CN106496335A - 一种制备羧甲基纤维素锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然高分子化学改性领域,具体涉及一种制备羧甲基纤维素锂的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种制备羧甲基纤维素锂的方法,包括以下步骤:A、制碱混合液:将LiOH或LiOH.nH2O、水和有机溶剂混合溶解得碱混合液;B、锂化:将纤维素加入碱混合液中在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;C、醚化:降温后加入醚化液,在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min;经后处理得CMC‑Li粗品;D、深度锂化、醚化:根据需求,再将CMC‑Li粗品进行多次锂化、多次醚化,再经后处理得CMC‑Li成品。本发明方法所得羧甲基纤维素锂取代度、粘度可控,且透光率良好。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子化学改性领域,具体涉及一种制备羧甲基纤维素锂的方法。
背景技术
目前,制备羧甲基纤维素锂的方法主要分为两种,间接法和直接法。
以羧甲基纤维素钠为原料,通过酸化工艺和碱化工艺制备目标产品,该方法统称为间接法。以CN102206286A专利为例,其方法是首先往於浆法制得的羧甲基纤维素钠中加入15~25%的盐酸进行酸化,在20~50℃下反应一定时间得到羧甲基纤维素粗品,经过体积浓度为80~95%的有机溶剂洗涤、脱水、干燥和粉碎得到羧甲基纤维素酸纯品;再加入LiOH.H2O水溶液在40~60℃下反应一定时间后用冰醋酸进行中和,然后用一定浓度的有机溶剂洗涤、脱液、干燥和粉碎得到羧甲基纤维素锂。该制备方法为锂元素对钠元素的不完全取代,体系中会有残留未完全反应的CMC-Na,制备的CMC-Li较原材料CMC-Na取代度和粘度均有一定幅度的降低,从而无法制备高粘度、高取代度的CMC-Li产品。
以纤维素为原料,按照常规制备CMC-Na方法通过化碱、碱化、醚化制备CMC-Li,即为直接法。但是该方法反应均匀性差,制备得到的CMC-Li取代度低、透明度低,透明度低。
发明内容
针对上述现有制备羧甲基纤维素锂的方法存在的缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种制备羧甲基纤维素锂的方法。该方法可根据需求得到取代度DS范围为0.6~2.0、粘度范围为50~6000mPa.s的羧甲基纤维素锂,且透光率高达97%以上。
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备羧甲基纤维素锂的方法。该方法包括以下步骤:
A、制碱混合液:将LiOH或LiOH.nH2O、水和有机溶剂混合溶解得碱混合液;所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇或叔丁醇中的至少一种;
B、锂化:将纤维素加入碱混合液中,先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;
C、醚化:降温后加入醚化液,然后先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min;经后处理得CMC-Li粗品;所述醚化液由氯乙酸和有机溶剂混合溶解而成;所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇或叔丁醇中的至少一种;
D、深度锂化、醚化:将CMC-Li粗品进行多次锂化和醚化,经后处理得CMC-Li成品;所述多次为一次以上。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述混合溶解温度为0~90℃,时间为10~240min。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述碱混合液中有机溶剂的质量浓度为10~90%。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述碱混合液中氢氧化锂质量浓度为1%至过饱和。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤B中,所述的纤维素为精制棉、竹浆粕或木浆粕中的至少一种。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤B中,所述纤维素与碱混合液中氢氧根的摩尔比为1︰1~6。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤C中,所述醚化液的浓度为10~1500g/L。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤C中,所述醚化液中氯乙酸与纤维素的摩尔比为1~6︰1。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤D中,所述多次锂化和醚化为重新加入碱混合液进行锂化,重新加入醚化液进行醚化。
进一步的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤D中,所述多次锂化和醚化的条件为:锂化:先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;醚化:先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法,采用捏合机或反应釜为反应设备。
进一步的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法,采用反应釜为反应设备时,整个反应过程抽真空后通入惰性气体控制压力为-1~2MPa。
本发明方法可直接以纤维素为原料,操作简单、易控制,且本发明方法可根据需求控制取代度、粘度,得到取代度DS为0.6~2.0、粘度(1%干样B型粘度计)为50~6000mPa.s的羧甲基纤维素锂,且透光率高达97%以上。
具体实施方式
