本發(fā)明涉及一種纖維素醚的制備方法,尤其涉及一種混合纖維素醚的制備方法,更具體是涉及一種采用混合原料、多種醚化劑進(jìn)行一步式反應(yīng)的改性混合纖維素醚的制備方法。本發(fā)明還涉及一種由上述方法獲得的改性混合纖維素醚。
背景技術(shù):
纖維素醚是干粉砂漿中最常用的一個添加劑,它作為保水劑可以防止?jié)裆皾{中的水分過早的蒸發(fā)或被基層吸收,確保水泥充分水化,從而保證砂漿的力學(xué)性能。纖維素醚一般是由纖維素粉經(jīng)堿化、醚化、脫溶調(diào)酸和后處理等工序制備得到,其中堿化步驟是對纖維素進(jìn)行堿活化處理;醚化步驟是將堿化后的纖維素與醚化劑進(jìn)行反應(yīng);脫溶調(diào)酸步驟是將醚化后的物料放在釜內(nèi)進(jìn)行脫溶(即利用溫度蒸發(fā)掉體系內(nèi)的有機(jī)溶劑),再向釜內(nèi)加入草酸或醋酸中和過量的堿,調(diào)節(jié)體系的pH值;后處理步驟一般包括洗滌、固液分離、烘干、粉碎、包裝。纖維素醚的性質(zhì)與醚化時(shí)取代基的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。現(xiàn)有市面上采用單一醚化劑進(jìn)行醚化得到的單一纖維素醚已經(jīng)很少見,基本都是采用兩種醚化劑進(jìn)行醚化得到的混合纖維素醚,最常見的混合纖維素醚就是羥丙基甲基纖維素醚HPMC、甲基羥乙基纖維素醚HEMC,他們的生產(chǎn)技術(shù)、工藝等都已比較普及,在此不再詳述。但HPMC和HEMC在生產(chǎn)和使用中各自存在以下問題:1、粘度不易做高(18萬以上);2、粘度做高后,溶液粘性降低;3、比重低,溶解性能不易控制;4、產(chǎn)品透光率低;5、產(chǎn)品粉碎效率低,能耗高;6、無抗下垂作用;7、成膜性、保水性、穩(wěn)定性、抗霉變性較差;8、生產(chǎn)過程中生成二甲醚、a-丙二醇、縮丙二醇等對后處理帶來很大麻煩的副產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代社會對能源和各行各業(yè)對品質(zhì)的日益重視,對重要添加劑纖維素醚的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量、功能要求越來越高,而現(xiàn)有的混合纖維素醚已經(jīng)不能滿足要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為克服以上存在的問題,本發(fā)明的目的是提供一種采用混合原料、多種醚化劑進(jìn)行一步式反應(yīng)的改性混合纖維素醚的制備方法,該方法能抑制生產(chǎn)過程副產(chǎn)物的生成,提高產(chǎn)品綜合性能。
本發(fā)明的另一目的是提供一種由上述制備方法獲得的改性混合纖維素醚。
為實(shí)現(xiàn)以上目的,本發(fā)明的改性混合纖維素醚的制備方法,包括堿化、醚化、脫溶調(diào)酸和后處理,其特征在于:所述堿化步驟是采用堿液對纖維素粉和淀粉進(jìn)行堿活化處理;所述醚化步驟是采用氯甲烷、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷為醚化劑對堿化后的纖維素粉和淀粉在30-54±1℃、65-80±1℃、85-95±1℃下分別醚化90-120分鐘;所述脫溶調(diào)酸步驟是先加酸和熱水后再脫溶,脫溶溫度為80-90℃、脫溶完畢物料的pH值為5-7;纖維素粉、淀粉、氯甲烷、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷在配方中的重量份數(shù)為纖維素粉80-95份、淀粉1-3份、氯甲烷58-100份、環(huán)氧丙烷18-25份、環(huán)氧乙烷8-10份。
上述堿化步驟是在抽真空加氮?dú)獗Wo(hù)下進(jìn)行,采用的堿液是由固體的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于有機(jī)溶劑和水形成的,有機(jī)溶劑、水、氫氧化鈉或氫氧化鉀在配方中的重量份數(shù)分別為700-1000份、30-55份、40-90份。
上述有機(jī)溶劑優(yōu)選異丙醇/甲苯混合液,兩者的質(zhì)量比為異丙醇:甲苯=1:4-8。
