CN104892773A - 一种高取代度羧甲基纤维素钠的制备方法 - Google Patents

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王建和
张涛
徐泽勇
罗南彬
吴茂
费利平
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Abstract

本发明涉及一种高取代度羧甲基纤维素钠的制备方法，特别涉及以精制棉为原料，采用溶媒浆料法制备不同粘度的高取代度羧甲基纤维素钠的方法，属于天然高分子化学改性领域。本发明羧甲基纤维素钠的制备方法，以精制棉为原料，经(1)粉碎精制棉；(2)碱化反应；(3)醚化反应；(4)中和与洗涤；(5)干燥处理制备所得。本发明采用溶媒浆料法制备羧甲基纤维素钠，由于在反应过程中物料是悬浮于反应介质中，并在反应釜的高速搅拌下进行反应，可显著提高产品的均匀性，得到高均匀性的羧甲基纤维素钠产品。

Description

一种高取代度羧甲基纤维素钠的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高取代度羧甲基纤维素钠的制备方法，特别涉及以精制棉为原料，采用溶媒浆料法制备不同粘度的高取代度羧甲基纤维素钠的方法，属于天然高分子化学改性领域。
背景技术
羧甲基纤维素钠(Na-CMC，以下简称CMC)是一种水溶型纤维素醚。它是经过碱化、醚化后在纤维素分子链上引入羧甲基钠基团，属于离子型纤维素醚，具有增稠、黏结、保水、乳化、成膜和保护胶体等特性，广泛应用于石油开采、陶瓷、食品、化妆品、印染、造纸、纺织、涂料、皮革、塑料、医药等许多行业。
CMC的制备工艺可分为水媒法和溶媒法两大类。
水媒法是以水为反应介质，将碱纤维素与醚化剂在存在游离碱与水的条件想进行反应，在碱化和醚化过程中，体系不存在醇等有机溶剂作反应介质的方法。
溶媒法也称有机溶剂法，是在存在有机溶剂作反应介质条件下进行碱化和醚化反应的方法。按反应介质用量的多少又分为捏合法和浆料法。捏合法所用反应介质剂量为纤维素用量的2～3倍(体积重量比)，浆料法所用的反应介质剂量为纤维素量的10～30倍，反应固体物在体系中成悬浮状态，因此又称为悬浮法。
溶媒法与水媒法比较可省去纤维素碱浸渍、压榨、粉碎、老化等工序，生产周期缩短。
经文献检索，国内外有一些精制棉和非精制棉制备CMC的研究和报道，如CN103755816A,CN1272346C等；这些研究及报道中所涉及的精制棉和非精制棉均未经过粉碎，且制备的CMC取代度低。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种高取代度羧甲基纤维素钠的制备方法，本发明以粉碎后的精制棉为原料，通过浆料法制备不同粘度的高取代度的羧甲基纤维素钠，其产品均匀性高。
本发明羧甲基纤维素钠的制备方法，以精制棉为原料，包括以下步骤：
(1)粉碎精制棉：将原料精制棉粉碎为20～60目的精制棉粉；
(2)碱化反应：将步骤(1)所得精制棉粉以异丙醇或叔丁醇为反应介质与氢氧化钠进行碱化反应得到碱纤维素；
其中，控制碱化反应温度10-40℃，时间60-120min；
碱化时对温度的控制，对产品最终的粘度会有影响，具体的，反应时温度高，则得到的羧甲基纤维素钠粘度低；反应时温度低，则得到的羧甲基纤维素钠粘度高。
采用氢氧化钠是因为其杂质少，碱化效果好，利于反应有效顺利进行。
(3)醚化反应：将步骤(2)所得碱纤维素与氯乙酸进行醚化反应得到羧甲基纤维素钠粗品；
其中，加氯乙酸时控制温度20-40℃，加氯乙酸的时间控制在30min以内；一般控制在5-30min；
醚化反应时控制温度如下：
(a)以0.5-1℃/min的升温速度控制温度，升温至60-82℃；
