專利名稱：制備堿纖維素和纖維素醚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備堿纖維素的方法和一種使用如此獲得的堿纖維素制備纖維素醚的方法。
背景技術(shù)：
就纖維素醚的制備而言，已知的是使堿性溶液與高度純化的漿柏接觸以制備相應(yīng)的堿纖維素和用醚化劑使所得堿纖維素醚化的方法。通過正確地控制其取代度，作為最終 產(chǎn)物獲得的纖維素醚變成水溶性的。水溶性的纖維素醚包含水不溶性部分，所述水不溶性部分有時降低了纖維素醚水溶液的透光度或作為污染物損害了纖維素醚的商品價值。這種不溶性部分似乎由于低取代部分的存在而引起，所述低取代部分不具有足夠的取代基從而不能溶于水中。為什么存在不溶性部分的一個原因在于堿纖維素中的堿分布不均勻。這種堿的作用包括使纖維素溶脹以改變漿柏中的其晶體結(jié)構(gòu)并從而促進醚化劑的滲透；催化與環(huán)氧烷的醚化反應(yīng)；和作為烷基鹵的反應(yīng)物。沒有與堿性水溶液接觸的一部分漿柏不參與反應(yīng)，因而作為不溶部分殘留。堿纖維素均勻性的不足直接導(dǎo)致不溶部分。廣泛使用的制備堿纖維素的方法包括如下方法，其包括如下步驟將堿以醚化反應(yīng)剛好所需的量加入粉末狀漿柏(其通過將漿柏粉碎獲得)，和將它們機械混合(日本專利申請審查公開No. 60-050801/1985和日本專利申請未經(jīng)審查的公開No. 56-002302/1981)。然而，在這種方法中，堿沒有均勻地分布于漿柏中。沒有與堿接觸的漿柏沒有變成纖維素醚并作為未反應(yīng)部分殘留于最終產(chǎn)物中，從而降低了纖維素醚的質(zhì)量。為了避免這種問題，如日本專利申請未經(jīng)審查的公開No. 60-040101/1985中所述，提出了包括如下步驟的方法將漿柏片浸入過量堿性溶液中以讓漿柏充分地吸收堿和然后在壓力下擠壓所得漿柏以去除超過預(yù)期量堿的過量堿。當(dāng)工業(yè)上應(yīng)用這種方法時，通常使一支持軸穿過卷繞成卷狀的漿柏的中心管，提高卷繞的漿柏，從而將其從地平面上升高，或?qū)⒕砝@成卷狀的漿柏放在滑動墊木上以讓漿柏自由旋轉(zhuǎn)；和將漿柏引入浸沒槽中同時使?jié){柏展開成漿柏片。然而，在這種方法中，有時繼續(xù)操作變?yōu)椴豢赡埽驗樵诮脒^程中漿柏片被拉動并拉斷。此外，大量生產(chǎn)需要非常大的浸沒槽來將漿柏片浸入其中一定時間，這是不利的，因為不容易獲得用于安裝這種槽的足夠空間或投資成本變大。另一方面，當(dāng)漿柏為碎屑狀時，減壓變得不均勻，這是由于所得濾餅中缺少平坦表面使得堿纖維素中的堿分布不均勻，導(dǎo)致質(zhì)量變差。另一方面,在日本纖維素學(xué)會(Cellulose Society of Japan)編輯并在2000年11 月 10 日出版的“Cellose No Jiten (Encyclopedia of Cellulose) ”的第 433 頁中，描述了針對粘膠制備的制備堿纖維素的方法，所述方法包括如下步驟將漿柏加入堿性溶液以形成粥狀漿料和通過壓漿機擠壓漿料。盡管使用漿柏片導(dǎo)致的一些問題可以被解決，但壓漿機導(dǎo)致不均勻擠壓，使得堿纖維素中的堿分布變得不均勻，導(dǎo)致質(zhì)量降低。此外，由于擠壓性能中的局限，難以單獨通過這種方法制備具有較低堿含量(這是作為纖維素醚的原材料所需的)的堿纖維素。因此，難以將這種方法用于制備纖維素醚。
