CN1990507A - 制备碱纤维素和纤维素醚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供制备含水量低并且具有均一碱分布的碱纤维素的有效方法。更具体地，本发明提供连续制备碱纤维素的方法，其步骤包括：将纸浆与碱金属氢氧化物溶液连续接触，产生接触混合物，然后通过离心分离器对接触混合物排水。还提供制备纤维素醚的方法，其包括醚化碱纤维素的步骤。

Description

制备碱纤维素和纤维素醚的方法

技术领域

本发明涉及碱纤维素以及用此制备纤维素醚的方法。

背景技术

制备纤维素醚的已知方法包括的步骤是，将高度纯化的纸浆与碱性溶液接触而制备碱纤维素，然后用醚化剂醚化碱纤维素。虽然通过合适地控制取代度，得到的终产品纤维素醚变得可溶于水，但是纤维素醚含有不溶于水的部分，由于不溶于水的部分被认为是杂质，致使水溶液的透光率可降低或可损害纤维素醚的商品价值。

产生不溶部分的原因是存在取代度低的部分，其不具有能使纤维素醚溶于水的足够取代基。原因之一是碱纤维素中碱分布不均匀。

碱发挥的作用包括(a)膨胀纤维素以改变纸浆中的晶体结构，从而加速醚化剂的渗透；(b)催化环氧烷烃的醚化反应，和(c)作为卤代烷的反应物。不与碱的水溶液接触的纸浆部分不参加反应，从而仍保持为不溶部分。因此，碱纤维素的均匀性与碱纤维素中不溶部分的量有关。

广泛用于制备碱纤维素的方法，包括经审查的日本专利申请公布号60-50801/1985或未经审查的日本专利申请公布号56-2302/1981所描述的方法，其中将醚化必需量的碱加入经粉碎纸浆得到的纸浆粉末中，然后机械混合。但该方法中，碱未被分布到纸浆粉末的所有部分中，从而使纸浆粉末的某些部分仍未与碱接触。其结果，导致某些部分不能成为纤维素醚，作为未反应的物质存在于产品中，并损害纤维素醚的质量。因此，该方法能引起问题。

为了避免引起该问题，一种方法包括的步骤是：在过量的碱溶液中浸透纸浆片材，使纸浆吸收足量的碱，然后将浸透的片材进行压按，除去不需要的部分碱，将碱控制在预定量。当该方法被工业化施行时，通常的习惯是使纸浆卷自由旋转，方法是把支撑轴穿过卷的中心管，将其抬高从而提离地表，或者将纸浆卷放在滚筒上。然后，从纸浆卷中拉出片材，将其放入浸渍槽。但是，根据该方法，由于浸渍期间纸浆片材被拉力拉破，操作经常中断。另外，为了实现大量生产，需要巨大的浸渍槽，用于将纸浆片材在其中浸渍到预定的时间。因此，该方法有缺点，如必需给槽足够的空间和不可避免的投资成本上升。另一方面，采用纸浆碎片时，其块有不规则的表面，从而在压机压按时，产生挤压不均匀。不均匀挤压造成的碱分布不均匀，损害了碱纤维素的质量。

日本纤维素协会(Cellulose Society of Japan)编写的“Encyclopediaof Cellulose”(2000年11月10日出版)第433页，描述了纤维胶制备用的碱纤维素的制备方法，其步骤包括将纸浆加至碱性溶液中，形成稀粥样浆料，并用浆料压机挤压浆料。虽然克服了使用纸浆片材所致的缺点，但浆料压机引起挤压不均匀，从而因碱分布的不均匀而损害了碱纤维素质量。另外，单用该方法，由于挤压性能的局限，难以得到达到作为纤维素醚的原材料要求、碱含量相对较少的碱纤维素。因此，难以用该方法制备纤维素醚。

在经审查的日本专利申请公布号3-73562/1991中，描述了一种制备具有所需组成的碱纤维素的方法，包括的步骤是：用纤维素和过量的碱制备碱纤维素，然后用亲水性溶剂清洗碱纤维素从而除去碱。但是，该方法需要巨大的设备和许多操作。另外，亲水溶剂留在碱纤维素中，引起与醚化剂的副反应，从而降低了醚化剂的反应效率。需要中和清洗液或回收碱。因此，该方法难以工业化。

