[发明专利]用于改进的碱纤维素和纤维素衍生物的制备的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于碱纤维素和任选地用于纤维素衍生物的制备的方法。

发明背景

纤维素衍生物，如纤维素醚，传统上分两个阶段制备，即(1)碱化阶段，其中碱金属氢氧化物与纤维素反应制备碱纤维素，以及(2)衍生化阶段，优选地醚化阶段，其中衍生剂，如醚化剂与碱纤维素反应形成纤维素衍生物。有时在一个或两个阶段加入分散剂或溶剂以获得更好的混合。典型地细分散状态下的纤维素在第一阶段与碱性溶液例如碱金属氢氧化物反应，通常将碱性溶液喷射在纤维素纤维上并在碱化反应中与其反应形成碱纤维素。优选地在第二阶段将碱纤维素在醚化反应中与醚化剂反应形成纤维素醚。

在碱化反应中将反应器剧烈搅拌，例如在非均相反应介质中，将碱金属氢氧化物与纤维素尽可能混合均匀，并且一般在较低的温度，通常环境温度下进行该反应。

纤维素反应在非均相条件下发生。葡糖酐单元(AGU)的可得性因此在很大程度上影响纤维素在多种反应中的反应活性。很久以来就已知道通过用氢氧化钠溶液的活化方法能充分提高纤维素的反应活性，或使其成为可能。这里，活化的目的是在纤维素的后继反应中增加反应速率或可达到的最大取代度并且获得更均匀的取代基分布以及葡糖酐单元的完全可得性。

如所述的，最常用的活化剂是氢氧化钠溶液，它作为原纤内膨胀剂，引起纤维素的原纤单元的结构改变。此外，除了纤维素的结构松动，在众多纤维素反应中需要羟基离子的存在，所述反应是例如羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟烷基纤维素、羟烷基甲基纤维素或纤维素黄原酸酯的形成。为产品质量而努力高度需要均匀碱化。

典型地在多阶段方法中制备甲基纤维素及其包含甲氧基的混合醚。在第一阶段中，将所用的纤维素磨为所需的粒子尺寸范围。在第二阶段中，将磨碎的纤维素在混合机中与碱金属氢氧化物，尤其是氢氧化钠的水溶液，优选地浓缩水溶液均匀地混合并将其活化以制备碱金属纤维素。已知的方法是在合适的混合单元中喷射碱化，在所述混合单元中用碱金属氢氧化物溶液喷射所述磨碎的纤维素。在浆液工艺中，使磨碎的纤维素悬浮在悬浮介质中并之后加入碱金属氢氧化物。在浆液碱化工艺中，使纤维素悬浮在氢氧化钠溶液中并且之后使其通过螺旋压榨机或筛鼓压机以移除过量的苛性钠。在第三阶段中，通过加入的烷基卤，例如，甲基氯或乙基氯，以及用羟烷基化剂，如环氧乙烷和/或环氧丙烷和/或环氧丁烷实现非均相反应。进一步的处理阶段可以包括纤维素醚的提纯、研磨和/或干燥。

在MC(甲基纤维素)和MHAC(甲基羟烷基纤维素)的工业生产中，碱化、并且尤其是用醚化剂，例如，甲基氯、乙基氯、环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷的醚化，包括带有相当多热量产生的放热反应阶段。因为在浆液方法中通常使用悬浮介质，例如，二甲醚和/或甲基氯，温度的增加与同步的压力增加相关。因为碱化通常在大气压下或微高于大气压下进行，所以可以将反应分为低压(碱化)和高压(醚化)工艺步骤。

对于宽范围的应用领域，制备了具有不同取代度的纤维素醚。在纤维素醚化学中烷基取代度通常称为DS。DS是每葡糖酐单元取代的OH基团的平均数目。例如，甲基取代度称为DS(M)。通常，羟烷基取代度称为MS。MS是每摩尔葡糖酐单元形成类醚键的醚化试剂的平均摩尔数。例如，用醚化试剂环氧乙烷的醚化称为例如MS(HE)，并且用醚化试剂环氧丙烷的醚化称为MS(HP)。根据Zeisel方法实现侧基的测定(文献：G.Bartelmus和R.Ketterer，Z.Anal.Chem.286(1977)161-190)。

通过醚化的程度和取代基的类型可以确定产物的多个性质，例如，热絮凝点、溶解度、粘度、成膜能力、保水能力和粘附强度。MC和MHAC用于不同的应用领域，例如作为矿物和分散体类建筑材料体系中或化妆品和药物组合物的制备中的稠度调节剂和加工助剂。具有高取代度的纤维素醚也适合于作为有机溶剂的增稠剂。

例如，在Houben Weyl，Methoden der Organischen Chemie，Makromolekulare Stoffe[有机化学方法，大分子物质]，第4版，第E 20卷，第2042页(1987)中公开了制备的化学基础和原理(制备方法和制备步骤)的综述和物质的列举以及多种衍生物的特性和可能应用的描述。