在日本專利申請審查公開No. 03-073562/1991中描述了制備具有期望組成的纖維素醚的方法，其包括如下步驟從纖維素和過量堿制備堿纖維素，和用親水性溶劑洗滌堿纖維素以去除堿。然而，這種方法需要大規(guī)模設(shè)備和許多步驟。此外，親水性溶劑殘留于堿纖維素中并引起與醚化劑的副反應(yīng)，使得與醚化劑的反應(yīng)效率下降。此外，這種方法需要中和洗滌液體或回收堿使得它不適合于纖維素醚的工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種有效地制備具有均勻的堿分布的堿纖維素的方法。在本發(fā)明的一個方面中，因此提供一種制備堿纖維素的方法，其包括使?jié){柏與堿金屬氫氧化物溶液在移動過濾平面上接觸以進行真空過濾來收集殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的接觸過濾步驟，和將所述接觸產(chǎn)物脫液的脫液步驟。在本發(fā)明的另一方面中，還提供一種制備纖維素醚的方法，其包括使這種堿纖維素和醚化劑反應(yīng)的步驟。在本發(fā)明的再一方面中，還提供一種制備堿纖維素的裝置，其包括連續(xù)水平真空過濾器型接觸器，其包括在水平方向移動的水平過濾平面，用于將漿柏引入到所述移動過濾平面上的漿柏入口，用于將堿金屬氫氧化物溶液噴淋到如此引入的漿柏上的噴淋口，能對所述移動過濾平面進行真空抽吸的真空泵，和用于收集在使所述漿柏和所述堿金屬氫氧化物溶液在所述移動過濾平面上接觸以進行真空過濾后殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的出口 ；和用于將從所述出口如此收集的接觸產(chǎn)物脫液以獲得濾餅的脫液器。根據(jù)本發(fā)明，可通過使由于漿柏趨于漂浮在堿金屬氫氧化物溶液中而沒有與堿金屬氫氧化物溶液接觸并因此沒有被堿金屬氫氧化物溶液潤濕的漿柏最少化來有效地制備堿在其中均勻分布的堿纖維素。結(jié)果，可有效地制備具有高透明度的纖維素醚。


圖I示出了制備堿纖維素的裝置的實例；圖2示出了從過濾平面的寬度方向觀察的螺桿型整平設(shè)備的實例；和圖3示出了從上面觀察的葉片型整平設(shè)備。
具體實施例方式將用于本發(fā)明的漿柏可包括木材漿柏和棉短絨漿柏。所述木材可包括針葉樹如松樹、云杉和鐵杉，和闊葉樹如桉樹和楓樹。將用于本發(fā)明的漿柏可為粉末狀或碎屑狀。粉末狀漿柏可通過將漿柏片粉碎來獲得且為粉末狀。通常使用平均粒徑為10至1，000 μ m的漿柏粉末，但粉末漿柏不局限于此。制備粉末狀漿柏的方法不受限定。例如，可使用粉碎機如切碎機和錘式粉碎機。制備漿柏碎屑的方法不受限定。例如，它們可通過用現(xiàn)有切割設(shè)備如縱切切割器切割漿柏片來獲得。從成本上考慮，有利的是使用能連續(xù)切割的切割設(shè)備。碎屑的平面面積優(yōu)選為4至10，OOOmm2,更優(yōu)選為10至2，500mm2。平面面積小于4mm2的各種碎屑可能難以制備，平面面積大于10，OOOmm2的各種碎屑可能難以處理，例如，當(dāng)將其引入連續(xù)水平真空過濾器型接觸器和/或脫液器中時。本文中所用的術(shù)語“碎屑的平面面積”是指六面體碎屑(假定各漿柏碎屑具有六面體形狀)的六個面面積中的最大面、面積。
將用于本發(fā)明的堿金屬氫氧化物溶液沒有特別限定，只要它能生產(chǎn)堿纖維素。從經(jīng)濟角度來看，它優(yōu)選是氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液，特別優(yōu)選氫氧化鈉的水溶液。作為用于將堿性氫氧化物溶解于其中的溶劑，通常使用水，但可使用低級醇(優(yōu)選具有I至4個碳原子的醇)或其它惰性溶劑，或它們的組合物。堿金屬氫氧化物溶液的濃度優(yōu)選為23至60重量％，更優(yōu)選35至55重量％。低于23重量％的濃度可能在經(jīng)濟上是不利的，這是由于在獲得纖維素醚的后道步驟中，醚化劑和水之間的副反應(yīng)發(fā)生。此外，可能不能獲得具有期望取代度的纖維素醚，如此制備的纖維素醚水溶液可能在透明度方面較差。