根据进入日本阶段的国际专利申请公布号2001-518127所描述的制备方法，通过把含纤维素的材料分布在氢氧化钠溶液中，然后将所得分散体离心分离，得到作为纤维胶制备用原材料的碱纤维素，其中碱金属氢氧化物/纤维素的重量比率为0.316至0.643。正如公开文本所描述，只有14至22重量％浓度的氢氧化钠水溶液可用于本方法。原因如下。所述材料在溶液中的分散期间，不控制或调节所述含纤维素的材料在氢氧化钠水溶液中的浸渍时间。因此，含纤维素的材料连续吸收氢氧化钠水溶液，直至吸收几乎达到饱和量。为了得到具有所需碱金属/纤维素重量比率的碱纤维素，必须使用浓度很低的氢氧化钠水溶液。但是，用浓度这样低的氢氧化钠水溶液制备碱纤维素，在经济上是不利的，因为在制备纤维素醚的后续步骤中醚化剂和水会产生副反应。另外，这样得到的纤维素醚不能具有所需的取代度。况且，这样制备的纤维素醚的水溶液透明度差。

醚化剂的利用率与碱纤维素的含水量有关。当含水量减少时，该利用率增加，意味着所需的取代程度能通过少量醚化剂达到。

作为低含水量的碱纤维素制备方法，已知的方法包括：将微细粉碎的纤维素悬浮在惰性溶剂中，进行第一阶段加入固体氢氧化钠，以预先部分膨胀带有有机溶剂的纤维素，然后进行第二阶段加入40至60％氢氧化钠溶液(未经审查的日本专利申请，公布号56-145901/1981)。但是，用该方法制得的碱纤维素所制备的纤维素醚，其溶液的透明度差。固体氢氧化钠价格贵，从经济角度也不满意。

还已知可以通过用氢氧化钠碱化纤维素，并在醚化反应前用适当的溶剂清洗碱纤维素，从而获得低水含量的碱纤维素(未经审查的日本专利申请，公布号58-196202/1983)。但是，清洗期间被洗掉的不仅有水，还有氢氧化钠，因此只能产生低取代度的甲基纤维素。

当使用高浓度氢氧化钠水溶液开始制备碱纤维素时，按照未经审查的日本专利申请公布号53-41356/1978或56-2302/1981所述方法包括的步骤是，将醚化反应必需量的碱加入经粉碎纸浆得到的纸浆粉末中，然后机械混合，但该方法不能把碱均匀分布到纸浆粉末中。因此，部分纸浆未与碱接触，从而未成为纤维素醚而保留下来。在产品中它们作为未反应物质而存在。因此，就有了纤维素醚质量差的问题。

在未经审查的日本专利申请公布号49-61272/1974中所述方法包括的步骤是，将纸浆片材浸渍在过量的碱溶液中，使纸浆吸收足量的碱，然后压按片材以除去多余的碱，从而调节碱含量至预定水平，当使用高浓度氢氧化钠水溶液时，固体物质(水合氢氧化钠)从氢氧化钠水溶液中沉淀，除非将其保持在相当高的温度下。这就存在沉淀导致的设备故障的问题。

发明内容

本发明提供了有效制备低含水量和碱分布均匀的碱纤维素的方法。

本发明提供了制备碱纤维素的方法，包括的步骤为：

将纸浆与23至60重量％的碱金属氢氧化物溶液连续接触，得到接触混合物，并且

通过连续式离心分离器，对接触混合物排水。

在本发明的一个优选实施方式中，还提供了一种制备碱纤维素的方法，其进一步包括将在排水步骤中分离到的含碱金属氢氧化物的液体部分或全部进行浓缩，其中在对纸浆进行连续接触的步骤中将含碱金属氢氧化物的浓缩液体进行再循环。

