一种纤维素醚的制备方法及由该方法获得的纤维素醚

摘要

本发明提供了一种能提高纤维素醚各项性能、特别是保水率和透光率的制备方法，该方法包括纤维素粉的碱化、醚化、脱溶、调酸和后处理步骤，调酸步骤是向脱溶后的体系加入纤维素粉重量1.0-3.5%的丙烯酸/丙烯酰胺混合液和混合液重量0.1-0.13%的引发剂，在温度不低于90℃的条件下搅拌10-40分钟，测定PH值范围在5.5~8.5之间后出料，丙烯酸/丙烯酰胺混合液是由质量比为3-9︰1的丙烯酸和丙烯酰胺构成，引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。本发明的制备方法简单易行，利用体系调PH值的环节来弥补醚化阶段反应不好的问题，由本发明方法获得的纤维素醚，几乎不含生纤维和半纤维素醚，透光率、保水性和降滤失作用明显提高。本发明还提供一种由上述制备方法获得的纤维素醚。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素醚的制备方法，尤其涉及一种溶剂法制备纤维素醚的方法，更具体是涉及一种能提高纤维素醚各项性能、特别是保水率和透光率的制备方法。本发明还涉及一种由上述方法获得的纤维素醚。

背景技术

纤维素醚是干粉砂浆中最常用的一个添加剂，它作为保水剂可以防止湿砂浆中的水分过早的蒸发或被基层吸收，确保水泥充分水化，从而保证砂浆的力学性能。纤维素醚的生产工艺多种多样，其中包括溶剂法和气固法，由于溶剂法生产纤维素醚相对气固法生产纤维素醚，除产品质量更好外，生产过程也更为安全，所以现阶段国内大部分厂家都采用溶剂法生产纤维素醚。溶剂法生产纤维素醚的一般包括：1、碱化--对纤维素进行碱活化处理；2、醚化--将碱化后的纤维素与醚化剂进行反应；3、脱溶--将醚化后的物料在釜内进行脱溶（即利用温度蒸发掉体系内的有机溶剂）；4、调酸—向釜内加入草酸或醋酸中和过量的碱，调节体系的pH值；5、后处理；后处理一般包括洗涤、固液分离、造粒、烘干、粉碎、包装。纤维素醚在生产过程中由于设备、工艺、操作等原因，极易出现原材料反应不完全、反应不均匀的问题，而原材料反应不完全、不均匀将使产品中含有生纤维和半纤维素醚，这部分生纤维和半纤维素醚会给产品带来以下问题：1、溶于水后，溶液浑浊，透光率差；2、保水率低，影响施工性和水泥的充分水化；3、抗霉性差，易被霉菌侵蚀变质；4、抗高温或高温稳定性差；5、产品发虚，呈毛绒状，比重低，粉尘严重，造成工人接料、包装困难；6、尾风料多，不好处理，产品得率低；7、作为降滤失剂，降滤失效果低；8、反应结束后体系多余的碱液没有进行有效利用；9、被洗涤进废水的生纤维和半纤维素醚会给污水处理造成压力。现有纤维素醚的制备方法，一旦醚化反应结束，产品性能就基本已经确定，由反应不完全、不均匀造成的问题产品也只能在随后的混料工序中进行少量的添加稀释处理，但由于化工生产的连续性，经常会造成大量不合格产品的积压，加上尾料较多，产品得率的降低，污水处理的压力，造成成本增加，销售困难，严重影响生产厂家的效益。

发明内容

为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种能减少产品中生纤维和半纤维素醚含量，并能提高纤维素醚保水率和透光率的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种由上述制备方法获得的纤维素醚。

为实现以上目的，本发明的纤维素醚制备方法，包括纤维素粉的碱化、醚化、脱溶、调酸和后处理，其特征在于：所述调酸步骤是向脱溶后的体系加入纤维素粉重量1.0-3.5%的丙烯酸/丙烯酰胺混合液和混合液重量0.1-0.13%的引发剂，在温度不低于90℃的条件下搅拌10-40分钟，测定pH值范围在5.5~8.5之间后出料；丙烯酸/丙烯酰胺混合液是由质量比为3-9︰1的丙烯酸和丙烯酰胺构成；引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