另一方面，超過60重量％的濃度可能使得由于粘度的提高而難以對該溶液進行處理。應(yīng)注意優(yōu)選保持提供來與漿柏接觸的堿金屬氫氧化物溶液的濃度恒定以使堿纖維素的組成穩(wěn)定化并確保纖維素醚的透明度。根據(jù)本發(fā)明，在接觸過濾步驟中，可使用例如連續(xù)水平真空過濾器型接觸器。連續(xù)水平真空過濾器型接觸器不受限定，只要它能移動水平過濾平面并連續(xù)反復(fù)真空過濾和通過操控閥或類似物來收集殘留于過濾平面上的接觸產(chǎn)物。接觸器的形狀可優(yōu)選包括平板、平帶和復(fù)盤(multiple-pan)。圖I示出了包括連續(xù)水平真空過濾器型接觸器10和用于將連續(xù)水平真空過濾器型接觸器中制備的接觸產(chǎn)物脫液的脫液器20的制備堿纖維素的裝置的實例。連續(xù)水平真空過濾器型接觸器10包括過濾平面11、在接觸器末端的漿柏I的入口 12、和用于噴淋堿金屬氫氧化物溶液2的噴淋口組13。通過熱交換器32將待噴淋的堿金屬氫氧化物溶液控制到預(yù)定溫度。使從入口引入的漿柏和從裝備有堿金屬氫氧化物溶液噴淋口 13a至13e的堿金屬氫氧化物溶液噴淋口組13噴淋的堿金屬氫氧化物溶液接觸，同時被真空過濾和在轉(zhuǎn)移方向T被移動到另一端?？赏ㄟ^整平設(shè)備IOA將從入口引入的漿柏或引入的漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸產(chǎn)物整平?？蓪⒍鄠€整平設(shè)備放在移動方向，它們的數(shù)目優(yōu)選為2個以上。優(yōu)選可調(diào)節(jié)高度水平的整平設(shè)備。對應(yīng)漿柏與堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸產(chǎn)物的沉積厚度的高度“h”優(yōu)選為200mm以下，更優(yōu)選為IOOmm以下。作為整平設(shè)備，可使用板型、凹口型(鋸齒型)、梳型、螺桿型(參考圖2)或葉片型(參考圖3)設(shè)備中的任一種。圖2示出了從過濾平面11的寬度方向(垂直于漿柏的移動方向T的方向)觀察的作為螺桿型整平設(shè)備的實例的整平設(shè)備10A，包括螺桿IOp和支撐體10,。螺桿型設(shè)備優(yōu)選具有將漿柏或漿柏和堿金屬氫氧化物溶液從兩側(cè)聚集到中間的作用。圖2示出了在中間具有對稱平面且能將漿柏和類似物從兩側(cè)聚集到中間的兩側(cè)對稱的螺桿IOp。圖3示出了從過濾平面11上方觀察的作為葉片型整平設(shè)備的實例的整平設(shè)備10A，包括葉片ΙΟ,而不是螺桿10p。葉片型整平設(shè)備優(yōu)選具有將漿柏或漿柏和堿金屬氫氧化物溶液從兩側(cè)聚集到中間的作用。在圖3中所示的設(shè)備中，為了將漿柏或漿柏和堿金屬氫氧化物溶液從兩側(cè)聚集到中間方向，葉片具有超過0°但低于90°的角度，保持過濾平面11的寬度的中間部分打開，其中漿柏的移動方向T的角度為0°，過濾平面11的寬度方向的角度為90°。當(dāng)從噴淋口組13噴淋堿金屬氫氧化物溶液2時，部分漿柏由于噴淋壓力趨于移向兩側(cè)，使得優(yōu)選將漿柏和類似物從兩側(cè)聚集到中間的作用抵消這種趨勢。應(yīng)注意的是優(yōu)選通過整平設(shè)備將漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸產(chǎn)物混合。從抑制堿纖維素在氧存在下的聚合度下降的角度來看，優(yōu)選能用真空或氮氣替代空氣的連續(xù)水平真空過濾器型接觸器。同時，當(dāng)期望控制在氧存在下的聚合度時，優(yōu)選具有能調(diào)節(jié)氧量的結(jié)構(gòu)的接觸器。