CN103819567A - 生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法 - Google Patents

生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于生产较少泛黄的低取代羟丙基纤维素的方法。更具体地讲，用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法包含以下步骤：使碱纤维素和醚化剂反应以获得反应混合物；将所述反应混合物分散在含有用于中和反应混合物的全部量所必需的乙酸的一部分的水中，以中和所述反应混合物的一部分，并随后完全与剩余乙酸中和以导致沉淀，获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液；通过带切碎器泵碎裂浆液中的固体组分，所述固体组分含有粗制低取代羟丙基纤维素，并且排出含有碎裂的固体组分的浆液；用水洗涤排出浆液，以获得纯化的低取代羟丙基纤维素的饼状物；和干燥该饼状物。

Description

生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产用于化工领域、制药领域等领域中纯化的低取代纤维素的方法。
背景技术
在醚化反应完成之后，通过部分中和在水中的用作反应催化剂的碱金属氢氧化物，部分溶解低取代羟丙基纤维素的方法，生产不溶于水但可溶于水性碱溶液的低取代羟丙基纤维素(日本专利申请已审公布No.57-53100)。
在用于获得水溶性纤维素醚或纤维素醚的纯化步骤中，利用叶轮旋转来增加提升高度的离心泵用于粗制水溶性纤维素醚或粗制纤维素醚的浆液的转移，所述粗制水溶性纤维素醚或粗制纤维素醚在醚化反应之后已经分散于用于制浆的水中。
作为另一种方式，使用容积式旋转的泵，其在浆液的转移期间从不向浆液中的固体粒子施加过度剪切力(日本专利申请未审查公布No.61-34001)。为了工业化生产纤维素衍生的粒子，使用带切碎器的泵，目的在于有效混合产出的羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯或羟丙基甲基纤维素乙酸琥珀酸酯与水的反应液体(日本专利申请未审查公布No.64-70502)。
发明内容
根据日本专利申请已审公布No.57-53100中的中和方法，当用于部分中和反应的酸的量很小时，粗制低取代羟丙基纤维素浆液中的固体粒子在中和之后不可避免地具有胶凝表面。胶凝表面抑制致泛黄物质的转移，使得在纯化步骤中难以提取致泛黄物质。因此，如此获得的低取代羟丙基纤维素黄化。
低取代羟丙基纤维素不溶于水并且具有特性，即，与水溶性纤维素醚相比的优良保水率。因此，低取代羟丙基纤维素保持含有致泛黄物质的大量水，使得在纯化步骤中极难移除致泛黄物质。
为了从具有胶凝表面的固体粒子上所述凝胶内更有效地提取致泛黄物质，必须物理地破裂固体粒子的胶凝部分。胶凝部分的不充分破裂妨碍致泛黄物质的充分移除。另一方面，胶凝部分的过度破裂导致纯化步骤的时间延长，因为微小化的固体粒子对过滤的阻力致使过滤时间增加。
特别地，在具有优良保水率的纤维素如低取代羟丙基纤维素的生产中，脱水步骤在低取代羟丙基纤维素的生产步骤总时中占很大比例。
本发明人已为克服上述问题进行广泛研究。因此，他们已发现，致泛黄物质可以在纯化步骤中通过碎裂浆液中的固体组分而被充分移除，所述固体组分含有与酸部分中和获得的且分散于水中的粗制低取代羟丙基纤维素。特别地，他们已发现，通过在破裂步骤之后调整浆液中固体成分的平均粒度，固体成分未变得过度精细并且纯化步骤的时间可以缩短。因此，他们已根据本发明得到纯化的低取代羟丙基纤维素的生产方法。
根据本发明，提供一种用于产生纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，所述方法包含以下步骤：使碱纤维素和醚化剂反应以获得反应混合物；将反应混合物分散于含有中和所述反应混合物的全部量所必需的酸的部分的水中以部分中和所述反应混合物导致部分沉淀，接着与剩余酸完全中和而导致沉淀，以获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液；通过带切碎器泵碎裂浆液中的固体组分，所述固体组分含有所述粗制低取代羟丙基纤维素，接着排出含有所述碎裂的固体组分的所述浆液；用水洗涤所述排出浆液以获得纯化的低取代羟丙基纤维素的饼状物；和干燥该饼状物。
本发明使得可以提供具有较少泛黄的低取代羟丙基纤维素，同时减少纯化步骤所化时间。
附图说明
图1为示出用于根据本发明生产纯化的低取代羟丙基纤维素设备的一个实施方案的示意图；
图2为示出用于根据本发明生产纯化的低取代羟丙基纤维素设备的另一实施方案的示意图；和
图3为示出用于根据本发明产生纯化的低取代羟丙基纤维素设备的又一实施方案的示意图。
具体实施方式
下文将详细描述本发明。
碱纤维素可以优选通过常用产生方法获得，该方法包含以下步骤：使原材料浆接触碱金属氢氧化物溶液和脱水如此获得的产物。
使原材料浆接触碱金属氢氧化物溶液的步骤的实例包括向原材料浆直接地和逐滴地添加或者喷洒所述碱金属氢氧化物溶液；或将原材料浆浸渍于碱金属氢氧化物溶液中，然后压缩所得浆以移除过量碱金属氢氧化物溶液。
