專利名稱：高粘度羧甲基纖維素鈉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種羧甲基纖維素鈉的制備方法。
背景技術(shù)：
羧甲基纖維素是天然纖維素經(jīng)化學(xué)改性得到的一種具有醚結(jié)構(gòu)的衍生物，分子鏈上的 羧基可以成鹽，最普通的鹽是鈉鹽，即羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，習(xí)慣上稱為CMC，是一種離子型醚。CMC為高流動(dòng)性粉末，外觀呈白色或淡黃色，無味、無嗅、無毒、不易燃、不霉變， 對(duì)光、熱都很穩(wěn)定。CMC水溶液有增稠、粘結(jié)、成膜、保護(hù)膠、保持水分、乳化及懸浮等 作用，廣泛用于洗滌劑、食品、紡織、印染、造紙、石油、采礦、醫(yī)藥、陶瓷、涂料、化 妝品等多種工業(yè)，被譽(yù)為工業(yè)的"味精"。CMC的一個(gè)重要特性，就是溶解于水后形成一 定粘度的膠體溶液，上述這些應(yīng)用中，許多都是得益于CMC的高粘度。CMC水溶液的粘 度主要受溶液濃度、pH值以及溫度的影響。溶液濃度越高，其粘度一般也越高，溶液濃度 與粘度的對(duì)數(shù)值近似直線關(guān)系。 一般來說，1^CMC水溶液的粘度在pH值6.5-9.0時(shí)最大， 且最穩(wěn)定，當(dāng)pH〈6.0時(shí)，粘度迅速下降，并開始生成CMC酸，當(dāng)pH〉11.5時(shí)Z粘度也 開始急劇下降。CMC水溶液的粘度隨溫度的升高而下降，冷卻時(shí)，粘度能自行回升，但當(dāng) 溫度升高至一定程度時(shí)，將發(fā)生永久性的粘度降低。另外，不同價(jià)態(tài)的鹽類離子對(duì)CMC 水溶液的粘度及溶解性均有較大影響。CMC水溶液是假塑性流體，隨剪切速率增加，粘度 降低，與剪切時(shí)間無關(guān)，當(dāng)剪切停止時(shí)立即恢復(fù)到原有粘度。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉時(shí)，由于沒有使用惰性氣體保護(hù)，堿化過程中氧氣對(duì)纖 維素聚合度的降解作用，使得產(chǎn)品取代度大于0.9，使用NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量時(shí)，1%粘 度一般只有400-500mPaS，為了獲得高粘度的CMC， 一般通過提高纖維素原料的聚合度， 或者采用添加交聯(lián)劑的方法。前者受纖維素質(zhì)量的影響較大，其局限性也較大；后者通過 添加交聯(lián)劑， 一定程度上能提高產(chǎn)品粘度，但交聯(lián)劑大多價(jià)格昂貴，因此生產(chǎn)成本較高， 且經(jīng)過交聯(lián)劑處理的產(chǎn)品一般不用于食品工業(yè)，限制了其生產(chǎn)及使用。Bredezeck等人的美國專利4， 491， 661公開了一種制備高粘度羧甲基纖維素的方法， 該方法是用氨活化纖維素，在氨存在下用堿化試劑堿化已活化的纖維素，在堿化試劑存在 下從堿纖維素中除去氨，然后在有機(jī)溶劑存在下用醚化試劑醚化堿纖維素。Edelman等人 的美國專利4， 941， 943將纖維素打漿成5-15%的纖維懸浮物，濃縮成25-35%的紙漿， 并均化該紙槳，在纖維懸浮物濃縮后，將該紙漿浸入堿液中，形成活化纖維素，然后醚化 該活化纖維素，形成羧甲基纖維素鈉。中國專利文獻(xiàn)CN 1360651A是首先將纖維素絲光化， 然后使絲光化并回收的纖維素轉(zhuǎn)化成纖維素醚，得到高粘度的羧甲基纖維素鈉，通過該方法得到的纖維素絮凝物，其松密度大于未經(jīng)絲光化纖維素制備的羧甲基纖維素鈉。中國專 利文獻(xiàn)CN 1503807A則是利用浸堿和回收的纖維素紙漿制備高粘度的羧甲基纖維素鈉。以 上方法均能提高羧甲基纖維素水溶液的粘度，但一般對(duì)原料要求高，反應(yīng)步驟多，工藝復(fù) 雜，生產(chǎn)投資大，成本高，且產(chǎn)品收率較低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種原料來源廣泛，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低的生產(chǎn) 高粘度羧甲基纖維素鈉的方法。采用該方法生產(chǎn)的羧甲基纖維素鈉，具有較高的粘度，取 代度大于0.9,使用NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量時(shí)，1X粘度可達(dá)700mPaS以上，較傳統(tǒng)工藝提 高德。本發(fā)明的技術(shù)方案是a、 將棉纖維撕碎后，與30-55%的氫氧化鈉水溶液，連同濃度70-98%的乙醇水溶液一起 投入捏合機(jī)中；其中，棉纖維與氫氧化鈉的質(zhì)量比值一般為1: 1.6-4.2,乙醇的質(zhì)量通常 是棉纖維的0.5-8倍。b、 投料結(jié)束后，排除捏合機(jī)內(nèi)的空氣，使真空度達(dá)到至少0.002MPa;c、 將惰性氣體充入捏合機(jī)內(nèi)，使捏合機(jī)內(nèi)部壓力大于0.1MPa;d、 重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體的操作2-3次，盡量排盡捏合機(jī)內(nèi)的空氣。通常使用的惰 性氣體是指不能使纖維素聚合度降解的，且不與原料發(fā)生反應(yīng)的氣體，如氦氣、氬氣等。