CN115260316B - 一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法 - Google Patents

一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及醋酸纤维素制备技术领域，具体涉及一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法。本发明提供的低粘度醋酸纤维素的制备方法，包括如下步骤：将醋酸纤维素和冰醋酸混合，加热搅拌至溶解，然后加入酸改性二氧化硅和醋酸溶液进行水解，水解结束后加入醋酸钠终止反应，再加入水进行沉析，过滤，洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素。本发明提供的低粘度醋酸纤维素的制备方法，不以浆粕作为原料，而是首创的采用醋酸纤维素作为原料，在特定的酸改性二氧化硅的作用下进行水解，可大幅降低产品粘度。

Description

一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法
技术领域
本发明涉及醋酸纤维素制备技术领域，具体涉及一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法。
背景技术
醋酸纤维素是以天然的木浆粕或棉浆粕作为主要原料，纤维素分子链上的羟基被乙酰氧基取代后的产物，主要应用于感光胶片、液晶显示器偏振片保护膜以及其他功能性膜(如水处理膜、医用膜等)等领域，也用于香烟过滤嘴、纺织、眼镜板材、塑料薄膜、工具手柄、高档装饰材料等领域。
现有醋酸纤维素生产工艺大都在溶剂和催化剂存在条件下，使用木浆或棉浆与醋酸酐进行酯化反应，再经皂化、过滤、成型、清洗、脱水、烘干等工序，得到醋酸纤维素。由于是从浆粕开始酯化，其限制了固液比不能太高，否则反应不完全；此外，为了保证成型后的外观以及后续清洗，其粘度不能太低，又因为其固液比不高，就需要产品本身粘度足够高。因此，其大大限制了低粘度醋酸纤维素的制备。
发明内容
为了克服现有醋酸纤维素的制备工艺所获得的醋酸纤维素粘度较高的缺陷，进而提供一种低粘度醋酸纤维素及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，包括如下步骤：
将醋酸纤维素和冰醋酸混合，加热搅拌至溶解，然后加入酸改性二氧化硅和醋酸溶液进行水解，水解结束后加入醋酸钠终止反应，再加入水进行沉析，过滤，洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素。
优选的，所述酸改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
1)将粒径为85-95nm的介孔二氧化硅与吡嗪进行混合后超声，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅；
2)将吡嗪改性的二氧化硅与高氯酸进行混合后超声，超声结束后过滤，自然干燥，得到所述酸改性二氧化硅。
优选的，所述水解反应温度为50-90℃，水解时间为30-500分钟。
优选的，所述醋酸纤维素的取代度为2.20-2.87。
优选的，所述醋酸纤维素和冰醋酸的质量比为1：(3-6)。
优选的，所述醋酸纤维素、酸改性二氧化硅和醋酸溶液的质量比为1：(0.03-0.1)：(0.1-2)。
优选的，所述醋酸溶液中醋酸的质量分数为40-70％；
所述醋酸钠和酸改性二氧化硅的质量比为1：(1-3)；
所述水的加入量是醋酸纤维素质量的3-8倍；
所述洗涤步骤采用脱盐水进行洗涤。
优选的，步骤1)中所述介孔二氧化硅与吡嗪的质量比为1:(8-12)，所述超声功率为700-900W，超声时间为0.2-0.8h。
优选的，步骤2)中所述吡嗪改性的二氧化硅与高氯酸的质量比为1:(8-12)，所述超声功率为700-900W，超声时间为0.1-0.5h，高氯酸的浓度为70-72wt％。
本发明还提供一种低粘度醋酸纤维素，由上述所述的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
本发明提供的低粘度醋酸纤维素的制备方法，不以浆粕作为原料，而是首创的采用醋酸纤维素作为原料，在特定的酸改性二氧化硅的作用下进行水解，可大幅降低产品粘度，同时可增大体系浓度，保证成型后产品外观和后续清洗工序。
进一步的，所述酸改性二氧化硅的制备方法中首先采用特定粒径为85-95nm的介孔二氧化硅与吡嗪进行混合后超声，使二氧化硅表面以及介孔表面形成一层吡嗪薄膜，防止高氯酸直接破坏二氧化硅内部结构，然后再将表面负载有吡嗪薄膜层的二氧化硅与高氯酸进行混合后超声，对二氧化硅进行酸改性，经过上述特定方法获得的酸改性二氧化硅其有利于醋酸纤维素的水解，保证了醋酸纤维素产品粘度进一步降低。
此外，本发明的制备方法对原料醋酸纤维素没有过多要求，可以使用任何等级的醋酸纤维素，可将醋酸纤维素次品、废品再利用，变废为宝。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
以下实施例和对比例中所用的取代度为2.8的醋酸纤维素原料的粘度为98MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
实施例1
本实施例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，包括如下步骤：
将100g取代度为2.8的醋酸纤维素加入到600g冰醋酸中，加热搅拌至完全溶解,然后加入10g酸改性二氧化硅和100g质量分数为60％的醋酸溶液进行水解反应，水解反应温度为80℃，水解时间为300分钟，然后加入5g醋酸钠终止水解反应，再加入500g水进行沉析，过滤，得到的滤饼用脱盐水洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素。
所述酸改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
1)将10g介孔二氧化硅(粒径为90nm)与100g吡嗪进行混合后超声，超声功率为800W，超声时间为0.5h，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅；
2)将5g吡嗪改性的二氧化硅与50g高氯酸(高氯酸浓度为70wt％)进行混合后超声，超声功率为800w，超声时间为0.2h，超声结束后过滤，自然干燥，得到酸改性二氧化硅。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为65MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
实施例2
本实施例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，包括如下步骤：
将100g取代度为2.8的醋酸纤维素加入到500g冰醋酸中，加热搅拌至完全溶解,然后加入11g酸改性二氧化硅和150g质量分数为50％的醋酸溶液进行水解反应，水解反应温度为80℃，水解时间为450分钟，然后加入5g醋酸钠终止水解反应，再加入500g水进行沉析，过滤，得到的滤饼用脱盐水洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素。