例 如，將用于本發(fā)明的連續(xù)水平真空過濾器型接觸器優(yōu)選能自由控制堿金屬氫氧化物溶液的溫度或接觸時間。這是因為為了獲得具有期望組成的堿纖維素，堿纖維素的組成取決于漿柏吸收的堿金屬氫氧化物溶液的量且可通過控制接觸時間或堿性溶液的溫度調(diào)節(jié)吸收量?？赏ㄟ^已知技術(shù)控制堿金屬氫氧化物溶液的溫度，優(yōu)選使用熱交換器。堿金屬氫氧化物溶液的溫度不受特別限定。優(yōu)選將其控制在15至80°C范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，優(yōu)選通過改變過濾平面的移動速度或堿金屬氫氧化物溶液的接觸距離控制接觸時間。本文中所用的術(shù)語“接觸距離”意指漿柏和堿金屬氫氧化物溶液移動同時接觸的距離。在許多情況下，它可通過改變堿金屬氫氧化物溶液的噴淋位置來調(diào)節(jié)，在所述噴淋位置使供應(yīng)至過濾平面上的漿柏與堿金屬氫氧化物溶液首先接觸。過濾平面的移動速度優(yōu)選為O. 0005至10m/s，更優(yōu)選O. 005至5m/s。當(dāng)移動速度低于O. 0005m/s，單位過濾面積的漿柏量可能變得過量且可能不能期望均勻性接觸。當(dāng)移動速度超過lOm/s，過大的設(shè)備可能是必須的，這是不切實際的。漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸距離優(yōu)選為O. 5至100m，更優(yōu)選為I至50m。低于O. 5m的接觸距離可能使得難以控制吸收量。超過IOOm的接觸距離可能是不切實際的，因為它可能需要過大設(shè)備。 漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸時間優(yōu)選在I秒至15分鐘，更優(yōu)選2秒至2分鐘范圍內(nèi)。當(dāng)接觸時間短于I秒時，可能難以控制吸收量。當(dāng)接觸時間超過15分鐘時，可能需要過大的設(shè)備或產(chǎn)率可能下降，此外漿柏的堿吸收量可能過度提高。從而，無論使用何種脫液器，可能變得難以獲得具有適合于制備纖維素醚的期望組成的堿纖維素。從令人滿意的質(zhì)量的角度來看，供應(yīng)至過濾平面的漿柏不應(yīng)該通過而沒有與堿金屬氫氧化物溶液接觸。在接觸過濾中，因此優(yōu)選以可使?jié){柏與堿金屬氫氧化物溶液完全接觸的方式移動漿柏。優(yōu)選在移動方向設(shè)置多個堿金屬氫氧化物溶液噴淋位置。更具體地講，優(yōu)選在移動方向設(shè)置兩個以上噴淋位置。通常，優(yōu)選在移動方向每米設(shè)置約50個噴淋位置。噴淋裝置優(yōu)選在與移動方向交叉的方向延伸的線上包括多個噴嘴，所述噴嘴包括噴淋嘴、管形噴嘴和其中具有多個孔的管。在本發(fā)明中，每個噴淋口將噴淋的堿金屬氫氧化物溶液的體積與漿柏重量之比優(yōu)選為O. lL/kg以上，更優(yōu)選為3. OL/kg以上，還更優(yōu)選為5. OL/kg以上，特別優(yōu)選為10. OL/kg以上。當(dāng)該比值低于O. IL/kg時，可能難以完全接觸，使得堿纖維素中的堿分布可能變得不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)物質(zhì)量變差。根據(jù)真空過濾的過濾容量確定堿金屬氫氧化物溶液的體積與漿柏重量之比的上限，但通常優(yōu)選高達100L/kg的比值。在本發(fā)明中，優(yōu)選將液體量保持在一定的量，從而防止殘留在過濾平面上的接觸產(chǎn)物以與過濾平面的移動速度不同的速度移動。因此優(yōu)選調(diào)節(jié)堿金屬氫氧化物溶液的噴淋速度或過濾速度。在本發(fā)明中，可以在將漿柏引入到移動過濾平面上之前將漿柏和堿金屬氫氧化物溶液混合。