一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺及羟丙基甲基纤维素的制作方法

1.本技术涉及纤维素领域，更具体地说，它涉及一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺及羟丙基甲基纤维素。


背景技术：

2.羟丙基甲基纤维素，又称羟丙甲纤维素，属于非离子型纤维素混合醚中的一种，它是一种国内较为紧缺的半合成的、不活跃的、黏弹性的聚合物，其具有优良的增稠、乳化、保护胶体和保水性能，在纺织工业领域常作为增稠剂、分散剂、粘结剂、赋形剂、稳定剂等，还广泛应用于合成树脂、陶瓷、食品、造纸等领域。
3.目前，主要采用淤浆法生产羟丙基甲基纤维素，具体是以纤维素精制棉、氯甲烷和环氧丙烷作为原料，分散在有机溶剂中，发生醚化反应制得，醚化反应需要在高压条件进行，反应过程中易发生局部反应，醚化不均匀，导致产品不均一，具有较低的透光率。


技术实现要素：

4.为了提高羟丙基甲基纤维素的透光率，本技术提供了一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺及羟丙基甲基纤维素。
5.第一方面，本技术提供一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其采用如下技术方案：一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤：(1)预处理：将精致棉开松，粉碎至0.2-0.4mm细料，得到纤维粉；(2)漂洗：按料液比1：(2-4)，将纤维粉加至漂洗液中，清洗，离心脱水，干燥，得到精致纤维；(3)碱化：按料液比1：(3-5)，将精致纤维加至75-95℃的丙酮溶液中，热磨处理15-25min，降温至35-45℃，加入碱溶液，碱化20-40min，得到碱纤维素；(4)醚化：按料液比(1-2)，在28-60℃、0.6-1.2mpa条件下向碱纤维素中加入醚化剂中醚化3-5h，醚化后加入占醚化剂用量10％的乙二醛溶液，去离子水清洗至中性，加入稀盐酸调节ph值为7，离心脱水，干燥，粉碎过筛，得到羟丙基甲基纤维素；所述漂洗液的体积浓度为4-6％；所述碱溶液由体积比1：(3-5)的氢氧化钠水溶液和氯化钾水溶液复配而得，所述氢氧化钠水溶液的体积浓度为30-35％，所述氯化钾水溶液的体积浓度为20-25％；所述丙酮溶液的体积浓度为15-25％；所述醚化剂由体积比为1：(3-5)的环氧丙烷和氯甲烷复配而得；所述乙二醛溶液的体积浓度为3-9％。
6.通过采用上述技术方案，先对精制棉进行预处理，开松然后粉碎，粉碎是通过机械能破坏纤维素原料地聚集态结构，以降低结晶度和聚合度，增加其表面积，从而提高反应试剂对纤维素大分子葡萄糖环基上三个羟基地可及度和化学反应能力。
7.随后进行漂洗，漂白处理，之后进行碱化，使棉纤维的晶格溶胀利于醚化剂分子的渗透，提高醚化反应的均匀性，由此提高羟丙基甲基纤维素的透光率。碱化过程是生产羟丙基甲基纤维素的关键步骤之一，碱化效果直接影响着醚化效果，碱纤维素有高度反应性，在
醚化反应中，醚化剂对纤维素溶胀、渗透、醚化反应的主反应和副反应速率，反应均匀度以及最后产品质量均与碱纤维素的形成和组成有关。而羟丙基甲基纤维素对碱的吸附量和溶胀度反应温度的降低而增加，降低碱化温度有利于碱纤维素的生成并抑制水解反应。
8.最后进行醚化反应，乙二醛溶液作为交联剂加入，使碱纤维素暂时变成非水溶性，清洗，加入稀盐酸接触交联，并脱出交联剂，离心脱水干燥，粉碎过筛，即得羟丙基甲基纤维素。
9.漂洗液由亚硫酸钠和水复配而得，亚硫酸钠作为漂白剂加入，可防止纤维局部氧化而影响纤维强度，并提高纤维的白度，有效提高产品透明度和产品均匀性，改善产品耐腐蚀性能，提高产品质量。
10.碱溶液由氢氧化钠和氯化钾复配而得，添加氯化钾，纤维素对碱溶液的表观吸附随氯化钾浓度的增加而增加，还可抑制水解，调节系统游离水含量，从而提高碱化和醚化效果的作用。
11.醚化剂由环氧丙烷和氯甲烷复配而得，并限定两者配比为1：(3-5)，在恒定的纤维素碱值和醚化反应的条件下，环氧丙烷和氯甲烷的配比对羟丙基值和甲氧基值的影响很大，尤其对羟丙基值更为灵敏，提高环氧丙烷在醚化剂中的占比，可提高羟丙基值，提高醚化反应的效率。
12.作为优选：所述步骤(1)中粉碎时采用超微粉碎，且粉碎温度控制在30-50℃。
