纖維素醚制備工藝原理

纖維素醚制備工藝原理第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三纖維素醚由纖維素制成的具有醚結構的高分子化合物。纖維素大分子中每個葡萄糖基環(huán)含有三個羥基，第六碳原子上的伯羥基、第二、三個碳原子上的仲羥基，羥基中的氫被烴基取代而生成纖維素醚類衍生物。根據(jù)取代基的化學結構分類，可分為陰離子、陽離子和非離子型醚類。隨所用醚化劑的不同而有甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、芐基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、氰乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素和苯基纖維素等。第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三性質經醚化后的纖維素溶解性能發(fā)生顯著變化，可溶解于水、稀酸、稀堿或有機溶劑，溶解度主要取決于三個因素：(1)醚化過程中所引入基團的特性，引入的基團越大則溶解度越低，引入的基團極性越強，纖維素醚越易溶于水；(2)取代度與醚化基團在大分子中的分布情況。取代度在0～3之間；(3)纖維素醚的聚合度，聚合度越高，越不易溶解；纖維素醚類品種繁多，性能優(yōu)良，廣泛用于建筑、水泥、石油、食品、紡織、洗滌劑、涂料、醫(yī)藥、造紙及電子元件等工業(yè)。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三一般工藝過程（1）制備堿纖維素（堿化）：即天然纖維素在一定條件下與NaOH生成堿纖維素（2）醚化：堿纖維素與醚化劑多相非均系反應（3）中和：用適當?shù)乃嶂泻臀捶磻膲A（4）產品分離：包括反應介質回收、分離、粗產品精制純化。（5）后處理：包括調節(jié)溶解性能的表面交聯(lián)處理、干燥、粉碎和過篩。第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三羧甲基纖維素（CMC）

羧甲基纖維素，是纖維素的羧甲基團取代產物。根據(jù)其分子量或取代程度，可以是完全溶解的或不可溶的多聚體，后者可作為弱酸型陽離子交換劑，用以分離中性或堿性蛋白質等。羧甲基纖維素可形成高粘度的膠體、溶液、有粘著、增稠、流動、乳化分散、賦形、保水、保護膠體、薄膜成型、耐酸、耐鹽、懸濁等特性，且生理無害，因此在食品、醫(yī)藥、日化、石油、造紙、紡織、建筑等領域生產中得到廣泛應用。第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三反應原理

CMC的主要化學反應是纖維素和堿生成堿纖維素的堿化反應以及堿纖維素和一氯乙酸的醚化反應。第一步:堿化:[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第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三工業(yè)上制造CMC主要有兩種方法分別是水煤法和溶劑法。水煤法反應穩(wěn)定性和均勻性差、副反應多、導致醚化效率低額產品質量差。溶劑法利用惰性有機溶劑為反應介質，克服了水煤法的缺點。現(xiàn)已是當今纖維素醚生產先進的工藝，廣泛用于制造纖維素醚。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三水煤法工藝流程第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三水媒法是早期用于生產Na—CMC的一種工藝方法。將堿纖維素與醚化劑在游離堿和水存在的條件下進行反應，即可得到Na—CMC。水媒法設備簡單、投資少且成本較低，可制取中低檔的Na—CMC產品，主要用于洗滌劑、紡織上漿、粘合劑和石油工業(yè)等領域。第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三有機溶劑法第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三溶媒法(又稱有機溶劑法)的反應過程是由堿化和醚化兩個階段組成(與水媒法相同)，但因介質不同，兩者的工藝過程有較大的差別。溶媒法省略了水媒法所固有的浸堿、壓榨、粉碎和老化等工序，堿化、醚化均在捏合機中進行，第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三水溶性非離子型纖維素醚耐熱、耐鹽性比CMC好，其水溶液具有表面活性，烷基醚還具有獨特的熱凝膠化作用。這一類醚有烷基和羥烷基醚兩大類，工業(yè)上有代表性的商品前者為甲基纖維素及其羥烷基改性衍生物，后者主要為羥乙基纖維素，以及乙基羥乙基纖維素和羥丙基纖維素等。第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三（1）羥乙基纖維素羥乙基纖維素(HEC)是一種白色或淡黃色,無味、無毒的纖維狀或粉末狀固體,由堿性纖維素和環(huán)氧乙烷(或氯乙醇)經醚化反應制備,屬非離子型可溶纖維素醚類。由于HEC具有良好的增稠、懸浮、分散、乳化、粘合、成膜、保護水分和提供保護膠體等特性,已被廣泛應用在石油開采、涂料、建筑、醫(yī)藥食品、紡織、造紙以及高分子聚合反應等領域。40目過篩率≥99%;軟化溫度:135-140℃;表現(xiàn)密度:0.35-0.61g/ml;分解溫度:205-210℃;燃燒速度較慢;平衡含溫量:23℃;50%rh時6%,84%rh時29%。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三氣相法第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三真空充氮氣固法制取HEC的生產過程：把反應器抽成真空，充氮兩次，加入環(huán)氧乙烷，在真空度90640Pa、27～32攝氏度下反應3～3.5小時得到產品HEC。此法雖然生產過程簡單，但環(huán)氧乙烷消耗量大，反應時間較長，最終產品成本高。第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三液相法第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三液相法法分為1.堿化和活化2.醚化兩個過程，此法生產HEC的成本低，產品質量高，生產過程易于控制，所以目前大多數(shù)生產廠都采用此工藝。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三羥丙基纖維素羥丙基纖維素(HPC)是一種水溶性的非離子型纖維素醚，它是一種以天然纖維素為原料經化學改性制得的半合成型高分子聚合物，HPC具有熱塑性、膠結能力、乳化能力、發(fā)泡能力以及懸浮能力、增稠能力。HPC的濃溶液可以形成液晶，具有良好的成膜性。HPC由于取代比HEC(羥乙基纖維素)充分，所以它有更好的抗生物降解性能。第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三反應過程第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期三羥丙基纖維素的生產工藝可分為非均相法和均相法兩類，和非