根据本发明，还提供了制备纤维素醚的方法，其包括使用所制备的碱纤维素。

根据本发明，进一步提供了制备碱纤维素的设备，其包括：

接触器，用于将纸浆和碱金属氢氧化物溶液接触，以产生接触混合物，

离心分离器，用于把接触混合物分离成碱纤维素和含碱金属氢氧化物的液体，

浓缩器，用于将由此分离的含碱金属氢氧化物的液体部分或全部进行浓缩，以及

槽，用于将通过离心分离器分离、和/或通过浓缩器浓缩的含碱金属氢氧化物的液体与碱金属氢氧化物溶液混合，

其中槽中产生的混合物能被送至接触器中，并再循环用于与纸浆接触。

根据本发明，可有效制备低含水量并且碱分布均一的碱纤维素。其结果，能有效制备醚化百分率高和透明度高的纤维素醚。

附图说明

图1图示了制备碱纤维素的设备的范例。

图2图示了制备碱纤维素的设备的范例。

具体实施方式

本发明所用的纸浆可以优选为片材、粉末或碎片形态。

纸浆粉末可以通过将纸浆片材粉碎而得到，并且其为粉末形态。纸浆粉末的平均粒径通常可以是，但不限于，10-1,000μm。虽然没有对纸浆粉末的制备方法加以限制，但是可使用粉碎机如切碎机和锤磨机。

虽然纸浆碎片的制备方法没有加以限制，但是纸浆碎片可以通过用已知的切割设备如切割机切割纸浆片材而产生。从投资成本角度，连续式切割设备具有优势。

碎片的平面面积通常为4至10,000mm²，特别优选10至2,500mm²。可能难以制备平面面积小于4mm²的碎片。而平面面积大于10,000mm²的碎片可能在操作中造成困难，如导入接触器内、在接触器内转移、以及导入连续式离心分离器中。将纸浆碎片视作六面体，碎片的平面面积是六面体碎片的六个表面积中最大的表面积。

这些纸浆形态中，最优选纸浆碎片，因其易于制备，并且不易堵塞离心分离器的孔。

本发明所用的将纸浆与碱金属氢氧化物溶液相接触的设备，优选为能调整从将纸浆完全浸入碱金属氢氧化物溶液中、开始与碱金属氢氧化物溶液接触时，至通过后面步骤中的离心分离器排水结束的时间(times)，并且同时有较窄的时间分布。更具体的是，优选与活塞流有某些接近的设备。实例可包括管型、桶式输送器型、螺旋传送器型、带式传送器型和旋转式给料器型。

必要的话，适当的搅动或剪切力可以用于接触混合物，将其转化成粥状。

本发明中，每小时所用的纸浆重量与碱金属氢氧化物溶液体积的比例，可以优选0.15kg/L或更低，更优选0.10kg/L或更低，还更优选0.05kg/L或更低。当比率超过0.15kg/L，完成浸渍变得困难，导致碱纤维素中的碱分布不均匀。从而损害产品质量。该比率的下限可优选0.0001kg/L。如果不满足该下限，则设备将大得不切实际。

优选地，本发明所使用的、将纸浆与碱金属氢氧化物溶液接触的设备，能自由地控制碱金属氢氧化物溶液的温度或接触时间。碱纤维素的组成根据纸浆对碱金属氢氧化物溶液的吸收量而变化，吸收量通过控制接触时间和碱金属氢氧化物溶液的温度来调整。因此，能对其控制的设备可以产生具有所需组成的碱纤维素。

虽然碱金属氢氧化物溶液的温度可由已知技术控制，但优选使用热交换器。热交换器可以安装在接触器的内部或外部。虽然对碱金属氢氧化物溶液的温度没有特别的限制，但可以优选调节到20至80℃的范围内。可优选为能进行连续处理的接触器。连续设备尺寸上能制作得小于批处理设备，因此在空间节约性方面是有利的。

本发明中，接触时间的调整可以优选下述方式进行：改变接触区域的长度；如果设备是螺旋输送器型或旋转式给料器型，则改变旋转速率；或者如果设备是管型，则改变液体流动速率。接触时间可优选从1秒至15分钟，特别优选从2秒至2分钟。接触时间少于1秒使其非常难以控制吸收量。接触时间超过15分钟可能需要太大的设备或损害生产率。另外，纸浆可吸收过量的碱，以致不管使用何种排水设备，都难以制备有所需组成的、适合制备纤维素醚的碱纤维素。

可以优选将纸浆与碱金属氢氧化物溶液接触的设备能对其进行连续处理。就空间经济学而言，这种连续设备优于间歇设备，因为设备本身能做得小于间歇设备。可以优选接触器能让纸浆以类似活塞流的方式通过。由于碱纤维素的组成随接触时间而变化，因而减少接触时间的变化能使碱纤维素的组成更均一，从而得到所需的质量。因此，为了得到质量好的产品，不应当让供给至接触器中的纸浆不与碱接触就通过。由于纸浆易漂浮在碱金属氢氧化物溶液中，可以优选在确保纸浆与碱金属氢氧化物溶液完全接触时，使其在接触器中通过。

