專利名稱：高粘度羧甲基纖維素鈉的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種羧甲基纖維素鈉的制備方法。
背景技術：
羧甲基纖維素是天然纖維素經化學改性得到的一種具有醚結構的衍生物，分子鏈上的 羧基可以成鹽，最普通的鹽是鈉鹽，即羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，習慣上稱為CMC，是一種離子型醚。CMC為高流動性粉末，外觀呈白色或淡黃色，無味、無嗅、無毒、不易燃、不霉變， 對光、熱都很穩定。CMC水溶液有增稠、粘結、成膜、保護膠、保持水分、乳化及懸浮等 作用，廣泛用于洗滌劑、食品、紡織、印染、造紙、石油、采礦、醫藥、陶瓷、涂料、化 妝品等多種工業，被譽為工業的"味精"。CMC的一個重要特性，就是溶解于水后形成一 定粘度的膠體溶液，上述這些應用中，許多都是得益于CMC的高粘度。CMC水溶液的粘 度主要受溶液濃度、pH值以及溫度的影響。溶液濃度越高，其粘度一般也越高，溶液濃度 與粘度的對數值近似直線關系。 一般來說，1^CMC水溶液的粘度在pH值6.5-9.0時最大， 且最穩定，當pH〈6.0時，粘度迅速下降，并開始生成CMC酸，當pH〉11.5時Z粘度也 開始急劇下降。CMC水溶液的粘度隨溫度的升高而下降，冷卻時，粘度能自行回升，但當 溫度升高至一定程度時，將發生永久性的粘度降低。另外，不同價態的鹽類離子對CMC 水溶液的粘度及溶解性均有較大影響。CMC水溶液是假塑性流體，隨剪切速率增加，粘度 降低，與剪切時間無關，當剪切停止時立即恢復到原有粘度。傳統工藝生產羧甲基纖維素鈉時，由于沒有使用惰性氣體保護，堿化過程中氧氣對纖 維素聚合度的降解作用，使得產品取代度大于0.9，使用NDJ-79型粘度計測量時，1%粘 度一般只有400-500mPaS，為了獲得高粘度的CMC， 一般通過提高纖維素原料的聚合度， 或者采用添加交聯劑的方法。前者受纖維素質量的影響較大，其局限性也較大；后者通過 添加交聯劑， 一定程度上能提高產品粘度，但交聯劑大多價格昂貴，因此生產成本較高， 且經過交聯劑處理的產品一般不用于食品工業，限制了其生產及使用。Bredezeck等人的美國專利4， 491， 661公開了一種制備高粘度羧甲基纖維素的方法， 該方法是用氨活化纖維素，在氨存在下用堿化試劑堿化已活化的纖維素，在堿化試劑存在 下從堿纖維素中除去氨，然后在有機溶劑存在下用醚化試劑醚化堿纖維素。Edelman等人 的美國專利4， 941， 943將纖維素打漿成5-15%的纖維懸浮物，濃縮成25-35%的紙漿， 并均化該紙槳，在纖維懸浮物濃縮后，將該紙漿浸入堿液中，形成活化纖維素，然后醚化 該活化纖維素，形成羧甲基纖維素鈉。中國專利文獻CN 1360651A是首先將纖維素絲光化， 然后使絲光化并回收的纖維素轉化成纖維素醚，得到高粘度的羧甲基纖維素鈉，通過該方法得到的纖維素絮凝物，其松密度大于未經絲光化纖維素制備的羧甲基纖維素鈉。中國專 利文獻CN 1503807A則是利用浸堿和回收的纖維素紙漿制備高粘度的羧甲基纖維素鈉。以 上方法均能提高羧甲基纖維素水溶液的粘度，但一般對原料要求高，反應步驟多，工藝復 雜，生產投資大，成本高，且產品收率較低。發明內容本發明的目的是提供一種原料來源廣泛，工藝簡單，設備投資少，運行成本低的生產 高粘度羧甲基纖維素鈉的方法。采用該方法生產的羧甲基纖維素鈉，具有較高的粘度，取 代度大于0.9,使用NDJ-79型粘度計測量時，1X粘度可達700mPaS以上，較傳統工藝提 高德。本發明的技術方案是a、 將棉纖維撕碎后，與30-55%的氫氧化鈉水溶液，連同濃度70-98%的乙醇水溶液一起 投入捏合機中；其中，棉纖維與氫氧化鈉的質量比值一般為1: 1.6-4.2,乙醇的質量通常 是棉纖維的0.5-8倍。b、 投料結束后，排除捏合機內的空氣，使真空度達到至少0.002MPa;c、 將惰性氣體充入捏合機內，使捏合機內部壓力大于0.1MPa;d、 重復以上抽真空、充惰性氣體的操作2-3次，盡量排盡捏合機內的空氣。通常使用的惰 性氣體是指不能使纖維素聚合度降解的，且不與原料發生反應的氣體，如氦氣、氬氣等。