當(dāng)將它們預(yù)先混合時，優(yōu)選調(diào)節(jié)漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的預(yù)先接觸時間，這是因為它們已經(jīng)相互接觸。如此噴淋的堿金屬氫氧化物溶液中的一些被漿柏吸收，一些附著在漿柏的表面上，剩下的被抽吸并從過濾平面移走。它被抽吸至一定程度使得堿金屬氫氧化物溶液可被排出以防止接觸產(chǎn)物被保留在過濾平面上的堿金屬氫氧化物溶液流化。接觸產(chǎn)物的流化不是優(yōu)選的，因為它引起連續(xù)水平真空過濾器型接觸器中停留時間的波動?？赏ㄟ^位于過濾平面背面的真空鍋17和真空泵18進行真空過濾?？蓪⑼ㄟ^真空過濾收集的堿金屬氫氧化物溶液送至金屬氧化物溶液槽30?？蓮娜肟?14收集堿金屬氫氧化物溶液和漿柏的接觸產(chǎn)物。為了提高流動性并促進轉(zhuǎn)移到下一步驟，可從供應(yīng)口(替代地，可使用供應(yīng)噴嘴)15供應(yīng)堿金屬氫氧化物溶液2?？稍O(shè)置刮刀16以促進從過濾平面收集接觸產(chǎn)物的步驟。通過脫液器20將如此收集的接觸產(chǎn)物分離成濾餅形式的堿纖維素3。通過泵31將通過脫液器回收的液體輸送至堿金屬氧化物溶液槽30并隨后輸送至連續(xù)水平真空過濾器型接觸器10以進行循環(huán)。這時，使用熱交換器32可促進堿金屬氫氧化物溶液的溫度調(diào)節(jié)。為了防止過濾平面的堵塞，將水、熱水、蒸汽、空氣、惰性氣體或堿金屬氫氧化物溶液從洗滌噴嘴19連續(xù)或間歇地噴淋到過濾平面以洗掉附著物。為了此目的，優(yōu)選新的堿金屬氫氧化物溶液。如此噴淋的堿金屬氫氧化物溶液在通過過濾材料之后被收集并可再次用作堿金屬氫氧化物溶液2。過濾材料的孔徑不受限定，只要它能防止?jié){柏的通過。它優(yōu)選為5_以下，更優(yōu)選
O.I至5mm?？墒褂糜衫缇埘ァ⒕郾┗蚰猃埥M成的織帶、帶孔金屬帶或過濾布。這些過濾材料中，優(yōu)選帶孔金屬帶。作為帶孔金屬帶，可使用具有圓形、三角或矩形孔中任一種的金屬帶，但具有圓形孔的帶是優(yōu)選的。過濾材料的厚度優(yōu)選為5mm以下，更優(yōu)選為O. Imm至2mm ο單位過濾面積的漿柏量優(yōu)選為50kg/m2以下，更優(yōu)選為10kg/m2以下。超過以上范圍的漿柏量可能使得難以均勻接觸。另一方面，下限優(yōu)選為O. 5kg/m2。在本發(fā)明中，也可使用低級醇(優(yōu)選，I至4個碳原子的醇)或其它惰性溶劑。這種溶劑的使用使得改善堿分布的均勻性且此外提供堿纖維素改善的松密度成為可能。在本發(fā)明中，在使?jié){柏和堿金屬氫氧化物溶液相互接觸后，例如在連續(xù)水平真空過濾器型接觸器中，通過脫液器如壓榨機將如此獲得的接觸產(chǎn)物脫液以去除額外堿金屬氫氧化物溶液，使得殘余物變成相應(yīng)的堿纖維素。脫液器可包括使用離心力的脫液器如潷析器和旋框，機械脫液器如輥式脫液器、V型盤式壓機或斗式壓機，和真空過濾器。從均勻脫液的角度來看，優(yōu)選的是使用離心力的脫液器。此外，還優(yōu)選能連續(xù)處理的脫液器。實例可包括螺桿排出型離心脫水器、擠出板型離心分離器和潷析器。使用離心力的脫液器中，可通過調(diào)節(jié)脫液器的旋轉(zhuǎn)速度獲得所需的脫液度。在機械脫液器和真空過濾器中，可分別通過調(diào)節(jié)脫液壓力和真空度達到所需的脫液度?？墒雇ㄟ^脫液回收的堿金屬氫氧化物溶液循環(huán)。就循環(huán)而言，優(yōu)選以與從系統(tǒng)作為堿纖維素取出的堿金屬氫氧化物溶液的量相同的量將堿金屬氫氧化物溶液連續(xù)地供應(yīng) 給系統(tǒng)。在這種情況下，在將通過脫液回收的堿性溶液一次性轉(zhuǎn)移至槽，然后從該槽供應(yīng)至用于接觸的設(shè)備后，可加入新的堿金屬氫氧化物溶液以在槽內(nèi)保持恒定水平。