原材料浆的实例包括木浆和棉绒浆。可以使用如片材和粉碎粉末的任何形式的浆而无限制。取决于纤维素醚的目标粘度，所述浆的聚合度可以恰当选择。
碱金属氢氧化物溶液无特别限制，只要可以从中获得碱纤维素。优选为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。从经济角度来看，氢氧化钠的水溶液是特别优选的。碱金属氢氧化物溶液的浓度优选为20至60重量%，特别优选为30至40重量%。当碱金属氢氧化物溶液的浓度小于20重量%时，醚化反应可能不充分进行。当碱金属氢氧化物溶液的浓度大于60重量%时，获得的碱纤维素可能具有不均匀组成并且妨碍均匀解聚。
通过所述接触获得的碱纤维素产物包含碱纤维素、碱金属氢氧化物和水。
针对最适于与醚化剂反应的碱纤维素产物的组成，在向原材料浆直接地和逐滴地添加或喷洒碱金属氢氧化物溶液时，碱纤维素中的碱金属氢氧化物与纤维素的重量比优选为0.1至0.6，更优选为0.2至0.45；并且碱纤维素中水与纤维素的重量比优选为0.3至1.5，更优选为0.45至1.0。在碱金属氢氧化物溶液中浸渍原材料浆，然后压缩所得浆以移除过量碱金属氢氧化物溶液时，在碱纤维素中碱金属氢氧化物与纤维素的重量比优选为0.1至1.0，更优选为0.2至0.8；并且在碱纤维素中水与纤维素的重量比优选为0.1至2.0，更优选为0.3至1.0。当碱金属氢氧化物和水各自的量相对于碱纤维素中的纤维素量小于上述范围时，醚化反应可能不充分进行，从而工业效率可能降低。当碱金属氢氧化物和水各自的量相对于碱纤维素中纤维素的量大于上述范围时，反应期间产生的杂质的量可能增加，使得难以获得具有所需羟丙基取代程度的产物。
制备碱纤维素之后，用惰性气体(优选用氮或氦)吹扫反应容器。这使得可以在后续的醚化反应期间降低反应容器中的氧浓度并且安全进行醚化反应。另外，通过用惰性气体吹扫反应容器以将该反应容器中的氧量保持在预定水平或更小，可以生产具有极少粘度变化的纯化的低取代羟丙基纤维素。
通过在反应容器中充分混合碱纤维素和醚化剂，进行两者之间的反应。
只要进行羟基丙氧基的取代，醚化剂无特别限制。从经济角度来看，优选环氧丙烷。
在碱纤维素中醚化剂与纤维素的摩尔比优选为0.3至3.0。当醚化剂如环氧丙烷的量小于0.3或大于3.0的摩尔比时，可能不获得预定量的羟基丙氧基的取代。
碱纤维素和醚化剂之间的反应温度优选为30℃至80℃，更优选50℃至70℃。当反应温度小于30℃，醚化反应可能花很长时间，这在经济上可能是不利的。当反应温度大于80℃时，羟基丙氧基的取代量可能大于所需。反应时间优选为约1至5小时。可以通过任何以下方法条件添加醚化剂：一次性向反应容器添加预定量的醚化剂的方法，以若干部分将其加入反应容器的方法，预定时间内将其连续加入反应容器的方法以及其它方法。
致泛黄物质尚未被识别。推测致泛黄物质是在醚化反应步骤期间产生，因为与醚化反应之前的碱纤维素相比，醚化反应步骤之后粗制低取代羟丙基纤维素已变黄。
致泛黄物质可溶于水，因此其可以通过在纯化步骤(洗涤和，任选的脱水和/或任选的压缩)中用水提取来移除。
低取代羟丙基纤维素的羟丙氧基含量优选为5至16重量%，特别优选为7至13重量%。当该含量小于5重量%时，羟丙基纤维素的溶胀比可能降低，并且通过使用这种产物获得的片剂或相似物可能具有不完全崩解性。当该含量大于16重量%时，所得羟丙基纤维素可能最终变得可溶于水。低取代羟丙基纤维素中的羟基丙氧基含量可以使用列于日本药典第16版(Japanese Pharmacopoeia SixteenthEdition)中的方法来测量。
在醚化反应之后，通过以下方法，粗制低取代羟丙基纤维素被部分沉淀：将水和用于中和醚化反应产物全部量所必需的酸的一部分放入已知设备中，如捏和型混合器或竖直混合器，将所述醚化反应产物加入该设备中，以及将它们在预定时间混合以部分中和该反应产物。然后，与剩余酸完全中和以部分沉淀所述粗制低取代羟丙基纤维素。部分中和方法适于产生具有受控表观比重的低取代羟丙基纤维素。
中和温度无特别限制。中和温度可能是不加热的室温，或伴随加热的30至80℃。作为水，35至65℃的热水是优选的。
中和低取代羟丙基纤维素的水的重量优选为2至50倍、更优选2至20倍、特别优选4至10倍于醚化反应产物中纤维素的重量。当用于中和反应的水的重量比纤维素的重量少于2倍时，该产物的溶液可能具有高粘度，使得难以均匀地混合低取代羟丙基纤维素。同时，中和反应之后低取代羟丙基纤维素的大多数固体粒子可能不可避免地具有胶凝表面。当用于中和反应的水的重量比纤维素的重量大于50倍时，中和反应所必需的设备需要具有对应的大尺寸，并且同时，脱水获得的纯化产物可能具有高水含量。
假设中和碱金属氢氧化物溶液的全部量所需的酸的量为100重量%，用于低取代羟丙基纤维素的部分中和反应的酸的量优选为3至40重量%，特别优选为8至30重量%。当酸的量少于用于所有碱金属氢氧化物溶液的中和反应所需的酸的量的3重量%时，所述粒子在完成中和反应之后可能具有胶凝表面，因为大量碱金属氢氧化物残留并且纤维素醚的部分沉淀量过小。这抑制致泛黄物质的转移并且使洗涤步骤困难。当酸的量大于40重量%时，纤维素醚的部分沉淀量可能增加，并且来源于原材料浆的纤维可能以原状保持在产物中，从而劣化粉末的流动性。