由于现有技术间接法制备得到的羧甲基纤维素锂存在取代度低、粘度低、纯度低等缺陷,本发明人预提供一种羧甲基纤维素锂的制备方法。本发明人经过大量实验,在常规直接法的基础上,调整了碱棉比、醚棉比、锂化方式和条件、醚化方式和条件等参数,制备得到了羧甲基纤维素锂,但该羧甲基纤维素锂同样具有取代度较低、水溶液混浊、反应均匀性差等缺点,不能满足使用要求;进一步的,发明人又进行了大量研究发现,可将得到的羧甲基纤维素锂重新加入碱混合液中进行再次锂化、锂化结束后再加入醚化液进行再次醚化,即重复步骤B、C,根据不同用户对羧甲基纤维素锂的取代度、粘度的不同要求来决定再次锂化、醚化的次数。进一步的,再次锂化、醚化的各原料的添加量、反应时间、温度等参数可根据要求在第一次锂化、醚化的范围内合理地进行调整。
一种制备羧甲基纤维素锂的方法,包括以下步骤:
A、配制碱混合液、醚化液:将LiOH或LiOH.nH2O、水和有机溶剂混合溶解得碱混合液;用有机溶剂将氯乙酸溶解制成醚化液;所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇或叔丁醇中的至少一种;
B、锂化:将纤维素加入碱混合液中,先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;所述纤维素与碱混合液中氢氧根的摩尔比为1︰1~6;
C、醚化:降温后加入醚化液,然后先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min;经离心、洗涤、烘干、粉碎等后处理步骤得CMC-Li粗品;所述醚化液中氯乙酸与纤维素的摩尔比为1~6︰1;
D、深度锂化、醚化:将所得CMC-Li粗品重复步骤B、C进行深度锂化、醚化,即再加入碱混合液中进行锂化,然后加入醚化液进行醚化,根据对成品取代度、粘度的要求决定深度锂化、醚化的次数,醚化结束后经离心、洗涤、烘干、粉碎等后处理步骤得CMC-Li成品。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述混合溶解温度为0~90℃,时间为10~240min。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述碱混合液中有机溶剂的质量浓度为10~90%。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤A中,所述碱混合液中氢氧化锂质量浓度为1%至过饱和。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤B中,所述的纤维素为精制棉、竹浆粕或木浆粕中的至少一种。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤C中,所述醚化液的浓度为10~1500g/L。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤D中,所述多次锂化和醚化为重新加入碱混合液进行锂化,重新加入醚化液进行醚化。
进一步的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法步骤D中,所述多次锂化和醚化的条件为:锂化:先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;醚化:先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min。
优选的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法,采用捏合机或反应釜为反应设备。
进一步的,上述制备羧甲基纤维素锂的方法,采用反应釜为反应设备时,整个反应过程抽真空后通入惰性气体控制压力为-1~2MPa。
实施例1
称取300g LiOH.2H2O、800g去离子水和765g工业级异丙醇在10℃条件下溶解80min配制成碱混合液;称取290g氯乙酸溶解于1200g工业级异丙醇溶液中配制成醚化液;
称取330g精制棉加入捏合机中,在10℃下让精制棉和碱混合液反应20min,后升温至70℃碱化180min;待温度降至40℃以下后,将醚化液加入捏合机中,45℃下反应30min,后升温至76℃反应90min;经后处理步骤得到CMC-Li粗品;
再根据需求,按照上述工艺条件将CMC-Li粗品进行深度锂化和醚化,后加硫酸进行中和,用体积浓度为75%的异丙醇溶液进行洗涤,经离心、烘干、粉碎后得CMC-Li成品。
本实施例所得CMC-Li:DS=1.21,1%水溶液粘度=880mPa.s,PH=7.5,H2O%=8.3,透光率=97.5%。
实施例2
称取170g LiOH、1000g软化水和2500g工业级异丙醇在30℃下溶解40min配制成碱混合液;将300g氯乙酸溶解于1000g工业级异丙醇溶液中配制成醚化液;
称取350g精制棉加入反应釜中,用氮气进行置换并抽真空至-0.1MPa,在30℃下让精制棉和碱混合液反应40min,后升温至50℃下反应60min;待温度降至40℃以下后,将醚化液加入反应釜中,加压至0.7MPa,45℃条件下反应40min,后升温至76℃并反应60min;经后处理步骤得到CMC-Li粗品;
再根据需求,称取120g LiOH、800g软化水和1500g工业级异丙醇在30℃下溶解30min配制成碱混合液;将新配制的碱混合液和粗品CMC-Li加入反应釜中,用氮气加压至2MPa,在20℃下反应30min,再升温至60℃反应50min;待温度降至40℃以下后,将560g氯乙酸溶解于800g工业级异丙醇溶液中配制成醚化液,并将醚化液加入反应釜中,加压至0.5MPa,40℃下反应15min,后升温至80℃条件下反应90min;离心后加硝酸进行中和,用体积浓度为80%的酒精溶液进行洗涤,经离心、烘干、粉碎后得CMC-Li。
本实施例所得CMC-Li:DS=1.5,1%水溶液粘度=118mPa.s,PH=6.7,H2O%=6.8,透光率=98%。
实施例3
称取500g LiOH.H2O、3000g软化水和15000g工业级酒精在75℃下溶解60min配制成碱混合液;称取900g氯乙酸溶解于4000g工业级酒精溶液中配制成醚化液;
称取700g精制棉和竹浆粕混合物加入反应釜中,抽真空后加惰性气体至0.8MPa,在20℃下反应30min,后升温至80℃反应60min;待温度降至40℃以下后,将醚化液加入反应釜中,加压至1.1MPa,50℃下反应90min,后升温至78℃反应90min;经后处理步骤得到CMC-Li粗品;
