专利名称：高度取代的羧甲基磺乙基纤维素醚及其生产工艺和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及某些高度取代的羧甲基磺乙基纤维素醚(CMSEC)，及其简化而经济的生产工艺，和在纺织品印花中作为增稠剂的用途。
在本发明范围内，“高度取代的”这一术语适用于所有这样一些产品它们的平均总取代度为至少1.0，更具体地说是1.4且较好为至少1.6，但它们的总取代度应低于2.2。磺乙基的取代度为＜0.6，更具体地说是＜0.4。
纤维素衍生物，尤其是羧甲基纤维素(CMC)，被用于各种用途，在医药、食品和化妆品生产中作为增稠剂和分散剂、载体材料和水胶体(参阅，例如，K.BalserUllmanns Encyclopadie der Technischen Chemie，第4版，Vol.9，Verlag Chemie，Weinheim，1975，P.208;K.Balser，K.SzablikowskiPapier[Darmstadt]35578;W.BurchardtPolysaccharide，Springer Verlag，Berlin-Heidelberg 1985，126页及其以后，171页及其以后)。
一般地说，这些CMC的取代度为0.4～1.2(参阅，例如，G.I.Stelzer，E.D.Klug和R.L.Davidson，Handbook of Water Soluble Gums and Resins，第4章第3页，McGraw Hill，New Youk，(1980)。然而，一些特殊用途需要具有特别高溶解度的极高度取代的产品。
这样一种用途的一个实例是使用CMC作为(例如)用活性染料进行纺织品印花的印花油墨增稠剂。
按照DE 32 08 430 C2，只有那些具有至少2.2、较好至少2.5的取代度的羧甲基纤维素，才能与诸如活性染料一起用于纺织品印花。椐说用这种方法避免了印花区域的不良洗涤可去除性和硬化。
然而，碱化和醚化步骤必须重复数次才能得到诸如此类的高度取代的产品，这需要复杂而昂贵的生产工艺，因而，就若干阶段而言，取代产率非常差(DE-OS 33 03 153;M.Rinaudo，G.Hudry-Clergeon，J.Chim.Phys.64，1746;J.W.Green，R.L.Whistler，Methods in Carbohydrate Chemistry，Vol.3，Cellulose，P.324，Academic Press，New York/London，1963)。
由于经济原因，半干工艺经常受青睐。然而，相应的反应仍导致质量差的溶液，甚至有极高度醚化的产品也是如此(参阅，例如，R.R.McLaughlin，J.H.E.Herbst，Can.J.Res.，28B，731页及以下，737页及以下)。
本发明所解决的问题是要提供一种经济的且工业上可行的工艺，用于生产以优异溶液质量为特征的、高度取代的磺烷基纤维素衍生物。更具体地说，本发明力求提供可在纺织品印花中作为增稠剂使用的产品，甚至其取代度为＜2.2也可如此。使用取代度＜2.2的羧甲基纤维素的缺点，更具体地说是基质(织物)的硬化，将会被避免。
现已令人惊讶地发现，其平均总取代度为＞1.0、较好为＞1.4、更好为＞1.6且＜2.2和磺乙基取代度为＜0.6、尤其＜0.4的磺烷基纤维素衍生物，更具体地说是羧甲基磺乙基纤维素醚(CMSEC)，克服了先有技术的缺点。这种简单而经济的生产工艺有如下特征a)磺乙基和/或羧甲基基团转移试剂与碱纤维素用淤浆工艺反应到总取代度为大约0.7～大约0.95。这些醚化试剂是一起反应的，但较好是一先一后。更具体地说，反应先与磺乙基基团转移试剂进行，然后把该试剂添加到该浆状介质中，尤其在碱之前添加。