一部分所述酸添加之后的混合时间优选为5至120分钟，特别优选10至80分钟。当部分中和反应的时间小于5分钟时，低取代羟丙基纤维素的部分中和反应可能不充分。当该时间大于120分钟时，低取代羟丙基纤维素的生产时间可能延长。
部分中和反应之后，添加全部量的剩余酸，并且在预定时间内混合，以实现完全中和反应和沉淀该粗制低取代羟丙基纤维素。酸添加之后的混合时间优选为5至60分钟，特别优选10至30分钟。当酸添加之后的混合时间小于5分钟时，可能妨碍酸的均匀混合。当混合时间大于60分钟时，低取代羟丙基纤维素的生产时间可能延长。
用于中和碱金属氢氧化物溶液的全部量的酸无特别限制，并且可以使用任何酸。酸的实例包括有机酸如乙酸、甲酸和丙酸，和无机酸如盐酸和硫酸。酸的浓度无特别限制，并且可以自由选择。其优选为10至50重量%，特别优选为20至40重量%。
图1示出根据本发明的生产方法中所用的设备的一个实施方案。将中和碱金属氢氧化物溶液的全部量之后的粗制低取代羟丙基纤维素分散于水，用于在容器如浆液槽12中制浆。在此时，制浆的水优选为20至100℃，特别优选为40至80℃。浆液中粗制低取代羟丙基纤维素的浓度优选为2至15重量%，特别优选为3至8重量%。当浆液中粗制低取代羟丙基纤维素的浓度小于2重量%时，纯化步骤所需的时间可能增加，因为需要纯化处理的浆液的量增加。当浓度大于15%时，通过泵的浆液的给送可能变得不可能。制浆之后，提取阀13“开启”并且给送所得浆液，同时通过带切碎器泵1a碎裂浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分。优选的是，在碎裂之后，一部分浆液通过流速控制阀15给送至洗涤机16，同时，在回流阀17被调为“开启”之后，剩余部分通过循环流通道18给送至容器如浆液槽12，并且随后通过带切碎器泵1a循环。在分支点14处，浆液被引入洗涤机中或使浆液回流到浆液槽用于循环。给送至洗涤机16的浆液过滤为饼状物。然后将热洗涤水喷洒到这个饼状物上，然后过滤和再次洗涤。然后，通过连续的压力使由此洗涤的饼状物经受压缩。
在容器如浆液槽12中，由于重力，容易发生含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的粒子的沉淀现象，其可能导致管道例如浆液提取管的堵塞。为了防止管道堵塞，优选的是采用以下方法之一：通过使用搅拌设备11或类似物在容器如浆液槽12内部搅拌以形成均匀分散状态的方法，和使回流阀17“开启”并且用泵使浆液通过循环流通道18循环并同时保持均匀分散状态的方法。
特别地，保水率优良的纤维素，如低取代羟丙基纤维素，往往花很多时间在纯化步骤(洗涤和任选的脱水和/或任选的压缩)中完成全部量浆液的处理。因此，优选的是在系统中保持均匀分散状态，直至纯化步骤中处理的完成。
当进行采用混合器或类似物的搅拌以在系统中保持均匀分散状态时，优选的是在允许用最少功率形成浆液的均匀分散状态的搅拌条件下搅拌。功率过度增加并不优选，因为搅拌产生的剪切力可能过度破裂含有低取代羟丙基纤维素的固体组分粒子。
在浆液于其中循环的系统中，通过使用带切碎器泵1a调节带切碎器泵的操作时间和改变穿过泵的通道所致的破裂的频率，能够调整在容器如浆液槽12中的、含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒度。
还可以使回流阀17“关闭”并且通过流速控制阀15，将带切碎器泵1a排出的浆液所有量给送至洗涤机16。然而，当如本发明中，洗涤机的处理速率可能随时间推移改变时，通过调整泵的排出量和洗涤机的处理速率难以进行连续洗涤。另外，取决于洗涤机的处理能力，泵的浆液排出量变得过度，这可能妨碍连续洗涤。在这种情况下，例如，用于在其中暂时储存浆液的槽（未示出）可以提供在流速控制阀15和洗涤机16之间，从而保持连续洗涤。
将供应至带切碎器泵的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒度优选为2.5至6.0mm，特别优选为3.0至4.0mm。当平均粒度小于2.5mm时，取决于操作条件，例如容器如浆液槽中浆液的量，带切碎器泵的排出量，或洗涤机的处理速率，存在固体组分的粒子通过用带切碎器泵破裂被过度碎裂的可能性；并且纯化步骤中的过滤阻力变得很大，这可能增加纯化步骤的时间。当平均粒度大于6.0mm时，固体组分中粗糙粒子的比例可能增加，使得可能变得难以在纯化步骤中从固体组分提取和移除致泛黄物质。
应该指出的是，浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒度通过由筛分法确定的基于累计重量的粒度分布的50%的粒度来表示。
作为带切碎器泵，优选使用特征为具有碎裂、混合、分散和传送固体组分的所有功能的泵。
从带切碎器泵中排出的浆液的流速取决于容器如浆液槽中浆液的量和洗涤机的处理速率而极大变化。将流过管道的浆液的流速除以管道的横截面积获得的浆液线速度优选为0.2至5.0m/s，特别优选0.5至2.0m/s。当线速度小于0.2m/s时，所述管道的直径可能必须极大地增加来确保预定的流速，但取决于浆液的比重，管道中可能发生沉淀。当线速度大于5.0m/s时，可能妨碍工业上稳定的操作。