可以优选纸浆和碱金属氢氧化物溶液顺序装填入接触器中，或者纸浆和碱金属氢氧化物溶液在装填之前混合。在后一种情况下，纸浆和碱金属氢氧化物溶液已经彼此接触，从而优选使包括装载前接触时间在内的接触时间受到控制。

可优选将纸浆与碱金属氢氧化物溶液接触的设备能够排空或充氮清洗，以便防止在氧存在时碱纤维素的聚合度降低。如果存在氧时，同时需要控制聚合度，则优选配有能控制氧量的结构的接触器。

对用来制造碱纤维素的碱金属氢氧化物溶液，没有特别的限制。可优选氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，从经济的观点来看，前者特别优选。溶液的浓度可优选23至60重量％，特别优选35至55重量％。当浓度低于23重量％时，则可能经济上较不利，因为在后续的制备纤维素醚期间，醚化剂和水会发生副反应。况且，可能得不到具有所需取代度的纤维素醚，致使这样制备的纤维素醚水溶液可能透明度差。当浓度超过60重量％时，由于粘度升高，溶液可能不易操作。要用来与纸浆接触的碱金属氢氧化物溶液的浓度可优选为恒量，以便稳定碱纤维素的组成，并保证纤维素醚的透明度。

根据本发明，即便不使用惰性溶剂，如优选具有1至4个碳原子的低级醇，也能改进碱分布的均一性。但是，使用这样的溶剂不会造成任何问题。使用这样的溶剂能改进碱分布的均一性和碱纤维素的堆积密度。

本发明所用的连续式离心分离器通过运用离心力，能从液体中分离固体。一些连续式离心分离器具有无孔转子如倾析器，而一些具有有孔转子如转篮(rotating basket)。具有无孔转子的离心分离器主要用于离心沉淀，而具有有孔转子者除了离心沉淀之外，还用于离心过滤和离心脱水。优选具有有孔转子的连续式离心分离器，因其利于排水。由于纤维素的真密度和氢氧化钠水溶液的密度彼此相对接近，从处理量的角度，在离心沉淀之外还利用离心过滤和离心脱水是较有利的，而不必仅依靠离心沉淀。带有孔转子的连续式离心分离器的实例可包括自动排放型离心脱水器、螺旋排放型离心脱水器、振动排放型离心脱水器和挤出盘型离心脱水器。通过这些脱水器进行的术语“脱水”不仅意味除“水”，还有除去“通常的液体”。

这些离心脱水器中，从工业角度看，可特别优选为螺旋排放型离心脱水器和挤压板(extrusion plate)型离心脱水器，因其操作中问题较少。有孔转子如转篮可包括圆锥型、圆柱型、垂直型和水平型。对有孔转子中滤网的开孔形状没有特别限制，金属丝网、圆孔、三角孔、联针孔(coneedles)、狭缝等均可用。滤网的孔径可以，但不限于，优选0.1至10mm。

连续式离心分离器能根据纸浆和碱金属氢氧化物溶液之间的接触时间、温度和脱水程度，来控制转数。换句话说，连续式离心分离器能控制离心效应。离心效应的控制能保持碱金属氢氧化物溶液浓度恒定，所述溶液被反复加入与纸浆接触。因此，能得到透明度高的纤维素醚。本操作状况下，当接触时间延长和/或接触温度提高时，离心效应可降低。当接触时间和/或接触温度降低时，离心效应可增加。可以优选将碱金属氢氧化物溶液浓度的变动保持在±10％之内，特别是在5％以内。

离心效应可以优选100或更高，更优选200或更高。当离心效应低于100，脱水可能不充分。虽然离心效应的上限值可没有限制，但市售离心分离器中，典型的上限值例如可以是5,000。当离心效应在上述范围内，碱金属氢氧化物溶液在后文所述的回收之后，再循环的碱金属氢氧化物溶液能保持低浓度。

需要的话，脱水期间，碱溶液可逐滴或喷雾加入至料块中。

顺便提及，离心效应是指示离心力大小的数值，并以离心力与重力的比值给出(见“New Edition Chemical Engineering Dictionary Editedby Society for Chemical Engineers，Japan”，1974年5月30日出版)。离心效应Z以下面的等式表示。

Z＝(ω²r)/g＝V²/(gr)＝π²N²r/(900g)

