一种颗粒型聚阴离子纤维素的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚阴离子纤维素领域及其制备方法领域，具体说是一种颗粒型聚阴离 子纤维素及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚阴离子纤维素，简称PAC，是由天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚 类衍生物，其分子结构与羧甲基纤维素钠(CMC)相同，是一种重要的水溶性纤维素醚，通常 应用其钠盐。在石油钻井领域通常以聚阴离子纤维素来命名，其实质就是羧甲基纤维素钠。 聚阴离子纤维素有很好的耐热稳定性和耐盐性，抗菌性强。该产品配制的泥浆流体具有良 好的降失水性、抑制性、较高的耐温性，广泛应用于石油钻井，特别是盐水井和海洋石油钻 井。
[0003] 普通聚阴离子纤维素都是粉末状的，使用过程中存在粉尘大、环境污染大，对工人 身体造成伤害，而且造成物料损失的问题。在石油行业中，用户大量使用聚阴离子纤维素， 一般都是采用自然溶解，普通的聚阴离子纤维素溶解过程中容易抱团，不易溶解，溶解耗费 的时间长，恒温搅拌的情况下一般需要3~4小时左右，常温下溶解需要12~20小时左右，使 用不方便。
[0004] 中国发明专利CN103059144A公开了一种高粘颗粒型羧甲基纤维素钠制备方法，采 用捏合法经过碱化、醚化反应得到羧甲基纤维素钠产品进入汽提机中进行水解，再加入氯 化铝进行交联，最后得到高粘度、颗粒状的羧甲基纤维素钠。上述方法也可以制成颗粒型羧 甲基纤维素钠，但是要使用氯化铝，适用的范围比较窄，比如食品级产品不可以添加，电池 级产品对金属离子要求也比较严格，也不适用，另外增加了和氯化铝的交联反应，且汽提机 的使用要求较高，因此工艺过程要求严格、复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决现有技术中粉末状的聚阴离子纤维素生产和使用过程中粉尘大、环 境污染大，溶解过程中容易抱团，不易溶解，溶解耗费的时间长等使用不方便的问题，和现 有的颗粒型羧甲基纤维素制备工艺复杂，制备的颗粒型羧甲基纤维素含有铝元素，使用范 围受到限制的问题，提供一种制备工艺简单的聚阴离子纤维素制备方法，使制备的羧甲基 纤维素既不含有铝元素，又呈颗粒状，可方便、简单的广泛使用。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种颗粒型聚阴离子纤维素的制备方法，包 括如下步骤：
[0007] (1)将纤维素进行碱化处理，再进行醚化处理后与乙醇水溶液混合，然后调节pH， 控制pH在6.5~8.5，经洗涤、离心后，得到中间物料；
[0008] (2)中间物料进入搅拌机内，温度控制在20°C~60°C，边搅拌边将去离子水喷淋到 中间物料上，搅拌40min~lOOmin，得初纤维素产品；
[0009] (3)搅拌好的初纤维素产品经干燥，烘干，粉碎，即得颗粒型聚阴离子纤维素。
[0010]进一步的，步骤（1)中，纤维素为精制棉纤维素和/或木浆纤维素;精制棉纤维素的 平均聚合度为2 1500,木衆纤维素的平均聚合度为600~1200。
[0011]进一步的，步骤（1)中，碱化处理采用下述步骤:先将质量浓度为45 %~50%的氢 氧化钠溶液和体积浓度为90%~95%的乙醇水溶液加入到捏合机中，搅拌lOmin，再将所 述纤维素投入到捏合机中进行纤维素的碱化，控制投料时间l〇min，碱化反应的时间30~ 60min，碱化反应的温度20~40°C ;氢氧化钠溶液与纤维素的重量比为1.35~1.51:1，乙醇 水溶液与纤维素的重量比为1.5~3.0:1。
[0012] 进一步的，步骤（1)中，醚化处理采用下述步骤:碱化结束后，加入醚化剂，醚化剂 的质量是纤维素的1.10~1.40倍，醚化剂为氯乙酸的乙醇溶液，其中，氯乙酸的质量百分比 浓度为60 %~75 %，乙醇溶液的体积浓度为90 %~95 %，控制醚化反应时间40~90min，醚 化反应温度为60~80 °C。
[0013] 进一步的，步骤（1)中，醚化处理后经过冷却处理，冷却处理将物料冷却至45°C，洗 涤使用乙醇水溶液的体积浓度为60%~80%。
[0014] 进一步的，步骤(1)中，所述调节pH采用盐酸调节，控制pH在6.5~8.0，盐酸的质量 分数为28 %~33 %。
[0015]进一步的，步骤(1)中，离心分离采用卧式沉降离心机进行。
[0016] 进一步的，步骤(2)中，去离子水与所述步骤(1)中的纤维素的质量比为3~10:1。
[0017] 进一步的，步骤(3)中，干燥采用真空干燥，真空干燥一般在真空耙式干燥机中进 行，真空干燥的真空度为_200pa~-400pa，真空干燥的温度为40~85°C，真空干燥的耙干时 间为50~80min;