b)任选地使浆状物数量减少，使第一反应步骤中制备的羧甲基、磺乙基或羧甲基磺乙基纤维素在第二反应步骤中进一步醚化，这一步骤无初步纯化或初步研磨，通过添加更多的醚化试剂进行到总取代度DS为＞1.0、较好为＞1.4、更好为＞1.6但＜2.2。磺乙基取代度是＜0.6，尤其是＜0.4。
c)分离，较好用水/有机溶剂纯化以任选地全部或部分脱除二次反应产物，然后以常用方法干燥、研磨和配制所生成的磺乙基纤维素衍生物。
上述工艺所产生的羧甲基磺乙基纤维素可用作纺织品印花油墨的增稠剂，而且对于该印花油墨中存在的活性染料惰性很大，因而不会使印花基质的手感发生任何硬化。
带有磺烷基取代基、更具体地说是磺乙基取代基的离子型纤维素混合醚，尤其是羧甲基磺乙基纤维素，在专利文献中已有描述。
US-A 2，132，181描述了聚糖化合物的生产工艺。这些离子型纤维素混合醚是分若干阶段制备的，碱化在第一反应步骤进行(浆状碱化)。随后与乙烯基磺酸钠和甲基氯、乙基氯、环氧乙烷或氯乙酸发生的醚化是在一个或两个阶段中进行的。与乙烯基磺酸钠的反应较好是在捏和机中进行。在这一工艺中使用了极大过量的碱。这一方面导致显著的二次反应，另一方面使这些产品的生产极不经济。此外，经验表明(如上所述)，实验室捏和机中的反应总是导致不良的溶液质量，即纤维和凝胶含量高。
DE-OS 31 47 434、DE-A 33 06 621、DE-OS 3316 124和DE-OS 34 17 952中所述的水溶性纤维素混合醚，除其它方面外，是带有甲基、羧烷基和磺烷基基团的离子型纤维素混合醚。所涉及的、未就其粘度、其取代度、其产率或其溶液质量做任何详细描述的产品，或者是在单独的二甲基醚或二甲氧基乙烷中制备的，或者是在同时还有链烷醇、链烷二醇和/或烷氧基链烷醇存在下制备的。
总取代度为＜2.8(DS磺乙基＝0.15～0.3;DS羧甲基＝0.25～2.5)的羧甲基磺乙基纤维素醚(CMSEC)的生产是在US-A 2，811，519中请求专利权保护的。醚化反应较好是通过同时添加羧甲基基团转移试剂和磺乙基基团转移试剂进行的。这样做的目的是要以一种不昂贵的工艺提供以非常好的盐和酸稳定性为特征的产品。然而，这种CMSEC显示出可归因于该工艺的极低粘度，但其特点是非常好的溶液、盐和酸稳定性。以实例方式提到的、具有低取代度且因而无法用于纺织品印花的产品，其总取代度远低于1.0，这与从文献得知的事实是一致的，即在单级醚化工艺中一般得到的羧甲基化反应取代度仅可高达约1.0(参阅，例如，K.EngelskirchenHouben-Weyl“Makromolekulare Stoffe”，Vol.E20/Ⅲ，P.2074，A.Barth和J.Falbe编，Georg-Thieme-Verlag，Stuttgart/New York，1987)。
CMSEC用作乙酸酯或粘胶纤维、天然或合成聚酰胺纤维的纺织品印花用的印花油墨的增稠剂，详见SU 794 098。这个文件中请求专利权保护的CMSEC，其磺乙基取代度为0.1～0.25，羧甲基取代度为0.4～0.55，因而显示出与US-PS 2，811，519中以实例方式提到的CMSEC类似的取代方式。在纺织品印花中使用具有如此低取代度的CMSEC的目的是要提高色强度和粘度，并改善印花混合物的均匀度。然而，印花后材料手感的改善只有在如下产品的情况下才有可能其中，纤维素C6位上的伯OH基团大部分被保护起来，这不可能是基于其低的总取代度而提到的CMSEC的情况(也可参阅DE 32 08 430C2和以下还要提到的对比实例)。此外，所述的CMSEC显示出非常差的溶液质量。0.5%水溶液的透射率仅为89.5%，这表明该溶液有非常高的纤维含量。在纺织品印花中，诸如此类的产品很快导致筛、网或旋转筛的堵盖。有缺陷的印花是其必然的结果。因此，所提到的CMSEC并没有导致对先有技术的任何改善。
