CN102093481A

CN102093481A - 一种速溶羧甲基纤维素的制备方法

Info

Publication number: CN102093481A
Application number: CN2009102002922A
Authority: CN
Inventors: 丁长光; 朱宏彬; 石磊; 袁和平
Original assignee: CHANGGUANG ENTERPRISE DEVELOPMENT Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: CHANGGUANG ENTERPRISE DEVELOPMENT Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种速溶羧甲基纤维素的制备方法。该制备方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有：a)纤维素的碱化；b)碱纤维素的醚化；c)中和洗涤；d)烘干；e)产品后处理，所述羧甲基纤维素的制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤d)烘干过程中进行，所述交联反应步骤使用的交联剂为乙二醛，所述乙二醛的用量为所述精制棉重量的0.8％-2％，该方法能解决现有的羧甲基纤维素的溶解速度缓慢，以及在产品溶解出现的“包心”现象。使用本发明，可在不增加生产时间和不改变产品原有的外观及性能的情况下大大提高羧甲基纤维素钠的溶解速度，方法简便，成本低廉。

Description

一种速溶羧甲基纤维素的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子技术领域，特别涉及一种羧甲基纤维素的制备方法。

背景技术

羧甲基纤维素钠，又称羧甲基纤维素，简称CMC，是以一种天然纤维素为基本原料，经过化学改性得到的一种水溶性的离子型纤维素醚。它具有增稠、乳化分散、赋形、保护胶体、保水、薄膜成型、耐酸、耐盐等特性，且生理无害，因此在石油、食品、医药、造纸、日化、纺织、建筑等领域生产中得到广泛应用。它是纤维素醚类中产量最大的、用途最广、使用最为方便的产品，俗称为“工业味精”。

但是在CMC使用过程中存在一个实际问题，就是其完全溶解时间过长，产品释放粘度时间太慢，对用户的使用造成了一定的困难。如在涂料行业中，使用CMC一般是采用自然溶解，而普通的CMC产品完全溶解需要很长一段时间，在溶解的过程中极易出现“包心”现象(即CMC表面开始凝胶成膜，使水很难渗透进去，进而形成团状CMC)，从而影响溶解的均匀性，影响涂料产品的质量和使用，在其他行业也存在类似的状况。目前，有的生产厂家为了加速羧甲基纤维素钠的溶解速度，采用造粒的方法，但此方法需要另外增加造粒设备，且容易使产品外观变黄，溶解速度也不是很理想，同时在生产过程中也延长了生产时间，造成了产能下降。

公开号为CN1451687A，公开日为2003年10月29日的中国发明专利申请公开了一种制备速溶羧甲基纤维素钠的方法(该方法在下文中简称为最接近的现有技术)。该方法的技术方案为：

原料按以下重量配比的制成速溶剂：

乙二醛10-40％

水 60％-90％

速溶剂与羧甲基纤维素钠的重量配比为：速溶剂∶羧甲基纤维素钠＝1∶20-50，将速溶剂按以上用量均匀喷洒在羧甲基纤维素钠上，然后进行干燥即得速溶型羧甲基纤维素钠。

发明内容

本发明的目的在于提出一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，依照该制备方法制备的羧甲基纤维素能速溶，以解决现有的羧甲基纤维素的制备方法得到的羧甲基纤维素溶解缓慢，溶解过程中会出现的“包心”现象的技术问题。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本发明的目的。

一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，该制备方法以精制棉为纤维素的原料，包括的步骤有：

a)纤维素的碱化；

b)碱纤维素的醚化；

c)中和洗涤；

d)烘干；

所述羧甲基纤维素的制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤d)烘干过程中进行，所述交联反应步骤使用的交联剂为乙二醛，所述乙二醛的用量为所述精制棉重量的0.8％-2％。