當(dāng)使通過脫液回收的堿性溶液循環(huán)時，特別優(yōu)選使用具有帶孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器和具有無孔轉(zhuǎn)子的離心分離器的組合。這使得可能防止具有帶孔轉(zhuǎn)子的離心分離器的堵塞并由此防止過濾失敗或過濾失敗導(dǎo)致的離心分離器振動。通過使用具有帶孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器將漿柏和堿金屬氫氧化物溶液的接觸產(chǎn)物分離成液體和固體。然后，使用具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器回收分離的液體中的細固體?？蓪⑼ㄟ^具有帶孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器分離的液體的全部或部分直接引入到具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器中?；蛘撸蓪⑵湟淮无D(zhuǎn)移至槽中，然后引入到具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器中。使用具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)離心分離器從分離的液體回收的固體可用作堿纖維素。連續(xù)離心分離器可根據(jù)漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸時間和接觸溫度控制轉(zhuǎn)數(shù)以及必需的脫液度，轉(zhuǎn)數(shù)意味著離心效率。通過控制離心效率，可保持反復(fù)進料以與漿柏接觸的堿金屬氫氧化物溶液的濃度為常數(shù)，從而可獲得具有高透明度的纖維素醚。 當(dāng)在本發(fā)明操作條件下希望提高接觸時間和/或接觸溫度時，可降低離心效率。當(dāng)希望降低接觸時間和/或接觸溫度時，可提高離心效率。將堿金屬氫氧化物溶液的濃度的波動降低到優(yōu)選在10%，更優(yōu)選5%內(nèi)。如1974年5月30日公開的“新版化學(xué)工學(xué)詞典，日本化學(xué)工程師學(xué)會編輯(New Edition Chemical Engineering Dictionary Edited by Society for ChemicalEngineers, Japan) ”中所述,離心效率是表示離心力大小的值并通過離心力與重力之比給出。離心效率Z由以下等式表示Z= (ω 2r) /g = V2/ (gr) = n 2N2r/ (900g)其中“r”表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑(單位πι)，“ω”表示轉(zhuǎn)子的角速度(單位rad/s)，“V”表示轉(zhuǎn)子的圓周速度(m/s)，“N”表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)和“g”表示重力加速度(m/