13.通过采用上述技术方案，精制棉在经过高速剪切粉碎后，破坏了部分纤维素分子之间的晶格结构，提高了纤维素的反应活性，但粉碎过程中产生大量的热量，当粉碎温度达到150℃以上，纤维素的活性降低或失去，成为不反应的四纤维，这些死纤维残留在最终的羟丙基甲基纤维素中，会影响产品的透光性，因此，控制粉碎过程的粉碎机机腔温度，以提高羟丙基甲基纤维素的透光率。
14.作为优选：所述步骤(4)中的醚化剂分两次加入，第一次加入二分之一的醚化剂后，在28-30℃条件下搅拌45-90min，再升温至40-48℃条件下醚化1-3h，再降温至28-30℃第二次加入剩余醚化剂搅拌30-90min，再升温至40-48℃条件下醚化1-2h。
15.通过采用上述技术方案，分两次加入醚化剂使纤维醚化的更加均匀。加入醚化剂后，先在28-30℃条件下低温搅拌，可抑制副反应，提高羟丙基甲基纤维素的纯度，从而提高羟丙基甲基纤维素的透光率。
16.作为优选：所述第一次加入醚化剂后的升温速率为3-4℃/min；所述第二次加入醚化剂后的升温速率为5-7℃/min。
17.通过采用上述技术方案，调节加入醚化剂的升温速率，使纤维素的内部分子结构被醚化剂充分浸润，增大反应接触面，提高反应活性和均匀性，适宜的醚化反应条件纤维素分子与醚化剂的反应速度加快，提高碱纤维素的水溶性，并提高羟丙基甲基纤维素的透光率。
18.作为优选：所述漂洗处理前经过酸处理和碱处理，具体操作步骤如下：酸处理：按料液比1:(2-4)，将纤维粉浸泡至质量百分浓度为58％盐酸溶液中，在115℃、0.2mpa条件下浸泡2h，压榨，得到酸处理纤维；碱处理：按料液比1:(4-6)，将酸处理纤维加至质量百分浓度为7％氢氧化钙溶液中浸泡，在120℃浸泡5h，压榨，得到纤维粉，所述纤维粉进入漂洗工序。
19.通过采用上述技术方案，在预处理后，将纤维粉进行酸处理和碱处理，有效去除木质素、半纤维素等杂质，提高产品纯度和产品透光率，增加纤维粉的孔隙率，加快后续反应的效率。
20.作为优选：所述碱化的碱溶液中还包括质量百分浓度为75-95％正丁醇；所述正丁醇与为氢氧化钠的体积比为1：(5-7)。
21.通过采用上述技术方案，添加正丁醇可提高形成碱纤维素的速度，增加纤维的吸碱量，正丁醇还可以提高碱溶液的分散性。
22.作为优选：所述精制棉聚合度≥2400。
23.通过采用上述技术方案，精制棉的聚合度对透明度影响较大，而聚合度同样影响着羟丙基甲基纤维素纤维素的粘度。
24.第二方面，本技术提供一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺得到的羟丙基甲基纤维素。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：(1)本技术通过控制漂洗液、碱溶液、醚化剂和预处理、漂洗、碱化和醚化的条件，使羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为97.5％、1.72
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s和79.9％，灰分含量最低为0.27wt％，提高了羟丙甲基纤维素的透光率。
26.(2)本技术羟丙基甲基纤维素生产工艺中步骤(1)中粉碎时采用超微粉碎，且粉碎温度控制在30℃条件时，羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为97.7％、1.73
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s和80.0％，灰分含量为0.25wt％，进一步提高了羟丙甲基纤维素的透光率。
27.(3)本技术羟丙基甲基纤维素生产工艺中步骤(4)中的醚化剂分两次加入，并控制加入条件，使羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为98.1％、1.75
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s和80.2％，灰分含量为0.22wt％，提高了羟丙甲基纤维素的透光率。
28.(4)本技术通过控制醚化过程中的升温速率，使羟丙甲基纤维素的透光率为98.6％，灰分含量最低为0.19wt％，提高了羟丙甲基纤维素的透光率的同时，还提高了羟丙甲基纤维素纯度。
29.(5)本技术在步骤(2)前对纤维粉进行酸碱预处理，使羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为98.9％、1.79