以非常好的溶液质量为特征的CMSEC可以按照DE-OS 37 42 106生产。其平均总取代度满足下式0.5≤DS磺乙基+DS羧甲基≤1.6其中磺乙基取代度是0.1～1.0，羧甲基取代度是0.3～1.2。这些产品可以用作石油和建材领域中的增稠剂和水分保持剂，也可以用作洗涤剂和化妆品中的增稠剂或稳定剂。此外，CMSEC适合作为分散介质和悬浮介质，并作为含水系统中的助剂和增稠剂，例如作为乳液聚合和悬浮聚合的稳定剂、分散介质和悬浮介质。
按照本发明、简单而不昂贵的CMSEC生产工艺得到的产品，尽管与先有技术相比总取代度非常低，但给出比通常使用的产品(藻酸盐，CMC)有所改善的纺织品印花结果。
用按照本发明的工艺生产的且用以下所述的试验表征的CMSEC具有优异溶液质量的特征，可用作分散剂、粘合剂或增稠剂，或用作纺织工业、更具体地说是纺织品印花中的流动促进剂。这种CMSEC可以纯化形式、半纯化形式和未纯化形式即技术产品形式使用。它形成无凝胶和无纤维的水溶液，其粘度(纯化后)范围为10～50，000毫帕秒(mPa·S)(用2%(重量)水溶液、以剪切速率D为2.5秒-1在T＝20℃测定[旋转度粘度计])。
为避免因筛、网或旋转筛的堵盖而可能引起的印花缺陷，用于纺织品印花的纤维素衍生物在实际应用之前进行了透射率测试，或说得更确切一点，进行了水溶性测试。实例中提到的CMSEC和CMC的透射率值为＞96%(日立101型分光光度计，日立公司，日本东京);玻璃液池的光程长度为10毫米(λ＝550毫微米，2%(重量)蒸馏水溶液)。其水溶解度为＞99.9%。
按照本发明生产的羧甲基磺乙基纤维素用作纺织品印花中的印花油墨基。它们较好是单独使用，尽管它们也可以与典型用于纺织品印花的其它天然或半合成印花油墨基例如藻酸钠、淀粉、改性淀粉、瓜耳胶、角豆粉、阿拉伯树胶、淀粉胶、黄蓍胶、罗望子胶和/或纤维素醚、更具体地说是有已知质量的羧甲基纤维素醚混合在一起使用，或者与完全合成的增稠剂例如聚合物增稠剂混合在一起使用，在这种情况下，该混合物中按照本发明请求专利权保护的CMSEC的数量不应少于10%，否则本发明的优点(盐稳定性，印花质量)就会丧失。
可以使用合成纤维、天然纤维、混纺织物或再生纤维素作为纺织品材料。
所用的染料包括，例如，氧化染料，硫化梁料，显色染料，毛染料，铬染料，直接染料，酸性染料，分散染料，萘酚染料，瓮染料，金属配合物染料，颜料或显色染料中的一种偶合成分与一种偶氮氨基化合物的混合物的商用产品，但尤其是活性染料。
羧甲基取代度是用ASTM-D 1439-83 a方法B的方法B测定的。磺乙基取代度是用过氯酸钡对钍试剂(thorine)进行Ehrenberger/Gorbach滴定测定的(Ehrenberger/GorbachMethoden der organischen Elementar-und spurenanalyse，Verlag Chemie，Weinheim，1973，P.223)。必要的溶解是用Sch
ninger法进行的(Heraeus Manual EW-F 1.6.1.[方法1]。
实例实例1在一个配备了适当搅拌器的可恒温控制反应器中，在氮气氛下，把137份研磨得很细的、漂白、精制的棉短绒纤维素(干物质含量94.8%)分散于2，193份异丙醇、136.5份30.5%乙烯基磺酸钠水溶液和108份水中，所形成的分散液搅拌15分钟。然后添加89.6份氢氧化钠片，该混合物在25～30℃碱化80分钟。然后，用30分钟时间使温度升至75℃，并在该水平保持150分钟。在同一温度滴加133份79.6%一氯乙酸水溶液。在75℃再保持150分钟后，将混合物冷却至25～30℃，添加76.8份氢氧化钠片，并在25～30℃使混合物碱化30分钟。然后，在25～30℃添加114份79.6%一氯乙酸水溶液。然后用30分钟时间使温度升至75℃，并在该温度使醚化进行150分钟。分离产品，用70%甲醇洗去二次反应产物，干燥和研磨(粒度曲线100%≤0.8毫米)。由此得到的CMSEC的总取代度为1.82。磺乙基取代度为0.26，羧甲基取代度为1.56。纯化的产品粘度为7，500毫帕秒(2%(重量)水溶液)。