为了改善纯化步骤中从固体组分内提取和移除致泛黄物质的能力，浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分必须平均至少一次通过带切碎器泵以便破裂。当浆液循环时，通过操作条件例如容器如浆液槽中浆液的量和带切碎器泵的排出量和排出时间，能调整通过带切碎器泵的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均频率。
取决于操作条件如容器如浆液槽中浆液的量、带切碎器泵的排出量、或洗涤机的处理速率，含有低取代羟丙基纤维素的固体粒子可能在纯化步骤中被带切碎器泵破裂而过度微小化。在系统中安装一个或多个，优选一个或两个旋转泵以防止粒子的过度微小化。
碎裂步骤优选包含通过使用带切碎器泵碎裂含有从用于储存浆液的浆液槽中引入的低取代羟丙基纤维素的浆液；并且将含有碎裂的固体组分的浆液排出到洗涤机或类似物，或将该浆液送回浆液槽用于循环。通过提供带切碎器泵旁路流通道，可以调整待引入洗涤机或类似物的碎裂的粗制低取代纤维素醚的平均粒度，所述带切碎器泵旁路流通道使得浆液能绕过带切碎器泵，并从而控制穿过带切碎器泵的破裂频率。
进入旁路流通道的浆液的引入受旋转泵驱动，所述旋转泵优选位于浆液槽和带切碎器泵之间，和/或带切碎器泵和分支点之间，该浆液在所述分支点被引入到用于洗涤步骤中将使用的洗涤机中，或该浆液在所述分支点被送回该浆液槽用于循环。
另外，通过优选提供使浆液能绕过旋转泵的旋转旁路流通道，能够调整穿过旋转泵的处理频率，以控制待排出到洗涤机或类似物中的碎裂的低取代纤维素醚的平均粒度。提供该旋转旁路流通道，因为旋转泵不向含有低取代羟丙基纤维素的固体组分给予过度剪切力并因此可以抑制固体粒子的微小化，但不能完全阻止旋转泵对粒子的微小化。
带切碎器泵和旋转泵的组合实施方案示于图2。在该实施方案中，旋转泵放置于浆液槽的下游，但在带切碎器泵的上游。
在整个碱金属氢氧化物溶液的中和反应之后，粗制低取代羟丙基纤维素分散于水，用于在容器如浆液槽22中制浆，以获得浆液。在浆液形成之后，使抽气阀23“开启”，切换管路通道开关阀2e以允许浆液通过旋转泵旁路流通道2f，并且同时，切换管路通道开关阀2b以允许浆液通过带切碎器泵2a。然后，给送浆液，同时通过带切碎器泵2a碎裂浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分。
优选的是，穿过流速控制阀25，将具有通过带切碎器泵2a碎裂的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的浆液的一部分给送至洗涤机26；和在使回流阀27“开启”之后，将剩余部分穿过循环流通道28，给送至容器如浆液槽22用于通过带切碎器泵2a的循环。在分支点24处进行浆液引入到洗涤机中或回送到浆液槽用于循环。
当浆液通过浆液槽循环时，平均至少一次通过带切碎器泵2a的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分有可能由于带切碎器泵2a中的破裂作用而被过度微小化。为了抑制微小化，优选的是切换该管路通道开关阀2e以允许浆液通过旋转泵2d，并且同时切换该管路通道开关阀2b以允许浆液通过带切碎器泵旁路流通道2c；并且在切换之后，通过使用旋转泵2d来给送所述系统中的浆液。
优选的是，将已通过旋转泵2d给送的浆液的一部分，穿过流速控制阀25给送至洗涤机26；并且通过循环流通道28将剩余部分给送至容器如浆液槽22以用于通过旋转泵2d的循环。
给送至洗涤机26的浆液过滤为饼状物。类似于上述饼状物，使饼状物经受用于洗涤的热水喷洒，再次过滤，并且洗涤。使如此洗涤的饼状物经受已知方式的压缩。
也可以在浆液给送至带切碎器泵2a或旋转泵2d时，使回流阀27“关闭”，以及将已由泵排出的全部量的浆液通过流速控制阀25给送至洗涤机。然而，如本发明中，在洗涤机的处理速率随时间推移而改变的情况下，难以连续洗涤该浆液，同时调整泵的排出量和洗涤机的处理速率。另外，取决于洗涤机的处理能力，通过泵的浆液排出量变得过度而使连续洗涤受阻。在这种情况下，通过在流速控制阀25和洗涤机26之间提供用于在其中暂时储存浆液的槽（未示出），可以维持连续洗涤。
也可以通过切换管路通道开关阀2b和2e，通过串联的带切碎器泵2a和旋转泵2d来给送浆液。然而，在这种情况下，应注意含有低取代羟丙基纤维素的固体粒子由于带切碎器泵的破裂作用而被微小化的可能性。
还可以通过颠倒带切碎器泵2a和旋转泵2d的位置，将旋转泵2d放置于带切碎器泵2a的下游但分支点24的上游，在分支点24处，浆液被引入洗涤机26或浆液被送回浆液槽22用于循环，以产生低取代羟丙基纤维素。
作为本发明的旋转泵，使用具有定量性质的容积泵。不同于离心泵，容积泵不向含有低取代羟丙基纤维素的固体组分给予过度剪切力，使得含有低取代羟丙基纤维素的固体粒子的微小化能被抑制。
从旋转泵中排出的浆液的流速取决于容器如浆液槽中浆液的量和洗涤机的处理速率而极大变化。将管道中流动的浆液的流速除以管道的横截面积获得的浆液线速度优选为0.2至2.5m/s，特别优选0.5至1.8m/s。当线速度小于0.2m/s时，为了保证预设的流速，所述管道的直径需制得相当大，使得取决于浆液的比重，管道中可能发生沉淀。当线速度大于2.5m/s时，含有低取代羟丙基纤维素的固体成分存在由于管道中湍流导致的过度剪切力而微小化的不利可能性。
