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高取代羟丙基纤维素醚及其制备方法

基本信息

  • 申请号 CN00111228.7 
  • 公开号 CN1286265A 
  • 申请日 2000/07/20 
  • 公开日 2001/03/07 
  • 申请人 泰安瑞泰纤维素有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 吕兴富 孙建刚 冯传伟 武甲伟 张纪涛  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 271606山东省肥城市汶阳镇 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 泰安市专利事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 姚德昌 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明是利用取代基羟丙氧基的特性,提供一种含羟丙氧基50~80%的高取代羟丙基纤维素醚,用“一步淤浆法”生产工艺,经碱化、醚化、中和等处理制备而成。
因此本发明产品具有取代度高,既溶于水又溶于极性有机溶剂,抗生物降解性能好等特点,其生产工艺易操作,工艺各参数可根据不同生产条件调整,适当性强,安全性好,成本低,醚化效率高等特点,为食品、医药、化妆品等行业提供了高取代度的非离子型纤维素醚。
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权利要求书

1、一种以羟丙氧基为取代基的高取代羟丙基纤维素醚,其特征在于本 发明产品的羟丙氧基含量为50~80%。
2、根据权利要求1所说的高取代羟丙基纤维素醚,其特征在于所说的 高取代羟丙基纤维素是以精制棉、醚化剂为原料,采用“一步淤浆法“生产 工艺制备,其工艺流程为:精制棉→开棉→碱化→醚化→中和→分离→洗涤 →分离→干燥→粉碎→包装→成品; 精制棉也可用木浆代替。
3、根据权利要求2所说的高取代羟丙基纤维素醚,其特征在于所说的 工艺流程中的碱化:将开棉后的粉状精制棉加入到惰性溶剂中,用碱和软水 进行活化处理;碱化所用的碱为金属氢氧化物,也可以是有机碱;碱的加入 量(按质量计,下同)为精制棉的0.1~0.6倍,软水的加入量为精制棉的0.3~1.0 倍;惰性溶剂为醇和烃的混合物,惰性溶剂的加入量为精制棉的7~15倍; 惰性溶剂也可以是3~5个碳原子的醇、丙酮,也可以是脂肪烃、芳香烃。
4、根据权利要求2所说的高取代羟丙基纤维素醚,其特征在于所说的 工艺流程中所说的醚化:碱化处理后,在真空条件下,加入醚化剂进行醚化, 醚化剂为环氧丙烷;在醚化过程中,醚化剂分两次加入,第一次的加入量为 精制棉的1~3.5倍,两次加入的总量为精制棉的1.5~4倍;第一次加入醚化 剂后,先在≤30℃温度下进行搅拌,然后升温至50~100℃,进行醚化,再降 温至≤30℃,第二次加入醚化剂搅拌,再升温至50~110℃进行醚化;醚化剂 也可是氯丙醇。
5、根据权利要求2所说的高取代羟丙基纤维素醚,其特征在于所说的 工艺流程中的中和:醚化结束后,降温至常温,加入醋酸进行中和,控制PH 值在5~8.5之间,中和结束后,将惰性溶剂经蒸馏分离出,送碱化工序重复 利用。
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说明书

本发明涉及一种非离子型的纤维素醚,在食品、医药、化妆品等中主要用作增稠剂、 粘接剂、成膜剂、赋形剂、保水剂及保护胶体等;在工业方面,主要用于PVC悬浮聚合 作分散剂及用于油墨、脱漆剂等行业:另外还可挤压成塑料等制品。
目前,国内生产的纤维素醚主要有离子型和非离子型两大类别。
