较快的纤维素醚之一。

HEC醚化结束后，需要精制，精制生产包括中和、交联、洗涤、过滤、烘干步骤，交联剂为羟乙基纤维素精制中常用的交联剂；中和步骤使用的中和剂通常为有机酸，如醋酸、丙酸、甲酸中的一种或多种。

当采用醋酸、丙酸、甲酸等有机酸中和时，具有以下缺点：

1、有机酸作为中和剂时，中和后物料有溶胀现象，外观显示较稠，在醚化反应后的溶剂中呈乳浊液状态，除去醚化反应介质后物料具有一定粘性，会堵塞滤布；

2、有机酸作为中和剂时，物料含水量大，达到65～80％左右，通过离心机或压滤机形成滤饼的时候，会因为物料具有一定溶胀度，被挤压得过于致密、严实，当洗液连续进入滤饼洗涤时，洗液通过时的压力达到了压滤机自身能承受的最高压力，因而洗液流量小，设备操作弹性小；

3、因为有机酸分子量大，所形成的钠盐在洗涤溶剂中溶解度低，洗涤一次不能将产品灰分降低到5％以下，而且进入烘干机湿含量过高，烘干机一次性烘不干，必须分别经过两次洗涤、两次烘干，不能达到一次性洗涤、烘干的连续工艺过程。

4、烘干后物料因为经过两次洗涤、烘干物料颗粒较大，相对较硬，粉碎过程中，粉碎负荷较大，粉碎机顶部的温度达到80℃～120℃，使粉碎能力降低。

综上所述，目前采用有机酸作为中和剂导致后续处理工艺复杂、生产成本高、得到的羟乙基纤维素精制产品质量不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种羟乙基纤维素精制方法，该方法工艺简便、得到的产品白度高。

羟乙基纤维素精制方法，包括包括羟乙基纤维素粗品中和、交联、洗涤、过滤、烘干和粉碎步骤制得羟乙基纤维素精制品，其中的中和步骤使用的中和剂为无机酸。

由于HEC极易溶解于水，使得反应产物的洗涤纯化十分困难，本发明采用15％～90％浓度的无机酸作为中和剂，控制中和后的羟乙基纤维素粗品pH为2～6.5，可以去掉浆料中的碱性物质。

无机酸浓度优选为35～50％，无机酸浓度40～50％效果最佳。

中和时控制中和后产品pH在3～5时效果最佳。

所述无机酸为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的至少一种。

优选的，无机酸为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的至少一种，且含有硝酸。

交联时所用交联剂为醛类有机化合物；交联剂用量为干基纤维素重量的1％～20％，交联反应温度20～80℃，时间为10～120min。所述干基纤维素重量为制备羟乙基纤维素时所使用原料含有的纤维素净含量。

洗涤时洗液流量控制在2～10m³/h。

过滤后的滤饼湿含量50～65％。

洗液为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮中的至少一种。

烘干时氮气的温度120～160℃，物料出料温度控制在70～140℃。

洗涤、过滤时采用转鼓式连续压滤机，烘干时采用气提式连续烘干机，粉碎时采用涡轮式连续粉碎机。

本发明采用硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等无机酸中和时，具有以下优点：

1.无机酸中和后的物料外观显示为呈沙粒状，悬浮于醚化反应后的溶剂中，当洗涤过滤形成滤饼时有利于洗液连续通过，因而能够采用转鼓式连续压滤机洗涤设备连续洗涤，物料被均分布于过滤网上，在一定压力下，用含水有机溶剂洗涤，洗涤和分离同时进行，而且洗涤时各段洗液压力不高，有利于压滤机操作弹性。

2.无机酸相对于有机酸成本更低，更容易从市场购买，可以有稳定的来源和质量保证。

3.无机酸中和后的物料经过洗涤、烘干、粉碎后得到的产品外观可视白度更好。

本发明通过改变中和剂的种类，使羟乙基纤维素精制方法可以连续化生产，处理出来的产品白度和流散性高，产品稳定性比较好。此外生产线连续化极大地提高了生产线生产效率，降低了工人操作劳动强度，提高了生产线本质安全，降低了能源及原材料消耗。