特别地，当将旋转泵放置于带切碎器泵的上游和下游时，与仅放置一个旋转泵的情况相比，在从旋转泵排出期间施加于含有低取代羟丙基纤维素的固体成分的粒子的剪切力变大。因此，当浆液从旋转泵排出时，含有低取代羟丙基纤维素的固体成分的粒子存在被微小化的较高可能性。
当将两个或更多个旋转泵放置于系统中时，优选具有相同性能的旋转泵。当放置性能不同的旋转泵时，取决于操作条件，可能不利地导致正常旋转逆流或关闭操作。
一个带切碎器泵和两个旋转泵的组合实施方案示于图3。旋转泵可能被放置于浆液槽的下游和带切碎器泵的上游，以及带切碎器泵的下游和浆液被引入洗涤机或被回送到浆液槽用于循环的分支点的上游。以下为关于放置于带切碎器泵的上游和下游的旋转泵的详细描述。
在整个碱金属氢氧化物溶液的中和之后的粗制低取代羟丙基纤维素分散于水以用于在容器如浆液槽32中制浆以获得浆液。
在获得浆液之后，使抽气阀33“开启”，切换管路通道开关阀3e和3h以允许浆液穿过旋转泵旁路流通道3f和3i，并且同时，切换管路通道开关阀3b以允许浆液穿过带切碎器泵3a。随后给送浆液，同时浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体成分穿过带切碎器泵3a被碎裂。
优选的是，将已经受穿过带切碎器泵3a而破裂含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的浆液的一部分穿过流速控制阀35给送至洗涤机36；并且在使回流阀37“开启”之后，穿过带切碎器泵3a，将剩余部分穿过用于浆液循环的循环流通道38给送至容器如浆液槽32。在分支点34处，进行浆液被引入洗涤机或被回送至用于循环浆液槽的操作。
在纯化步骤中已经至少一次穿过带切碎器泵3a的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分可能由于穿过带切碎器泵3a破裂而过度微小化。为了抑制这种微小化，切换管路通道开关阀3e和3h以允许浆液穿过旋转泵3d和3g，并且同时，切换管路通道开关阀3b以允许浆液穿过带切碎器泵旁路流通道3c。在切换之后，优选的是穿过两个旋转泵给送系统中的浆液。
优选的是，将穿过旋转泵3d和3g给送的浆液的一部分穿过流速控制阀35给送至洗涤机36，并且将剩余部分穿过循环流通道38给送至容器如浆液槽32用于由旋转泵3d和3g循环。
过滤给送至洗涤机36的浆液以获得饼状物。以与上述类似的方式，饼状物经受热洗涤水喷洒，再次过滤并且洗涤。然后，如此洗涤的饼状物经受已知方式压缩。
还可以在通过带切碎器泵3a或通过旋转泵3d和3g给送浆液期间使回流阀37“关闭”，并且将已通过一个或多个泵排出的浆液的全部量穿过流速控制阀35给送至洗涤机。然而，如本发明中，在洗涤机的处理速率随时间推移而改变的情况下，难以通过调整一个或多个泵的排出量和洗涤机36的处理速率来连续洗涤该浆液。另外，取决于洗涤机的处理能力，一个或多个泵的浆液排出量变得过度而使连续洗涤受阻。在这种情况下，通过在流速控制阀35和洗涤机36之间提供用于在其中暂时储存浆液的槽（未示出），可以维持连续洗涤。
还可以切换该管路通道开关阀3b、3e和3h以便允许浆液通过串联的带切碎器泵3a和旋转泵3d和3g。然而，在这种情况下，应注意固体粒子含有低取代羟丙基纤维素由于带切碎器泵的破裂作用而被微小化的可能性。
在系统中提供一个或多个旋转泵时，将在穿过带切碎器泵通过之后供应到旋转泵的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径优选为1.5至2.4mm，特别优选1.8至2.1mm。当平均粒径小于1.5mm时，含有低取代羟丙基纤维素的固体成分的粒子可能由于穿过旋转泵排出浆液而被微小化，使得过滤期间的阻力可能增加，从而增加纯化时间。当平均粒径大于2.4mm时，带切碎器泵对固体成分的破裂作用可能不充分，使得纯化步骤期间从固体成分中对致泛黄物质的提取和移除可能不充分。
破裂步骤之后将穿过带切碎器泵引入洗涤步骤的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径优选为1.0至2.4mm，特别优选1.6至2.1mm。当平均粒径小于1.0mm时，已微小化的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分可能增加过滤期间的阻力，从而增加过滤时间。当平均粒径大于2.4mm时，带切碎器泵对固体成分的破裂作用可能不充分，使得纯化步骤期间从固体成分中对致泛黄物质的提取和移除可能不充分。
破裂步骤之后穿过带切碎器泵排出的含有低取代羟丙基纤维素的浆液在洗涤步骤中用水洗涤。例如，将浆液送入洗涤机，并且过滤以获得饼状物，所述饼状物随后经受热洗涤水喷洒，再次过滤和洗涤。洗涤机无特别限制，只要其可以连续地进行过滤操作和热洗涤水的喷洒操作。配备有真空过滤装置的洗涤机是优选的。待喷洒的热洗涤水的温度优选为60至100℃。当热水的温度小于60℃时，低取代羟丙基纤维素膨胀，使得流畅洗涤可能困难。
如此洗涤的饼状物任选地经受已知方式脱水和/或压缩。关于脱水，可以优选采用连续离心过滤器。关于压缩，可以优选施加连续压力。连续压力并无特别限制，只要其可以连续挤压饼状物。
