背景技術(shù)
羥乙基纖維素是以纖維素為原料，經(jīng)氫氧化鈉堿化后，與環(huán)氧乙烷醚化而制得，是一種微黃色或白色、無嗅、無味的粉末。羥乙基纖維素的制備方法有氣固法和淤漿法兩種。氣固法是纖維素堿化后，直接與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到產(chǎn)品，該方法的特點是過程簡單、環(huán)氧乙烷消耗大、產(chǎn)品得率低、取代均勻性差、成本高。淤漿法是纖維素堿化和醚化在淤漿狀態(tài)下反應(yīng)，即在大量有機溶劑中進行反應(yīng)，有機溶劑與纖維素比例一般為8～12：1。淤漿法制備環(huán)氧乙烷消耗低、產(chǎn)品取代均勻性好、成本低。現(xiàn)主流制備方法是淤漿法。
羥乙基纖維素反應(yīng)分為堿化和醚化兩個階段。堿化階段加入氫氧化鈉和有機溶劑混合液，氫氧化鈉與纖維素反應(yīng)生成堿纖維素，堿纖維素與環(huán)氧乙烷醚化反應(yīng)得到羥乙基纖維素。氫氧化鈉在整個反應(yīng)過程中起到打開纖維素分子內(nèi)氫鍵和降低分子間范德華力、催化環(huán)氧乙烷開環(huán)的作用。在醚化反應(yīng)結(jié)束后還需要加入酸中和氫氧化鈉。淤漿法制備羥乙基纖維素，其氫氧化鈉與纖維素比例有時高達1：1，氫氧化鈉和中和酸在纖維素原料成本中一般約占6％～10％。如果能夠減少堿化反應(yīng)階段氫氧化鈉的用量，將有助于降低淤漿法生產(chǎn)羥乙基纖維素的生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提供羥乙基纖維素的制備方法。
本發(fā)明提供了羥乙基纖維素的制備方法，以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機中進行。
進一步地，所述的制備方法包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質(zhì)加入捏合機中進行堿化反應(yīng)；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應(yīng)釜中，加入分散介質(zhì)、環(huán)氧乙烷，進行醚化反應(yīng)，生成羥乙基纖維素。
進一步地，步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項：
氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.18～0.32:1；
優(yōu)選地，氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.20～0.30:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.0～4.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.8～3.2:1。
其中，發(fā)明人試驗得出，如果氫氧化鈉用量低于氫氧化鈉：纖維素質(zhì)量比0.18:1，堿化效果會受到一定程度的影響。
另一方面，若分散介質(zhì)的用量低于分散介質(zhì)：纖維素質(zhì)量比2.0:1，也會在一定程度上影響堿化反應(yīng)的效果；若分散介質(zhì)：纖維素質(zhì)量比高于4.0:1，又會降低反應(yīng)效率。
進一步地，步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
進一步地，堿化反應(yīng)溫度10℃～40℃，堿化反應(yīng)時間40min～120min。
進一步地，步驟S2中各物料配比滿足以下至少一項：
環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.8～1.05:1；
優(yōu)選地，環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.7～1.2:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.0～10.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.5～7.0:1。
進一步地，醚化反應(yīng)溫度70℃～90℃，醚化反應(yīng)時間60min～120min。
進一步地，步驟S1、步驟S2中所述的分散介質(zhì)均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
進一步地，所述的制備方法還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
進一步地，所述的制備方法滿足以下至少一項：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點為pH＝5.0～8.5；
通過離心進行固液分離。
本發(fā)明提供的羥乙基纖維素的制備方法，將堿化和醚化在不同設(shè)備中進行，堿化使用捏合機，醚化仍按現(xiàn)有工藝在立式反應(yīng)釜中進行，能夠達到以下有益效果：
1、在達到同樣產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，氫氧化鈉用量減少，后續(xù)中和用酸量相應(yīng)減少，可以達到降低成本的目的。
2、堿化效果更好，醚化反應(yīng)更易進行，在同等氫氧化鈉及環(huán)氧乙烷用量下，產(chǎn)品取代度更高，產(chǎn)品收率更高。
綜上所述，采用本發(fā)明制備方法可以使堿化和醚化反應(yīng)達到優(yōu)于現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的效果，在同等的產(chǎn)品質(zhì)量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量，實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低；或在同等氫氧化鈉用量下，產(chǎn)品取代度得到提高。
具體實施方式
本發(fā)明提供了羥乙基纖維素的制備方法，該方法以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機中進行。
本發(fā)明是基于發(fā)明人對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝所存在缺陷的深入研究而完成的：發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有淤漿法制備羥乙基纖維素取代度不高、收率低以及氫氧化鈉用量高的主要原因，是由于纖維素的堿化和醚化常規(guī)是在一個立式反應(yīng)釜內(nèi)進行。在立式反應(yīng)釜中進行堿化時，氫氧化鈉是通過反應(yīng)釜攪拌的攪拌作用和纖維素外部接觸、混合，纖維素內(nèi)部需要通過氫氧化鈉自身逐漸滲透進入，需要較高的堿濃度才能達到很好的堿化效果。基于此，發(fā)明人提出將堿化和醚化在不同設(shè)備中進行，堿化使用捏合機，醚化仍然在立式反應(yīng)釜中進行。由此可以使氫氧化鈉與纖維素滲透以及后續(xù)反應(yīng)達到優(yōu)于立式反應(yīng)釜的效果，在同等的產(chǎn)品質(zhì)量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量；或在同等氫氧化鈉用量下，產(chǎn)品取代度和收率得到提高。
