CN102643357A - 利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素的方法：将废弃的棉织物洗净、晾干、剪碎，置于预处理剂溶液中加热并搅拌，待棉织物褪色后滤出；将棉织物放入氢氧化钠溶液中，在75℃～100℃下加热45～90min，直至棉织物颜色完全褪去，得到纤维素；将纤维素浸没于氢氧化钠溶液，在30℃～50℃温度下加热1.5～2h，然后去除氢氧化钠溶液得到碱纤维素；将碱纤维素撕碎后加入无水乙醇和氢氧化钠溶液；在50℃～60℃下滴加氯乙酸乙醇溶液；在70℃～80℃下加热80～100min；抽滤并洗涤；加入酚酞指示剂，滴加盐酸中和直至溶液无色，再用洗涤1～2次，抽滤后烘干，得到成品。

Description

利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠的方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠的方法。
背景技术
目前，羧甲基纤维素钠的制备方法有很多，每种方法各有优劣。1)专利申请(公开号：CN88101790A)中记载了采用稻草及植物秸秆为原料，经过堆贮、预处理、浸渍等近15个步骤制备得到羧甲基纤维素钠；由于草木中还包含木质素、戊糖、脂肪和蜡等有机物，为了去除这些有机物，该方法所需的蒸煮温度较高，且蒸煮时间较长，耗时耗力；2)专利申请(公开号：CN101324034A)中采用涂布损纸为原料，经过预处理、碱化、压滤等近13个步骤制备得到羧甲基纤维素钠；由于作为原料的涂布损纸中的纤维素含量不高，得到的产品纯度也不高，同时，涂布损纸成本较高，且该方法工艺步骤较为繁琐，因此该方法的制备费用较高。3)专利申请(公开号：CN101768220A)中采用落地棉为原料，经去除杂质、碱化、醚化等步骤制备得到羧甲基纤维素钠；因作为原料的落地棉中有较多杂物，如沙、石、棉壳、棉花表皮角膜质，其前期处理相当复杂；同时，制备过程中需要使用的有机溶剂种类较多，导致其制备过程后期处理较为繁琐。目前，羧甲基纤维素钠的工业生产多以精制棉短绒为原料，但棉短绒价格高，并且精制过程中产生大量的难以处理的废水，污染环境。
综上，研究一种工艺简单，便于操作，且成本较低的羧甲基纤维素钠的制备方法是十分有现实意义的。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠的方法，该方法以废弃棉织物为原料，经过一系列简单处理即可得到羧甲基纤维素成品，克服了常用的羧甲基纤维素的制备方法中步骤繁多、成本较高的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)原料预处理
将废弃的棉织物洗净、晾干、剪碎后，置于预处理剂溶液中，在76℃～100℃温度条件下加热并搅拌，肉眼观察，待棉织物褪色后将其中的预处理剂溶液挤出；
2)碱蒸煮
将棉织物放入质量浓度为10％～20％的氢氧化钠溶液中，在75℃～100℃的温度条件下加热45～90min，加热过程中搅拌，直至棉织物颜色完全褪去，过滤烘干得到纤维素；
3)纤维素的碱化
将纤维素浸没于质量浓度35％-45％的氢氧化钠溶液，在30℃～50℃温度下加热1.5～2h，加热过程中搅拌，然后去除氢氧化钠溶液直至剩余质量为浸泡前纤维素质量的2～4倍，得到碱纤维素；
4)碱纤维素的醚化
将碱纤维素撕碎后置于玻璃容器中，加入无水乙醇，无水乙醇与碱纤维素质量比为8～12∶1；再加入质量浓度为35％～45％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠与碱纤维素的质量比4～4.57∶1；然后在50℃～60℃的温度下滴加氯乙酸乙醇溶液，30～50min内滴加完毕，氯乙酸乙醇溶液与无水乙醇的质量比为1∶6～12；所述的氯乙酸乙醇溶液是由氯乙酸和无水乙醇以质量比为1∶8～12混合而成；最后在70℃～80℃的温度下加热80～100min；上述过程持续搅拌；
5)后处理
将醚化过程得到的产物抽滤，用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤两次，每次半小时，洗涤过程中搅拌；然后加入酚酞指示剂，滴加盐酸中和直至溶液无色，再用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤1～2次，抽滤，在70～80℃温度条件下烘干，得到羧甲基纤维素钠成品。
进一步的，所述废弃的棉织物为废弃的无色棉织物或有色棉织物。
进一步的，所述预处理剂是无机氧化物或者无机氧酸盐。
本发明的优点如下：
1、以废弃棉织物为原料，其来源广，成本较低，经济效益可观，且消除了其对环境所造成的污染，环境效益显著。
2、废弃纯棉织物中纤维素的含量高达94％以上，产品获得率及纯度高，性能稳定。