e、 整個堿化過程在惰性氣體保護下進行，堿化時間為40-120分鐘，堿化溫度為IO-40'C;f、 堿化結束后，進行醚化反應。棉纖維與醚化劑的物質的量比值一般為h 0.8-2.0。醚化 劑為50-80%氯乙酸的乙醇溶液，醚化過程分兩個階段，第一階段，在60分鐘內均勻地將 醚化劑噴淋至捏合機內，溫度為30-60°C，第二階段，逐漸升溫至75-80。C，繼續反應 分鐘。g、 經過常規的洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高粘度羧甲基纖維素鈉成品。
圖1是本制備方法的流程框圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。 實施例1:將撕碎的1倍質量的棉纖維，1倍質量30%氫氧化鈉水溶液以及1.5倍90%乙醇溶液 同時投入捏合機內，排除捏合機內空氣，使真空度達到0.002MPa，將氮氣充入捏合機內， 壓力達到0.1MPa，并重復以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化40分鐘后，將棉纖維質量0.8倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內均勻地噴淋至捏合 機內，控制溫度小于60'C，然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續反應30分鐘，得到粗制羧甲基 纖維素鈉，經過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品，取代度 為0.72，純度為99.5%， NDJ-79型粘度計測量的1%粘度為750mPaS。 實施例2:將撕碎的1倍質量的棉纖維，1.1倍質量140%氫氧化鈉水溶液以及2倍93%乙醇溶液 同時投入捏合機內，排除捏合機內空氣，使真空度達到0.002MPa,將惰性氣體氮氣充入捏 合機內，壓力達到0.1MPa，并重復以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化40分 鐘后，將棉纖維質量0.6倍的氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內均勻地 噴淋至捏合機內，控制溫度小于6(TC，然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續反應卯分鐘，得到 粗制羧甲基纖維素鈉，經過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成 品，取代度為0.73,純度為98.5%, NDJ-79型粘度計測量的1X粘度為730mPaS。實施例3:將一定量1倍質量撕碎的棉纖維，1.3倍質量50%氫氧化鈉水溶液以及2.5倍90%乙 醇溶液同時投入捏合機內，排除捏合機內空氣，使真空度達到0.002MPa，將惰性氣體氮氣 充入捏合機內，壓力達到0.1MPa，并重復以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化 120分鐘后，將棉纖維質量0.6倍的氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內 均勻地噴淋至捏合機內，控制溫度小于60'C，然后逐漸升溫至75-80"C，繼續反應60分鐘， 得到粗制羧甲基纖維素鈉，經過洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素 鈉成品，取代度為0.80，純度為99.0%, NDJ-79型粘度計測量的1X粘度為720mPaS。