所述酸改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
1)将10g介孔二氧化硅(粒径为90nm)与110g吡嗪进行混合后超声，超声功率为800W，超声时间为0.5h，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅；
2)将5g吡嗪改性的二氧化硅与60g高氯酸(高氯酸浓度为70wt％)进行混合后超声，超声功率为800w，超声时间为0.2h，超声结束后过滤，自然干燥，得到酸改性二氧化硅。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为62MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
实施例3
本实施例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，包括如下步骤：
将100g取代度为2.8的醋酸纤维素加入到550g冰醋酸中，加热搅拌至完全溶解,然后加入12g酸改性二氧化硅和160g质量分数为55％的醋酸溶液进行水解反应，水解反应温度为80℃，水解时间为450分钟，然后加入6g醋酸钠终止水解反应，再加入500g水进行沉析，过滤，得到的滤饼用脱盐水洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素。
所述酸改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
1)将10g介孔二氧化硅(粒径为90nm)与115g吡嗪进行混合后超声，超声功率为800W，超声时间为0.4h，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅；
2)将5g吡嗪改性的二氧化硅与55g高氯酸(高氯酸浓度为70wt％)进行混合后超声，超声功率为800w，超声时间为0.2h，超声结束后过滤，自然干燥，得到酸改性二氧化硅。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为61MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
对比例1
本对比例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，其与实施例1的区别在于将酸改性二氧化硅替换为高氯酸(高氯酸浓度为70wt％)。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为78MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
对比例2
本对比例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，其与实施例1的区别在于所述酸改性二氧化硅的制备方法中包括如下步骤：
将5g介孔二氧化硅(粒径为90nm)与50g高氯酸(高氯酸浓度为70wt％)进行混合后超声，超声功率为800w，超声时间为0.2h，超声结束后过滤，自然干燥，得到酸改性二氧化硅。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为72MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
对比例3
本对比例提供一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，其与实施例1的区别在于将所述酸改性二氧化硅替换为吡嗪改性的二氧化硅，所述吡嗪改性的二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
将10g介孔二氧化硅(粒径为90nm)与100g吡嗪进行混合后超声，超声功率为800w，超声时间为0.5h，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅。
对上述制备方法获得的醋酸纤维素产品的粘度进行测试，其粘度为90MPa·S(质量分数为5％醋酸纤维素溶液体系中，溶剂为丙酮和水，丙酮和水体积比为4:1)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将醋酸纤维素和冰醋酸混合，加热搅拌至溶解，然后加入酸改性二氧化硅和醋酸溶液进行水解，水解结束后加入醋酸钠终止反应，再加入水进行沉析，过滤，洗涤，干燥，得到所述低粘度醋酸纤维素；
所述酸改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
1)将粒径为85-95nm的介孔二氧化硅与吡嗪进行混合后超声，超声结束后过滤，自然干燥，得到吡嗪改性的二氧化硅；
2)将吡嗪改性的二氧化硅与高氯酸进行混合后超声，超声结束后过滤，自然干燥，得到所述酸改性二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，所述水解反应温度为50-90℃，水解时间为30-500分钟。
3.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，所述醋酸纤维素的取代度为2.20-2.87。
4.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，所述醋酸纤维素和冰醋酸的质量比为1：(3-6)。
5.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，所述醋酸纤维素、酸改性二氧化硅和醋酸溶液的质量比为1：(0.03-0.15)：(0.1-2)。
6.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液中醋酸的质量分数为40-70％；
所述醋酸钠和酸改性二氧化硅的质量比为1：(1-3)；
所述水的加入量是醋酸纤维素质量的3-8倍；
所述洗涤步骤采用脱盐水进行洗涤。
7.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述介孔二氧化硅与吡嗪的质量比为1:(8-12)，所述超声功率为700-900W，超声时间为0.2-0.8h。
8.根据权利要求1所述的低粘度醋酸纤维素的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述吡嗪改性的二氧化硅与高氯酸的质量比为1:(8-12)，所述超声功率为700-900W，超声时间为0.1-0.5h，高氯酸的浓度为70-72wt％。
9.一种低粘度醋酸纤维素，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
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