由于乙二醛属于不饱和烃，分子内部存在一个双键，反应活性较大，与纤维素的羟基反应速度快，所以乙二醛作为交联剂对纤维素进行微交联更为有效。本案发明人发现，采用乙二醛作为交联剂，制得了具有速溶效果的羧甲基纤维素。相比较之下，本发明制得的羧甲基纤维素完全溶解时间比最接近的现有技术制得的羧甲基纤维素完全溶解时间可缩短5min-15min。本发明制备得到的羧甲基纤维素溶解速度更快，能更好地应用于涂料、陶瓷加工、日用化工等各个行业。本发明在烘干过程中同时进行交联反应步骤，无需增加额外的生产时间，操作简单，成本低廉，不影响制备周期。此外，本方法不改变产品原有的外观及性能。

上述技术方案的优选的技术方案是，所述乙二醛的用量为所述精制棉重量的0.8％-2％，所述交联反应步骤还使用了将所述乙二醛酸化的酸化剂，所述酸化剂是柠檬酸，所述柠檬酸的用量为精制棉重量的0.1％-1.0％。

本发明选择了乙二醛作为交联剂，柠檬酸作为酸化剂，乙二醛在酸化的条件下可以更充分地与羧甲基纤维素钠反应，因此本发明选用了柠檬酸这种无毒无害的弱酸作为酸化剂。

上述任何一个技术方案的优选方案是，所述交联反应步骤是将所述乙二醛、所述柠檬酸和酒精混合形成混合溶液加入到含酒羧甲基纤维素湿料(所谓含酒羧甲基纤维素湿料，即是经过纤维素的碱化、碱纤维素的醚化和中和洗涤得到的产物)中进行交联反应，此优选方案将乙二醛、柠檬酸和酒精混合液充分混合均匀，是以酒精为载体，充分地将乙二醛和柠檬酸渗透到物料中，使得反应更加的充分、完全。为了使乙二醛和柠檬酸渗透充分，所述含酒羧甲基纤维素湿料中含湿量比例为30％-60％，羧甲基纤维素比例为70％-40％，所述酒精用量为羧甲基纤维素重量的5％-30％，酒精的体积浓度控制为60％-95％。

上述任何一个技术方案的优选方案是，所述交联反应的温度控制在45℃-90℃，所述交联反应的时间控制在30min-100min。

上述任何一个技术方案的优选方案是，所述烘干采用真空耙式干燥机。本发明是在在耙式干燥回收酒精过程中同时完成交联反应。

上述任何一个技术方案的优选方案是，所述速溶羧甲基纤维素的制备方法是捏合法。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案，但本发明不限定于具体实施方式。

1)、碱化：将液碱和酒精加入到捏合机中，液碱质量浓度为45％-50％，酒精体积浓度为90％-95％，搅拌5min-10min，将精制棉投入到捏合机中进行纤维素的碱化，投料时间5min-10min，碱化时间为30min-60min，温度控制在20℃-40℃。

2)、醚化：加入一定量的氯乙酸的酒精溶液，氯乙酸与精制棉的重量比为0.5-0.9∶1，加入时间为20min-50min，氯乙酸的酒精溶液中氯乙酸的质量占60％-70％，氯乙酸的酒精溶液中使用的酒精是体积浓度为95％的酒精，醚化反应的温度控制在70℃-80℃，醚化反应的时间控制在30min-90min。

3)、中和洗涤：醚化反应结束后，冷却至45℃-55℃，将物料加入到体积浓度为60％-80％的酒精中，加入盐酸或冰醋酸调节pH至6.5-8.5，洗涤，离心。

4)、耙式干燥：经过洗涤，离心，得到的物料进入真空耙式干燥机干燥，含湿量为占离心后物料的30％-60％，然后均匀喷洒一定浓度的乙二醛和柠檬酸的酒精溶液，在搅拌条件下完成交联反应，乙二醛的量控制为精制棉重量的0.8％-2％，酸化剂柠檬酸的量控制为精制棉的重量的0.1％-1.0％，酒精用量为精制棉重量的0.1％-0.8％，酒精的体积浓度控制在60％-95％，耙式干燥时间控制在30min-100min，温度控制在50℃-90℃。同时在真空负压下回收剩余酒精。

