专利名称：纤维素醚产品的改性方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，特别涉及纤维素醚产品的改性方法。
背景技术：
纤维素醚产品包括非离子型纤维素、阴离子型纤维素和阳离子型纤维素，其中，非离子型纤维素有羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和乙基纤维素(EC)等；阴离子型纤维素有羧甲基纤维素等；阳离子型纤维素主要是一种弱阳离子性、高分子量的聚合季铵盐，按其被头发吸附量的不同或在同样长度的纤维素分子上结合的季铵基数目的不同，而被分为JR、LR、SR三个等级。这些纤维素醚产品已成为日用化工、食品、涂料、医药、农药、油田、炸药、陶瓷、造纸等数十个行业的重要化工原料。但是，我国使用的高品质纤维素醚产品相当一部份是从国外进口。这主要是因为我国纤维素醚产品的改性工艺差，反应体系的溶剂组成不够合理，影响了醚化剂的反应效率和反应效果、以及产品的洗涤效率，进而影响了产品的质量。我国大多数纤维素改性醚化反应都是在多相介质中开始和完成，在多相介质中存在局部化学反应的特征，化学反应速度通常大于扩散速度，两者差异越大，所得产品的取代均一性越差。通常采用的惰性溶剂有甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯，这些溶剂的种类和组成对于多相介质的反应有影响，有的溶剂回收时还易造成环境污染。比如在生产羟丙基纤维素(HPC)时采用的溶剂常是水同甲苯，甲苯对生产环境污染大，溶剂回收成本高；在生产阳离子纤维素和羟乙基纤维素(HEC)等时用的溶剂是水、异丙醇，洗涤时用的溶剂是水、异丙醇，由于水的含量不能太高，过高会造成反应传质效率下降，过低使得洗涤效率下降；这些溶剂的使用降低了反应效率，并对产品的后续洗涤效率和产品干燥效率产生不利影响，直接导致了产品质量不能得到很好的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种环境友好、反应效率和洗涤效率高、成本低、工艺简单的纤维素醚产品改性方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现本纤维素醚产品的改性方法，包括将纤维素、氢氧化钠、醚化剂和溶剂混合并反应得到产品，然后对产品进行洗涤、干燥和粉碎，其中反应过程中采用的溶剂是水、异丙醇和正丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和异丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和叔丁醇。
所述纤维素醚产品包括羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟乙基羟丙基纤维素(HEHPC)、乙基纤维素(EC)和阳离子型纤维素等。
所述纤维素醚产品为羟丙基纤维素(HPC)时，所用的醚化剂是环氧丙烷；所述纤维素醚产品为羟乙基纤维素(HEC)时，所用的醚化剂是环氧乙烷；所述纤维素醚产品为羟丙基甲基纤维素(HPMC)时，所用的醚化剂是环氧丙烷和一氯甲烷；所述纤维素醚产品为羟乙基羟丙基纤维素(HEHPC)时，所用的醚化剂是环氧乙烷和环氧丙烷；所述纤维素醚产品为阳离子型纤维素时，所用的醚化剂是3-氯2-羟丙基三甲基氯化铵和/或环氧乙烷；所述纤维素醚产品为乙基纤维素(EC)时，所用的醚化剂是氯乙烷。
所述反应过程中，溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶(正丁醇或异丁醇或叔丁醇)等于5％～37％∶5％～90％∶1％～90％。
所述反应过程中，反应原料与溶剂的液固比(重量比)为2～15。
所述反应过程中，先将反应原料和溶剂混合并搅拌1～120分种，然后将反应温度从加料温度升高到45℃～117℃，反应30～300分种。
上述纤维素醚产品的改性方法，产品进行洗涤过程中采用的溶剂是水、异丙醇和正丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和异丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和叔丁醇。
所述洗涤过程中，采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶(正丁醇或异丁醇或叔丁醇)等于10％～45％∶5％～88％∶1％～85％。
所述洗涤过程中，当洗涤的液固比(重量比)为0.5～25时，溶剂洗涤产品一次，干燥后产品的灰份含量小于5％；溶剂洗涤产品二次，干燥后产品的灰份含量小于3％；溶剂洗涤产品三次，干燥后产品的灰份含量小于1％。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果(1)本发明在生产纤维素醚产品的过程中，所采用的溶剂可提高反应效率，同时有利于溶剂的脱除和洗涤。
(2)本发明在纤维素醚产品的洗涤过程中，所采用的溶剂可提高产品洗涤效率和产品干燥效率，同时减少纤维素醚产品的盐份含量3～30％重量。
(3)本发明可以节省反应中醚化剂的用量，其用量比常规方法节省3％-30％重量，提高产品的取代均一性。
(4)本发明对环境污染小，溶剂回收成本低，有效提高了纤维素醚产品的质量。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1生产羟丙基纤维素(HPC)首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧丙烷(醚化剂)1200千克、氢氧化钠100千克、和溶剂6000千克(溶剂各组分的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于15％∶25％∶60％)混合并加入反应釜内，先在20℃下搅拌25分钟，然后在30分钟内将反应温度从20℃升高到97℃，在97℃反应180分种；然后将产品中和到pH值为中性，再在50分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水600千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水600千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水600千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.7％；最后将羟丙基纤维素(HPC)产品进行粉粹和包装。