(b)在60-82℃的条件下恒温反应1-2h。
醚化反应的温度控制是因为：异丙醇的沸点为82.45℃，超过该温度易汽化，会影响反应效果，故控制在82℃以下。为了保证反应有效顺利进行，优选控制升温至70℃，在70℃的条件下恒温反应。
如以叔丁醇为反应介质，则因其沸点为82.42℃超过该温度易汽化，会影响反应效果，故控制在82℃以下。为了保证反应有效顺利进行，优选控制升温至70℃，在70℃的条件下恒温反应。
(4)中和与洗涤：将步骤(3)所得羧甲基纤维素钠粗品采用含乙酸的异丙醇水溶液或含乙酸的叔丁醇水溶液中和，再经异丙醇水溶液或叔丁醇水溶液洗涤，过滤得固体物质；
(5)干燥处理：将步骤(4)所得固体物质干燥后即得羧甲基纤维素钠成品。
上述技术方案中，步骤(2)碱化反应、步骤(3)醚化反应、步骤(4)中和与洗涤步骤在异丙醇或叔丁醇体系中进行。
其中，步骤(2)碱化反应中精制棉粉:异丙醇或叔丁醇:氢氧化钠的重量配比范围为1:5-15:0.5-1.5；优选的，精制棉粉:异丙醇或叔丁醇:氢氧化钠的重量配比为1:10:0.9。
其中，步骤(2)所述氢氧化钠的质量百分浓度为30％-80％，优选50％。
其中，步骤(2)碱化反应的碱化时间为60-120min，优选90min。温度为10-40℃；优选15～30℃。
其中，步骤(3)醚化反应中碱纤维素:氯乙酸重量配比为1:0.8-1.5。优选碱纤维素:氯乙酸重量配比为1:1.1。
其中，步骤(3)所述氯乙酸的质量百分浓度为50-80％，优选74％。
其中，步骤(3)醚化反应结束后，降温至45℃以下出料。
其中，步骤(4)中和与洗涤中：中和时采用的含乙酸的异丙醇水溶液，乙酸含量30％-70％，异丙醇含量为60％-90％。中和时采用的含乙酸的叔丁醇水溶液，乙酸含量30％-70％，叔丁醇含量为60％-90％。
其中，步骤(4)中和与洗涤中：洗涤时采用的异丙醇水溶液浓度为60％-90％；洗涤时采用的叔丁醇水溶液浓度为60％-90％。
采用异丙醇或叔丁醇两者制备所得的产品质量相当，产量相当，但是由于异丙醇成本低于叔丁醇，故步骤(2)中的反应介质，步骤(4)中的中和及洗涤试剂均为异丙醇及相应溶液，而步骤(2)碱化反应、步骤(3)醚化反应、步骤(4)中和与洗涤步骤在异丙醇体系中进行。
本发明采用溶媒浆料法制备羧甲基纤维素钠，由于在反应过程中物料是悬浮于反应介质中，并在反应釜的高速搅拌下进行反应，可显著提高产品的均匀性，得到高均匀性的羧甲基纤维素钠产品。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，说明但不限制本发明。
(1)原材料配比
以将精制棉粉碎为25目的精制棉粉，以该棉粉为原料，试验4批，主要原材料精制棉粉2kg，异丙醇20kg。
表1
(2)工艺步骤
碱化反应：将精制棉粉以异丙醇为反应介质与氢氧化钠进行碱化反应得到碱纤维素；
其中，碱化反应温度15-30℃，时间90min；
醚化反应：将碱纤维素与氯乙酸进行醚化反应得到羧甲基纤维素钠粗品，醚化结束后降温至45℃以下出料；
其中，加氯乙酸时控制温度20-40℃，加氯乙酸的时间控制在5-30min左右；
醚化反应时控制温度如下：
(a)以0.5℃/min的升温速度控制温度，升温至70℃；
(b)在70℃的条件下恒温反应1.5h。
中和与洗涤：将羧甲基纤维素钠粗品采用含乙酸的异丙醇水溶液或含乙酸的叔丁醇水溶液中和，再经异丙醇水溶液或叔丁醇水溶液洗涤，过滤得固体物质；
干燥处理：将步骤(4)所得固体物质干燥后即得羧甲基纤维素钠成品。
(3)试验结果，见表2
表2试验结果
由表2可见，采用本发明制备方法所得产品均匀性高，不同浓度产品均可以获得较高的取代度。
试制过程中，发明人还发现采用叔丁醇与异丙醇制备所得的产品质量相当，产量相当，但是由于异丙醇成本低于叔丁醇，优选采用异丙醇。