3、生产工艺简单，且制备过程中使用的有机溶剂种类少，仅仅使用了无水乙醇作为溶剂，克服了现有方法中使用有机溶剂过多导致后期处理繁琐的缺陷。
4、针对废弃棉织物的理化特点，对废弃棉织物的预处理环节进行了缜密的分析和试验，实现了废弃棉织物经快速处理后即可作为羧甲基纤维素的原料。
5、生产过程具有环境友好的突出优势，不仅实现了废弃棉织物的资源化，使可再生资源得以循环利用，避免了潜在的环境污染，而且生产中所用的化工原料大部分可来自现有诸多化工单元的副产品，工艺过程绿色环保。
具体实施方式
本发明的利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素的方法，具体包括如下步骤：
1、原料预处理
将废弃的棉织物洗净、晾干、剪碎后，置于预处理剂溶液中，在76℃～100℃温度条件下加热并搅拌，肉眼观察，待棉织物褪色后将其中的预处理剂溶液挤出。
所述废弃的棉织物为废弃的无色棉织物或有色棉织物；预处理剂是无机氧化物或者无机氧酸盐，如质量浓度为30％～45％的过氧化氢，或者次氯酸。
2、碱蒸煮
将棉织物放入质量浓度为10％～20％的氢氧化钠溶液中，在75℃～100℃的温度条件下加热45～90min，加热过程中搅拌，直至棉织物颜色完全褪去，过滤烘干得到纤维素。
3、纤维素的碱化
将纤维素浸没于质量浓度35％-45％的氢氧化钠溶液，在30℃～50℃温度下加热1.5～2h，加热过程中搅拌，然后去除氢氧化钠溶液直至剩余质量为浸泡前纤维素质量的2～4倍，得到碱纤维素。
上述纤维素的碱化过程反应式：[C6H7O2(OH)3]n+NaOH→[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O。该纤维素碱化过程实际上是氢氧化钠溶液对纤维素分子中氢键的破坏。纤维素分子链上有3个自由羟基，可视为多元醇，因多元醇可与碱反应生成醇化物或分子化合物，所以当氢氧化钠溶液渗透到纤维素内部时，纤维素与氢氧化钠反应生成碱纤维素。天然纤维素只有经过氢氧化钠处理成碱纤维素，才能与氯乙酸反应。
4、碱纤维素的醚化
将碱纤维素撕碎后置于玻璃容器中，加入无水乙醇，无水乙醇与碱纤维素质量比为8～12∶1；再加入质量浓度为35％～45％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠与碱纤维素的质量比4～4.57∶1；然后在50℃～60℃的温度下滴加氯乙酸乙醇溶液，30～50min内滴加完毕，氯乙酸乙醇溶液与无水乙醇的质量比为1∶6～12；所述的氯乙酸乙醇溶液是由氯乙酸和无水乙醇以质量比为1∶8～12混合而成；最后在70℃～80℃的温度下加热80～100min；上述过程持续搅拌。
上述碱纤维素的醚化反应式：[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClCH2COOH→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaCl。该醚化反应是在碱性条件下，氯乙酸与碱纤维素发生反应生成羧甲基纤维素钠，该反应是羧甲基中的正碳离子进攻碱纤维素中的氧负离子的亲电取代反应。在碱性介质中进行醚化反应时，仲羟基，尤其是基环位置2上具有较大酸性的仲羟基反应能力较大，易被羧甲基基团取代。
5、后处理
将醚化过程得到的产物抽滤，用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤两次，每次半小时，洗涤过程中搅拌；然后加入酚酞指示剂，滴加盐酸中和直至溶液无色，再用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤1～2次，抽滤，在70～80℃温度条件下烘干，得到羧甲基纤维素钠成品。
得到羧甲基纤维素钠成品后，剩余的废液可以再加以利用，由于剩余溶液中含有氯离子，向其中加入氨水，即可得到副产品氯化铵。
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1：
(1)原料预处理
将废旧的棉质上衣洗净、晾干并剪碎，置于质量浓度为30％的过氧化氢溶液中，利用电子调温电热套加热并搅拌，加热温度为76℃，肉眼观察，待棉织物褪色后将棉织物中的预处理剂溶液挤出。
(2)碱蒸煮
将棉织物放入质量浓度为20％的氢氧化钠溶液中，使用KDM型调温电热套在75℃条件下蒸煮90min，并搅拌，直至棉织物颜色完全褪去，过滤烘干得到纤维素。
(3)纤维素的碱化
称取1g纤维素，将其剪碎后放入玻璃容器，加入30ml质量分数为45％的氢氧化钠溶液，使其完全浸没纤维素，然后在30℃条件下使用多头磁力搅拌器搅拌2h，去除氢氧化钠溶液直至剩余的质量是浸泡前纤维素质量的2倍，得到碱纤维素。
(4)碱纤维素的醚化
将碱纤维素撕碎后放入烧杯，加入无水乙醇，无水乙醇与碱纤维素质量比为12∶1；再加入8ml质量浓度为35％的氢氧化钠溶液；然后在50℃的温度下滴加氯乙酸乙醇溶液，30min内滴加完毕；氯乙酸乙醇溶液由氯乙酸和无水乙醇按照质量比1∶8混合而成，氯乙酸取2g；最后在70℃条件下用恒温磁力搅拌器搅拌80min。