实施例2生产羟丙基纤维素(HPC)首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧丙烷(醚化剂)1100千克、氢氧化钠100千克、和溶剂6000千克(溶剂各组分的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于5％∶5％∶90％)混合并加入反应釜内，先在20℃下搅拌25分钟，而后在30分钟内将反应温度从20℃升高到65℃，在65℃反应300分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在50分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水300千克、异丙醇500千克和叔丁醇2200千克，搅拌洗涤30分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水300千克、异丙醇500千克和叔丁醇2200千克，搅拌洗涤30分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水300千克、异丙醇500千克和叔丁醇2200千克，搅拌洗涤30分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.9％；最后将羟丙基纤维素(HPC)产品进行粉粹和包装。
实施例3生产羟丙基纤维素(HPC)首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧丙烷(醚化剂)1000千克、氢氧化钠100千克、和溶剂6000千克(溶剂各组分的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于35％∶5％∶60％)混合并加入反应釜内，先在20℃下搅拌25分钟，而后在60分钟内将反应温度从20℃升高到117℃，在117℃反应30分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在70分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水1400千克、异丙醇200千克和叔丁醇1700千克，搅拌洗涤30分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水1400千克、异丙醇200千克和叔丁醇1700千克，搅拌洗涤30分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水1400千克、异丙醇200千克和叔丁醇1700千克，搅拌洗涤30分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.1％；最后将羟丙基纤维素(HPC)产品进行粉粹和包装。
实施例4生产羟丙基甲基纤维素(HPMC)。
首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧丙烷(醚化剂)800千克、一氯甲烷(醚化剂)300千克、氢氧化钠240千克、和溶剂6000千克(溶剂各组分的重量百分比为水∶异丙醇∶正丁醇等于20％∶25％∶55％混合，并加入反应釜内，先在20℃下搅拌25分钟，而后在50分钟内将反应温度从20℃升高到95℃，在95℃反应200分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在45分钟内将产品温度降到35℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水800千克、异丙醇900千克和正丁醇1300千克，搅拌洗涤50分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水800千克、异丙醇900千克和正丁醇1300千克，搅拌洗涤50分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水800千克、异丙醇900千克和正丁醇1300千克，搅拌洗涤50分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.5％；最后将羟丙基甲基纤维素(HPMC)产品进行粉粹和包装。
实施例5生产羟乙基纤维素(HEC)。
首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧乙烷(醚化剂)900千克、氢氧化钠100千克、和溶剂6000千克(反应过程中采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于22％∶28％∶50％)混合，并加入反应釜内，先在25℃下搅拌30分钟，而后在45分钟内将反应温度从25℃升高到75℃，在75℃反应120分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在30分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水400千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤50分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水400千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤50分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水400千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤50分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.5％；最后将羟乙基纤维素(HEC)产品进行粉粹和包装。
对比例目前工业上生产羟乙基纤维素(HEC)时，反应过程采用的溶剂为水和异丙醇，其他反应条件同本实施例5，经测定，对比例的反应效率比本实施例5的反应效率低10％；洗涤过程采用的溶剂为水和异丙醇，其他洗涤条件同本实施例5，经测定，对比例的洗涤效率比本实施例5的洗涤效率低30％以上，对比例中干燥后产品的灰份含量为5.5％，高于本实施例5的产品灰份含量(0.5％)。
实施例6生产羟乙基羟丙基纤维素(HEHPC)。