离子型纤维素抗 盐差,容易受溶液中电解质的影响,并且不溶于有机溶剂,正渐被非离子型纤维素醚替 代。
非离子型纤维素醚品种主要有:HPMC、MC、L-HPC,它们存在着以下缺点,而使 综合性能降低: 1、MC和HPMC不能兼溶于水又溶于有机溶剂; 2、L-HPC既不溶于水,也不溶于有机溶剂; 3、取代度低(DS≤2); 4、抗生物降解性能差。
同时国内现有生产工艺普遍采用浸渍压榨法,污染环境,产品不稳定,生产成本高, 醚化效率低,而且反应压力较高,不利于安全。
为克服上述缺点,本发明的目的是提供一种取代度高(摩尔取代度MS≥3,克分子 取代度DS≥2),抗菌性强,既能溶于水又能溶于多种极性有机溶剂的多功能高分子新材 料-高取代羟丙基纤维素醚(H-HPC)及其制备方法。
本发明是利用取代基羟丙氧基能取代萄萄糖单元上的羟基,并有侧链生成,既能溶 于水,又能溶于多种极性有机溶剂的特性;用精制棉与环氧丙烷反应,采用“一步淤浆 法”生产工艺,即将精制棉经碱化、醚化、中和后制成取代基羟丙氧基含量高(50~80%) 的高取代羟丙基纤维素醚(H-HPC)。
其基本工艺过程为:将粉碎后的精制棉与碱在惰性 溶剂的存在下经碱化处理,然后二次加入醚化剂,整个反应在反应器内呈淤浆状态一步 完成。
反应结束后用酸中和去碱,用热水洗涤去盐及杂质,最后经干燥、粉碎即成。
高取代羟丙基纤维素醚(H-HPC)(以下简称H-HPC),其化学式: H-HPC的摩尔取代度MS为3~4.5(n),即羟丙氧基含量50~80%;克分子取代度DS 为2.2~2.8,聚含度x=150~3000,分子量为60000~1200000。
H-HPC可溶于冷水,水溶液加热至40~45℃出现浊点,聚合物开始从溶液中沉淀出 来,溶液粘度迅速下降直到接近纯水,溶液中有其它成分存在会影响其浊点,存在溶解 聚合物而又易与溶液混合的有机溶剂时,浊点升高;某些离子型表面活性剂如十二烷基 硫酸钠也可使浊点升高,温度可高达95℃以上。
由于取代基的特性和分布的差异,H-HPC 增水性较HEC强,所以H-HPC还可溶于多种有机溶剂得到流动特性和水溶液相同的有 机溶液,但粘度稍低于水溶液。
H-HPC的有机溶剂多为极性有机液体,包括甲醇、乙醇、 丙二醇、二噁烷及溶纤剂(乙二醇单乙醚)等,非极性的脂肪烃或芳烃类除非与甲醇或 乙醇混合使用,否则不溶解H-HPC,H-HPC溶液具有假塑性流动特性,粘度随浓度的增 加而迅速增大。
在溶液浓度很高时,H-HPC显示液晶特性。
在浊点温度以下,H-HPC溶 液粘度随温度的升高或降低分别均匀的减小或增加。
与其它非离子型纤维素醚一样,H- HPC溶液粘度稳定性受PH值变化影响不大,PH值在2~12范围内,其粘度与PH值无关。
它是热塑性材料,在160℃~180℃下不需要增塑剂即可挤压。
吸水量不同,H-HPC在相对 温度90%时不超过12%,因此由H-HPC制得的胶片或者物料,具有防潮性,虽然是水溶性 的,但不发粘。
另外,H-HPC由于取代比较充分,对微生物侵蚀不像HEC那样敏感,所以 抗生物降解性优良。
H-HPC有工业级和食品级两种规格,食品级也用于医药和化妆品,它最显著的特点是 能同时溶于水和多种有机溶剂,并具有良好的表面活性,因此可以用于多组分水-油分 散体系中作增稠剂、粘结剂、成膜剂、保水剂及保护胶体。
目前市场上大部分用在食品、 药品和化妆品方面,在药品中作药片的粘结剂和包衣等辅料,在化妆品和食品中主要用 作增稠剂、粘结剂和赋形剂,在PVC制造中作为分散剂用于氯乙烯悬浮聚合以及用于油 墨、脱漆剂等行业。
本发明产品的生产方法采用“一步淤浆法”生产工艺。
本发明产品是以精制棉、醚化剂为原料。
1、反应原理: 即:纤维素葡萄糖单元上的羟基在碱性条件下被羟丙氧基取代。
精制棉也可用木浆代替。
2、工艺流程: 精制棉→开棉→碱化→醚化→中和→分离→洗涤→分离→干燥→粉碎→包装→成品 开棉:将精制棉开松除铁,然后进行粉碎。