Claims (10)

1.羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征在于：以精制棉为原料包括如下步骤：
(1)粉碎精制棉：将原料精制棉粉碎为20～60目的精制棉粉；
(2)碱化反应：将步骤(1)所得精制棉粉以异丙醇或叔丁醇为反应介质与氢氧化钠进行碱化反应得到碱纤维素；
(3)醚化反应：将步骤(2)所得碱纤维素与氯乙酸进行醚化反应得到羧甲基纤维素钠粗品；
(4)中和与洗涤：将步骤(3)所得羧甲基纤维素钠粗品采用含乙酸的异丙醇水溶液或含乙酸的叔丁醇水溶液中和，再经异丙醇水溶液或叔丁醇水溶液洗涤，过滤得固体物质；
(5)干燥处理：将步骤(4)所得固体物质干燥后即得羧甲基纤维素钠成品。
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：步骤(2)碱化反应中精制棉粉:异丙醇或叔丁醇:氢氧化钠的重量配比范围为1:5-15:0.5-1.5；
优选的，精制棉粉:异丙醇或叔丁醇:氢氧化钠的重量配比为1:10:0.9。
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：步骤(2)碱化所述氢氧化钠的质量百分浓度为30％-80％；优选50％。
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：步骤(2)碱化反应的碱化时间为60-120min，优选碱化时间为90min；温度为10-40℃；优选温度为15～30℃。
5.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：步骤(3)醚化反应中碱纤维素:氯乙酸重量配比为1:0.8-1.5；
优选的，步骤(3)醚化反应中碱纤维素:氯乙酸重量配比为1:1.1。
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：步骤(3)所述氯乙酸的质量百分浓度为50-80％；
优选的，步骤(3)所述氯乙酸的质量百分浓度为74％。
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：步骤(3)醚化反应中，加氯乙酸时控制温度20-40℃，加氯乙酸的时间控制在30min以内；
优选的，步骤(3)醚化反应中加氯乙酸的时间控制为5-30min。
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：步骤(3)醚化反应时控制温度如下：
(a)以0.5-1℃/min的升温速度控制温度，升温至60-82℃；
(b)在60-82℃的条件下恒温反应1-2h；
优选的，步骤(a)升温至70℃；
优选的，步骤(b)在70℃的条件下恒温反应；
进一步的，步骤(3)醚化反应结束后，降温至45℃以下出料。
9.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：步骤(4)中和与洗涤中：
中和时采用的含乙酸的异丙醇水溶液，乙酸含量30％-70％，异丙醇含量为60％-90％；
中和时采用的含乙酸的叔丁醇水溶液，乙酸含量30％-70％，叔丁醇含量为60％-90％；
洗涤时采用的异丙醇水溶液浓度为60％-90％；
洗涤时采用的叔丁醇水溶液浓度为60％-90％。
10.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：步骤(2)碱化反应、步骤(3)醚化反应、步骤(4)中和与洗涤步骤在异丙醇体系中进行；
或：步骤(2)碱化反应、步骤(3)醚化反应、步骤(4)中和与洗涤步骤在叔丁醇体系中进行。
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