CN1288898A - 造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法,它是将木浆或棉纤维素在无机酸如盐酸、硫酸等中进行预处理,再溶于氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中,加烧碱制成碱纤维素,再以一氧乙酸为醚化剂在均相条件下进行醚化反应从而制得羧甲基纤维素钠产品;或于非均相条件下,在纤维素与异丙醇的浴比为1∶8—10时进行醚化反应,从而获得超低粘冷水速溶的羧甲基纤维素钠。本发明能生产出超低粘度,冷水速溶,剪切稀化性能优良的产品,满足造纸涂布工艺的特定要求。
Description
本发明涉及到羧甲基纤维素钠的制备方法，特别是涉及到造纸行业中涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法。
随着造纸工业的发展，涂布工艺是近来围绕着降低木材资源的消耗，提高纸品的档次，改善纸品的印刷性能而出现的一种新工艺。羧甲基纤维素钠作为一种保水剂，同时也作为一种辅助胶粘剂被引入到涂布工艺中，用以改变涂料的流变性能，提高涂料保水值和纸品性能而应用在涂布纸与纸板的生产。
传统的羧甲基纤维素钠的制备方法是：将浆泊纤维于捏合机中与烧碱醇溶液制成碱纤维素，然后再加入一氯醋酸进行醚化，所得产物用稀酒精洗涤，再经压滤烘干、粉碎即成成品。
公开号为CN1136569的羧甲基纤维素的制备方法是：将针叶木桨于捏合机中与烧碱醇溶液制成碱纤维素，其滴加烧碱的时间控制在0.5-1小时，搅拌1-2小时，然后加一氯乙酸进行醚化，其滴加一氯乙酸的时间控制在0.5-1小时，滴加结束后加热至75-85℃，搅拌1-2小时，所得物再用稀乙醇洗涤，再经压滤、烘干、粉碎即成成品。
上述两种羧甲基纤维素钠的制备方法都是在捏合机中进行，加入醚化剂进行醚化反应从而制得成品，这两种工艺均存在醚化剂利用率低、烧碱耗量大，其产品溶解性能差，溶解时间长，溶解完全需适当升温，粘度高(在600mpa·s左右)，因此，增稠倾向大，同时剪切稀化性能差，致使涂料流动性能差的问题，不适于造纸涂布，只能用于建材行业及其它行业。
本发明的目的在于提供一种造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法，它克服了上述两种生产方法的问题，对原料进行预处理后在均相(或非均相)的条件下进行醚化反应，从而生产出超低粘度，冷水速溶，剪切稀化性能优良的产品，满足了造纸涂布工艺的要求。
本发明的工艺如下：
将木桨或棉纤维在容器中浸没装有在无机酸如盐酸或硫酸容器中，温度为75-85℃，时间为30分钟至1小时，并加烧碱中和至中性，冷却至室温，后加水，经磨桨机碎桨，并经分离干燥完成原料的预处理，其所得物再溶于氯化锂/二甲基乙酰胺(质量体积比为4-9/100)溶液中，并加烧碱制成碱纤维素，然后再一氯乙酸作为醚化剂在均相，温度为70-80℃的条件下进行醚化反应，其产物再用稀乙醇洗涤2次，即可得产品。或者在非均相条件下，使分离干燥后的纤维素与异丙醇的浴比为1∶8-10时，温度不超过35℃，先进行丝化反应1-1.5小时，制得碱纤维素，然后再加入相转移催化剂吡啶及硼砂在70-80℃下进行非捏合式醚化反应1-2小时即可得产品。
纤维素的预处理：其木桨可以为针叶木桨或阔叶木桨。其木桨或棉纤维素浸没于盐酸或硫酸中以期能打断纤维素的分子链，容器中的温度最好为85℃，时间为1小时，再用烧碱中和至中性并冷却至室温，然后再加水使纤维素得到进一步的稀释后，控制纤维素含量在10％-15％并在磨桨机中将其磨碎至2微米，并将纤维素从水中分离出来压干、烘干。
将经过预处理的纤维素溶于氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中，其质量体积比最好为5/100，加温至80℃搅拌溶解，溶解的纤维素的含量为20％-25％，并将30％的烧碱二甲基乙酰胺溶液用30-40分钟时间加入其中，升温至80℃搅拌45-60分钟制成碱纤维素，最后再小心地加入一氯乙酸，于均相条件下保温反应1-2小时，冷却后，将产物以60℃，80％乙醇洗涤2次后，最后经压滤、烘干即可得产品。
或是将预处理的纤维素加入到异丙醇中，溶比为1∶8-10，然后将30％烧碱溶液用半小时时间缓缓加入到溶液中，控制温度不超过35℃，并搅拌1-2小时，制得碱纤维素，再将40％一氯乙酸异丙醇溶液用1小时时间滴加入上述体系中，滴加完毕后加入4-6/1000砒啶和5-10％的硼砂(以纤维素的质量计)升温至80℃于非均相条件下反应1-2小时，冷却，并以10％盐酸异丙醇溶液中和至PH值7-8，然后过滤、干燥即得产品。
本发明的优点是：
1．本方法通过对原材料进行了化学和物理方面的预处理，使原料达到超细状态，获得了更好的反应可及性，降低了醚化剂的耗量，同时降低了原料的聚合度，从而为制取超低粘度羧甲基纤维素钠创造了条件。而传统方法没有该过程，且醚化剂利用率低，烧碱耗量大。成品的水溶液有微量不溶物，产品粘度得不到有效控制，以致产品应用于涂布工艺时溶解性差、溶解时间长，增稠倾向大，流动性能较差。