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s和80.5％，灰分含量最低为0.17wt％，进一步提高了羟丙甲基纤维素的透光率。
30.(6)本技术在步骤(3)中碱溶液中添加了正丁醇，使羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为97.7％、1.73
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s和80.0％，灰分含量最低为0.25wt％，提高了羟丙甲基纤维素的透光率。
具体实施方式
31.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。
32.本技术中的如下各原料均为市售产品，均为使本技术的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：精制棉，聚合度＞2400，纤维含量99％，结晶度为32.3％；稀盐酸，质量分数为20％；氢氧化钠水溶液，氢氧化钠有效含量为30％；亚硫酸钠，质量分数为99％；氯化钾水溶液，氯化钾有效含量为25％。
33.实施例1
一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：将10kg精致棉开松，140℃条件下粉碎至0.3mm细料，得到纤维粉；(2)漂洗：将2l的亚硫酸钠与40l的水混合均匀，得到漂洗液备用；然后将纤维粉加至30l的漂洗液中，清洗，离心脱水，干燥，得到精致纤维；(3)碱化：将10l的氢氧化钠和40l的氯化钾溶液混合均匀，得到碱溶液，然后将精致纤维加至40l的75℃的丙酮溶液中，热磨处理20min，降温至40℃，加入40l的碱溶液，碱化30min，得到碱纤维素；(4)醚化：将2l的环氧丙烷和8l的氯甲烷混合，搅拌均匀，得到醚化剂，在40℃、1mpa条件下向碱纤维素中加入醚化剂中醚化5h，醚化后加入1l乙二醛溶液，去离子水清洗至中性，加入稀盐酸调节ph值为7，离心脱水，干燥，粉碎过筛，得到羟丙基甲基纤维素。
34.实施例2一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：将10kg精致棉开松，30℃条件下超微粉碎至0.3mm细料，得到纤维粉；(2)漂洗：同实施例1；(3)碱化：同实施例1；(4)醚化：同实施例1。
35.实施例3一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：同实施例2；(2)漂洗：同实施例2；(3)碱化：同实施例2；(4)醚化：将2l的环氧丙烷和8l的氯甲烷混合，搅拌均匀，得到醚化剂，在28℃、1mpa条件下向碱纤维素中第一次加入醚化剂中搅拌45min，再以2℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再4℃/min升温至40℃条件下醚化1h，醚化后加入1l乙二醛溶液，去离子水清洗至中性，加入稀盐酸调节ph值为7，离心脱水，干燥，粉碎过筛，得到羟丙基甲基纤维素。
36.实施例4一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：同实施例3；(2)漂洗：同实施例3；(3)碱化：同实施例3；(4)醚化：将2l的环氧丙烷和8l的氯甲烷混合，搅拌均匀，得到醚化剂，在40℃、1mpa条件下向碱纤维素中第一次加入醚化剂中搅拌45min，再以3.5℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再4℃/min升温至40℃条件下醚化1h，醚化后加入1l乙二醛溶液，去离子水清洗至中性，加入稀盐酸调节ph值为7，离心脱水，干燥，粉碎过筛，得到羟丙基甲基纤维素。
37.实施例5一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：同实施例4；
(2)漂洗：同实施例4；(3)碱化：同实施例4；(4)醚化：将2l的环氧丙烷和8l的氯甲烷混合，搅拌均匀，得到醚化剂，在40℃、1mpa条件下向碱纤维素中第一次加入醚化剂中搅拌45min，再以3.5℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再6℃/min升温至40℃条件下醚化1h，醚化后加入1l乙二醛溶液，去离子水清洗至中性，加入稀盐酸调节ph值为7，离心脱水，干燥，粉碎过筛，得到羟丙基甲基纤维素。