實施例4:將撕碎的1倍質量的棉纖維，1.5倍質量55%氫氧化鈉水溶液以及3倍90%乙醇溶液 同時投入捏合機內，排除捏合機內空氣，使真空度達到0.002MPa,將惰性氣體氮氣充入捏 合機內，壓力達到0.1MPa，并重復以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化100分 鐘后，將棉纖維質量l倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內均勻地噴淋 至捏合機內，控制溫度小于6(TC,然后逐漸升溫至75-8(TC，繼續反應90分鐘，得到粗制 羧甲基纖維素鈉，經過洗滌、中和、離心、千燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品， 取代度為0.92，純度為99.0%， NDJ-79型粘度計測量的1%粘度為780mPaS。實施例5:將撕碎的1倍質量的棉纖維，1.5倍質量55%氫氧化鈉水溶液以及3倍90%乙醇溶液 同時投入捏合機內，排除捏合機內空氣，使真空度達到0.002MPa，將惰性氣體氮氣充入捏 合機內，壓力達到0.1MPa,并重復以上抽真空、充惰性氣體操作2-3次，攪拌堿化120分 鐘后，將棉纖維質量0.8倍氯乙酸的乙醇溶液(溶液濃度50-80%)于60分鐘內均勻地噴 淋至捏合機內，控制溫度小于6(TC，然后逐漸升溫至75-80。C，繼續反應80分鐘，得到粗制羧甲基纖維素鈉，經過洗漆、中和、離心、干燥、粉碎后得到精制羧甲基纖維素鈉成品， 取代度為0.90，純度為99.0%， NDJ-79型粘度計測量的1%粘度為770mPaS。術語粘度1%水溶液，NDJ-79型旋轉粘度儀，25°C條件下檢測取代度(D.S):按照GB 1904-2005《食品添加劑羧甲基纖維素鈉》中5.5方法檢測。 純度按照ASTMD1439-03標準檢測氯化鈉及乙醇酸鈉含量，再用差減法得到。
權利要求
1、一種高粘度羧甲基纖維素鈉的制備方法，其特征在于a、將棉纖維撕碎后，與氫氧化鈉水溶液，連反應介質乙醇水溶液一起投入捏合機中；其中，棉纖維與氫氧化鈉的質量比值為1∶1.6-4.2，乙醇的質量是棉纖維的0.5-8倍；b、投料結束后，排除捏合機內的空氣；c、將惰性氣體充入捏合機內；d、重復以上抽真空、充惰性氣體的操作2-3次，排盡捏合機內的空氣，使真空度達到至少0.002MPa，捏合機內惰性氣體壓力大于0.1MPa；e、在惰性氣體保護下進行堿化反應；f、堿化結束后，進行醚化反應；g、然后經洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高純度高粘度的羧甲基纖維素鈉產品。
2、 根據權利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟a 中，氫氧化鈉水溶液的濃度為30-55%，乙醇水溶液的濃度為70-98%。
3、 根據權利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟e 中，堿化反應的時間為40-120分鐘，堿化溫度為10-40°C。
4、 根據權利要求1所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于步驟f 中采用的醚化劑為50-80%氯乙酸的乙醇溶液，棉纖維與醚化劑的質量比值為1: 0.8-2.0。
5、 根據權利要求4所述的制備高粘度羧甲基纖維素鈉的方法，其特征在于醚化反應分兩個階段進行，第一階段是均勻地將醚化劑噴淋至捏合機內，反應溫度為30-60°C，反應時間小于60分鐘，第二階段逐漸升溫至75-80。C，繼續反應30-120分鐘。
全文摘要
本發明提供一種采用捏合法工業生產高粘度羧甲基纖維素鈉的方法。它是在堿化過程前，先排除捏合機內的空氣，當真空度達到至少0.002MPa后，將惰性氣體充入捏合機內，使得壓力大于0.1MPa。整個堿化過程在惰性氣體保護下進行，經過堿化、醚化、洗滌、中和、離心、干燥、粉碎后，得到高純度高粘度的羧甲基纖維素鈉產品。該方法生產的產品具有質量好，生產工藝簡單，設備投資少，運行成本低等特點。
文檔編號C08B11/00GK101220099SQ20081006933
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月31日 優先權日2008年1月31日
發明者李友琦, 郭鴻雁 申請人:重慶力宏精細化工有限公司