其中“r”表示转子的旋转直径(单位：m)，“ω”表示转子的角速率(单位：rad/sec)，“V”表示转子的圆周速率(单位：m/sec)，“N”表示转子的转数(单位：rpm)，“g”表示重力加速率(单位：m/sec²)。

可将通过排水回收的碱溶液再循环。再循环时，可优选将碱金属氢氧化物溶液应用至系统中，其量与从系统中取出的碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物溶液的量相等。这种情况下，可把脱水回收的碱溶液装入缓冲槽，将溶液从缓冲槽转入接触器，然后加入新的碱金属氢氧化物溶液，从而保持其在槽中浓度的恒定。

当脱水回收的碱溶液再循环用于与纸浆接触时，可以特别优选在循环前，用适当的方法浓缩回收的溶液。这种情况下，回收的碱金属氢氧化物溶液的浓度可优选低于已进料的、用于接触纸浆的碱金属氢氧化物溶液的浓度。由于浓度较低的溶液蒸气压较高，因而浓度较低的溶液易于浓缩。也可防止浓缩造成的固体沉积。碱金属氢氧化物溶液在浓缩后的浓度优选为23至65重量％，特别优选35至60重量％。

用于将回收的碱金属氢氧化物溶液进行浓缩的浓缩器可优选包括，但不限于，蒸发器。可优选在减压下进行蒸发。浓缩器可以安置在回路范围内的任何位置，其中离心分离器回收的碱金属氢氧化物溶液能被反复利用。

浓缩器能接受部分或全部离心分离器分离的液体，并将其浓缩。其也可以将离心分离器分离的液体一次转运至缓冲槽中，将液体从缓冲槽送至连续浓缩液体的浓缩器中，然后将浓缩物送回缓冲槽中。缓冲槽和接触器之间可布置浓缩器。

通过浓缩器除去的水量可优选维持一定的水平，使要与纸浆接触的碱金属氢氧化物溶液的浓度，不超过新从外界系统中补充的碱金属氢氧化物溶液的浓度。该浓度过高时，从氢氧化钠水溶液可沉淀出固体(水合氢氧化钠)，除非温度保持得高。机械问题如堵塞也可发生。

浓缩除去的水可弃去。

当经脱水回收的碱溶液再循环时，可特别优选带有孔转子的连续式离心分离器和带无孔转子的连续式离心分离器二者共同使用。这样可防止带有孔转子的连续式离心分离器的堵塞，和防止由此导致的离心分离器过滤失效或振动。首先，通过把纸浆与碱金属氢氧化物溶液接触，得到的混合物用带有孔转子的连续式离心分离器分离为液体和固体。然后，分离液中细微的固体用带无孔转子的连续式离心分离器进一步分离。带有孔转子的连续式离心分离器分离的液体，可部分或全部直接导入带无孔转子的连续式离心分离器。另外，可将其置于槽中，之后导入带无孔转子的连续式离心分离器中。从带无孔转子的连续式离心分离器分离的液体中回收的固体，能用作碱纤维素。

图1图示了制备碱纤维素的设备，包括接触器10，用于将纸浆1和碱金属氢氧化物溶液2接触，产生接触混合物；离心分离器20，用于将接触混合物分离为碱纤维素3和含碱金属氢氧化物的液体；浓缩器35，用于将部分或全部由此分离的含碱金属氢氧化物的液体浓缩；以及槽30，用于把离心分离器分离和/或浓缩器浓缩的含碱金属氢氧化物的液体，与碱金属氢氧化物溶液混合。槽30中产生的混合物能被送至接触器，并再循环用于与纸浆接触。图1中，离心分离器20分离的含碱金属氢氧化物的液体，用泵21转移到浓缩器25中，并且槽30中的含碱金属氢氧化物的液体用泵21转移至接触器10中。

图1中，浓缩器30放置在槽30的上游。但是如图2所示，浓缩器3 5可以放在槽30的下游，其中离心分离器20分离的所述含碱金属氢氧化物的液体，与含碱金属氢氧化物的液体的混合物，其部分或全部被浓缩并返回槽中。当槽中碱金属氢氧化物的浓度变得低于预定值时，该实施方式使得槽30中的浓度恢复预定值，而不需要再加入碱金属氢氧化物。