(5)后处理
将醚化过程得到的产物使用XHZ-B循环水式真空泵滤出，再用120ml质量浓度为70％的酒精洗涤两次，每次半个小时，洗涤过程中搅拌，再滴加酚酞指示剂，滴加盐酸中和至溶液无色，再用120ml质量浓度为70％的酒精洗涤1次，抽滤并放入70℃的烘箱烘干，即得到碱纤维素钠成品。
通过灰碱法，测得本实施例所得产品的取代度DS为2.09。
实施例2：
(1)原料的预处理：
将废旧的棉质上衣洗净、晾干并剪成碎细条状后，称取3g，将其完全浸没在质量浓度为45％的过氧化氢溶液中，利用电子调温电热套加热并搅拌，加热加热温度为100℃，肉眼观察，待棉织物褪色后将其中的过氧化氢溶液挤出。
(2)碱蒸煮
将棉织物加入到质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中，并用KDM型调温电热套在100℃条件下蒸煮45min，适当搅拌防止膨胀胀出，直至棉织物颜色完全褪去，过滤烘干得到纤维素。
(3)纤维素的碱化
将纤维素剪碎后放入玻璃容器，加入30ml质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，使其完全浸没纤维素，然后在50℃条件下使用恒温多头磁力搅拌器下搅拌1.5h，去除氢氧化钠溶液直至剩余的质量是浸泡前纤维素质量的4倍，得到碱纤维素。
(4)碱纤维素的醚化
将碱纤维素剪碎后放入烧杯，加入无水乙醇，无水乙醇与碱纤维素质量比为12∶1；再加入8ml质量浓度为45％的氢氧化钠溶液；然后在60℃下滴加氯乙酸乙醇溶液，50min内滴加完毕；氯乙酸乙醇溶液由氯乙酸和无水乙醇按照质量比1∶9混合而成，氯乙酸为2.0g。然后在80℃条件下使用磁力搅拌器搅拌100min。
(5)后处理
将醚化过程中得到的产物使用XHZ-B循环水式真空泵滤出，再用120ml质量浓度为90％的酒精洗涤两次，每次半个小时，洗涤过程中搅拌；再滴加酚酞作指示剂，滴加盐酸中和至无色，再用120ml质量浓度为90％的酒精洗涤1次，抽滤后放入90℃的烘箱烘干，即得到碱纤维素钠成品。
经灰碱法检验，本实施例所的得产品的取代度为2.06。
以上实施例仅用于进一步解释本发明的内容，而非限制本发明的范围。在阅读了本发明的方案之后，本领域技术人员可对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明的权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种利用废弃棉织物制备羧甲基纤维素的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)原料预处理
将废弃的棉织物洗净、晾干、剪碎后，置于预处理剂溶液中，在76℃～100℃温度条件下加热并搅拌，肉眼观察，待棉织物褪色后将其中的预处理剂溶液挤出；
2)碱蒸煮
将棉织物放入质量浓度为10％～20％的氢氧化钠溶液中，在75℃～100℃的温度条件下加热45～90min，加热过程中搅拌，直至棉织物颜色完全褪去，过滤烘干得到纤维素；
3)纤维素的碱化
将纤维素浸没于质量浓度35％-45％的氢氧化钠溶液，在30℃～50℃温度下加热1.5～2h，加热过程中搅拌，然后去除氢氧化钠溶液直至剩余质量为浸泡前纤维素质量的2～4倍，得到碱纤维素；
4)碱纤维素的醚化
将碱纤维素撕碎后置于玻璃容器中，加入无水乙醇，无水乙醇与碱纤维素质量比为8～12∶1；再加入质量浓度为35％～45％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠与碱纤维素的质量比4～4.57∶1；然后在50℃～60℃的温度下滴加氯乙酸乙醇溶液，30～50min内滴加完毕，氯乙酸乙醇溶液与无水乙醇的质量比为1∶6～12；所述的氯乙酸乙醇溶液是由氯乙酸和无水乙醇以质量比为1∶8～12混合而成；最后在70℃～80℃的温度下加热80～100min；上述过程持续搅拌；
5)后处理
将醚化过程得到的产物抽滤，用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤两次，每次半小时，洗涤过程中搅拌；然后加入酚酞指示剂，滴加盐酸中和直至溶液无色，再用质量浓度为70％～90％的乙醇溶液洗涤1～2次，抽滤，在70～80℃温度条件下烘干，得到羧甲基纤维素钠成品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃的棉织物为废弃的无色棉织物或有色棉织物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理剂是无机氧化物或者无机氧酸盐。
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