S2)。脫液步驟中獲得的濾餅中包含的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比(堿金屬氫氧化物/漿柏中的固體組分)優(yōu)選在0.3至1.5，更優(yōu)選O. 65至I. 30，還更優(yōu)選O. 90至I. 30范圍內(nèi)。當(dāng)重量比為O. 3至I. 5時，如此獲得纖維素醚可具有高的透明度。漿柏中的固體組分除了纖維素(其為主組分)以外，還包括半纖維素、木質(zhì)素和有機物如樹脂組分，和無機物如Si和Fe組分。當(dāng)堿金屬氫氧化物為例如氫氧化鈉時，可以通過以下滴定方法來確定(堿金屬氫氧化物)/(漿柏中的固體組分)的重量比。首先，收集4. OOg濾餅并通過中和滴定(O. 5mol/L H2SO4,指示劑酹酞)確定濾餅中包含的堿金屬氫氧化物的量(重量％ wt%)0還以同樣方式進行空白測試。堿金屬氫氧化物的重量％=(當(dāng)量濃度系數(shù))x{(H2SO4的滴下量(ml))-(空白測試中H2SO4的滴下量(ml))}使用濾餅中包含的堿金屬氫氧化物的重量％，然后按照以下等式確定(堿金屬氫氧化物)/ (漿柏中的固體組分)(堿金屬氫氧化物的重量)/(漿柏中的固體組分的重量)=(堿金屬氫氧化物的重量％)/[{100-(堿金屬氫氧化物的重量％ )/(B/100)}X (S/100)]在以上等式中，B表示堿金屬氫氧化物溶液的濃度(重量％ )，“S”表示漿柏中的固體組分的濃度(重量％)。通過將約2g漿柏在105°C干燥2小時后的干重除以漿柏的重量，然后將商表達成重量％來獲得漿柏中的固體組分的濃度。在本發(fā)明中，通過測定漿柏的進料速率和測定脫液的堿纖維素的回收速率或堿金屬氫氧化物溶液的消耗速率和根據(jù)它們的重量比計算目前堿纖維素的組成，可以控制連續(xù)水平真空過濾器中的接觸時間、堿金屬氫氧化物溶液的溫度或脫液度如擠壓壓力以使計算的組成與目標組成一致。上述測量、計算和控制操作可自動化?？赏ㄟ^從堿纖維素獲得的纖維素醚的醚化度即堿纖維素的取代度選擇堿纖維素的組成。使用通過上述制備方法獲得的堿纖維素作為原材料，能以已知方式制備纖維素 醚。反應(yīng)方法可包括間歇法和連續(xù)法。連續(xù)反應(yīng)法是優(yōu)選的，因為本發(fā)明中優(yōu)選采用連續(xù)法用于制備堿纖維素，但間歇法也是可用的。在間歇法中，可將從脫液器排出的堿纖維素儲存于緩沖槽中，或直接放入醚化反應(yīng)器中。從更高產(chǎn)率的角度來說，優(yōu)選將堿纖維素儲存于緩沖槽中，然后在短時間內(nèi)將其放入反應(yīng)容器中，從而減少在醚化反應(yīng)器中的占用時間。為了抑制聚合度的下降，緩沖槽優(yōu)選通過抽真空或氮氣置換具有無氧氣氛?？蓮乃脡A纖維素作為原料獲得的纖維素醚的實例包括烷基纖維素、羥烷基纖維素、羥烷基烷基纖維素和羧甲基纖維素。烷基纖維素的實例包括甲氧基基團(DS)為I. O至2. 2的甲基纖維素和乙氧基基團(DS)為2. O至2. 6的乙基纖維素。應(yīng)該注意的是DS表示取代度，意指每個纖維素的葡萄糖環(huán)單元被甲氧基基團替代的羥基基團的平均數(shù)，而MS表示取代摩爾數(shù)，意指每個纖維素的葡萄糖環(huán)單元添加的羥基丙氧基基團或羥基乙氧基基團的平均摩爾數(shù)。羥烷基纖維素的實例可包括羥基乙氧基基團(MS)為O. 05至3. O的羥乙基纖維素和羥基丙氧基基團(MS)為O. 05至3. 3的羥丙基纖維素。羥烷基烷基纖維素的實例可包括甲氧基基團(DS)為I. O至2. 2且羥基乙氧基基團(MS)為O. I至O. 6的羥乙基甲基纖維素、甲氧基基團(DS)為I. O至2. 2且羥基丙氧基基團(MS)為O. I至O. 6的羥丙基甲基纖維素和乙氧基基團(DS)為I. O至2. 2且羥基乙氧基基團(MS)為O. I至O. 6的羥乙基乙基纖維素。實例還包括羧甲氧基基團(DS)為O. 2至2. O的羧甲基纖維素。醚化劑的實例可包括烷基鹵如甲基氯和乙基氯、環(huán)氧烷烴如環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷、和一氯乙酸。實施例將通過實施例對本發(fā)明進行描述。不應(yīng)理解為本發(fā)明局限于這些實施例或受這些實施例的限定。