洗涤或压缩之后的饼状物在干燥步骤中干燥。优选使用干燥器干燥饼状物。干燥器的热源无特别限制，只要饼状物可以连续干燥。优选在60至100℃的温度下干燥饼状物。当干燥温度小于60℃，可能花费很长干燥时间。当干燥温度大于100℃时，干燥的低取代羟丙基纤维素可能由于过度加热而变黄。在干燥之后，进行任选的粉碎以产生纯化的低取代羟丙基纤维素。
实施例
下文中将通过实施例和比较例详细描述本发明。然而，其不应解释为本发明限于或受限于实施例。
<实施例1>
用粉状浆装填具有内部搅拌结构的反应容器。在搅拌状态下，经6分钟添加35重量%氢氧化钠水溶液。连续搅拌另外20分钟以产生包含15.0重量%的氢氧化钠、54.3重量%的纤维素和30.7重量%的水的碱纤维素。
反应容器随后用氮吹扫。在氮吹扫之后，相对于100重量份(14.7kg)的碱纤维素，添加9.8重量份的环氧丙烷，同时将反应容器保持在60℃并且进行醚化反应90分钟，以获得109.8重量份的粗制反应产物。在用氮吹扫反应容器之后，从中取出粗制反应产物。
将双轴捏和机装填277重量份的40℃的温水和3.1重量份的33重量%乙酸水溶液，并随后将100重量份的粗制反应产物分散于其中。接着，当保持温度在40℃时，通过混合10分钟，粗制反应产物的一部分被中和。然后，在保持所述相同温度时，经历8分钟的时间添加58.9重量份的33重量%乙酸水溶液。进行混合直至乙酸变均匀，并且反应产物以8.96kg的沉淀物被沉淀。
随后，使用具有图1所示结构的设备进行测试。
浆液槽12装填100重量份(8.96kg)该沉淀物并且将沉淀物分散在123.2重量份60℃的水中用于制浆，以通过使用搅拌器11获得粗制低取代羟丙基纤维素的5.0重量%浆液。
当作为基于累计重量的粒度分布的50%的粒度测量时，浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径为3.5mm，所述粒度分布根据穿过五筛开口的含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的比率（各具有不同开口大小）确定。
形成浆液之后，使提取阀13“开启”并且将浆液穿过带切碎器泵1a(Sanwa Hydrotech公司产品)给送，同时碎裂浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分。通过带切碎器泵1a给送浆液期间，流速为0.00056m3/s并且浆液的线速度为0.93m/s。
破裂之后，浆液穿过流速控制阀15部分给送至洗涤机16。使回流阀17“开启”并且剩余浆液穿过循环流动通道18给送到浆液槽12并随后穿过带切碎器泵1a循环。
给送到洗涤机16的浆液通过连续进行过滤和热洗涤水喷洒来洗涤。当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从带切碎器泵1a排出的浆液中的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.2mm。
为了估计纯化步骤必需的时间，当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，评估过滤从带切碎器泵1a排出的该浆液所花的时间。连接到真空泵的吸滤瓶配有具有插入其间的尼龙过滤器(145网目)的玻璃过滤器支架。接着，控制为60℃温度的160g浆液加入过滤器支架的漏斗部，并且浆液的吸滤产生80g滤液的时间测量为300秒。另外，使用压力表测量真空度并且其为-6.0kPa。
浆液被洗涤，经受压缩，在空气干燥器中干燥，在高速旋转冲击式粉碎器中粉末化，并使用筛子分选以获得低取代羟丙基纤维素粉末。
作为低取代羟丙基纤维素粉末的泛黄验证试验，低取代羟丙基纤维素粉末装入单元中并且粉末表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为8.3。
<实施例2>
按实施例1中相同方式获得低取代羟丙基纤维素醚的粗制反应产物。
接着，277重量份40℃温水和3.1重量份33重量%乙酸水溶液装入双轴捏和机。粗制反应产物(100重量份，32.7kg)分散于其中。然后，经10分钟中和粗制反应产物的一部分，同时保持温度在40℃。然后，经历10分钟添加58.9重量份的33重量%乙酸水溶液同时保持相同温度。乙酸变为均相之前，它们混合10分钟以沉淀反应产物。结果，获得143.4kg的沉淀物。
使用具有图2所示结构的设备进行测试。
浆液槽22装填100重量份(143.4kg)沉淀物并且粗制低取代羟丙基纤维素分散于123.2重量份60℃水，用于通过使用搅拌设备21制浆，以获得5.0重量%浆液。
按实施例1中相同方式测量含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径。其为3.5mm。
浆液形成之后，使提取阀23“开启”并且切换管路通道开关阀2e以便允许浆液通过旋转泵旁路流通道2f，并且同时，切换管路通道开关阀2b以允许浆液通过带切碎器泵2a。然后，给送浆液，同时通过带切碎器泵2a碎裂浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分。通过带切碎器泵2a给送期间，流速为0.00069m3/s并且浆液的线速度为1.16m/s。