38.实施例6一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：同实施例5；(2)酸处理：将纤维粉浸泡至30l的58％盐酸溶液中，在115℃、0.2mpa条件下浸泡2h，压榨，得到酸处理纤维；(3)碱处理：将酸处理纤维加至50l，7％氢氧化钙溶液中浸泡，在120℃浸泡5h，压榨，得到碱处理纤维粉，所述碱处理纤维粉继续进入漂洗工序；(4)漂洗：同实施例5；(5)碱化：同实施例5；(6)醚化：同实施例5。
39.实施例7一种羟丙基甲基纤维素的生产工艺，其包括如下操作步骤；(1)预处理：同实施例6；(2)酸处理：同实施例6；(3)碱处理：同实施例6；(4)漂洗：同实施例6；(5)碱化：将10l的氢氧化钠、40l的氯化钾溶液和60l正丁醇混合均匀，得到碱溶液，然后将精致纤维加至40l的75℃的丙酮溶液中，热磨处理20min，降温至40℃，加入40l的碱溶液，碱化30min，得到碱纤维素；(6)醚化：同实施例6。
40.对比例1对比例1的羟丙基甲基纤维素的生产工艺与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将精制棉在150℃粉碎至0.3mm细料，其余生产工艺与实施例1相同。
41.对比例2对比例2的羟丙基甲基纤维素的生产工艺与实施例1的区别在于：步骤(3)中，碱溶液中的氯化钾溶液等量替换为氢氧化钠溶液，其余操作与实施例1相同。
42.对比例3对比例3的羟丙基甲基纤维素的生产工艺与实施例1的区别在于：步骤(4)中，在70℃、2mpa条件下向碱纤维素中加入醚化剂中醚化3h，其余操作与实施例1相同。
43.性能检测采用以下性能检测指标，分别对实施例1-7和对比例1-3的羟丙基甲基纤维素进行检测，检测结果具体详见表1。
44.透光度：将1g羟丙基甲基纤维素样品加至99ml的去离子水中，用紫外可见分光光度计在580nm下检测其透光率。
45.黏度：称取2.5g羟丙基甲基纤维素样品加至250ml的80℃水中，溶胀10min，然后冷却中搅拌，溶解后加水稀释成质量分数1％的溶液，20℃水浴1h，搅拌，用旋转黏度计检测其黏度。
46.保水率：按照gb/t3183-2003t3l《砌筑水泥》对羟丙基甲基纤维素进行保水率的测试。
47.灰分含量：按照gbt34263-2017《工业用羟丙基甲基纤维素》对羟丙基甲基纤维素进行灰分含量的测试。
48.表1不同羟丙基甲基纤维素的性能检测结果表1不同羟丙基甲基纤维素的性能检测结果由表1的检测结果表明，本技术羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率最高分别为99.0％、1.80
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s和80.6％，提高了羟丙甲基纤维素的透光；且羟丙甲基纤维素的灰分含量最低为0.15wt％，纯度较高。
49.实施例1-2中，实施例2羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为97.7％、1.73
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s和80.0％，均高于实施例1羟丙甲基纤维素，灰分含量为0.25wt％，低于实施例1羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(1)中粉碎时采用超微粉碎，且粉碎温度控制在30℃条件时，提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与粉碎温度过高，纤维素易无纸化、活性降低或失去，成为不反应的四纤维，这些死纤维残留在最终的羟丙基甲基纤维素中，会影响产品的透光性有关。
50.实施例2-3中，实施例3羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为98.1％、1.75
