CN105330753A - 羧甲基纤维素钠制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种羧甲基纤维素钠的制备方法，本发明解决的技术问题是提供一种原材料易得的高取代、高粘度的羧甲基纤维素钠的制备方法。本发明的技术方案包括以下步骤：A、纤维素的碱化；B、纤维素的醚化；C、制备羧甲基纤维素钠。采用上述方法制备的羧甲基纤维素钠是一种优良的染料载体，具有高取代、高粘度的特点，增稠效果好，能够较好地应用于印染行业。
Description
技术领域
本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种羧甲基纤维素钠制备方法。
背景技术
羧甲基纤维素钠(CMC)主要应用于食品、牙膏、石油钻井、陶瓷、涂料、造纸、洗涤、印染、医药、电池等行业。但在印染行业目前主要使用的仍是海藻酸钠，每年对海藻酸钠的需求量大约6万吨。随着国家对环境保护的日益重视，海藻酸钠的生产成本越来越高，印染行业正逐步使用CMC产品来替代海藻酸钠，以降低生产成本。但由于常规CMC产品取代度不高，含有大量的活性羟基基团，易与活性染料中的活性基团相结合，造成牢度差、给色淡、遇水滴易形成渗化以及搓洗落色等缺点，因此仅少部分的印染厂家使用CMC产品。目前常规CMC产品在印染上仅少量添加，部分替代海藻酸钠作增粘剂使用(替代量≤5％)。因此对CMC产品在印染行业应用提出了高取代、高粘度等要求。
CMC的制备方法主要有水媒法和溶媒法。其中溶媒法根据反应介质的用量又分为低浴比捏合法和高浴比淤浆法。由于水媒法工艺控制较为困难，因此目前国内主要CMC生产都普遍采用低浴比捏合法生产工艺。采用低浴比捏合法制备CMC产品生产成本较低且产品应用市场大，但产品取代基分布均匀性较差，且该方法制备的产品在高取代度和高粘度方面兼顾性较为困难，因此产品市场主要集中在中、低端市场，难以满足对产品质量要求较高的印染行业使用。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术问题中的至少一项，提供一种高取代、高粘度羧甲基纤维素钠制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种羧甲基纤维素钠制备方法，包括如下步骤：
A、纤维素的碱化：按照重量比精制棉︰纤维素活化剂＝1︰10～15称取精制棉放入有纤维素活化剂的反应釜中，抽真空，无氧环境中搅拌进行碱化，即得碱化纤维素；
所述纤维素活化剂是按照重量比氢氧化钠︰低分子量醇与水的混合液中的水＝4～7︰3～6称取氢氧化钠放入有低分子量醇与水的混合液的反应釜中，保温搅拌均匀而得；
所述低分子量醇与水的混合液的重量比为：低分子量醇︰水＝4～19︰1；
B、纤维素的醚化：按照重量比纤维素醚化剂溶液︰精制棉＝1.8～3.6︰1称取纤维素醚化剂溶液，加入步骤A的反应釜中，搅拌，均匀升温，恒温反应，冷却出料，进行固液分离后即得醚化纤维素；
所述纤维素醚化剂溶液是按照重量比氯乙酸︰低分子量醇＝5～7︰3～5称取氯乙酸和低分子量醇混合均匀而得；
C、制备羧甲基纤维素钠：将步骤B制得的醚化纤维素和乙醇按照一定的重量比称取乙醇，加入到步骤B制得的醚化纤维素中，中和，再用乙醇洗涤，烘干，粉碎后即得羧甲基纤维素钠。
其中，步骤A所述制备纤维素活化剂的保温温度为70℃～80℃，保温时间为40～50min。
其中，步骤A中的碱化的温度为15℃～20℃,碱化时间为60～120min。
其中，步骤B中恒温温度为72℃～78℃,恒温时间为60～90min。
其中，步骤B中冷却的温度为20℃～40℃。
其中，步骤C中一定重量比为：步骤B制得的醚化纤维素：乙醇＝1︰10～15。
优选地，反应釜的搅拌转速为180r/min～220r/min。
优选地，步骤C中乙醇浓度为65％～85％。
其中，低分子量醇为碳原子数为C1～C4的醇中至少一种。
优选地，所述的无氧环境为氮气或者惰性气体保护。