首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧丙烷(醚化剂)700千克、环氧乙烷(醚化剂)500千克、氢氧化钠100千克、和溶剂6000千克(反应过程中采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于13％∶27％∶60％)混合，并加入反应釜内，先在25℃下搅拌30分钟，而后在45分钟内将反应温度从25℃升高到87℃，在87℃反应120分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在30分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水500千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水500千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水500千克、异丙醇1000千克和叔丁醇1400千克，搅拌洗涤30分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.6％；最后将羟乙基羟丙基纤维素(HEHPC)产品进行粉粹和包装。
实施例7生产乙基纤维素(EC)。
首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、氯乙烷(醚化剂)700千克、氢氧化钠400千克、和溶剂6000千克(反应过程中采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于30％∶40％∶30％)混合，并加入反应釜内，先在25℃下搅拌30分钟，而后在45分钟内将反应温度从25℃升高到75℃，在75℃反应120分种；而后将产品中和到pH值为中性，再在30分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水1000千克、异丙醇1100千克和叔丁醇900千克，搅拌洗涤50分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水1000千克、异丙醇1100千克和叔丁醇900千克，搅拌洗涤50分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水1000千克、异丙醇1100千克和叔丁醇900千克，搅拌洗涤50分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.97％；最后将乙基纤维素(EC)产品进行粉粹和包装。
实施例8生产阳离子纤维素。
首先将精制棉纤维素进行粉粹，然后将粉碎后的精制棉1000千克、环氧乙烷(醚化剂)800千克、氢氧化钠180千克、和溶剂6000千克(反应过程中采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶叔丁醇等于22％∶28％∶50％)混合，并加入反应釜内，先在25℃下搅拌30分钟，而后在45分钟内将反应温度从25℃升高到75℃，在75℃反应120分种；再在反应釜内加入3-氯2-羟丙基三甲基氯化铵(醚化剂)700千克；在60℃反应120分种，而后将产品中和到pH值为中性，再在30分钟内将产品温度降到37℃，将产品中的溶剂大部份脱除；在产品中加入水500千克、异丙醇800千克和叔丁醇1600千克，搅拌洗涤50分钟，完成第一次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；再在产品中加入水500千克、异丙醇800千克和叔丁醇1600千克，搅拌洗涤50分钟，完成第二次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除；第三次在产品中加入水500千克、异丙醇800千克和叔丁醇1600千克，搅拌洗涤50分钟，完成第三次清洗，将产品中的溶剂大部份脱除，再在干燥设备中将产品干燥，所得干燥后产品的灰份含量为0.7％；最后将阳离子纤维素产品进行粉粹和包装。
对比例目前工业上生产阳离子纤维素时，反应过程采用的溶剂为水和异丙醇，其他反应条件同本实施例5，经测定，对比例的反应效率比本实施例5的反应效率低18％；洗涤过程采用的溶剂为水和异丙醇，其他洗涤条件同本实施例5，经测定，对比例的洗涤效率比本实施例5的洗涤效率低35％以上，对比例中干燥后产品的灰份含量为6.5％，高于本实施例5的产品灰份含量(0∶7％)。
权利要求
1.纤维素醚产品的改性方法，包括将纤维素、氢氧化钠、醚化剂和溶剂混合并反应得到产品，然后对产品进行洗涤、干燥和粉碎，其特征在于所述反应过程中采用的溶剂是水、异丙醇和正丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和异丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和叔丁醇。
2.根据权利要求1所述的纤维素醚产品的改性方法，其特征在于所述反应过程中，溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶正丁醇或异丁醇或叔丁醇等于5％～37％∶5％～90％∶1％～90％。
3.根据权利要求1所述的纤维素醚产品的改性方法，其特征在于所述产品进行洗涤过程中，采用的溶剂是水、异丙醇和正丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和异丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和叔丁醇。
4.根据权利要求3所述的纤维素醚产品的改性方法，其特征在于所述洗涤过程中，采用溶剂的重量百分比为水∶异丙醇∶正丁醇或异丁醇或叔丁醇等于10％～45％∶5％～88％∶1％～85％。
5.根据权利要求1所述的纤维素醚产品的改性方法，其特征在于所述纤维素醚产品包括羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素、乙基纤维素和阳离子型纤维素。
全文摘要
本发明公开了纤维素醚产品的改性方法，包括将反应原料和溶剂混合并反应得到产品，然后对产品进行洗涤、干燥和粉碎，其中，反应过程和洗涤过程中，采用的溶剂是水、异丙醇和正丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和异丁醇；或采用的溶剂是水、异丙醇和叔丁醇。本发明对环境污染小，反应效率高，溶剂脱除容易，产品洗涤效率高，有效提高了羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、乙基纤维素(EC)和阳离子型纤维素等纤维素醚产品的质量。
文档编号C08B11/02GK1789286SQ20051010238
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者黄少斌 申请人:华南理工大学