具体实施方式

无机酸中含有硝酸时产品品质最好，后续洗涤、过滤、烘干、粉碎步骤也可以非常连续、顺畅的进行。目前，本领域技术人员均未曾采用硝酸来做中和剂。但本发明的发明人通过实验发现采用硝酸做中和剂时，中和效果不仅优于有机酸，更优于其它无机酸。虽然使用硝酸具有一定的操作危险性，可以通过增加防护措施来解决。

所述交联为用交联剂对产品进行交联处理，其原理是HEC中没有反应的自由羟基与醛类交联剂缩合使其转化为不溶于水的半缩醛。交联剂用量为干基纤维素重量的1％～20％，交联反应温度20～80℃，时间为10～120min，这样处理后的浆料物料变稀，悬浮于溶剂中，当洗涤过滤形成滤饼时有利于洗液连续通过。

优选的，交联剂用量为干基纤维素重量的5～10％时效果最佳。

交联反应优选为25～55℃。交联反应时间优选为30～90min时效果最佳。

交联剂为羟乙基纤维素精制中常用的交联剂，优选为醛类有机化合物，常用乙二醛。

所述洗涤、过滤采用压滤机，优选转鼓式连续压滤机连续洗涤，交联后的浆料物料变稀，悬浮于溶剂中，当洗涤过滤形成滤饼时有利于洗液连续通过。因此各段洗液压力不高，有利于压滤机操作弹性，物料被均分布于过滤网上，一定压力下，用洗液，即含水有机溶剂洗涤，洗涤和分离同时进行。同时回收废洗液，降低了生产成本，提高了生产效率。对HEC粗品分区域除去溶剂并同时用洗液洗涤，洗液流量控制在2～10m³/h，1吨干基纤维素所生产的羟乙基纤维素粗品的洗涤时间为5～10h；达到连续洗涤。洗涤、过滤后的滤饼湿含量50～65％。干基纤维素重量为制备羟乙基纤维素粗品时所使用原料含有的纤维素净含量。

洗液流量7～8.5m³/h效果最佳。

洗液为含水有机溶剂，可以为与水互溶的醇类、酮类有机化合物，如甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮中的至少一种。

所述烘干采用烘干机，优选为带有搅拌装置和循环运行的干燥氮气的气提式连续烘干机，可以进行一次性连续烘干，搅拌装置对烘干物料进行翻转，循环氮气进口的温度可以达到120～160℃，氮气浓度大于98％，烘干时物料出料温度控制在70～140℃，这样循环运行的干燥氮气一次性将物料中溶剂全部气化带走，达到了连续烘干生产。携带走的有机溶剂到溶剂回收设备中冷凝回收，以便降低生产成本。

进一步的，循环氮气进口的温度140～150℃效果最佳。

烘干时物料出料温度75～95℃效果最佳。

所述粉碎采用粉碎机，优选为涡轮式连续粉碎机，烘干出料的物料因为一直处于连续运动中，物料状态疏松，在粉碎过程中，粉碎机顶部的温度50～80℃，粉碎能力200～600Kg/h，粉碎后产品细度80目筛上物小于1％，粉碎能力提高。

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例一

精制棉粉1000Kg醚化反应制备得到HEC粗品，在醚化反应结束后加入45％重量百分比浓度的硝酸中和到pH＝2～3，加入80Kg乙二醛作交联剂，交联时间1h、交联温度25～30℃。交联后用螺杆泵打入转鼓式连续压滤机连续洗涤，用含水量18％的异丙醇水溶液作洗液，洗液流量8m³/h，洗涤后的滤饼湿含量53％。然后进入气提式连续烘干机用氮气连续加热烘干，氮气浓度大于98％，氮气温度140℃，烘干物料出料温度95℃，再经过涡轮式连续粉碎机粉碎得到粉末料，粉碎机顶部的温度60℃，粉碎能力200～600Kg/h，粉碎后产品细度80目筛上物小于1％。

按上述连续化方法洗涤、烘干、粉碎该批产品共用时7h。得到的产品物料灰分4.5％，水分含量2.3％，目测产品白度高，流散性高，产品稳定性较好。

实施例二

与实施例1相同的HEC粗品，在醚化反应结束后加入35％浓度的硫酸中和到pH＝5～6，加入100Kg乙二醛作交联剂，交联时间1.5h、交联温度45℃～50℃。用螺杆泵打入压滤机连续洗涤，用含水量25％的叔丁醇水溶液作洗液，洗液流量7m³/h，洗涤后的滤饼湿含量60％。然后进入气提式连续烘干机用氮气连续加热烘干，氮气浓度大于98％，氮气温度145℃，烘干物料出料温度75℃，再经过涡轮式连续粉碎机粉碎得到粉末料，粉碎机顶部的温度60℃，粉碎能力100～300Kg/h，粉碎后产品细度80目筛上物小于5％。