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的方案進行解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下面的實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實施例1采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉294g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)2800g加入捏合機中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時間60min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)7000g和環(huán)氧乙烷915g，醚化溫度75～80℃，醚化時間60min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度960mpa.s，摩爾取代度2.86，pH值7.4，灰分4.6％，干燥減量4.21％，透光率90.2％。
實施例2采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉260g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機中，堿化溫度20℃～30℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷850g，醚化溫度70～75℃，醚化時間90min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度780mpa.s，摩爾取代度2.73，pH值7.1，灰分3.8％，干燥減量2.65％，透光率94.5％。
實施例3采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
木漿1000g、氫氧化鈉235g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機中，堿化溫度10℃～20℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷800g，醚化溫度75～80℃，醚化時間90min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入醋酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度39mpa.s，摩爾取代度2.91，pH值7.2，灰分4.9％，干燥減量3.65％，透光率93.8％。
實施例4采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉200g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3200g加入捏合機中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷1050g，醚化溫度75～80℃，醚化時間100min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度570mpa.s，摩爾取代度2.57，pH值7.1，灰分3.5％，干燥減量3.98％，透光率91.5％。
對比例
表1是對常規(guī)制備工藝及本發(fā)明制備工藝產(chǎn)品質(zhì)量進行對比。001、002是堿化和醚化在一個立式反應(yīng)釜內(nèi)進行；003為本發(fā)明制備工藝，減少氫氧化鈉用量28％，產(chǎn)品摩爾取代度提高，其他指標與001、002相當；004為本發(fā)明制備工藝，氫氧化鈉用量一樣，與001、002相比，產(chǎn)品摩爾取代度大幅提高。摩爾取代度指標是衡量產(chǎn)品環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品收率的關(guān)鍵指標，摩爾取代度高，說明反應(yīng)效果好，環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品收率高。
需要說明的是，本說明書中描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例以及不同實施例的特征進行結(jié)合和組合。
1.羥乙基纖維素的制備方法，其特征是：以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機中進行。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質(zhì)加入捏合機中進行堿化反應(yīng)；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應(yīng)釜中，加入分散介質(zhì)、環(huán)氧乙烷，進行醚化反應(yīng)，生成羥乙基纖維素。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項：
氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.18～0.32:1；
優(yōu)選地，氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.20～0.30:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.0～4.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.8～3.2:1。
4.如權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征是：步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：堿化反應(yīng)溫度10℃～40℃，堿化反應(yīng)時間40min～120min
環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.8～1.05:1；
優(yōu)選地，環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.7～1.2:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.0～10.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.5～7.0:1。
7.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：醚化反應(yīng)溫度70℃～90℃，醚化反應(yīng)時間60min～120min。
8.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1、步驟S2中所述的分散介質(zhì)均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
9.如權(quán)利要求1～8任意一項所述的制備方法，其特征是：還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是：滿足以下至少一項：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點為pH＝5.0～8.5；
通過離心進行固液分離。