[0018] 烘干在流化床中进行，烘干的温度为95~120°C ;
[0019] 粉碎中用的筛网为40目，筛网上物质为颗粒产品。
[0020] 本发明还提供通过上述颗粒型聚阴离子纤维素的制备方法制备的一种颗粒型聚 阴离子纤维素。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0022] 1.将洗涤离心后的聚阴离子纤维素产品和去离子水混合均匀，就可以在后面粉碎 的时候很好控制产品的颗粒形态，控制好去离子水的量以便控制颗粒型聚阴离子纤维素的 质量。
[0023] 2.本发明的颗粒型聚阴离子纤维素的造粒过程没有添加任何设备即可获得性能 优越的颗粒型聚阴离子纤维素产品，生产工艺简单，生产成本低，生产环境粉尘少。
[0024] 3.本发明制备过程中的乙醇均可回收利用，实现了绿色生产，且降低了成本，有利 于工业化生产。
[0025] 4.本发明的颗粒型聚阴离子纤维素的粘度2 320mPa.s，具有中粘或高粘特性，不 含有铝等元素，不限制聚阴离子纤维素的使用范围；本发明的聚阴离子纤维素取代度高，水 中溶解不抱团，生产过程粉尘少，生产环境好。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0027]下述实施例中：
[0028]所使用的精制棉纤维素的平均聚合度2 1500,木浆纤维素的平均聚合度为600~ 1200,所有原料均为市售。
[0029] 实施例1
[0030] 在搅拌条件下，将l〇〇〇g的聚合度为2400的精制棉纤维素与1.51倍质量（以纤维素 的量为基础，以下相同）的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液质量浓度45%)和2.3倍质量的乙醇 溶液（乙醇溶液体积浓度90 % )的混合液加入捏合机中，投料时间1 Omin，进行碱化反应，碱 化温度为25°C，碱化时间为45min，碱化结束后将1.23倍质量的氯乙酸的乙醇溶液(氯乙酸 质量浓度65 % )均匀地喷淋至捏合机内，控制加料时间30min，加完后搅拌15min，缓慢升温 至80 °C进行醚化反应，升温时间为15min，醚化反应时间为60min;醚化结束后冷却至45°C， 将物料加入到体积浓度为70%的乙醇水溶液中，用盐酸调节pH至6.5~7.0，经过两次洗涤， 两次离心，得到中间物料；
[0031] (2)将中间物料均分为两份，一份直接烘干粉碎得产品1-1;一份进入搅拌机内，然 后将3000g去离子水均匀喷淋到搅拌机内物料上，温度控制在30°C，搅拌40min;
[0032] (3)最后将搅拌好的物料烘干粉碎，即为本发明的颗粒型聚阴离子纤维素产品1-2〇
[0033] 实施例2
[0034] (1)在搅拌条件下，将1000g的聚合度为2000的精制棉纤维素与1.40质量（以纤维 素的量为基础，以下相同）的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液质量浓度50% )和3.0倍质量的乙 醇溶液（乙醇溶液体积浓度92%)的混合液加入捏合机中，投料时间10min，进行碱化反应， 碱化温度为20°C，碱化时间为60min，碱化结束后将1.40倍质量的氯乙酸的乙醇溶液(氯乙 酸质量浓度60% )均匀地喷淋至捏合机内，控制加料时间30min，加完后搅拌15min，缓慢升 温至76°C进行醚化反应，升温时间为15min，醚化反应时间为40min;醚化结束后冷却至45 °C，将物料加入到体积浓度为80%的乙醇水溶液中，用盐酸调节pH至6.5~7.0，经过两次洗 涤，两次离心，得到中间物料；
[0035] (2)将中间物料分为两部分，一部分直接烘干粉碎得产品2-1;-部分进入搅拌机 内，然后将1500g的去离子水均匀喷淋到搅拌机内，温度控制在20°C，搅拌lOOrnin;
[0036] (3)最后将搅拌好的物料烘干粉碎，即为本发明的颗粒型聚阴离子纤维素产品2-2〇
[0037] 实施例3
[0038] (1)在搅拌条件下，将一定量的聚合度为2200的精制棉纤维素与1.49质量（以纤维 素的量为基础，以下相同）的氢氧化钠溶液(氢氧化钠溶液质量浓度48% )和1.5倍质量的乙 醇溶液（乙醇溶液体积浓度95%)的混合液加入捏合机中，投料时间10min，进行碱化反应， 碱化温度为35°C，碱化时间为30min，碱化结束后将1.10倍质量的氯乙酸的乙醇溶液(氯乙 酸质量浓度75%)均匀地喷淋至捏合机内，控制加料时间30min，加完后搅拌15min，缓慢升 温至60°C进行醚化反应，升温时间为15min，醚化反应时间为90min;醚化结束后冷却至45 °C，将物料加入到体积浓度为70%的乙醇水溶液中，用盐酸调节pH至6.5~