一种天然纤维素醚的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种天然纤维素醚的制备方法，属于纤维素醚制备技术领域。
【背景技术】
[0002]纤维素是世界上最丰富的、可再生的天然高分子，由于其聚集态结构特点及其分子间和分子内存在着很多氢键和较高的结晶度，因此，不能溶解于水和一般有机、无机溶剂中，其强度也比较差，致使其应用受到许多限制。但以纤维素为基本原料，经过碱化溶胀处理得到碱纤维素，然后与醚化剂卤代烷烃、卤代羧酸、卤代磺酸或环氧烷烃进行醚化反应得到的纤维素醚能溶于水。
[0003]纤维素醚类品种繁多，性能优良，广泛用于建筑、水泥、石油、食品、纺织、洗涤剂、涂料、医药、造纸及电子元件等工业。但通常的纤维素醚已不能适应于高温地层和复杂地质条件的开采要求，其使用温度不超过70°C，因此，急需提高其耐温、增粘和抗老化性能。
[0004]目前，纤维素醚的制备多采用棉短绒或木材为原料。但是，棉花生长期短且采取农户分散型种植方式，受自然条件、农民收益等因素的影响大，原料供应不稳定、质量良莠不齐。木材作为纤维素醚的优质原料，在加拿大、德国、俄罗斯等国家得到广泛使用。但是，由于木材的生长周期长，再生能力差，大量使用木材会造成气候变暖。
[0005]目前，纤维素醚的生产工艺分为水媒法和溶媒法；
(1)水媒法以水作为反应介质，将纤维素进行碱化反应和醚化反应，得到纤维素醚。该方法反应过程中传热、传质不均匀，且反应系统中水含量较大，导致副产物加剧、副产物过多，限制了其广泛应用，因此现有技术中一般采用干燥的方法控制纤维素原料的含水量，干燥后的纤维素原料容易形成大量坚硬的块状结构，导致制备纤维素醚过程中有机溶剂难以渗入到干燥后的纤维素原料内部，造成反应结束后有较多未反应完全的颗粒状的“夹生”现象，使得到的纤维素醚的黏度降低和取代度下降；
(2)溶媒法在有机溶剂为反应介质的条件下，将纤维素进行碱化反应和醚化反应，制备纤维素醚的工艺方法。但溶媒法制备纤维素醚时，在碱性条件下，水会导致醚化剂和碱性物质生成较多的副产物，这不仅消耗了碱性物质和醚化剂，降低了醚化度;而且副产物的生成降低了纤维素醚的纯度。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统纤维素醚是以棉短绒或木材为原料，生产成本较高，且在制备过程中水含量较大，如采用干燥方法控制水含量，容易使得纤维素结块，反应后造成“夹生”现象，导致得到的纤维素醚黏度、耐高温性以及抗老化性均下降的现状，提供了一种将竹子打浆后蒸煮，随后沉淀过滤，并在过滤物中加入碱性蛋白酶进行水解，待水解后再加入辅酶进行发酵，之后分层，将下层发酵物氧化后与上层发酵物混合，通过酯化处理，从而得到天然纤维素醚的制备方法。该方法操作简便，原料价廉易得，降低了生产成本，且在操作过程中简化工艺，控制了原料含水量，避免了操作过程中对于纤维素结构的破坏，最终使得制得的纤维素醚具有较高的黏度，耐高温性以及抗老化性也均得到了提高，可大规模推广应用。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)选取2?4棵树龄为3?5年的竹子，去除竹叶、竹头和竹枝后，放入机械粉碎机，粉碎成3?4cm长的竹片，置于蒸煮器中，并向蒸煮器中加入竹片相同质量的清水，浸泡2?3h，待浸泡结束，向其中加入竹片质量3?5%氢氧化钾、竹片质量6?8%三聚磷酸钠以及竹片质量I?2%蒽醌，充分混合均勾，在120?130 °C下蒸煮I?2h，保温30?35min后，过滤，去液留渣，置于机械磋磨粉丝机中进行磋磨分丝加工，待分丝结束，将经过分丝加工后的竹丝送入双螺杆磨浆机中，并向其中加入竹丝质量I?2%过氧化氢以及竹丝质量1.5?2.8%聚丙烯酰胺，细磨20?30min，得竹浆，其中控制双螺杆磨浆机磨浆温度为70?75°C，出口温度为50~55°C ；
(2)将制得的竹浆倒入煮锅中，在80?90°C下蒸煮35?45min后，静置I?2h，自然冷却至室温，随后将煮后的竹浆倒入纱布中，过滤，去渣留浆，置于水解釜中，在搅拌速度为80?100r/min的条件下，向其中缓慢加入竹浆质量20?25%碱性蛋白酶，在200?250°C下水解3?4h;
(3)待水解结束，将水解物移入发酵罐中，向其中依次加入水解物质量I?2倍清水以及水解物质量20?30%硫胺素，搅拌混合均匀，密封发酵罐，在温度为35?55°C，相对空气湿度为60?62%下发酵3?5天，待发酵结束，提升温度至38?58°C，相对空气湿度至65?68%，再次密封发酵2?4天，得发酵混合物；