粉碎后的精制棉呈粉状,其颗粒度为80 目透过率100%,否则在反应过程中容易聚结在一起,降低醚化效率。
碱化:将开棉后的粉状精制棉加入到惰性溶剂中,用碱和软水进行活化处理,使精 制棉的晶格溶胀而利于醚化剂分子的渗透,提高醚化反应的均匀性。
碱化所用的碱为金 属氢氧化物,也可以是有机碱。
碱的加入量(按质量计,下同)为精制棉的0.1-0.6 倍,软水的加入量为精制棉的0.3-1.0倍;惰性溶剂为醇和烃的混合物,惰性溶剂的加 入量为精制棉的7-15倍;惰性溶剂也可以是3-5个碳原子的醇(如醇、丙醇)、丙酮, 也可以是脂肪烃、芳香烃;碱化时温度应控制在0-35℃内进行;碱化时间为1hr左右。
温度和时间的调节可根据后料和产品要求而定。
醚化:碱化处理后,在真空条件下,加入醚化剂进行醚化,醚化剂为环氧丙烷。
为 了减少醚化剂的消耗,在醚化过程中,醚化剂分两次加入,第一次的加入量为精制棉的 1-3.5倍,两次加入的总量为精制棉的1.5-4倍。
第一次加入醚化剂后,先在≤30℃温度 下进行搅拌,搅拌时间为45min-90min,然后升温至50-100℃,进行醚化,时间为1-5hr, 再降温至≤30℃,第二次加入醚化剂搅拌,搅拌时间为30-120min,再升温至50-110℃ 进行醚化,时间为1-4hr,此时,精制棉与醚化剂充分反应,生成H-HPC。
醚化剂也可是 氯丙醇。
在整个醚化过程中,醚化剂的加入量、搅拌时间、醚化温度、醚化时间,可根据具 体的生产条件和用户需要的取代基羟丙氧基的含量来确定。
当用户需要的取代基含量高, 醚化剂的适当多一点,醚化温度可适当高一点,醚化时间可适当长一点。
羟丙氧基含量 低时,醚化温度、醚化时间等则可适当减少。
中和:醚化结束后,压料入回收釜,降温至常温,加入醋酸进行中和,时间为10-60min, 控制PH值在5-8.5之间,中和结束后,将惰性溶剂经蒸馏分离出,送碱化工序重复利用。
分离、洗涤、干燥:将中和后的本发明物料,先用高速离心机进行第一次固液分离, 将残余废液排除;分离后的物料送洗涤釜,用热水进行洗涤,洗去中和时生成的盐和杂 质,洗涤温度可控制在50-100℃,洗涤时间可控制在0.5-2hr;经洗涤后的物料再进行 二次固液分离,将洗涤用水和残余废液进一步排除;经第二次分离后的物料用干燥器进 行干燥,干燥温度为80-140℃,干燥后的本发明产品的水份控制在≤5%。
粉碎、包装:将干燥后的本发明产品进行粉碎、过筛,粉碎、过筛后的本发明产品 的颗粒度为40目透过率为100%,或根据用户需要。
然后包装出厂。
以下是本发明的一个实施例: 制备羟丙氧基含量58%的H-HPC时,可将1份的精制棉粉投入至盛有0.4份碱、0.8 份水、14份甲苯的反应釜内于30℃碱化1小时,抽真空后加入1份环氧丙烷,进行搅拌 均匀,搅拌均匀后升温至60±1℃,反应3小时后,降温至30℃以下,第二次加入环氧 丙烷,加入量为2.5份,升温至85±1℃反应4小时,冷却至60℃以下加醋酸中和至PH7 左右,然后升温进行惰性溶剂的蒸馏回收,结束后,用70-90℃的热水洗涤、分离,再干 燥至水份含量5%以下,经粉碎,即得本发明所要求的产品。
本发明由于是利用取代基羟丙氧基的特性,研制了羟丙氧基含量在50-80%的高取代 羟丙基纤维素醚,其制备方法采用“一步淤浆法”生产工艺,整个反应是在淤浆状态下 一次完成,本发明的生产工艺最大特点是各种参数调节余地大,可根据原料、生产条件 随时进行调整,对生产条件的适应性强,操作方便、容易,而且在常压和真空条件进行。
因此,本发明产品具有取代度高,既能溶于水又能溶于极性有机溶剂,抗生物降解性优 良等特点,其制备的生产工艺操作方便,可根据原料,生产条件调整范围大,易控制, 生产工艺适用范围大,安全、无污染等特点。
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