2．本方法采用了非捏合工艺，将经预处理后的原料溶于LiCl/DMAc溶液中，使醚化反应在均相条件中进行；或将预处理后的原料于异丙醇中，进行醚化反应。所制备的羧甲基纤维素钠具有较高的取代均一性、超低粘度、冷水速溶等特性。
3．用本工艺制成的成品能在冷水速溶。在冷水中轻微搅拌10-15分钟，便能获得均一透明的水溶液，极大地改善了该产品的应用条件，能充分地满足涂布工艺中涂料配制的要求。
4．用本工艺制成的成品替代度高且粘度低，其粘度在20mpa·s以下，在涂布工艺中还具有较高的保水值，但传统方法制得的高替代度羧甲基纤维素钠，粘度通常在600mpa·s以上。不能满足涂布工艺要求。
5．用本工艺制成的成品使涂布工艺中涂料的剪切稀化性能优良，极大地改善了涂料的流变性能。
实施例：
实施例1：用天平称取40克纤维素，用手将纤维素浆板撕碎装入100毫升烧瓶中，配制2N盐酸溶液500毫升倾入烧瓶中，升温至85℃并保持30分钟，用烧碱中和至中性并冷却至室温。用滤布滤去水并压干滤饼，置于烘箱中烘干备用。称取20克已烘干的预处理过的纤维素于250毫升三颈瓶中，加入异丙醇130毫升，称取14.3克烧碱溶于40毫升水中，开启搅拌，将烧碱溶液用0.5小时时间缓缓加入三颈瓶中，控制温度35℃以下搅拌1小时，以30毫升异丙醇溶解一氯乙酸并用1小时时间滴加入体系中，然后加入0.1克吡啶及1克硼砂，此时应控温于70℃，当滴加完毕后，升温至80℃并反应90分钟，冷却并以10％盐酸异丙醇溶液中和至PH值为7-8，然后过滤、干燥即得成品。
称取2.000克样品，以GB12029.4-89测取代度，得结果取代度DS=0.846，基本上达到了我们所设计的值。称取2.000克样品，以GB12029.2-89中的步骤，用NDJ-1型粘度计测2％水溶液的粘度，得室温结果为19mpa·s。
实施例2：称取50克已经干燥的氯化锂溶于1000毫升二甲基乙酰胺中，于80℃加温溶解，以备使用。取100毫升溶液置入250毫升三颈瓶中，开启搅拌，称取20克已经预处理的纤维素溶于其中。以20毫升二甲基乙酰胺溶解14.3克烧碱并缓缓加入体系中搅拌30分钟，然后升温至80℃并小心地将11.7克一氯乙酸加入其中，保温反应1小时，冷却，将析出物过滤并以60℃、80％乙醇洗涤两次，滤出产品压干置于烘箱中干燥。
以GB12029.4-89测样品取代度为0.912；称取2.000克样品，配制2％水溶液，按GB12029.2-89之步骤，用NDJ-1型粘度计测得粘度为18mpa·s。
Claims (4)
1．一种造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征是：将木桨或棉纤维在容器中浸没装有在无机酸如盐酸或硫酸容器中，温度为75-85℃，时间为30分钟至1小时，并加烧碱中和至中性，冷却至室温，后加水，经磨桨机碎桨，并经分离干燥完成原料的预处理，其所得物再溶于氯化锂/二甲基乙酰胺(质量体积比为4-9/100)溶液中，并加烧碱制成碱纤维素，然后再一氯乙酸作为醚化剂在均相，温度为70-80℃的条件下进行醚化反应，其产物再用稀乙醇洗涤2次，即可得产品。或者在非均相条件下，使分离干燥后的纤维素与异丙醇的浴比为1∶8-10时，温度不超过35℃，先进行丝化反应1-1.5小时，制得碱纤维素，然后再加入相转移催化剂吡啶及硼砂在70-80℃下进行非捏合式醚化反应1-2小时即可得产品。
2．根据权利要求1所述的造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征是：纤维素的预处理：其木桨可以为针叶木桨或阔叶木桨。其木桨或棉纤维素浸没于盐酸或硫酸容器中的温度最好为85℃，时间为1小时，再用烧碱中和至中性并冷却至室温，然后再加水使纤维素得到进一步的稀释后，并控制纤维素含量在10％-15％并在磨桨机中磨碎至2微米，并将纤维素从水中分离出来压干、烘干。
3．根据权利要求2所述的造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征是：将经过预处理的纤维素溶于氯化锂/二甲基乙酰胺溶液中，其质量体积比最好为5/100，加温至80℃搅拌溶解，使纤维素的含量为20％-25％，并将30％的烧碱二甲基乙酰胺溶液用30-40分钟时间加入其中，升温至80℃搅拌45-60分钟制成碱纤维素，最后再小心地加入一氯乙酸，于均相条件下保温反应1-2小时，冷却后，将产物以60℃，80％乙醇洗涤2次后，最后经压滤、烘干即可得产品。
4．根据权利要求2所述的造纸涂布专用羧甲基纤维素钠的制备方法，其特征是：将预处理的纤维素加入到异丙醇中，溶比为1∶8-10，然后将30％烧碱溶液用半小时时间缓缓加入到溶液中，控制温度不超过35℃，并搅拌1-2小时，制得碱纤维素，再将40％一氯乙酸异丙醇溶液用1小时时间滴加入上述体系中，滴加完毕后加入4-6/1000砒啶和5-10％的硼砂(以纤维素的质量计)升温至80℃于非均相条件下反应1-2小时，冷却，并以10％盐酸异丙醇溶液中和至PH值7-8，然后过滤、干燥即得产品。
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