(5)将上述得到的发酵混合物静置过夜，直至分层，取上层清液倒入烧杯中备用，下层物质倒入锥形瓶中，置于阳光下暴晒I?2h，使其氧化，随后将氧化后的下层物质倒入装有上层清液的烧杯中，搅拌混匀，得混合物；
(6)将上述得到的混合物与混合物质量5?10倍质量浓度为30%丁二酸溶液放入酯化釜中，混合均匀，在90?95°C下以100?120r/min速率搅拌进行酯化反应I?2h，待酯化反应结束，在常温下，将反应后得到的物料用质量浓度为55%乙醇溶液反复淋洗3?5次，后移入烘箱中，烘干至恒重，即可得到一种天然纤维素醚。
[0008]本发明制得的纤维素醚为白色、无味无毒，具有流动性的纤维状粉末，易吸潮，在水中溶解成透明的粘稠状稳定胶体，变色温度为170?220 °C，碳化温度为230?240°C，盐粘比(SVR) >1.2,耐高温酸粘比为0.6?0.8，酸粘比(AVR) >0.8o
[0009]本发明的应用方法是:将发明制得的天然纤维素醚倒入清水中，其中每I?2L清水中倒入25?35g，充分混合均匀，得混合液，之后在烟制品制作过程中，将制得的混合液倒入其中作为粘结剂，其中每I?2kg烟草中加入50?80mL，充分均匀，由于混合液溶解速度快，粘结力强，可有利于提高卷烟质量，降低60%以上生产成本，可大规模推广应用。
[0010]本发明是有益效果是:
(1)本发明操作简便，利用竹子为原料，代替了传统的棉短绒或木材，降低了成本，节约了资源，是绿色环保工艺；
(2)本发明在制备过程中简化了工艺，且避免对于纤维素结构的破坏，最终使得制得的纤维素醚具有较高的黏度，耐高温性以及抗老化性也均得到了提高。
【具体实施方式】
[0011]首先选取2?4棵树龄为3?5年的竹子，去除竹叶、竹头和竹枝后，放入机械粉碎机，粉碎成3?4cm长的竹片，置于蒸煮器中，并向蒸煮器中加入竹片相同质量的清水，浸泡2?3h，待浸泡结束，向其中加入竹片质量3?5%氢氧化钾、竹片质量6?8%三聚磷酸钠以及竹片质量I?2%蒽醌，充分混合均勾，在120?130 °C下蒸煮I?2h，保温30?35min后，过滤，去液留渣，置于机械磋磨粉丝机中进行磋磨分丝加工，待分丝结束，将经过分丝加工后的竹丝送入双螺杆磨浆机中，并向其中加入竹丝质量I?2%过氧化氢以及竹丝质量1.5?2.8%聚丙烯酰胺，细磨20?30min，得竹浆，其中控制双螺杆磨浆机磨浆温度为70?75°C，出口温度为50?55°C ;然后将制得的竹浆倒入煮锅中，在80?90°C下蒸煮35?45min后，静置I?2h，自然冷却至室温，随后将煮后的竹浆倒入纱布中，过滤，去渣留浆，置于水解釜中，在搅拌速度为80?100r/min的条件下，向其中缓慢加入竹浆质量20?25%碱性蛋白酶，在200?250°C下水解3?4h;待水解结束，将水解物移入发酵罐中，向其中依次加入水解物质量I?2倍清水以及水解物质量20?30%硫胺素，搅拌混合均匀，密封发酵罐，在温度为35?55°C，相对空气湿度为60?62%下发酵3?5天，待发酵结束，提升温度至38?58°C，相对空气湿度至65?68%，再次密封发酵2?4天，得发酵混合物;接下来将上述得到的发酵混合物静置过夜，直至分层，取上层清液倒入烧杯中备用，下层物质倒入锥形瓶中，置于阳光下暴晒I?2h，使其氧化，随后将氧化后的下层物质倒入装有上层清液的烧杯中，搅拌混匀，得混合物；最后将上述得到的混合物与混合物质量5?10倍质量浓度为30% 丁二酸溶液放入酯化釜中，混合均匀，在90?95°C下以100?120r/min速率搅拌进行酯化反应I?2h，待酯化反应结束，在常温下，将反应后得到的物料用质量浓度为55 %乙醇溶液反复淋洗3?5次，后移入烘箱中，烘干至恒重，即可得到一种天然纤维素醚。
[0012]实例I
首先选取2棵树龄为3年的竹子，去除竹叶、竹头和竹枝后，放入机械粉碎机，粉碎成3cm长的竹片，置于蒸煮器中，并向蒸煮器中加入竹片相同质量的清水，浸泡2h，待浸泡结束，向其中加入竹片质量3%氢氧化钾、竹片质量6%三聚磷酸钠以及竹片质量1%蒽醌，充分混合均匀，在120 °C下蒸煮Ih，保温30min后，过滤，去液留渣，置于机械磋磨粉丝机中进行磋磨分丝加工，待分丝结束，将经过分丝加工后的竹丝送入双螺杆磨浆机中，并向其中加入竹丝质量I %过氧化氢以及竹丝质量1.5%聚丙烯酰胺，细磨20min，得竹浆，其中控制双螺杆磨浆机磨浆温度为70°C，出口温度为50°C ;然后将制得的竹浆倒入煮锅中，在80°C下