破裂之后的浆液的一部分穿过流速控制阀25给送至洗涤机26。使回流阀27“开启”之后，剩余浆液穿过循环流动通道28给送到浆液槽22，然后通过带切碎器泵2循环该浆液。
穿过带切碎器泵2a的该浆液循环30分钟后，切换管路通道开关阀2e以允许浆液通过旋转泵2d(Nakakin有限公司产品)。同时，切换管路通道开关阀2b以允许浆液通过带切碎器泵旁路流通道2c。随后，浆液通过旋转泵2d给送。
切换以通过旋转泵2d给送之后立即从旋转泵2d中排出的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径为1.9mm。
将通过旋转泵2d给送的浆液的一部分穿过流速控制阀25给送至洗涤机26。将剩余浆液给送至浆液槽22，通过循环流通道28，然后通过旋转泵2d循环。
通过旋转泵2d给送期间的流速为0.00064m3/s并且浆液的线速度为1.07m/s。
给送到洗涤机26的浆液通过连续进行过滤和热洗涤水喷洒来洗涤。当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵2d排出的浆液中的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.6m。
当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵2d排出浆液所花的时间。其为230秒并且真空度为-5.8kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为8.0。
<实施例3>
以实施例2中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。
以实施例1中相同方式测量浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径。其为3.4mm。
以实施例2中相同的方式，除了交换实施例2中旋转泵和带切碎器泵之间的位置关系，并且将旋转泵放置在带切碎器泵的下游，进行浆液的给送。
由带切碎器泵给送期间的流速为0.00064m3/s并且浆液的线速度为1.07m/s。
在穿过带切碎器泵的浆液循环30分钟之后，将该泵切换至旋转泵穿过的通道并且给送浆液。泵切换之后立即从旋转泵排出的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.9mm。
由旋转泵给送期间，流速为0.00061m3/s并且浆液的线速度为1.02m/s。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵排出的浆液中的含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.6mm。
此外，当完成浆液全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵排出浆液所花的时间。其为220秒并且真空度为-6.2kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为8.1。
<实施例4>
以实施例2中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。然后，以实施例1中相同方式通过使用与实施例1中相同的设备，测量浆液中的含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径。其为2.5mm。
旋转泵和带切碎器泵之间的位置关系与实施例2中相同，并且采用实施例2中相同方式，不同的是待引入的浆液中的含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径比实施例2中更小。
通过带切碎器泵给送浆液期间，流速为0.00053m3/s并且浆液的线速度为0.88m/s。
在穿过带切碎器泵的浆液循环20分钟之后，将该泵改变为旋转泵并且给送浆液。改变泵之后立即从旋转泵排出的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.6mm。
通过旋转泵给送浆液期间，流速为0.00067m3/s并且浆液的线速度为1.11m/s。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵排出的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.3mm。
此外，当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵排出的浆液所花时间。其为350秒并且真空度为-6.0kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为8.3。
<实施例5>
按实施例2中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。然后，使用实施例1中相同设备和相同方式，测量浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径。结果，其为3.7mm.
