纤维素醚制备工艺原理

纤维素醚制备工艺原理纤维素醚由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基，第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的仲羟基，羟基中的氢被烃基取代而生成纤维素醚类衍生物。根据取代基的化学结构分类，可分为阴离子、阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而有甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素等。性质经醚化后的纤维素溶解性能发生显著变化，可溶解于水、稀酸、稀碱或有机溶剂，溶解度主要取决于三个因素：(1)醚化过程中所引入基团的特性，引入的基团越大则溶解度越低，引入的基团极性越强，纤维素醚越易溶于水；(2)取代度与醚化基团在大分子中的分布情况。取代度在0～3之间；(3)纤维素醚的聚合度，聚合度越高，越不易溶解；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。一般工艺过程（1）制备碱纤维素（碱化）：即天然纤维素在一定条件下与NaOH生成碱纤维素（2）醚化：碱纤维素与醚化剂多相非均系反应（3）中和：用适当的酸中和未反应的碱（4）产品分离：包括反应介质回收、分离、粗产品精制纯化。（5）后处理：包括调节溶解性能的表面交联处理、干燥、粉碎和过筛。羧甲基纤维素（CMC）羧甲基纤维素，是纤维素的羧甲基团取代产物。根据其分子量或取代程度，可以是完全溶解的或不可溶的多聚体，后者可作为弱酸型阳离子交换剂，用以分离中性或碱性蛋白质等。羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，且生理无害，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺织、建筑等领域生产中得到广泛应用。反应原理CMC的主要化学反应是纤维素和碱生成碱纤维素的碱化反应以及碱纤维素和一氯乙酸的醚化反应。第一步:碱化:[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH→[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O第二步:醚化:[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClCH2COONa→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaCl工业上制造CMC主要有两种方法分别是水煤法和溶剂法。水煤法反应稳定性和均匀性差、副反应多、导致醚化效率低额产品质量差。溶剂法利用惰性有机溶剂为反应介质，克服了水煤法的缺点。现已是当今纤维素醚生产先进的工艺，广泛用于制造纤维素醚。水煤法工艺流程水媒法是早期用于生产Na—CMC的一种工艺方法。将碱纤维素与醚化剂在游离碱和水存在的条件下进行反应，即可得到Na—CMC。水媒法设备简单、投资少且成本较低，可制取中低档的Na—CMC产品，主要用于洗涤剂、纺织上浆、粘合剂和石油工业等领域。有机溶剂法溶媒法(又称有机溶剂法)的反应过程是由碱化和醚化两个阶段组成(与水媒法相同)，但因介质不同，两者的工艺过程有较大的差别。溶媒法省略了水媒法所固有的浸碱、压榨、粉碎和老化等工序，碱化、醚化均在捏合机中进行，水溶性非离子型纤维素醚耐热、耐盐性比CMC好，其水溶液具有表面活性，烷基醚还具有独特的热凝胶化作用。这一类醚有烷基和羟烷基醚两大类，工业上有代表性的商品前者为甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物，后者主要为羟乙基纤维素，以及乙基羟乙基纤维素和羟丙基纤维素等。（1）羟乙基纤维素羟乙基纤维素(HEC)是一种白色或淡黄色,无味、无毒的纤维状或粉末状固体,由碱性纤维素和环氧乙烷(或氯乙醇)经醚化反应制备,属非离子型可溶纤维素醚类。由于HEC具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分和提供保护胶体等特性,已被广泛应用在石油开采、涂料、建筑、医药食品、纺织、造纸以及高分子聚合反应等领域。40目过筛率≥99%;软化温度:135-140℃;表现密度:0.35-0.61g/ml;分解温度:205-210℃;燃烧速度较慢;平衡含温量:23℃;50%rh时6%,84%rh时29%。气相法真空充氮气固法制取HEC的生产过程：把反应器抽成真空，充氮两次，加入环氧乙烷，在真空度90640Pa、27～32摄氏度下反应3～3.5小时得到产品HEC。此法虽然生产过程简单，但环氧乙烷消耗量大，反应时间较长，最终产品成本高。液相法液相法法分为1.碱化和活化2.醚化两个过程，此法生产HEC的成本低，产品质量高，生产过程易于控制，所以目前大多数生产厂都采用此工艺。羟丙基纤维素羟丙基纤维素(HPC)是一种水溶性的非离子型纤维素醚，它是一种以天然纤维素为原料经化学改性制得的半合成型高分子聚合物，HPC具有热塑性、胶结能力、乳化能力、发泡能力以及悬浮能力、增稠能力。HPC的浓溶液可以形成液晶，具有良好的成膜性。HPC由于取代比HEC(羟乙基纤维素)充分，所以它有更好的抗生物降解性能。反应过程羟丙基纤维素的生产工艺可分为非均相法和均相法两类，和非均相法比起来，均相法的优点是反应条件容易控制，反应取代较均匀。但是目前，纤维素的非水溶剂体系的均相反应由于溶剂回收和循环使用仍存在一定问题，因此还没有实现工业化。