為了讓醚化劑能和堿化后的纖維素充分混合均勻,上述醚化步驟中,在加入環(huán)氧丙烷、氯甲烷和環(huán)氧乙烷后,先保持反應(yīng)器溫度低于28℃,并攪拌20-30分鐘。
為了保證放料時(shí)不噴料,上述脫溶調(diào)酸步驟是先在脫溶器中加入草酸和熱水,將反應(yīng)器溫度降至70-77℃后再卸放物料至脫溶器后再升溫脫溶,草酸在配方中的重量份數(shù)優(yōu)選1-3份。
為了使纖維素醚產(chǎn)品不起團(tuán)且能更好分散,上述后處理步驟中,洗滌過濾后的物料用乙二醛溶液噴淋、攪拌進(jìn)行表面交聯(lián)處理,乙二醛在配方中的重量份數(shù)優(yōu)選1-5份。
上述纖維素粉優(yōu)選精制棉粉、木槳柏粉、秸稈粉、甘蔗粉或麻類粉;淀粉優(yōu)選玉米淀粉、紅薯淀粉或豌豆淀粉。
本發(fā)明還提供一種由上述制備方法獲得的改性混合纖維素醚。
上述改性混合纖維素醚,其甲氧基含量為17%-30%,羥丙基含量為4%-12%,羥乙基含量為3%-9%。
本發(fā)明的改性混合纖維素醚制備方法,以纖維素粉搭配一定量的淀粉為原料,采用氯甲烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷為醚化劑,并在不同的溫度下進(jìn)行醚化,利用三種醚化劑各基團(tuán)的特性和相互之間的互補(bǔ)性,得到甲氧基、羥丙基,羥乙基三個基團(tuán)含量比例優(yōu)異且含有少量淀粉醚的改性混合纖維素醚,該改性混合纖維素醚的凝膠溫度、堆積密度、透光率高,副產(chǎn)物少,和現(xiàn)有混合纖維素醚相比,具有優(yōu)異的保水性、分散性、溶解性、成膜性、穩(wěn)定性、抗霉性、抗下垂性和易粉碎性,其既溶于水又能溶于部分有機(jī)溶劑的特性,具有更廣泛的市場前景。由本發(fā)明制備方法獲得的改性混合纖維素醚,特別適用于建筑行業(yè),可替代市場現(xiàn)售的其他纖維素醚,而其生產(chǎn)過程中的節(jié)約能耗更適合進(jìn)行大規(guī)模的工廠生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
1)堿液配制:先配置混合溶劑700份,該混合溶劑的配比為異丙醇:甲苯=1:4,在反應(yīng)器中加入400份混合溶劑、氫氧化鈉40份、水30份,升溫至80℃,攪拌氫氧化鈉使其全部溶解,保溫30分鐘;
2)堿化:將反應(yīng)器溫度降至30℃,加精制棉粉80份、淀粉1份,用剩余混合溶劑噴淋物料,加料完畢后,抽真空,充氮?dú)膺M(jìn)行3次置換,然后保持反應(yīng)器溫度在28℃下攪拌90分鐘;
3)醚化:堿化結(jié)束后,再次抽真空,依次加入環(huán)氧丙烷18份、氯甲烷58份和環(huán)氧乙烷3份后保持反應(yīng)器溫度28℃,攪拌20分鐘,將反應(yīng)器升溫至40±1℃、65±1℃、85±1℃時(shí)分別保溫90分鐘;
4)調(diào)酸脫溶:在脫溶器中事先加入1.5份草酸和適量熱水,將反應(yīng)器溫度降至70℃后卸放物料至脫溶器,升溫至80℃進(jìn)行脫溶,溫度升至100℃,檢測物料的pH=5時(shí)脫溶完畢;
5)過濾洗滌:將脫溶完畢后的物料通過真空過濾機(jī)或離心機(jī)濾掉母液,然后不斷用熱水進(jìn)行洗滌,洗滌過濾后的物料用1份乙二醛溶液噴淋、攪拌進(jìn)行表面交聯(lián)處理;
6)將處理好的物料進(jìn)入烘干系統(tǒng)進(jìn)行烘干,烘干物料進(jìn)行粉碎后包裝。
本實(shí)施例得到的產(chǎn)品中甲氧基含量為26%、羥丙基含量為8%、羥乙基含量為3.8%。
實(shí)施例2
1)堿液配制:先配置混合溶劑800份,該混合溶劑的配比為異丙醇:甲苯=1:5,在反應(yīng)器中加入混合溶劑500份、氫氧化鈉50份、水40份,升溫至85℃,攪拌氫氧化鈉使其全部溶解,保溫40分鐘;
2)堿化:將反應(yīng)器溫度降至35℃,加精制棉粉85份、淀粉2份,用剩余的混合溶劑噴淋物料,加料完畢后,抽真空,充氮?dú)膺M(jìn)行3次置換,然后保持反應(yīng)器溫度在25℃下攪拌100分鐘;
3)醚化:堿化結(jié)束后,再次抽真空,依次加入環(huán)氧丙烷20份、氯甲烷70份和環(huán)氧乙烷4份后保持反應(yīng)器溫度低于24℃,攪拌25分鐘,將反應(yīng)器升溫至45±1℃、70±1℃、90±1℃時(shí)分別保溫100分鐘;
4)脫溶調(diào)酸:在脫溶器中事先加入2份草酸和適量熱水,將反應(yīng)器溫度降至74℃后卸放物料至脫溶器,升溫至85℃進(jìn)行脫溶,溫度升至101℃,檢測物料pH=6時(shí)脫溶完畢;