本发明的有益效果是，采用上述方法制备的羧甲基纤维素钠是一种优良的染料载体，具有高取代、高粘度的特点，可以很容易地溶解于水，将染料及其它助剂悬浮和分散均匀形成粘稠的溶液，其高取代度减少了羧甲基纤维素钠的活性羟基基团含量，降低了活性染料与羧甲基纤维素钠的羟基基团反应几率，使染料能更好的固定在目标纤维上，达到更好的印染效果。而且本方法所用原材料易得，操作方便简单，可极大的提高替代海藻酸钠的比例，甚至取代海藻酸钠用于印染行业，降低印染成本，有较好的市场前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
本发明提供一种羧甲基纤维素钠制备方法，包括如下步骤：
A、纤维素的碱化：按照重量比精制棉︰纤维素活化剂＝1︰10～15称取精制棉放入有纤维素活化剂的反应釜中，抽真空，无氧环境中搅拌进行碱化，碱化的温度为15℃～20℃，碱化的时间为60～120min，即得碱化纤维素；
所述纤维素活化剂，按照重量比氢氧化钠︰低分子量醇与水的混合液中的水＝4～7︰3～6称取氢氧化钠放入有低分子量醇与水的混合液的反应釜中，保温温度为70℃～80℃，保温时间为40～50min，搅拌均匀而得；
所述低分子量醇与水的混合液的重量比为：低分子量醇︰水＝4～19︰1；
B、纤维素的醚化：按照重量比纤维素醚化剂溶液︰精制棉＝1.8～3.6︰1称取纤维素醚化剂溶液，加入步骤A的反应釜中，搅拌，均匀升温，升温时间为20～30min，在温度72℃～78℃，恒温反应60～90min，冷却至温度为20℃～40℃，出料，进行固液分离后即得醚化纤维素；
所述纤维素醚化剂溶液，按照重量比氯乙酸︰低分子量醇＝5～7︰3～5称取氯乙酸和低分子量醇混合均匀而得；
C、制备羧甲基纤维素钠：按照重量比步骤C制得的醚化纤维素：乙醇＝1︰10～15称取乙醇，加入步骤C制得的醚化纤维素中，用盐酸中和碱性至pH值为6.5～8.0，再用乙醇洗涤4～5次，在温度50～70℃，烘24h后，粉碎即得羧甲基纤维素钠。
其中，所述的无氧环境为氮气或者惰性气体保护。
其中，A步骤中制得低分子量醇与水的混合液中含水量5％～20％。
其中，C步骤的固液分离为离心分离。
其中，A步骤中制得的纤维素醚化剂溶液中氯乙酸的浓度为50％～70％。
其中，低分子量醇为碳原子数为C1～C4的醇中至少一种，如异丙醇、乙醇和叔丁醇中的一种或者几种。采用低分子量的醇与水混合是因为低分子量的醇与水有良好的互溶性，氢氧化钠可均匀的溶解分散在整个溶剂体系中，纤维素与碱液可充分接触，便于纤维素活化反应的均匀进行。
其中，所用的反应釜为不锈钢反应釜，容量为50L，反应釜的搅拌转速为0r/min～300r/min,优选地，反应釜的搅拌转速为180r/min～220r/min；
优选地，B步骤中抽真空次数为3～5次。
优选地，D步骤中所用乙醇浓度为65％～85％。
本发明提供的一种高取代、高粘度羧甲基纤维素钠制备方法，通过控制低分子量醇与水的混合液体系的水含量，更为重要的是控制氢氧化钠、精制棉、和醚化剂氯乙酸溶液的比例来提高产品的取代度，通过抽真空、无氧环境保护以减少粘度损失，提高产品的粘度。
实施例中原材料异丙醇(99.9％)、叔丁醇(99.9％)、片碱(工业级)、精制棉(1000#)、氯乙酸(工业级)、浓盐酸(31％)、洗涤溶剂乙醇浓度(72％)、乙醇(95％)。
实施例1
混合醇与水混合液：将1.85kg水和23.15kg纯异丙醇混合均匀得到25kg混合液。
醚化剂氯乙酸溶液：将2.75kg氯乙酸溶解在2.25kg纯异丙醇中，混合均匀。
向50L反应釜中加入25kg混合溶剂，再加入2.25kg片碱，搅拌升温至72℃，保温50min。降温至20℃，加入2.5kg棉粉，抽真空5次，控制温度20℃，保温120min。加入5kg醚化剂氯乙酸溶液，30min升温至78℃，保温反应70min。反应结束，冷却至40℃，出料。用盐酸调节pH＝7.3，用65％的乙醇洗涤4次，离心。将样品在60℃烘干24h，再经粉碎得到产品。
实施例2
混合醇：将14kg乙醇和14kg异丙醇混合均匀得到28kg混合醇。
混合醇与水混合液：将1.5kg水和28kg混合醇混合均匀得到29.5kg混合液。
醚化剂氯乙酸溶液：将3.5kg氯乙酸溶解在1.5kg纯叔丁醇溶剂中，混合均匀。
向50L反应釜中加入29.5kg混合醇-水混合溶剂，再加入3kg片碱，搅拌升温至75℃，保温45min。降温至20℃，加入2.5kg棉粉，抽真空5次，控制温度20℃，保温70min。加入5kg醚化剂氯乙酸溶液(浓度70％)，25min升温至76℃，保温反应90min。反应结束，冷却至30℃，出料。用盐酸调节pH＝7.0，用72％的乙醇洗涤4次，离心。将样品在55℃烘干24h，再经粉碎得到产品。