排水所得的料块中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比例(碱金属氢氧化物/纸浆的固体部分)，可以优选0.3至1.5，更优选0.65至1.30，还更优选0.90至1.30。当重量比例落在0.3至1.5的范围内，这样获得的纤维素醚有改进的透明度。纸浆的固体部分，除了主要成分纤维素之外，可以包括半纤维素、木质素、有机物质如树脂、和无机物质如Se和Fe成分。

(碱金属氢氧化物)/(纸浆的固体部分)之重量比可以下面的滴定法测定。

首先，4.00g料块作为样本，通过中和滴定(0.5mol/L H₂SO₄，指示剂：酚酞)测定料块中所含的碱金属氢氧化物的重量百分比(重量％)。空白试验也以相似的方式进行。

碱金属氢氧化物的重量％

＝(当量因子(normality factor))×{(滴入的H₂SO₄量(ml))-(空白试验滴入的H₂SO₄量(ml))}

用料块中所含的碱金属氢氧化物的重量％，根据下面的方程式确定碱金属氢氧化物与纸浆中所含的固体部分的重量比：

(碱金属氢氧化物的重量)/(纸浆中固体部分的重量)

＝(碱金属氢氧化物的重量％)÷[{100-(碱金属氢氧化物的重量％)/(B/100)}×(S/100)]

上面的方程式中，“B”代表碱金属氢氧化物溶液的浓度(重量％)，“S”代表纸浆中固体部分的浓度(重量％)。把大约2g纸浆样品在105℃烘干2小时，得到的剩余量除以纸浆样品的重量，得到纸浆中固体部分的浓度，并表达为重量百分比。

测定纸浆到接触器的进料速率；和排水后碱纤维素的回收率，或者碱金属氢氧化物溶液的消耗速率。目前碱纤维素的组成根据其重量比来计算。可以控制接触时间、接触器中碱金属氢氧化物溶液的温度、或排水压力，从而使计算的组成与目标组成一致。上述测定、计算和控制操作可以自动化。

碱纤维素的组分可以通过从碱纤维素得到的纤维素醚的醚化度，即摩尔取代度或值，来判定。

用上述制备方法得到的碱纤维素作为原料，可用已知的方法制备纤维素醚。

反应方法可以包括间歇型或连续型。连续型用作根据本发明制备碱纤维素，所以优选连续型制备纤维素醚，但间歇型也可行。

间歇型中，由排水器排出的碱纤维素可储存在缓冲槽中，或直接装料至醚化反应器中。可以优选把碱纤维素储存在缓冲槽中，然后在短时间内将碱纤维素装料至反应容器中，以减少其在醚化反应器中的占据时间。这导致生产率的提高。缓冲槽优选被排空或充氮清洗，以在其中形成无氧环境，从而可抑制聚合度的降低。

以所得碱纤维素作为原料，可得到的纤维素醚的实例可包括烷基纤维素、羟烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素和羧甲基纤维素。

烷基纤维素的实例可包括具有1.0至2.2(取代度，D.S.)甲氧基的甲基纤维素，和具有2.0至2.6(D.S.)乙氧基的乙基纤维素。应当指出，D.S.(取代度)意指无水葡萄糖单位中，被取代的羟基的平均数，而M.S.(摩尔取代)意指无水葡萄糖单位中，取代基的平均数。

羟烷基纤维素的实例可包括具有0.05至3.0(M.S.)羟乙氧基的羟乙基纤维素，和具有0.05至3.0(M.S.)羟丙氧基的羟丙基纤维素。

羟烷基烷基纤维素的实例可包括具有1.0至2.2(D.S.)甲氧基和0.1至0.6(M.S.)羟乙氧基的羟乙基甲基纤维素，具有1.0至2.2(D.S.)甲氧基和0.1至0.6(M.S.)羟丙氧基的羟丙基甲基纤维素，和具有1.0至2.2(D.S.)乙氧基和0.1至0.6(M.S.)羟乙氧基的羟乙基乙基纤维素。

具有0.2至2.2(D.S.)羧甲氧基的羧甲基纤维素，也可作为纤维素醚的实例。

醚化剂的实例可包括卤代烷，如氯甲烷和氯乙烷；环氧烷烃如环氧乙烷和环氧丙烷；以及一氯乙酸。

实施例

本发明将在下文中以实施例描述。这不应被解释为本发明被限制成这些实施例或受这些实施例所限。

实施例1

安装内径38mm、长度10m的管子。将配有加料斗的蛇泵(“NVL40PL”，供应商：Heishin，Ltd)连至管子的入口。蛇泵的加料斗中，以900L/hr提供40℃的23重量％氢氧化钠水溶液。同时，木料生产的、固体浓度为93重量％的4mm正方形纸浆碎片，以50kg/hr的速率装入加料斗中。管子的出口与螺旋排放型连续式转篮相连。从管中排出的纸浆碎片与氢氧化钠溶液的混合物，以1150的离心效应连续排水。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比例，以滴定法测定结果为1.25。

