9004-64-2 / 高取代羥丙基纖維素的制備

背景及概述^[1][2]

高取代羥丙基纖維素為一種非離子型的纖維素，在食品、醫(yī)藥、化妝品等中主要用作增稠劑、粘接劑、成膜劑、賦形劑、保水劑及保護(hù)膠體等；在工業(yè)方面，主要用于PVC懸浮聚合作分散劑及用于油墨、脫漆劑等行業(yè)：另外還可擠壓成塑料等制品。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的纖維素主要有離子型和非離子型兩大類別。離子型纖維素抗鹽差，容易受溶液中電解質(zhì)的影響，并且不溶于有機(jī)溶劑，正漸被非離子型纖維素替代。非離子型纖維素品種主要有：HPMC、MC、L-HPC，它們存在著以下缺點(diǎn)，而使綜合性能降低：

1、MC和HPMC不能兼溶于水又溶于有機(jī)溶劑；

2、L-HPC既不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑；

3、取代度低(DS≤2)；

4、抗生物降解性能差。

制備^[2]

1、反應(yīng)原理：

即：纖維素葡萄糖單元上的羥基在堿性條件下被羥丙氧基取代。

精制棉也可用木漿代替。

2、工藝流程：

精制棉→開棉→堿化→醚化→中和→分離→洗滌→分離→干燥→粉碎→包裝→成品

開棉：將精制棉開松除鐵，然后進(jìn)行粉碎。粉碎后地精制棉呈粉狀，其顆粒度為80目透過率100％，否則在反應(yīng)過程中容易聚結(jié)在一起，降低醚化效率。

堿化：將開棉后的粉狀精制棉加入到惰性溶劑中，用堿和軟水進(jìn)行活化處理，使精制棉的晶格溶脹而利于醚化劑分子的滲透，提高醚化反應(yīng)的均勻性。堿化所用的堿為金屬氫氧化物，也可以是有機(jī)堿。堿的加入量(按質(zhì)量計(jì)，下同)為精制棉的0.1-0.6倍，軟水的加入量為精制棉的0.3-1.0倍；惰性溶劑為醇和烴的混合物，惰性溶劑的加入量為精制棉的7-15倍；惰性溶劑也可以是3-5個(gè)碳原子的醇(如醇、丙醇)、丙酮，也可以是脂肪烴、芳香烴；堿化時(shí)溫度應(yīng)控制在0-35℃內(nèi)進(jìn)行；堿化時(shí)間為1hr左右。溫度和時(shí)間的調(diào)節(jié)可根據(jù)后料和產(chǎn)品要求而定。

醚化：堿化處理后，在真空條件下，加入醚化劑進(jìn)行醚化，醚化劑為環(huán)氧丙烷。為了減少醚化劑的消耗，在醚化過程中，醚化劑分兩次加入，第一次的加入量為精制棉的1-3.5倍，兩次加入的總量為精制棉的1.5-4倍。第一次加入醚化劑后，先在≤30℃溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為45min-90min，然后升溫至50-100℃，進(jìn)行醚化，時(shí)間為1-5hr，再降溫至≤30℃，第二次加入醚化劑攪拌，攪拌時(shí)間為30-120min，再升溫至50-110℃進(jìn)行醚化，時(shí)間為1-4hr，此時(shí)，精制棉與醚化劑充分反應(yīng)，生成H-HPC。醚化劑也可是氯丙醇。

在整個(gè)醚化過程中，醚化劑的加入量、攪拌時(shí)間、醚化溫度、醚化時(shí)間，可根據(jù)具體的生產(chǎn)條件和用戶需要的取代基羥丙氧基的含量來確定。當(dāng)用戶需要的取代基含量高，醚化劑的適當(dāng)多一點(diǎn)，醚化溫度可適當(dāng)高一點(diǎn)，醚化時(shí)間可適當(dāng)長一點(diǎn)。羥丙氧基含量低時(shí)，醚化溫度、醚化時(shí)間等則可適當(dāng)減少。

中和：醚化結(jié)束后，壓料入回收釜，降溫至常溫，加入醋酸進(jìn)行中和，時(shí)間為10-60min，控制PH值在5-8.5之間，中和結(jié)束后，將惰性溶劑經(jīng)蒸餾分離出，送堿化工序重復(fù)利用。

具體方法：

制備羥丙氧基含量58％的高取代羥丙基纖維素時(shí)，可將1份的精制棉粉投入至盛有0.4份堿、0.8份水、14份甲苯的反應(yīng)釜內(nèi)于30℃堿化1小時(shí)，抽真空后加入1份環(huán)氧丙烷，進(jìn)行攪拌均勻，攪拌均勻后升溫至60±1℃，反應(yīng)3小時(shí)后，降溫至30℃以下，第二次加入環(huán)氧丙烷，加入量為2.5份，升溫至85±1℃反應(yīng)4小時(shí)，冷卻至60℃以下加醋酸中和至PH7左右，然后升溫進(jìn)行惰性溶劑的蒸餾回收，結(jié)束后，用70-90℃的熱水洗滌、分離，再干燥至水份含量5％以下，經(jīng)粉碎，即得本方法所要求的產(chǎn)品高取代羥丙基纖維素。

本方法由于是利用取代基羥丙氧基的特性，研制了羥丙氧基含量在50-80％的高取代羥丙基纖維素，其制備方法采用“一步淤漿法”生產(chǎn)工藝，整個(gè)反應(yīng)是在淤漿狀態(tài)下一次完成，本方法的生產(chǎn)工藝最大特點(diǎn)是各種參數(shù)調(diào)節(jié)余地大，可根據(jù)原料、生產(chǎn)條件隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)生產(chǎn)條件的適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便、容易，而且在常壓和真空條件進(jìn)行。因此，本方法產(chǎn)品具有取代度高，既能溶于水又能溶于極性有機(jī)溶劑，抗生物降解性優(yōu)良等特點(diǎn)，其制備的生產(chǎn)工藝操作方便，可根據(jù)原料，生產(chǎn)條件調(diào)整范圍大，易控制，生產(chǎn)工藝適用范圍大，安全、無污染等特點(diǎn)。

主要參考資料

[1]李青. (2014). 基于混合多糖增稠劑的天然纖維織物活性干法轉(zhuǎn)移印花. (Doctoral dissertation, 蘇州大學(xué)).

[2] 呂興富, 孫建剛, 馮傳偉, 武甲偉, 張紀(jì)濤. (2015). 一種特低粘度高取代羥丙基纖維素醚的制備方法及其制品. CN104558203A.

[3] 康雨彤, 賀金華, 毛艷, 李維強(qiáng), 戎曉娟, & 蔡曉翠. (2013). 芩榆燒傷凝膠制備工藝優(yōu)選. 醫(yī)藥導(dǎo)報(bào), 32(8), 1085-1088.