5)、产品后处理：经过产品干燥、粉碎等过程后得到白色或微黄色粉末，即为目标产品。

总的来说，本具体实施方式采用捏合法制备羧甲基纤维钠，在所述步骤d)耙式烘干过程中，向真空耙式干燥机内的含酒羧甲基纤维素湿料中均匀喷洒含有一定浓度的乙二醛和柠檬酸的酒精溶液，在耙式干燥回收酒精过程中同时完成交联反应，抽真空的负压为-0.01-0.04Mpa。

本具体实施方式中，碱化过程中所加酒精与精制棉的重量比为1.5-2.5∶1。液碱为氢氧化钠溶液，液碱中的氢氧化钠的物质的量与氯乙酸的物质的量的比为2.0-2.15∶1。

本发明所得目标产品的粘度测定方法如下：配制产品的质量分数为2％的水溶液，以同济大学机电厂制造的NDJ-79型旋转式粘度计在25℃±0.2℃下测定其粘度。本发明所得目标产品的取代度、pH值、Cl^-含量、盐粘比、水份根据中华人民共和国国家标准GB 1904-2005测试标准进行分析。

溶解时间按照下述方法进行测试：控制温度为25℃±0.2℃，在30秒钟内均匀地将0.5gCMC产品加入到带搅拌器的装有100ml蒸馏水的烧杯中，并同时将转速控制为100r/min，用秒表计时，等CMC产品溶解成完全透明胶体后则视为完全溶解，读数，即为CMC产品的溶解时间。

实施例1

在搅拌条件下，将聚合度为2200的精制棉100kg加入到135kg质量浓度为49％液碱和200kg体积浓度为95％酒精形成的液碱酒精混合溶液中，进行碱化反应，碱化温度为35℃-25℃，碱化时间为50min。加入110kg质量浓度为70％氯乙酸的酒精溶液，氯乙酸的酒精溶液所使用的酒精是体积浓度为95％的酒精，加入时间为40min，缓慢升温至80℃进行醚化反应，升温时间为15min，醚化反应时间50min。醚化结束后冷却至45℃-55℃，将物料加入到体积浓度为60％的酒精中，用盐酸调节pH至中性，经过两次洗涤，两次离心，物料进入真空耙式干燥机干燥，经测物料含湿量为33％。均匀喷淋加入1.5kg乙二醛和18kg柠檬酸的酒精溶液，柠檬酸的酒精溶液中含柠檬酸600g，所使用的酒精是体积浓度为65％的酒精，控制温度在55℃-70℃进行交联反应60min，并同时在真空负压(-0.02Mpa)下回收剩余酒精，经过烘干、粉碎等后处理，得到白色粉末，即为目标产品，检测为羧甲基纤维素钠。

本实施例得到的羧甲基纤维素钠的相关参数检测结果如下：

粘度mpa·s	取代度	Cl^-％	pH	水分％	溶解时间min
						1850	0.94	1.28	6.6	6.5	12

实施例2

在搅拌条件下，将聚合度为2200的精制棉100kg加入到135kg质量浓度为49％液碱和200kg体积浓度为95％酒精混合溶液中，进行碱化反应，碱化温度为35℃-25℃，碱化时间为50min，加入110kg质量浓度为70％氯乙酸的酒精溶液，氯乙酸的酒精溶液所使用的酒精是体积浓度为95％的酒精，加入时间为40min，缓慢升温至80℃进行醚化反应，升温时间为15min，醚化反应时间50min。醚化结束后冷却至45℃-55℃，将物料加入到体积浓度为60％的酒精中，用盐酸调节pH至中性，经过两次洗涤，两次离心，物料进入真空耙式干燥机干燥，经测物料含湿量为58％。均匀喷淋加入0.8kg乙二醛和6kg柠檬酸的酒精溶液，柠檬酸的酒精溶液中含有100g柠檬酸，所使用的酒精是体积浓度为65％的酒精，控制温度在75℃-90℃进行交联反应30min，并同时在真空负压(-0.02Mpa)下回收剩余酒精，经过烘干、粉碎等后处理，得到白色粉末，即为目标产品，检测为羧甲基纤维素钠。