这样得到的碱纤维素(根据纤维素含量为5.5kg)放入压力反应器中。形成真空后，加入11kg氯甲烷和2.7kg环氧丙烷开始反应。随后反应产物清洗、烘干和粉碎，产生羟丙基甲基纤维素。测定纤维素醚的取代度、其2重量％水溶液在20℃的粘度、及其2重量％水溶液在20℃的透光率。结果示于表1。其2重量％水溶液在20℃的透光率，用光电比色仪“PC-50”、比色皿长20mm和可见光测定。

实施例2

除了40℃下30重量％氢氧化钠水溶液的供应速率为1,300L/hr，以与实施例1相似的方法得到碱纤维素。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定结果为1.25。

与实施例1的方式相似，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例3

安装螺杆直径为154mm、轴径90mm、螺杆长度1,500mm和螺距100mm的螺旋输送器，以30rpm旋转。将与实施例1所用相似的纸浆碎片，以50kg/hr的速率装入螺旋输送器型浸渍槽中。同时，将40℃的40重量％氢氧化钠水溶液从氢氧化钠的进液口以1,700L/hr的速率供应。作为连续式离心分离器，将配备0.2mm狭缝滤网(slit screen)的挤压板型离心脱水器安装在螺旋输送器型浸渍槽的出口处。将纸浆碎片和从螺旋输送器型浸渍槽排出的氢氧化钠溶液的接触混合物，以1,000的离心效应连续脱水。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为1.25。

以与实施例1相似的方式，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。产生的纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例4

安装转鼓(drum)内径为240mm、腔高15mm、腔宽100mm和筛孔尺寸80μm的旋转进料器型设备。转鼓的旋转速率设定为75rph。将与实施例1所用相似的纸浆碎片，以15kg/hr的进料速率装入该旋转进料器型设备中，同时将40℃的49重量％氢氧化钠水溶液以450L/hr的速率供应。

将配有0.2mm狭缝滤网的挤压板型离心脱水器，作为连续式离心分离器安装于旋转进料器型设备的出口处。将纸浆碎片和从螺旋输送器型浸渍槽排出的氢氧化钠溶液的混合物，以1,000的离心效应连续排水。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为1.25。

与实施例1的方式相似，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。产生的纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例5

除了使用55重量％的氢氧化钠水溶液，以与实施例4相似的方式得到碱纤维素。产生的碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为1.25。

与实施例1的方式相似，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。产生的纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例6

安装转鼓内径240mm、腔高15mm、腔宽100mm和筛孔直径80μm的旋转进料器型设备(旋转过滤器)。转鼓的旋转速率设定为110rph。将与实施例1所用相似的纸浆以15kg/hr的进料速率装入该旋转进料器型设备中，同时，以450L/hr的速率供给40℃的44重量％氢氧化钠水溶液。

在旋转进料器型设备的出口处安装带有0.2mm狭缝滤网的挤压板型离心脱水器，作为连续式离心分离器。将纸浆碎片和从旋转进料器型设备排出的氢氧化钠溶液的混合物，以600的离心效应连续排水。将由此分离的液体装入槽中，再循环用于接触纸浆。向槽中连续供应49重量％的氢氧化钠水溶液，保持槽中溶液水平的恒定。槽中的浓度保持在44重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为1.00。

除了加入9kg氯甲烷和1.4kg环氧丙烷之外，以与实施例1相似的方式制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例7

安装转鼓内径240mm、腔高15mm、腔宽100mm和筛孔直径80μm的旋转进料器型设备(旋转过滤器)。转鼓的旋转速度设定为110rph。将与实施例1所用相似的纸浆以15kg/hr的进料速率装入该旋转进料器型设备，同时以450L/hr的速率供给40℃的44重量％氢氧化钠水溶液。