再根据需求,称取200g LiOH.H2O、1200g软化水和2500g工业级异丙醇在50℃下溶解60min配制成碱混合液;将新配制的碱混合液和粗品CMC-Li加入反应釜中,用惰性气体加压至0.8MPa,在30℃下反应40min后升温至60℃反应30min;将120g氯乙酸溶解于500g工业级异丙醇溶液中配制成醚化液,并将醚化液加入反应釜中,加压0.3MPa,在40℃下反应10min后升温至70℃反应90min;离心后加醋酸进行中和,用体积浓度为70%的酒精溶液进行洗涤,经离心、烘干、粉碎后得CMC-Li成品。
本实施例所得CMC-Li:DS=1.05,1%水溶液粘度=3005mPa.s,PH=6.7,H2O%=6.8,透光率=97.1%。
对比例1 间接法
称取取代度DS=0.92、1%水溶液粘度1392cp、纯度98.5%的羧甲基纤维素钠150g,将质量浓度为25%的盐酸溶液250g分散于乙醇溶液中,加入称好的CMC,控制体系异丙醇有机溶剂浓度为68%,浴比为1:9;在40℃下反应3h,离心后将得到的羧甲基纤维素酸用浓度为40%乙醇溶液洗涤2次,离心后分散于95%乙醇体系中,加入150g质量浓度为8%的LiOH水溶液,控制体系异丙醇浓度为76%,浴比为1:10,将上述混合液在20℃下反应4h后用醋酸中和至PH=7.5;离心脱液,用浓度75%的异丙醇溶液洗涤1次,80%的乙醇洗涤1次,离心、烘干、粉碎得羧甲基纤维素锂。
本对比例所得CMC-Li:DS=0.61,1%水溶液粘度485mPa.s,水溶液透光率95%。
对比例2 直接法不深度锂化、醚化
称取240g LiOH.H2O、240g去离子水和350g 95%酒精,在65℃下溶解40min配制成碱混合液;称取300g木浆粕加入捏合机中,在20℃下让木浆粕和碱混合液反应30min,后升温至60℃反应60min;称取270g氯乙酸溶解于400g 95%酒精溶液中配制成醚化液,并将醚化液加入捏合机中,30℃下搅拌10min,后升温至76℃反应90min制得CMC-Li;加醋酸进行中和后离心,用体积浓度为80%的酒精溶液进行洗涤,经离心、烘干、粉碎后得CMC-Li成品。
本对比例所得CMC-Li:DS=0.34,1%水溶液粘度=258mPa.s,PH=6.9,H2O%=7.7,透光率=54%。
对比例3 未进行深度锂化
称取240g LiOH.H2O、240g去离子水和350g 95%酒精,在65℃下溶解40min配制成碱混合液;再称取270g氯乙酸溶解于400g 95%酒精溶液中配制成醚化液;
称取300g竹浆粕加入捏合机中,在20℃下让竹浆粕和碱混合液预先碱化反应30min;后升温至60℃碱化120min;待温度降至40℃以下后,并将醚化液加入捏合机中,30℃下搅拌10min,后升温至76℃反应90min;离心后制得CMC-Li粗品;
再根据需求,称取180g氯乙酸溶解于500g95%酒精溶液中配制成醚化液,并将醚化液加入捏合机中,先在55℃下反应40min,后升温至70℃反应60min;离心后加醋酸进行中和,用体积浓度为80%的酒精溶液进行洗涤,经离心、烘干、粉碎后得CMC-Li成品。
本实施例所得CMC-Li:DS=0.62,1%水溶液粘度=4580mPa.s,PH=7.5,H2O%=8.9,透光率=86.8%。
Claims (10)
1.制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、制碱混合液:将LiOH或LiOH.nH2O、水和有机溶剂混合溶解得碱混合液;所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇或叔丁醇中的至少一种;
B、锂化:将纤维素加入碱混合液中,先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;
C、醚化:降温后加入醚化液,然后先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min;经后处理得CMC-Li粗品;所述醚化液由氯乙酸和有机溶剂混合溶解而成;所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇或叔丁醇中的至少一种;
D、深度锂化、醚化:将CMC-Li粗品进行多次锂化和醚化,经后处理得CMC-Li成品;所述多次为一次以上。
2.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤A中,所述碱混合液中有机溶剂的质量浓度为10~90%。
3.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤A中,所述碱混合液中氢氧化锂质量浓度为1%至过饱和。
4.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤B中,所述的纤维素为精制棉、竹浆粕或木浆粕中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤B中,所述纤维素与碱混合液中氢氧根的摩尔比为1︰1~6。
6.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤C中,所述醚化液的浓度为10~1500g/L。
7.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤C中,所述醚化液中氯乙酸与纤维素的摩尔比为1~6︰1。
8.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:步骤D中,所述多次锂化和醚化为重新加入碱混合液进行锂化,重新加入醚化液进行醚化。
9.根据权利要求8所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:所述多次锂化和醚化的条件为:锂化:先在0~30℃下反应10~60min,再升温至30~80℃反应10~180min;醚化:先在0~50℃下反应10~60min,再升温至50~80℃反应10~180min。
10.根据权利要求1所述的制备羧甲基纤维素锂的方法,其特征在于:采用捏合机或反应釜为反应设备;进一步的,采用反应釜为反应设备,整个反应过程抽真空后通入惰性气体控制压力为-1~2MPa。
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