e、 整個(gè)堿化過程在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，堿化時(shí)間為40-120分鐘，堿化溫度為IO-40'C;f、 堿化結(jié)束后，進(jìn)行醚化反應(yīng)。棉纖維與醚化劑的物質(zhì)的量比值一般為h 0.8-2.0。醚化 劑為50-80%氯乙酸的乙醇溶液，醚化過程分兩個(gè)階段，第一階段，在60分鐘內(nèi)均勻地將 醚化劑噴淋至捏合機(jī)內(nèi)，溫度為30-60°C，第二階段，逐漸升溫至75-80。C，繼續(xù)反應(yīng) 分鐘。g、 經(jīng)過常規(guī)的洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高粘度羧甲基纖維素鈉成品。


圖1是本制備方法的流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 實(shí)施例1:將撕碎的1倍質(zhì)量的棉纖維，1倍質(zhì)量30%氫氧化鈉水溶液以及1.5倍90%乙醇溶液 同時(shí)投入捏合機(jī)內(nèi)，排除捏合機(jī)內(nèi)空氣，使真空度達(dá)到0.002MPa，將氮?dú)獬淙肽蠛蠙C(jī)內(nèi)， 壓力達(dá)到0.1MPa，并重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化40分鐘后，將棉纖維質(zhì)量0.8倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內(nèi)均勻地噴淋至捏合 機(jī)內(nèi)，控制溫度小于60'C，然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，得到粗制羧甲基 纖維素鈉，經(jīng)過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品，取代度 為0.72，純度為99.5%， NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量的1%粘度為750mPaS。 實(shí)施例2:將撕碎的1倍質(zhì)量的棉纖維，1.1倍質(zhì)量140%氫氧化鈉水溶液以及2倍93%乙醇溶液 同時(shí)投入捏合機(jī)內(nèi)，排除捏合機(jī)內(nèi)空氣，使真空度達(dá)到0.002MPa,將惰性氣體氮?dú)獬淙肽?合機(jī)內(nèi)，壓力達(dá)到0.1MPa，并重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化40分 鐘后，將棉纖維質(zhì)量0.6倍的氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內(nèi)均勻地 噴淋至捏合機(jī)內(nèi)，控制溫度小于6(TC，然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續(xù)反應(yīng)卯分鐘，得到 粗制羧甲基纖維素鈉，經(jīng)過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成 品，取代度為0.73,純度為98.5%, NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量的1X粘度為730mPaS。實(shí)施例3:將一定量1倍質(zhì)量撕碎的棉纖維，1.3倍質(zhì)量50%氫氧化鈉水溶液以及2.5倍90%乙 醇溶液同時(shí)投入捏合機(jī)內(nèi)，排除捏合機(jī)內(nèi)空氣，使真空度達(dá)到0.002MPa，將惰性氣體氮?dú)?充入捏合機(jī)內(nèi)，壓力達(dá)到0.1MPa，并重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化 120分鐘后，將棉纖維質(zhì)量0.6倍的氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內(nèi) 均勻地噴淋至捏合機(jī)內(nèi)，控制溫度小于60'C，然后逐漸升溫至75-80"C，繼續(xù)反應(yīng)60分鐘， 得到粗制羧甲基纖維素鈉，經(jīng)過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素 鈉成品，取代度為0.80，純度為99.0%, NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量的1X粘度為720mPaS。實(shí)施例4:將撕碎的1倍質(zhì)量的棉纖維，1.5倍質(zhì)量55%氫氧化鈉水溶液以及3倍90%乙醇溶液 同時(shí)投入捏合機(jī)內(nèi)，排除捏合機(jī)內(nèi)空氣，使真空度達(dá)到0.002MPa,將惰性氣體氮?dú)獬淙肽?