使用具有图3中所示结构的设备进行后续操作，并且使用具有相同性能的旋转泵。
浆液形成之后，使提取阀33“开启”并且切换管路通道开关阀3e和3h以允许浆液穿过旋转泵旁路流通道3f和3i，并且同时，改变管流通道开关阀3b以允许浆液穿过带切碎器泵3a。然后，给送浆液，同时由带切碎器泵3a碎裂浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分。
在含有低取代羟丙基纤维素的固体组分穿过带切碎器泵3a被碎裂之后，将所得浆液的一部分穿过流速控制阀35给送到洗涤机36。然后，使回流阀37“开启”，并且将浆液的剩余部分穿过循环流通道38给送至浆液槽32。由带切碎器泵3a进一步循环该浆液。
由带切碎器泵给送期间，流速为0.00061m3/s并且线速度为1.02m/s。
在穿过带切碎器泵3a的浆液循环30分钟之后，切换管路通道开关阀3e和3h以允许浆液通过旋转泵3d和3g，并且同时，切换管流通道开关阀3b以允许浆液通过带切碎器泵旁路流通道3c。然后，穿过旋转泵3d和3g给送浆液。
将通过旋转泵3d和3g给送的浆液的一部分穿过流速控制阀35给送至洗涤机36。使回流阀37“开启”，并且浆液的剩余部分穿过循环流通道38给送至浆液槽3，并且穿过旋转泵3d和3g进一步循环。
切换以通过旋转泵3d和3g给送所述浆液之后，立即从旋转泵3g中排出的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.9mm。
在穿过旋转泵3d和3g给送期间，流速各为0.00065m3/s并且浆液的线速度为1.09m/s。
给送到洗涤机36的浆液通过连续进行的过滤和热洗涤水喷洒来洗涤。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵3g排出的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.3mm。
此外，当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵3g排出的浆液所花时间。其为380秒并且真空度为-6.0kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为7.8。
<比较例1>
以实施例1中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。
以实施例1中相同方式测量浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径。其为3.1mm。
通过使用实施例1中相同设备进行实施例1中相同操作，不同的是使用离心泵，而非带切碎器泵。
在穿过离心泵给送期间，流速为0.0013m3/s并且浆液的线速度为2.01m/s。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从离心泵排出的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.1mm。
此外，当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从离心泵排出的浆液所花时间。其为400秒并且按实施例1中相同方式测量的真空度为-6.1kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为9.1。
<比较例2>
以实施例1中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。
以实施例1中相同方式测量浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体成分的平均粒径。其为3.0mm。
使用实施例1中的相同设备进行实施例1中相同操作，不同的是使用旋转泵，而非带切碎器泵。
在穿过旋转泵给送期间，流速为0.00067m3/s并且浆液的线速度为1.11m/s。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵排出的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为2.4mm。
此外，当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵排出的浆液所花时间。其为210秒并且按实施例1中相同方式测量的真空度为-6.1kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为9.7。
<比较例3>
按实施例3中相同方式获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液。
以实施例1中相同方式测量浆液中含有浆液中固体物质的含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径。其为3.3mm。
通过使用实施例3中设备进行实施例3中相同操作，不同的是使用离心泵，而非带切碎器泵。
在穿过离心泵给送期间，流速为0.0013m3/s并且浆液的线速度为2.10m/s。
在穿过离心泵浆液循环40分钟后，将该泵切换并且穿过旋转泵给送浆液。泵切换之后立即从旋转泵排出的浆液中含有粗制低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.6mm。
在穿过旋转泵给送期间，流速为0.00064m3/s并且浆液的线速度为1.07m/s。
当完成浆液全部量的90%给送至洗涤机时，从旋转泵排出的浆液中含有低取代羟丙基纤维素的固体组分的平均粒径为1.4mm。
此外，当完成浆液的全部量的90%给送到洗涤机时，按实施例1中相同方式测量过滤从旋转泵排出的浆液所花时间。其为250秒。以实施例1中相同方式测量的真空度为-6.0kPa。
低取代羟丙基纤维素粉末的表面上的黄度指数使用SM彩色计算机“SM-T”(Suga Test Instruments产品)测量为9.5。
表1
Figure BDA0000416590200000221

Claims (7)

1.一种用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其包含以下步骤：
使碱纤维素和醚化剂反应以获得反应混合物；
将所述反应混合物分散于含有中和所述反应混合物的全部量所必需的乙酸的一部分的水中，以中和所述反应混合物的一部分，从而导致部分沉淀，随后与剩余乙酸完全中和而导致沉淀，以获得含有粗制低取代羟丙基纤维素的浆液；
通过带切碎器泵碎裂浆液中的固体组分，所述固体组分含有所述粗制低取代羟丙基纤维素，并且排出含有经碎裂的固体组分的所述浆液；
用水洗涤排出的所述浆液，以获得纯化的低取代羟丙基纤维素的饼状物；和
干燥所述饼状物。
2.根据权利要求1所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中在待给送至所述带切碎器泵的所述浆液中，含有所述粗制低取代羟丙基纤维素的所述固体组分具有2.5至6.0mm的平均粒度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中在所述碎裂的步骤之后待排出的所述浆液中含有所述碎裂的低取代羟丙基纤维素的所述固体组分具有1.0至2.4mm的平均粒度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中所述的碎裂步骤还包含通过所述带切碎器泵碎裂从用于储存含有所述粗制低取代羟丙基纤维素的浆液的浆液槽给送的所述浆液，和排出含有所述经碎裂的固体组分的所述浆液或将所述浆液送回所述浆液槽用于循环，其中通过提供带切碎器泵旁路流通道，使得所述浆液能绕过所述带切碎器泵，控制穿过所述带切碎器泵的碎裂频率，以调整待排出的所述碎裂的低取代羟丙基纤维素的平均粒度。
5.根据权利要求4所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中由置于所述浆液槽和所述带切碎器泵之间和/或所述带切碎器泵和分支点之间的旋转泵来驱动所述浆液穿过所述带切碎器泵旁路流通道的通行，所述浆液在所述分支点被引入洗涤步骤中将使用的洗涤机或所述浆液在所述分支点被送回所述浆液槽用于循环。
6.根据权利要求5所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中所述旋转泵位于所述带切碎器泵和所述分支点之间，并且在通过所述带切碎器泵之后将给送至所述旋转泵的所述浆液中的所述固体组分具有1.5至2.4mm的平均粒度。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的用于生产纯化的低取代羟丙基纤维素的方法，其中通过提供旋转泵旁路流通道，使得所述浆液能绕过所述旋转泵并因而控制穿过所述旋转泵的处理频率，以调整待排出的所述碎裂的低取代羟丙基纤维素的平均粒度。
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