按上述连续化方法洗涤、烘干、粉碎该批产品用时10h，得到的产品物料灰分4.3％，水分含量2.0％，产品白度和流散性高，产品稳定性较好。

实施例三

与实施例1相同的HEC粗品，在醚化反应结束后加入50％浓度的复合无机酸(硝酸、硫酸酸组成，重量比1∶1)中和到pH＝3～4，加入50Kg乙二醛作交联剂，交联时间0.5h、温度50～55℃，用螺杆泵打入压滤机连续洗涤，用含水量30％的丙酮水溶液作洗液，洗液流量8.5m³/h，洗涤后的滤饼湿含量50％。然后进入气提式连续烘干机用氮气连续加热烘干，氮气浓度大于98％，氮气温度148℃，烘干物料出料温度95℃，再经过涡轮式连续粉碎机粉碎得到粉末料，粉碎机顶部的温度80℃，粉碎能力200～400Kg/h，粉碎后产品细度80目筛上物小于5％。

按上述连续化方法洗涤、烘干、粉碎该批产品用时6h，最终物料灰分4.0％，水分含量3.3％，产品白度和流散性高，产品稳定性较好。

对比例1

与实施例1相同的HEC粗品，在醚化反应结束后加入50％浓度的醋酸中和到pH＝3～4，加入80Kg乙二醛作交联剂，交联时间2h、温度35～45℃后，用螺杆泵打入压滤机洗涤，用含水量18％的异丙醇水溶液作洗液，由于交联后物料粘度高，洗液流量低3m³/h，洗涤时间长达10h，进入烘干机烘干至含湿量30％，接袋。再次重复洗涤，烘干步骤，物料出料温度75℃，再经过涡轮式连续粉碎机粉碎得到粉末料，粉碎机顶部的温度较高105℃，粉碎能力100～300Kg/h，粉碎后产品细度80目筛上物小于5％。最终物料灰分5.0％，水分含量2.0％，目测产品白度和流散性差。按此间段式洗涤、烘干、粉碎该批产品用时25h。

本发明方法与对比例1相比，对比例1生产周期耗时为本发明方法的2～4倍，本发明由于可以连续化生产，生产周期大大缩短，生产成本降低，并且处理出来的产品白度和流散性高，产品稳定性比较好。

Claims

1.羟乙基纤维素精制方法，包括羟乙基纤维素粗品经中和、交联、洗涤、过滤、烘干和粉碎步骤制得羟乙基纤维素精制品，其特征在于：中和步骤使用的中和剂为无机酸。

2.根据权利要求1所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：无机酸重量百分比浓度为35～50％。

3.根据权利要求1或2所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：中和后的羟乙基纤维素粗品pH为2～6.5。

4.根据权利要求1～3任一项所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：所述无机酸为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：所述无机酸含有硝酸。

6.根据权利要求1～5任一项所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：交联时所用交联剂为醛类有机化合物；交联剂用量为干基纤维素重量的1％～20％，交联反应温度20～80℃，时间为10～120min；所述干基纤维素重量为制备羟乙基纤维素粗品时所使用原料含有的纤维素净含量。

7.根据权利要求1～5任一项所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：洗涤时，洗液流量控制在2～10m³/h，1吨干基纤维素所生产的羟乙基纤维素粗品的洗涤时间为5～10h；干基纤维素重量为制备羟乙基纤维素粗品时所使用原料含有的纤维素净含量。

8.根据权利要求7所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：洗液为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮中的至少一种。

9.根据权利要求1～5任一项所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：烘干时氮气的温度120～160℃，物料出料温度控制在70～140℃。

10.根据权利要求1～5任一项所述的羟乙基纤维素精制方法，其特征在于：洗涤、过滤时采用转鼓式连续压滤机，烘干时采用气提式连续烘干机，粉碎时采用涡轮式连续粉碎机。