实施例3
混合醇：将5kg异丙醇和20kg叔丁醇混合均匀得到25kg混合醇。
混合醇与水混合液：将4.25kg水和25kg混合醇混合均匀得到29.25kg混合液。
醚化剂氯乙酸溶液：将4.25kg氯乙酸溶解在4.25kg乙醇-异丙醇混合溶剂中，混合均匀。
向50L反应釜中加入29.25kg混合醇-水混合溶剂，再加入3.5kg片碱，搅拌升温至78℃，保温50min。降温至20℃，加入2.5kg棉粉，抽真空5次，控制温度20℃，保温90min。加入8.5kg醚化剂氯乙酸溶液，30min升温至73℃，保温反应65min。反应结束，冷却至25℃，出料。用盐酸调节pH＝7.5，用72％的乙醇洗涤4次，离心。将样品在70℃烘干24h，再经粉碎得到产品。
实施例中的样品分析结果如下表1；表2为印染CMC技术要求。
表1产品分析结果
表2印染CMC技术要求
根据表1，表2数据对比分析可知，采用本方法制备的羧甲基纤维素钠的指标如Cl-、酸粘比、水分等均满足印染要求，其取代度、粘度远高于印染CMC技术要求，可以达到更好的印染效果。而且本方法所用原材料易得，操作方便简单，有较好的市场前景。
Claims (10)
1.一种羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、纤维素的碱化：按照重量比精制棉︰纤维素活化剂＝1︰10～15称取精制棉放入有纤维素活化剂的反应釜中，抽真空，无氧环境中搅拌进行碱化，即得碱化纤维素；
所述纤维素活化剂是按照重量比氢氧化钠︰低分子量醇与水的混合液中的水＝4～7︰3～6称取氢氧化钠放入有低分子量醇与水的混合液的反应釜中，保温搅拌均匀而得；
所述低分子量醇与水的混合液的重量比为：低分子量醇︰水＝4～19︰1；
B、纤维素的醚化：按照重量比纤维素醚化剂溶液︰精制棉＝1.8～3.6︰1称取纤维素醚化剂溶液，加入步骤A的反应釜中，搅拌，均匀升温，恒温反应，冷却出料，进行固液分离后即得醚化纤维素；
所述纤维素醚化剂溶液是按照重量比氯乙酸︰低分子量醇＝5～7︰3～5称取氯乙酸与低分子量醇混合均匀而得；
C、制备羧甲基纤维素钠：将步骤B制得的醚化纤维素和乙醇按照一定的重量比称取乙醇，加入到步骤B制得的醚化纤维素中，中和，再用乙醇洗涤，烘干，粉碎即得羧甲基纤维素钠。
2.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤A的所述制备纤维素活化剂的保温温度为70℃～80℃，保温时间为40～50min。
3.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤A中的碱化的温度为15℃～20℃,碱化时间为60～120min。
4.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤B中恒温温度为72℃～78℃,恒温时间为60～90min。
5.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤B中冷却的温度为20℃～40℃。
6.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤C中一定重量比为：步骤B制得的醚化纤维素：乙醇＝1︰10～15。
7.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，反应釜的搅拌转速为180r/min～220r/min。
8.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述步骤C中乙醇浓度为65％～85％。
9.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述低分子量醇为碳原子数为C1～C4的醇中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的羧甲基纤维素钠制备方法，其特征在于，所述的无氧环境为氮气或者惰性气体保护。
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