5)過濾洗滌:將脫溶完畢后的物料通過真空過濾機(jī)或離心機(jī)濾掉母液,然后不斷用熱水進(jìn)行洗滌,洗滌過濾后的物料用1.5份乙二醛溶液噴淋、攪拌進(jìn)行表面交聯(lián)處理;
6)將處理好的物料進(jìn)入烘干系統(tǒng)進(jìn)行烘干,烘干物料進(jìn)行粉碎后包裝。
本實(shí)施例得到的產(chǎn)品中甲氧基含量為25.2%、羥丙基含量為7.8%、羥乙基含量為4.7%。
實(shí)施例3
1)堿液配制:先配置混合溶劑900份,該混合溶劑的配比為異丙醇:甲苯=1:6,在反應(yīng)器中加入混合溶劑600份、氫氧化鈉60份、水45份,升溫至90℃,攪拌氫氧化鈉使其全部溶解,保溫50分鐘;
2)堿化:將反應(yīng)器溫度降至40℃,加精制棉粉88份、淀粉2.5份,用剩余混合溶劑噴淋物料,加料完畢后,抽真空,充氮?dú)膺M(jìn)行3次置換,然后保持反應(yīng)器溫度在22℃下攪拌110分鐘;
3)醚化:堿化結(jié)束后,再次抽真空,依次加入環(huán)氧丙烷22份、氯甲烷90份和環(huán)氧乙烷5份后保持反應(yīng)器溫度低于22℃,攪拌28分鐘,將反應(yīng)器升溫至50±1℃、75±1℃、92±1℃時(shí)分別保溫110分鐘;
4)脫溶調(diào)酸:在脫溶器中事先加入2份草酸和適量熱水,將反應(yīng)器溫度降至76℃后卸放物料至脫溶器,升溫至90℃進(jìn)行脫溶,溫度升至102℃,檢測物料pH=7時(shí)脫溶完畢;
5)過濾洗滌:將脫溶完畢后的物料通過真空過濾機(jī)或離心機(jī)濾掉母液,然后不斷用熱水進(jìn)行洗滌,洗滌過濾后的物料用3份乙二醛溶液噴淋、攪拌進(jìn)行表明交聯(lián)處理;
6)將處理好的物料進(jìn)入烘干系統(tǒng)進(jìn)行烘干,烘干物料進(jìn)行粉碎后包裝。
本實(shí)施例得到的產(chǎn)品中甲氧基含量為25.6%、羥丙基含量為6.9%、羥乙基含量為5.3%。
實(shí)施例4
1)堿液配制:先配置混合溶劑1000份,該混合溶劑的配比為異丙醇:甲苯=1:7在反應(yīng)器中加入混合溶劑700份、氫氧化鈉70份、水50份,升溫至95℃,攪拌氫氧化鈉使其全部溶解,保溫60分鐘;
2)堿化:將反應(yīng)器溫度降至45℃,加精制棉粉92份、淀粉3份,用剩余混合溶劑噴淋物料,加料完畢后,抽真空,充氮?dú)膺M(jìn)行4次置換,然后保持反應(yīng)器溫度在20℃下攪拌120分鐘;
3)醚化:堿化結(jié)束后,再次抽真空,依次加入環(huán)氧丙烷25份、氯甲烷100份和環(huán)氧乙烷6份后保持反應(yīng)器溫度低于20℃,攪拌30分鐘,將反應(yīng)器升溫至54±1℃、80±1℃、95±1℃時(shí)分別保溫120分鐘;
4)中和調(diào)酸:在脫溶器中事先加入3份草酸和適量熱水,將反應(yīng)器溫度降至77℃后卸放物料至脫溶器,升溫至90℃進(jìn)行脫溶,溫度升至102℃,檢測物料pH=7時(shí)脫溶完畢;
5)過濾洗滌:將脫溶完畢后的物料通過真空過濾機(jī)或離心機(jī)濾掉母液,然后不斷用熱水進(jìn)行洗滌,洗滌過濾后的物料用5份乙二醛溶液噴淋、攪拌進(jìn)行表明交聯(lián)處理;
6)將處理好的物料進(jìn)入烘干系統(tǒng)進(jìn)行烘干,烘干物料進(jìn)行粉碎后包裝。
本實(shí)施例得到的產(chǎn)品中甲氧基含量為24%、羥丙基含量為9%、羥乙基含量為5.1%。
產(chǎn)品性能檢測
將實(shí)施例1、2、3、4制得的改性混合纖維素醚和其它普通混合纖維素醚的性能和生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行檢測對比,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下表:
由上表可以看出,采用本發(fā)明制備方法得到的改性混合纖維素醚,保水率、透光率、堆積密度、凝膠溫度、粉碎速度均大大提高,副產(chǎn)物大大減少,添加到瓷磚膠中測試其抗下垂性,也明顯優(yōu)于現(xiàn)有的產(chǎn)品;另外,經(jīng)本發(fā)明制備方法獲得的產(chǎn)品比傳統(tǒng)工藝獲得的產(chǎn)品生產(chǎn)周期短,節(jié)約能耗,提高生產(chǎn)率。