上述纤维素粉的碱化步骤是在抽真空加氮气保护下进行，采用的碱液是由固体的氢氧化钠或氢氧化钾溶于有机溶剂中形成的，碱液的浓度为30-65%。

为了使纤维素粉能够在碱液中更加充分的浸润，上述纤维素粉的碱化步骤中，在加入纤维素粉的过程中，采用边加纤维素粉、边用有机溶剂进行喷淋的方法。

上述有机溶剂优选异丙醇/甲苯混合液，两者的质量比为异丙醇/异丙醇+甲苯=0.12-0.2。

上述丙烯酸和丙烯酰胺可以是市售的丙烯酸和丙烯酰，优选分析纯的丙烯酸和丙烯酰胺。

上述纤维素粉优选棉粉、木浆粕粉或淀粉。

在实际生产中，为了满足客户对产品酸度或白度的特殊要求，上述调酸步骤中，在搅拌结束后可以补加适量的草酸或温度不低于90℃的热水，继续搅拌10-30分钟，草酸的加入量根据酸度或白度的要求而定。

为了得到品质更高的纤维素醚，上述后处理的步骤包括对调酸后的物料进行固液分离、造粒、湿粉碎、烘干、再粉碎、混料、包装，在固液分离的同时采用不低于90℃的热水对物料进行洗涤、。

上述的固液分离步骤处理后湿料的含水率优选30%-65%；上述烘干步骤处理后的半成品，含水率优选5%-20%。

本发明还提供一种由上述制备方法获得的纤维素醚。

上述的纤维素醚优选甲基、羟丙基、羟丙基甲基、羟乙基甲基或羟乙基纤维素醚。

本发明的纤维素醚制备方法，利用生产过程中需要调节体系pH值的工序，采用加入一定量的丙烯酸/丙烯酰胺混合液和引发剂的方法，不仅能方便调节体系的pH值，而且在氢氧化钠、水存在下，丙烯酸、丙烯酰胺、引发剂能和体系内未反应的生纤维素粉继续反应生成三元共聚物，这样不仅醚化反应不完全的生纤维得到充分利用，大大减少产品中生纤维的含量，而且新生成的三元共聚物，性质与纤维素醚近似，自身具有极高的保水性、抗高温和降滤失能力，因而由本发明方法获得的纤维素醚，几乎不含生纤维和半纤维素醚，透光率、保水性和降滤失作用明显提高，高温稳定性和抗霉性也得到明显改善，产品毛绒状现象基本消失，比重增加，粉尘大大降低。本发明的制备方法简单易行，利用体系调PH值的环节来弥补醚化阶段反应不好的问题，从而进一步提高产品的各项性能，特别适合于水溶性非离子型纤维素醚特别是甲基、羟丙基、羟丙基甲基、羟乙基甲基、羟乙基纤维素醚的制备。

具体实施方式

下面以制备羟丙基甲基纤维素醚为实施例，但这些实施例只是对本发明纤维素醚制备方法的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，本发明的制备方法适用于所有水溶性纤维素醚的制备。

实施例1

（1）碱液的配制：先配制混合溶剂7000L，该混合溶剂是质量比：异丙醇/(异丙醇+甲苯)=0.13，向带有加热装置的反应釜内加入5000L混合溶剂、450Kg固体NaOH，升温搅拌至固碱全部溶解，再降温至20±1℃；

（2）将精制棉粉碎成棉粉；

（3）向反应釜内加入800Kg棉粉，边加棉粉边用剩余的2000L混合溶剂进行喷淋，加料完毕后，在温度等于或低于20℃下搅拌1.5h；

（4）向反应釜加入180Kg环氧丙烷、590Kg氯甲烷，升温至54℃和87℃时分别保温90min；

（5）在反应釜内将物料进行脱溶，时间不少于1.5h；

（6）加入分析纯的丙烯酸：丙烯酰胺=4:1的混合溶液25Kg，过硫酸钾0.025Kg，在温度不低于90℃下搅拌35min，测定体系的pH值在5.5-8.5之间时即可出料；

（7）物料趁热进入过滤机滤掉母液，再不断补充98℃热水进行洗涤，边洗涤边脱水，最后得到含水率为50%的湿料，进入造粒机；

（8）从造粒机出来的湿料进入湿粉碎机，经初步破碎后的湿料进入烘干系统，对产品进行进一步干燥脱水，得到含水率为14%的烘干样；

（9）将烘干料送入粉碎机，按要求粉碎成一定细度的产品。

实施例2

（1）碱液的配制：先配制混合溶剂8000L，该混合溶剂是质量比：异丙醇/(异丙醇+甲苯)=0.19，向带有加热装置的反应釜内加入7000L混合溶剂、850Kg固体NaOH，升温搅拌至固碱全部溶解，再降温至26±1℃；