实例2(对比实例1)在一个配备了适当搅拌器的可恒温控制反应器中，在氮气氛下，把127份研磨得很细的、漂白和精制的棉短绒纤维素(干物质含量95.2%)分散于2，193份异丙醇和210份水中。在添加88份氢氧化钠片之后，在25～30℃使混合物碱化80分钟。然后添加130份80%一氯乙酸水溶液。用30分钟时间使温度升至70℃，并在该温度使醚化进行120分钟。然后在该温度添加另外88份氢氧化钠片，随后在20分钟内连续引进130份一氯乙酸(80%)。在70℃再保持120分钟后，把混合物冷却至25～30℃。
分离产品，用70%甲醇纯化，风干和研磨(粒度曲线100%≤0.8毫米)。这种CMC的取代度为1.73。纯化产品的粘度为19，000毫帕秒。
实例3(对比实例2[SU 794 098])在一个配备了适当搅拌器的可恒温控制反应器中，在氮气氛下，把134份研磨得很细的、漂白和精制的木质纤维素(干物质含量95.2%)分散在2，193份30.5%乙烯基磺酸钠水溶液中，并将所形成的分散液搅拌15分钟。然后添加78.6份氢氧化钠片，在25～30℃使混合物碱化80分钟。然后用30分钟时间使温度升至75℃，并在该水平保持120分钟。然后在同一温度滴加56份79.6%一氯乙酸水溶液。在75℃再保持120分钟后，用61.4份乙酸使混合物中和，随后冷却至25～30℃。分离产品，用70%甲醇纯化，干燥，随后研磨(粒度曲线100%≤0.8毫米)。这种CMSEC的总取代度为0.61。磺乙基取代度是0.18而羧甲基取代度是0.43。2%(重量)溶液的粘度为13，500毫帕秒。这种CMSEC(参照SU 794 098)的实测透射率值为95.8%，水中溶解度为99.2%。
这种产品有非常高的纤维素和凝胶含量，因而不能用作纺织品印花中印花油墨的增稠剂，因为它会堵盖筛、网和旋转筛。
为改善这种增稠剂在纺织品材料印花中的溶解度，较好是将该产品研磨后使用，并使粒度曲线达到100%≤2.0、较好≤1.0、更好≤0.5毫米。所需要的尺寸缩小过程是通过干或湿研磨进行的。适用的研磨机是碾研机，球磨机，打浆磨和离心磨，喷射研磨或振动研磨机。
在以下实例中，按照本发明用作纺织品印花增稠剂的羧甲基磺乙基纤维素的效果与市购藻酸钠(Lamitex M5，挪威Protan公司的产品)及用一级制备工艺生产的羧甲基纤维素(CMC)的效果作了对比。比较了粘度(水溶液)大约30，000毫帕秒(Brookfield RVF，4号心轴，20转/分钟)的等粘溶液。
用藻酸盐、CMSEC和CMC制备的储备增稠剂的比较详见表1。印花油墨是通过使指定数量的各该储备增调剂(90份)与指定份额的染料(10份)及蒸馏水得到的。使用市售活性染料(Cibacron Turkis PG3R[40%])作为染料。
表1 储备增稠剂的比较
1)数量用份额(重量)表示2)Lamitex M5含有5克/千克六聚偏磷酸钠(Calgon T)和5克/千克福尔马林(37%)3)泡沫抑制剂，BASF/Ludwigshafen公司的产品4)氧化剂，BASF/Ludwigshafen公司的产品印花试验是在作为基质的棉纬面缎纹布(丝光，漂白)上用这些印花油墨进行的。纺织品材料在102～105℃干燥约10分钟(用饱和蒸汽固色[Mathis干燥机])再用干热(热风)固色(200℃Mathis干燥机，1分钟)。冲洗分三步进行a)彻底冷漂洗，b)在接近沸腾温度处理(10分钟)，c)冷漂洗。
