CN104592398A - 一种羧甲基纤维素钠的制备方法 - Google Patents

一种羧甲基纤维素钠的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种羧甲基纤维素钠的制备方法；目的是提供一种原料来源广泛，工艺简单，投资少的生产高取代度羧甲基纤维素钠的方法。包括步骤：纤维素破碎后与氢氧化钠乙醇溶液、片状氢氧化钠一起投入捏合机中，抽真空，充入惰性气体，在10-50℃温度下进行第一次碱化反应；加入醚化剂，再加入氢氧化钠乙醇溶液进行第二次碱化反应；加入醚化剂，升高温度继续反应30-90min；产物经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后，得到羧甲基纤维素钠成品。采用本发明方法生产羧甲基纤维素钠时，当产品取代度大于1.0时，氯乙酸利用率达到76％，较传统工艺提高13％；当产品取代度大于1.2时，氯乙酸利用率达到70％，较传统工艺提高15％。

Description

一种羧甲基纤维素钠的制备方法
技术领域
本发明涉及一种羧甲基纤维素钠的制备方法。
背景技术
羧甲基纤维素钠水溶液有增稠、粘结、成膜、保护胶、保持水分、乳化及悬浮等作用，广泛应用于洗涤剂、食品、纺织、印染、造纸、石油、采矿、医药、陶瓷、涂料、化妆品等多种工业，被誉为工业的“味精”。
现有羧甲基纤维素钠制备方法的一般步骤是：
1、将氢氧化钠与一定量的乙醇混合后，与纤维素一同投入反应器中，在较低温度下反应一段时间，该步骤为碱化反应；
2、碱化反应完成后，加入一定量的氯乙酸与乙醇的混合溶液，升高温度到78℃左右，进行醚化反应；
3、碱化、醚化反应结束后，物料经过洗涤，乙醇回收，烘干，粉碎后得到成品。
传统的制备方法原料的利用率相对较低，主要是氯乙酸的利用率较低，且随着取代度的提高，氯乙酸的利用率明显降低。例如，当产品的取代度为0.9左右时，氯乙酸的利用率为70％左右；当产品的取代度为1.0左右时，氯乙酸的利用率为67％左右；当产品的取代度为1.2左右时，氯乙酸的利用率仅为60％左右。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种原料来源广泛，工艺简单，投资少的生产高取代度羧甲基纤维素钠的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种羧甲基纤维素钠的制备方法包括如下步骤：
A、纤维素破碎后与氢氧化钠乙醇水溶液一起投入捏合机中，同时加入片状氢氧化钠；
B、捏合机抽真空，充入惰性气体，在10-50℃温度下进行第一次碱化反应40-120min；
C、在60分钟内加入醚化剂，温度控制在30-60℃；
D、加入氢氧化钠乙醇溶液进行第二次碱化反应30-60min；
E、加入醚化剂，升温至75-80℃，继续反应30-90min；
F、反应产物经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后，得到羧甲基纤维素钠成品；
所述醚化剂为氯乙酸的乙醇溶液。
进一步的，步骤A中加入氢氧化钠的量为氢氧化钠总质量的0.5-0.7倍，所述步骤C中加入醚化剂的量为醚化剂总质量的0.5-0.7倍。
进一步的，所述的醚化剂为质量分数为50-80％氯乙酸的乙醇溶液。
进一步的，所述步骤A中片状氢氧化钠的用量为所述纤维素质量的0.06-0.3倍。
进一步的，所述的纤维素：乙醇：氢氧化钠水溶液：氯乙酸乙醇溶液的质量比为15-20:25-40:20-30:20-30。这里所述的氢氧化钠水溶液和氯乙酸乙醇溶液均为两次总的用量。
进一步的，所述步骤A中氢氧化钠水溶液的质量分数为30-55％，所述乙醇水溶液质量分数为70-98％。。
进一步的，所述步骤B中惰性气体为氦气、氩气、氖气中的一种或多种混合气体。此处为优选的惰性气体，但本发明并不仅限于这三种气体，其他的惰性气体如氪气、氙气、氡气等均可作为本发明的保护气体使用。
进一步的，所述步骤B中抽真空和充入惰性气体操作重复2-3次，具体操作为：排除捏合机内的空气，使真空度达到至少0.07MPa，将惰性气体充入捏合机内，使捏合机内部压力大于0.01MPa。
进一步的，所述步骤C和E加入醚化剂时溶液体系温度为30-60℃，醚化剂在60min内均匀地喷淋至捏合机内。
采用本发明方法生产羧甲基纤维素钠可以使得原料的利用率提高，大大降低成本。当产品取代度大于1.0时，氯乙酸利用率达到76％，较传统工艺提高13％；当产品取代度大于1.2时，氯乙酸利用率达到70％，较传统工艺提高15％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的制备方法的保护范围不限于实施例。实施例一至三中的粘度测试方法为：1％水溶液，Brookfield粘度计，25℃条件下检测；取代度(D.S)测试方法为：按照GB 1904-2005《食品添加剂羧甲基纤维素钠》中5.5方法检测；纯度检测方法为：按照ASTMD1439-03标准检测氯化钠及乙醇酸钠含量，再用差减法得到；氯乙酸利用率是根据产品取代度计算而得。纤维素破碎至松散即可。实施例一至三中所述的各反应物的用量的倍数均为所加入的纤维素质量的倍数。
实施例一
将破碎后的纤维素、2/3倍重量质量分数为50％氢氧化钠水溶液以及1.6倍乙醇溶液同时投入捏合机内，同时加入0.06倍片碱，排除捏合机内空气，使真空度达到0.07MPa，将氦气充入捏合机内，压力达到0.02MPa，并重复以上抽真空、充氦气操作2-3次，搅拌碱化40分钟，碱化过程温度控制在10-50℃；在60分钟内将2/3重量1.28倍的氯乙酸的乙醇溶液均匀地喷淋至捏合机内，加入氯乙酸的乙醇溶液时整个反应体系的温度控制在30-60℃；加入剩余1/3重量的氢氧化钠水溶液，碱化反应20分钟；再加入剩余部分的醚化剂，逐渐升温至75-80℃，继续反应40分钟，得到粗制羧甲基纤维素钠，经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纤维素钠成品，取代度为1.02，纯度为99.0％，Brookfield粘度计测量的1％粘度为277mPaS，氯乙酸利用率为77.3％。所用的氢氧化钠水溶液总质量为纤维素质量的1.1倍，所用的醚化剂总量为纤维素质量的1.25倍。
实施例二
将破碎后的纤维素、2/3倍重量质量分数为50％氢氧化钠水溶液以及1.8倍乙醇溶液同时投入捏合机内，同时加入0.15倍片碱，排除捏合机内空气，使真空度达到0.07MPa，将氩气充入捏合机内，压力达到0.02MPa，并重复以上抽真空、充氩气操作2-3次，搅拌碱化40分钟，碱化过程温度控制在10-50℃；在60分钟内将2/3重量1.43倍氯乙酸的乙醇溶液均匀地喷淋至捏合机内，加入氯乙酸的乙醇溶液时整个反应体系的温度控制在30-60℃；加入剩余1/3重量的氢氧化钠水溶液，碱化反应20分钟；再加入剩余部分的醚化剂，逐渐升温至75-80℃，继续反应60分钟，得到粗制羧甲基纤维素钠，经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纤维素钠成品，取代度为1.09，纯度为99.0％，Brookfield粘度计测量的1％粘度为632mPaS，氯乙酸利用率为74.1％。所用的氢氧化钠水溶液总质量为纤维素质量的1.8倍，所用的醚化剂总量为纤维素质量的1.5倍。
实施例三
将破碎后的纤维素、2/3倍重量质量分数为50％氢氧化钠水溶液以及2.0倍乙醇溶液同时投入捏合机内，同时加入0.2倍片碱，排除捏合机内空气，使真空度达到0.07MPa，将氩气充入捏合机内，压力达到0.02MPa，并重复以上抽真空、充氩气操作2-3次，搅拌碱化40分钟，碱化过程温度控制在10-50℃；在60分钟内将2/3重量1.7倍氯乙酸的乙醇溶液均匀地喷淋至捏合机内，加入氯乙酸的乙醇溶液时整个反应体系的温度控制在30-60℃；加入剩余1/3重量的氢氧化钠水溶液，碱化反应20分钟；再加入剩余部分的醚化剂，逐渐升温至75-80℃，继续反应60分钟，得到粗制羧甲基纤维素钠，经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纤维素钠成品，取代度为1.23，纯度为99.0％，Brookfield粘度计测量的1％粘度为1002mPaS，氯乙酸利用率为70.3％。所用的氢氧化钠水溶液总质量为纤维素质量的1.6倍，所用的醚化剂总量为纤维素质量的1.32倍。