（2）将精制棉粉碎成棉粉；

（3）向反应釜内加入880Kg棉粉，边加棉粉边用剩余的1000L混合溶剂进行喷淋，加料完毕后，在温度等于或低于26℃下搅拌2h；

（4）向反应釜加入310Kg环氧丙烷、1000Kg氯甲烷，升温至54℃和87℃时分别保温2h；

（5）在反应釜内将物料进行脱溶，时间不少于1.5h；

（6）加入分析纯的丙烯酸：丙烯酰胺=6:1的混合溶液20Kg，过硫酸钾0.02Kg，在温度不低于90℃下搅拌40min，测定体系的PH值在5.5-8.5之间时即可出料；

（7）物料趁热进入过滤机滤掉母液，再不断补充98℃热水进行洗涤，边洗涤边脱水，最后得到含水率为41%的湿料，进入造粒机；

（8）从造粒机出来的湿料进入湿粉碎机，经初步破碎后的湿料进入烘干系统，对产品进行进一步干燥脱水，得到含水率为11%的烘干样；

（9）将烘干料送入粉碎机，按要求粉碎成一定细度的产品。

实施例3

（1）碱液的配制：先配制混合溶剂7500L，该混合溶剂是质量比为异丙醇/(异丙醇+甲苯)=0.16，向带有加热装置的反应釜内加入7000L混合溶剂、500Kg固体NaOH，升温搅拌至固碱全部溶解，再降温至24±1℃；

（2）将精制棉粉碎成棉粉；

（3）向反应釜内加入850Kg棉粉，边加棉粉边用剩余的500L混合溶剂进行喷淋，加料完毕后，在温度等于或低于24下搅拌2h；

（4）向反应釜加入240Kg环氧丙烷、700Kg氯甲烷，升温至54℃和87℃时分别保温90min和2h；

（5）在反应釜内将物料进行脱溶，时间不少于1.5h；

（6）加入分析纯的丙烯酸：丙烯酰胺=9:1的混合溶液10Kg，过硫酸铵0.01Kg，在温度不低于90℃下搅拌37min，测定体系的PH值在5.5-8.5之间时即可出料；

（7）物料趁热进入过滤机滤掉母液，再不断补充98℃热水进行洗涤，边洗涤边脱水，最后得到含水率为47%的湿料，进入造粒机；

（8）从造粒机出来的湿料进入湿粉碎机，经初步破碎后的湿料进入烘干系统，对产品进行进一步干燥脱水，得到含水率为15%的烘干样；

（9）将烘干料送入粉碎机，按要求粉碎成一定细度的产品。

为了得到质量比较均匀的产品，生产厂家一般会将经粉碎后的来自各反应釜的产品进行混料后再包装出售。在生产过程中，也可根据客户对产品的酸度、白度质要求，在加入丙烯酸/丙烯酰胺混合液、引发剂搅拌后再补加一定量的草酸和温度不低于90℃的热水，搅拌10-30min后再出料。

对比实施例

（1）碱液的配制：先配制混合溶剂7000L，该混合溶剂是质量比为异丙醇/(异丙醇+甲苯)=0.13，向带有加热装置的反应釜内加入5000L混合溶剂、450Kg固体NaOH，升温搅拌至固碱全部溶解，再降温至20±1℃；

（2）将精制棉粉碎成棉粉；

（3）向反应釜内加入800Kg棉粉，边加棉粉边用剩余的2000L混合溶剂进行喷淋，加料完毕后，在温度等于或低于20下搅拌2h；

（4）向反应釜加入180Kg环氧丙烷、590Kg氯甲烷，升温至54℃和87℃时分别保温90min；

（5）在反应釜内将物料进行脱溶，时间不少于1.5h；

（6）加入草酸5Kg进行中和，搅拌35min，测定体系的PH值在5.5-8.5之间时即可出料；

（7）物料趁热进入过滤机滤掉母液，再不断补充98℃热水进行洗涤，边洗涤边脱水，最后得到含水率为50%的湿料，进入造粒机；

（8）从造粒机出来的湿料进入湿粉碎机，经初步破碎后的湿料进入烘干系统，对产品进行进一步干燥脱水，得到含水率为15%的烘干样；

（9）将烘干料送入粉碎机，按要求粉碎成一定细度的产品。

产品检测：

通过对实施例1、2、3和对比实施例得到的纤维素醚进行检验，各项技术指标如下表：

由上表可以看出，采用本发明制备方法得到的纤维素醚，保水率和透光率大大提高，尾风料大大减少，另外，经本发明制备方法获得的产品比传统工艺获得的产品更适合作为降滤失剂，比重也有较大提高，配制好的水溶液常温下放置一个月以上不长霉。