用64-T-筛(直角)和8毫米直径涂布刀(磁力段3，速度段3)来评估强度、渗透、色调、手感和均匀性(Zimmer平膜印花)。用68-T试验筛和8毫米直径涂布刀(磁力段3，速度段3)评估清晰度。印花试验结果列于表2。
表2 印花结果;与Lamitex M5比较(No.1)，用饱和蒸汽固色
1)＝比色法测定2)＝对照这些表中使用的专门术语对于纤维素和纺织品印花专家来说是已知的，不需要任何进一步解释，参阅题为”Textildruck(纺织品印花)”和“Textilfarberei(纺织品染色)”的章节，见Ullmanns Encyclopadie der Technischen Chemie，Vol.22，P.565及以下和P.635及以下(Verlag Chemie，Weinheim，1982)。
按照本发明的磺乙基纤维素衍生物(尤其CMSEC)用于纺织品印花优越性从以下数值表来看是一目了然的。除了从文献中得知的电解质和pH稳定性外(见，例如，US-A 2，811，519，EP0319 865 A2和J6 3182-301A)，按照本发明的纤维素衍生物有表3中所示的优点。
表3 纺织品印花中使用的普通增稠剂与按照本发明的纤维素醚之间的比较实例
权利要求
1.羧甲基磺乙基纤维素(CMSEC)，其总取代度为＞1.0，较好＞1.4，更好的是＞1.6但＜2.2，且磺乙基取代度为＜0.6，尤其是＜0.4。
2.按照权利要求1提出的羧甲基磺乙基纤维素，其特征在于经纯化的产品的粘度为10～50，000毫帕秒(mPa.s)(用2%(重量)水溶液，剪切速率D为2.5秒-1，在20℃测定[旋转粘度计])，透射率值为95%以上，尤其是96%以上(用2%)(重量)水溶液测定，液池的光程长度为10毫米，使用波长为550毫微米的光)，且水中溶解度为≥98%，尤其是＞99.9%。
3.按照权利要求1或2提出的羧甲基磺乙基纤维素的生产工艺，其特征在于用淤浆法使碱纤维素与磺乙基和羧甲基基团转移试剂反应，这些醚化试剂的反应可一起进行也可一先一后，且磺乙基基团转移试剂是在碱之前引进该浆状介质中的。
4.按照权利要求3提出的工艺，其特征在于在第二步中任选地减少浆状介质的数量，且通过添加更多的醚化试剂，使第一反应步骤中制备的羧甲基、磺乙基或羧甲基磺乙基纤维素未经纯化就调节到按照权利要求1所述的总取代度。
5.按照权利要求1或2提出的羧甲基磺乙基纤维素作为纺织品印花、尤其是活性印花中的增稠剂的用途。
6.按照权利要求5提出的在纺织品印花中的用途，是与如下物质混合在一起进行的藻酸钠，淀粉，改性沉粉，瓜耳胶，角豆粉，阿拉伯树胶，淀粉胶，黄蓍胶，罗望子胶和/或纤维素醚，尤其是羧甲基纤维素醚。
7.按照权利要求5或6提出的用途，其特征在于利用合成纤维、天然纤维、混纺织物或再生纤维素作为纺织品材料。
8.按照权利要求5～7提出的用途，其特征在于所用的染料是氧化染料，硫化染料，显色染料，毛染料，铬染料，直接染料，酸性染料，分散染料，萘酚染料，瓮染料，金属配合物染料，阴离子染料，直接染料(substantive dyes)，颜料，或显色染料的一种偶合成分与一种偶氮氨基化合物的混合物的产品，但尤其是活性染料。
全文摘要
本发明涉及某些高度取代的羧甲基磺乙基纤维素醚(CMSEC)，及其简化而经济的生产工艺，和作为纺织品印花中的增稠剂的用途。
文档编号C08B11/193GK1093372SQ93120890
公开日1994年10月12日 申请日期1993年12月8日 优先权日1992年12月8日
发明者R·基塞韦特, R·克尼斯克, E·赖恩哈特, K·施扎布里考斯基 申请人:沃尔夫瓦尔斯罗德有限公司