Claims (9)

1.一种羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、纤维素破碎后与氢氧化钠乙醇溶液一起投入捏合机中，同时加入片状氢氧化钠；
B、捏合机抽真空，充入惰性气体，在10-50℃温度下进行第一次碱化反应40-120min；
C、在60分钟内加入醚化剂，温度控制在30-60℃；
D、加入氢氧化钠乙醇溶液进行第二次碱化反应30-60min；
E、加入醚化剂，升温至75-80℃，继续反应30-90min；
F、反应产物经过洗涤、中和、离心、干燥、粉碎后，得到羧甲基纤维素钠成品；
所述醚化剂为氯乙酸的乙醇溶液。
2.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述的步骤A中加入氢氧化钠的量为氢氧化钠总质量的0.5-0.7倍，所述步骤C中加入醚化剂的量为醚化剂总质量的0.5-0.7倍。
3.根据权利要求1或2所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述的醚化剂为质量分数为50-80％氯乙酸的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述步骤A中片状氢氧化钠的用量为所述纤维素质量的0.06-0.3倍。
5.根据权利要求3所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述的纤维素：乙醇：氢氧化钠水溶液：氯乙酸乙醇溶液的质量比为15-20:25-40:20-30:20-30。
6.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述步骤A中氢氧化钠水溶液的质量分数为30-55％，所述乙醇水溶液质量分数为70-98％。
7.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述步骤B中惰性气体为氦气、氩气、氖气中的一种或多种混合气体。
8.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述步骤B中抽真空和充入惰性气体操作重复2-3次，具体操作为：排除捏合机内的空气，使真空度达到至少0.07MPa，将惰性气体充入捏合机内，使捏合机内部压力大于0.01MPa。
9.根据权利要求3所述的羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：所述步骤C和E加入醚化剂时溶液体系温度为30-60℃，醚化剂在60min内均匀地喷淋至捏合机内。
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