检测结果如下：

表2：实施例2的目标产品的检测结果

粘度mpa·s	取代度	Cl^-％	pH	水分％	溶解时间min
						1700	0.95	1.36	7.35	8.2	16

实施例3

在搅拌条件下，将聚合度为2200的精制棉100kg加入到135kg质量浓度为49％液碱和200kg体积浓度为95％酒精混合溶液中，进行碱化反应，碱化温度为35℃-25℃，碱化时间为50min，加入110kg质量浓度为70％氯乙酸的酒精溶液，氯乙酸的酒精溶液所使用的酒精是体积浓度为95％的酒精，加入时间为40min，缓慢升温至80℃进行醚化反应，升温时间为15min。醚化反应时间50min。醚化结束后冷却至45℃-55℃，将物料加入到体积浓度为60％的酒精中，用盐酸调节pH至中性，经过两次洗涤，两次离心，物料进入真空耙式干燥机干燥，经测物料含湿量为45％。均匀喷淋加入2kg乙二醛和33kg柠檬酸的酒精溶液，柠檬酸的酒精溶液中含有1kg的柠檬酸，所使用的酒精是体积浓度为65％的酒精，控制温度在45℃-60℃进行交联反应100min，并同时在真空负压(-0.02Mpa)下回收剩余酒精，经过烘干、粉碎等后处理，得到白色粉末，即为目标产品，检测为羧甲基纤维素钠。

本实施例得到的羧甲基纤维素钠的相关参数的检测结果如下：

粘度mpa·s	取代度	Cl^-％	pH	水分％	溶解时间min
						1900	0.93	1.25	6.6	6.3	9

比较例

在搅拌条件下，将聚合度为2200的精制棉100kg加入到135kg质量浓度为49％液碱和200kg体积浓度为95％酒精混合溶液中，进行碱化反应，碱化温度为35℃-25℃，碱化时间为50min，加入110kg质量浓度为70％氯乙酸的酒精溶液，氯乙酸的酒精溶液所使用的酒精是体积浓度为95％的酒精，加入时间为40min，缓慢升温至80℃进行醚化反应，升温时间为15min。醚化反应时间50min，用盐酸调节pH至中性，经过两次洗涤，两次离心，物料进入真空耙式干燥机干燥，并同时在真空负压(-0.02Mpa)下回收剩余酒精，耙干温度在55℃-70℃，耙干过程时间为60min，物料再经过烘干、粉碎等后处理，得到白色粉末，将1.5kg乙二醛和3kg水的混合溶液，均匀喷洒至物料上，搅拌混合20min，再经过烘干得到白色粉末，即为目标产品，检测为羧甲基纤维素钠。

本对比例得到的羧甲基纤维素钠的相关参数的检测结果如下：

粘度mpa·s	取代度	Cl^-％	pH	水分％	溶解时间min
						1800	0.93	1.16	7.2	7.6	22

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，该制备方法以精制棉为纤维素的原料，包括的步骤有：

a)纤维素的碱化；

b)碱纤维素的醚化；

c)中和洗涤；

d)烘干；

其特征在于，所述速溶羧甲基纤维素的制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤在所述步骤d)烘干过程中进行，所述交联反应步骤使用的交联剂为乙二醛，所述乙二醛的用量为所述精制棉重量的0.8％-2％。

2.根据权利要求1所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述交联反应步骤还使用了将所述乙二醛酸化的酸化剂，所述酸化剂是柠檬酸，所述柠檬酸的用量为所述精制棉重量的0.1％-1.0％。

3.根据权利要求2所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述交联反应步骤是将所述乙二醛、所述柠檬酸和酒精混合形成混合溶液加入到含酒羧甲基纤维素湿料中进行交联反应。

4.根据权利要求3所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述交联反应的温度控制在50℃-90℃，所述交联反应的时间控制在30min-100min。

5.根据权利要求3所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述含酒羧甲基纤维素湿料中含湿量比例为30％-60％，羧甲基纤维素比例为70％-40％。

6.根据权利要求3所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述酒精用量为所述精制棉重量的5％-30％，所述酒精的体积浓度控制为60％-95％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述烘干采用真空耙式干燥机。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种速溶羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于：所述速溶羧甲基纤维素的制备方法是捏合法。