合機(jī)內(nèi)，壓力達(dá)到0.1MPa，并重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化100分 鐘后，將棉纖維質(zhì)量l倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內(nèi)均勻地噴淋 至捏合機(jī)內(nèi)，控制溫度小于6(TC,然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續(xù)反應(yīng)90分鐘，得到粗制 羧甲基纖維素鈉，經(jīng)過洗滌、中和、離心、千燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品， 取代度為0.92，純度為99.0%， NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量的1%粘度為780mPaS。實(shí)施例5:將撕碎的1倍質(zhì)量的棉纖維，1.5倍質(zhì)量55%氫氧化鈉水溶液以及3倍90%乙醇溶液 同時(shí)投入捏合機(jī)內(nèi)，排除捏合機(jī)內(nèi)空氣，使真空度達(dá)到0.002MPa，將惰性氣體氮?dú)獬淙肽?合機(jī)內(nèi)，壓力達(dá)到0.1MPa,并重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化120分 鐘后，將棉纖維質(zhì)量0.8倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內(nèi)均勻地噴 淋至捏合機(jī)內(nèi)，控制溫度小于6(TC，然后逐漸升溫至75-80。C，繼續(xù)反應(yīng)80分鐘，得到粗制羧甲基纖維素鈉，經(jīng)過洗漆、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品， 取代度為0.90，純度為99.0%， NDJ-79型粘度計(jì)測(cè)量的1%粘度為770mPaS。術(shù)語粘度1%水溶液，NDJ-79型旋轉(zhuǎn)粘度儀，25°C條件下檢測(cè)取代度(D.S):按照GB 1904-2005《食品添加劑羧甲基纖維素鈉》中5.5方法檢測(cè)。 純度按照ASTMD1439-03標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)氯化鈉及乙醇酸鈉含量，再用差減法得到。
權(quán)利要求
1、一種高粘度羧甲基纖維素鈉的制備方法，其特征在于a、將棉纖維撕碎后，與氫氧化鈉水溶液，連反應(yīng)介質(zhì)乙醇水溶液一起投入捏合機(jī)中；其中，棉纖維與氫氧化鈉的質(zhì)量比值為1∶1.6-4.2，乙醇的質(zhì)量是棉纖維的0.5-8倍；b、投料結(jié)束后，排除捏合機(jī)內(nèi)的空氣；c、將惰性氣體充入捏合機(jī)內(nèi)；d、重復(fù)以上抽真空、充惰性氣體的操作2-3次，排盡捏合機(jī)內(nèi)的空氣，使真空度達(dá)到至少0.002MPa，捏合機(jī)內(nèi)惰性氣體壓力大于0.1MPa；e、在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行堿化反應(yīng)；f、堿化結(jié)束后，進(jìn)行醚化反應(yīng)；g、然后經(jīng)洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高純度高粘度的羧甲基纖維素鈉產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟a 中，氫氧化鈉水溶液的濃度為30-55%，乙醇水溶液的濃度為70-98%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟e 中，堿化反應(yīng)的時(shí)間為40-120分鐘，堿化溫度為10-40°C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟f 中采用的醚化劑為50-80%氯乙酸的乙醇溶液，棉纖維與醚化劑的質(zhì)量比值為1: 0.8-2.0。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于醚化反應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段是均勻地將醚化劑噴淋至捏合機(jī)內(nèi)，反應(yīng)溫度為30-60°C，反應(yīng)時(shí)間小于60分鐘，第二階段逐漸升溫至75-80。C，繼續(xù)反應(yīng)30-120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用捏合法工業(yè)生產(chǎn)高粘度羧甲基纖維素鈉的方法。它是在堿化過程前，先排除捏合機(jī)內(nèi)的空氣，當(dāng)真空度達(dá)到至少0.002MPa后，將惰性氣體充入捏合機(jī)內(nèi)，使得壓力大于0.1MPa。整個(gè)堿化過程在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，經(jīng)過堿化、醚化、洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高純度高粘度的羧甲基纖維素鈉產(chǎn)品。該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有質(zhì)量好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08B11/00GK101220099SQ20081006933
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者李友琦, 郭鴻雁 申請(qǐng)人:重慶力宏精細(xì)化工有限公司