一种制备羧甲基纤维素钠的方法
【专利说明】一种制备羧甲基纤维素钠的方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明提供一种羧甲基纤维素钠的制备方法，属于化工合成领域。
【背景技术】
[0003]羧甲基纤维素钠一般为粉末状的固体,有时也可以呈现颗粒状或纤维状,颜色为白色或淡黄色，没有特殊的气味，是一种大分子化学物质，CMC具有很强的引湿性，能溶于水中，在水中形成透明度很高的粘稠溶液。CMC不溶于一般的有机溶液，例如乙醇，乙醚，氯仿及苯等，但可以溶于水，CMC直接溶于水中速度较为缓慢，但溶解度还是很大的，并且CMC的水溶液具有一定的粘度。固体CMC在一般环境下较稳定，因为具有一定的吸水性和引湿性，在干燥的环境下，可以长期保存。
[0004]精制的羧甲基纤维素钠产品，该产品被认可为安全的食品添加剂。上世纪七十年代我国开始采用，是当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类。
[0005]纤维素羧甲基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚，为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒，密度0.5-0.7g/cm3，几乎无臭、无味，具吸湿性。易于分散在水中成透明胶状溶液，在乙醇等有机溶媒中不溶。1%水溶液pH为6.5?8.5，当pH>10或〈5时，胶浆粘度显著降低，在pH=7时性能最佳。对热稳定，在20°C以下粘度迅速上升，45°C时变化较慢，80°C以上长时间加热可使其胶体变性而粘度和性能明显下降。易溶于水，溶液透明；在碱性溶液中很稳定，遇酸则易水解，PH值为2-3时会出现沉淀，遇多价金属盐也会反应出现沉淀。
[0006]羧甲基纤维素钠(简称CMC)是以精制短棉为原料而合成的一种阴离子型高分子化合物。分子量为6400±1000，具有优良的水溶性与成膜性，广泛应用于石油、日化、轻工、食品、医药等工业中，被誉为“工业的味精”。CMC-Na的合成方法，一是水煤直接法(喷碱法)，两一种是采用有机溶煤的溶媒法，由于后者具有用碱量少，醚化时间短，醚化剂利用率高等特点，因此目前已被广泛采用。
[0007]衡量CMC-Na质量的主要指标是取代度(DS)和粘度，一般来说，DS不同，则CMC-Na的性质也不同；取代度增大，溶液的透明度及稳定性也越好。据报道，CMC-Na取代度在0.7-1.2时透明度较好，其水溶液粘度在pH为6-9时最大，为保证其质量，除选择醚化剂外，还必须考虑影响取代度和粘度的一些因素，例如碱与醚化剂之间的用量关系、醚化时间、体系含水量、温度、PH值、溶液浓度等。
[0008]纤维素是大分子多糖，分子量从50000到2500000不等，即葡萄糖基的含量从300至IJ 15000不等.以纤维素为原料的产品广泛的应用于食品，纺织，塑料，电工以及医药方面。纤维素因其分子之间存在氢键，在常温下很稳定，不溶于水且不溶于一般的有机溶剂，例如乙醇、丙酮、苯等。纤维素在加热条件下，到150°C时会逐渐脱水焦化。天然纤维素因其复杂的生物合成过程，使一部分分子链无法结晶在晶区中而成为非晶区，所以纤维素具有晶区和非晶区两大结构。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种成本低、产率高制备羧甲基纤维素钠的方法，其由以下技术方案加以实现:
第一次加碱:将粉状末纤维素加入至投入溶剂的反应容器内并搅拌1min加入NaOH，控制反应器内温度为10~70°C、反应0.2-0.5h ；
第二次加碱:再加入一氯醋酸和NaOH、控制反应温度为20~50°C，并均匀搅拌反应l~2h ；
第三次加碱:再次加入NaOH，搅拌并控制反应温度为20~50°C反应0.2-0.8h得粗品。
[0010]上述步骤中纤维素、NaOH与C1CH2C00H的摩尔比为1:0.3-0.7:1.7-2.5。
[0011]进一步地上述溶剂为乙醇和水、异丙醇和水的溶液；加入溶剂的重量为纤维素重量的7~15倍。
[0012]进一步，上述NaOH碱液的浓度为10~30%。
[0013]进一步,上述反应中碱分三次分批加入,第一次加入碱含量为碱总量的40~60%，第二次加入碱量为碱总量的20~35%，第三次加入余量的碱。
[0014]上述反应中纤维素经的粒径为10~100um，纤维粉末分散于含有溶剂中，然后加入NaOH，在上述温度下反应为成碱纤维；在第二次加碱步骤中再与一氯醋酸反应生成CMC ;最后经第二步反应制得CMC-Na,粗品加入20~90%(v/v)乙醇洗漆，活性炭脱色得精品。
[0015]进一步上述，粗品用40~60%(v/v)的乙醇洗涤，乙醇溶液的用量为粗品质量的4~7倍。
[0016]反应体系中有机溶剂含量多少与含水量、产品取代度、醚化反应方法及所用机械设备相联系。若有机溶剂含量太多，降低了反应液中产物的浓度，不利于纤维素的碱化；而有机溶剂太少，系统中有机溶剂平衡浓度太低，纤维素有可能溶胀或产生凝胶体。
[0017]目前，国内的溶煤法生产CMC都经过碱化-醚化-中和洗涤-干燥粉碎的过程，也称为一次加碱法。上述方法中存在产品取代均匀性不够，透明度、溶液六边形、抗腐败能力不够等且产品的耐二价盐的能力差，具体表现为在有Ca2+和Mg2+时，粘度大幅度降低。
[0018]本发明中纤维素的粒径为5~100um;反应时，纤维素粉末都分散于有机溶剂的反应介质，碱化后形成非常均匀的碱纤维素，醚化时，醚化剂能均匀地进入碱纤维素分子中，使醚化反应非常均匀。纤维素、碱液、醚化剂和溶剂形成浆液状，在不断的搅拌下，进行碱化和醚化反应，反应充分且得到产品的纯度高、透明度好。
[0019]由于碱液是分三次加入，一氯乙酸发生如下水解副反应比较少。第一步碱化反应是将纤维度与一定浓度的NaOH溶液发生反应，生成碱纤维素，其目的在于制得的碱纤维素具有高反应性，为其后的醚化反应做准备；第二步与第三步加碱使为了让碱纤维素与一氯乙酸发生醚化反应，其目的在于一氯乙酸中的羧甲基取代纤维素上的羟基。
[0020]广品检验:
1、定性检验:
(I)外观为白色或微黄色纤维状粉末。
[0021](2)取3~3g产品置于100ml、50~70°C水中，搅拌，冷却至室温后做焰色反应，火焰呈鲜黄色。
[0022](3)取上述上述20ml样品溶液，加入20%(wt%)盐酸2ml，产生白色沉淀。