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s和80.2％，均高于实施例2羟丙甲基纤维素，灰分含量为0.22wt％，低于实施例2羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(4)中的醚化剂分两次加入，第一次加入醚化
剂后，在28℃、1mpa条件下向碱纤维素中第一次加入醚化剂中搅拌45min，再以2℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再4℃/min升温至40℃条件下醚化1h，可提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与分两次加入醚化剂使纤维醚化的更加均匀。加入醚化剂后，先在28-30℃条件下低温搅拌，可抑制副反应，提高羟丙基甲基纤维素的纯度，从而提高羟丙基甲基纤维素的透光率有关。
51.实施例3-4中，实施例4羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为98.3％、1.77
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s和80.3％，均高于实施例3羟丙甲基纤维素，灰分含量最低为0.20wt％，低于实施例3羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(4)中以3.5℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再4℃/min升温至40℃条件下醚化1h，可提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与适宜的升温速率使纤维素的内部分子结构被醚化剂充分浸润，增大反应接触面，提高反应活性和均匀性，适宜的醚化反应条件纤维素分子与醚化剂的反应速度加快，提高碱纤维素的水溶性，并提高羟丙基甲基纤维素的透光率有关。
52.实施例4-5中，实施例5羟丙甲基纤维素的透光率为98.6％，均高于实施例4羟丙甲基纤维素，灰分含量最低为0.19wt％，低于实施例4羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(4)中以3.5℃/min升温至40℃条件下醚化1h，再降温至28℃第二次加入醚化剂搅拌30min，再6℃/min升温至40℃条件下醚化1h，可提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与使纤维素的内部分子结构被醚化剂充分浸润，增大反应接触面，提高反应活性和均匀性，适宜的醚化反应条件纤维素分子与醚化剂的反应速度加快，提高碱纤维素的水溶性，并提高羟丙基甲基纤维素的透光率有关。
53.实施例5-6中，实施例6羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为98.9％、1.79
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s和80.5％，均高于实施例5羟丙甲基纤维素，灰分含量最低为0.17wt％，低于实施例5羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(2)前对纤维粉进行酸碱预处理，提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与对纤维粉进行酸碱预处理有效去除木质素、半纤维素等杂质，提高产品纯度和产品透光率，增加纤维粉的孔隙率，加快后续反应的效率有关。
54.实施例6-7中，实施例7羟丙甲基纤维素的透光率、粘度、保水率分别为97.7％、1.73
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s和80.0％，均高于实施例6羟丙甲基纤维素，灰分含量最低为0.25wt％，低于实施例6羟丙甲基纤维素灰分含量，表明当步骤(3)中碱溶液中添加了正丁醇，提高了羟丙甲基纤维素的透光率，可能与添加正丁醇可提高形成碱纤维素的速度，增加纤维的吸碱量，正丁醇还可以提高碱溶液的分散性有关。
55.结合对比例1-3和实施例1羟丙甲基纤维素的性能检测数据发现，在生产羟丙甲基纤维素过程中，粉碎条件，碱溶液的配方和醚化条件，均不同程度影响了羟丙甲基纤维素的透光率。
56.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。