在旋转进料器型设备的出口处，安装带有0.2mm狭缝滤网的挤压板型离心脱水器，作为连续式离心分离器。将纸浆碎片和从旋转进料器型设备排出的氢氧化钠溶液的混合物，以600的离心效应连续排水。将由此分离的液体装入槽中。并从槽中送至2500离心效应下运转的倾析器中，回收微细固体。这样回收的微细固体与碱纤维素混合。然后将经过倾析器的液体返回至槽中，再循环用于接触纸浆。向槽中连续供应49重量％的氢氧化钠水溶液，以保持槽中溶液水平的恒定。槽中的溶液浓度保持在44重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为1.00。

除了加入9kg氯甲烷和1.4kg环氧丙烷之外，以与实施例1相似的方式制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例8

除了将44重量％氢氧化钠水溶液的温度降至20℃，挤压板型离心脱水器的离心效应提高至1000之外，以与实施例7相似的方式得到碱纤维素。槽中氢氧化钠水溶液的浓度保持在44重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定为0.60。

除了加入6.5kg氯甲烷和1.2kg环氧丙烷之外，以与实施例1相似的方式制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例9

除了旋转进料器型设备的旋转速率改为75rph，挤压板型离心脱水器的离心作用降至300之外，制得碱纤维素的方式与实施例7相似。槽中氢氧化钠水溶液的浓度保持在44重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体部分的重量比，以滴定法测定，为1.25。

与实施例1的方式相似，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例10

除了旋转进料器型设备的旋转速度改为75rph，以与实施例7相似的方式制备碱纤维素。挤压板型离心脱水器的离心效应设定为600不变。槽中氢氧化钠水溶液的浓度变为46重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体成分的重量比，以滴定法测定为1.00。

与实施例1的方式相似，用这样得到的碱纤维素制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

实施例11

除了连续式离心分离器所分离的液体被蒸发器以3.1kg/hr速率连续浓缩之外，以与实施例6相似的方式制备碱纤维素。槽中氢氧化钠水溶液的浓度为49重量％。所得碱纤维素中所含的碱金属氢氧化物与纸浆所含的固体成分的重量比，以滴定法测定为1.00。

除了加入9kg的氯甲烷和2.4kg的环氧丙烷之外，以与实施例1相似的方式制备纤维素醚。所得纤维素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及其2重量％水溶液在20℃下的透光率示于表1。

表1

	纤维素醚的取代度		纤维素醚的2重量％水溶液
					甲氧基(DS)	羟丙氧基(MS)	粘度(mPa.S)	20℃的透光率(％)
	实施例1	1.70	0.17	9990					90.0
实施例2					1.75	0.20	10100	94.0
	实施例3	1.82	0.22	9980					96.0
实施例4					1.90	0.25	10000	98.0
	实施例5	1.95	0.29	10050					97.0
实施例6					1.80	0.15	10010	96.5
	实施例7	1.80	0.15	10040					96.5
实施例8					1.40	0.20	10010	93.0
	实施例9	1.90	0.25	10020					98.5
实施例10					1.90	0.25	9990	97.0
	实施例11	1.90	0.25	10000					98.8

Claims (6)

1.一种制备碱纤维素的方法，包含如下步骤：

将纸浆与23至60重量％的碱金属氢氧化物溶液连续接触，产生接触混合物，和

用连续式离心分离器为接触混合物排水。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述排水步骤得到的料块中所含的碱金属氢氧化物，与所述纸浆所含的固体部分的重量比为0.3至1.5。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述离心分离器包括有孔转子。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，进一步包括将排水步骤中分离的含碱金属氢氧化物的液体部分或全部浓缩的步骤，

其中在所述将纸浆连续接触的步骤中，将浓缩的含碱金属氢氧化物的液体再循环。

5.一种制备纤维素醚的方法，包括使用根据权利要求1至4任一项所述的方法制备的碱纤维素。

6.一种制备碱纤维素的设备，包括：

接触器，用于将纸浆与碱金属氢氧化物溶液接触，从而产生接触混合物，

离心分离器，用于把接触混合物分离成碱纤维素和含碱金属氢氧化物的液体，

浓缩器，用于将由此分离的含碱金属氢氧化物的液体部分或全部浓缩，以及

槽，用于将通过离心分离器分离的和/或通过浓缩器浓缩的含碱金属氢氧化物的液体，与碱金属氢氧化物溶液混合，

其中槽中产生的混合物可以被送至接触器中并再循环用于接触纸浆。

Images