實施例I將衍生自木材且固體組分濃度為93重量％的漿柏碎屑(各碎屑為IOmm2)以60kg/小時的速率引入O. 2m寬和I. Om長的水平帶型真空過濾器的一端。作為過濾材料，使用具有直徑為2_的孔、厚度為1_的帶孔金屬帶。該帶的移動速度為O. 025m/s。在移動方向的0m、0. 2m、0. 4m、0. 6m和0. 8m和在寬度方向的直線上離一端2cm、6cm、10cm、14cm和18cm處設(shè)置噴淋嘴。將40°C的49重量％氫氧化鈉水溶液以每個噴嘴120L/小時的噴淋速率噴淋。同時，將已通過濾餅層的49重量％氫氧化鈉水溶液從過濾平面抽吸掉。將螺桿型整平設(shè)備(各自具有控制高度水平和將漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸產(chǎn)物從兩端聚集到中間的作用)安裝在移動方向的O. 2m和O. 4m的位置。整平設(shè)備能得到IOOmm的均勻沉積高度。使用整平設(shè)備將漿柏和堿金屬氫氧化物溶液的接觸產(chǎn)物混合。將40°C的49重量％氫氧化鈉水溶液以2m3/小時供應(yīng)至連續(xù)水平真空過濾器的出口以流化接觸產(chǎn)物。通過用作脫液器的V型盤式壓機將從連續(xù)水平真空過濾器排出的漿柏碎屑和氫氧化鈉水溶液的混合物連續(xù)地脫液。在排出漿柏和堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸產(chǎn)物后，用40°C的49重量％氫氧化鈉水溶液從金屬帶的背面對金屬帶進行洗滌。通過滴定方法確定所得堿纖維素中的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比。其為1.25。將堿纖維素(20kg)放入耐壓性反應(yīng)器中，抽真空后，使之與Ilkg甲基氯和2. 7kg環(huán)氧丙烷反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、干燥和粉碎以獲得羥丙基甲基纖維素。所得羥丙基甲基 纖維素的甲氧基基團(DS)為I. 90，羥基丙氧基基團(MS)為O. 24。羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的粘度為10，000mPa/s。用PC-50型光電比色計使用20mm的比色皿長度和720nm的波長測得羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的透光度為99. 0%。實施例2除了所述帶的移動速度為O. 033m/s，替代地使用葉片型整平設(shè)備，將離心效率為600的螺桿排出型離心脫水器作為脫液器放在連續(xù)水平真空過濾器的出口之外，以與實施例I中相同的方式制備堿纖維素。通過滴定方法確定所得堿纖維素中的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比并發(fā)現(xiàn)其為1.00。將堿纖維素(17. 2kg)放入耐壓性反應(yīng)器中，抽真空后，使之與9kg甲基氯和I. 4kg環(huán)氧丙烷反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、干燥和粉碎以獲得羥丙基甲基纖維素。如此獲得的羥丙基甲基纖維素的甲氧基基團(DS)為I. 80，羥基丙氧基基團(MS)為O. 14。羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的粘度為9，800mPa/s。用PC-50型光電比色計使用20mm的比色皿長度和720nm的波長測得羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的透光度為97. 5%。實施例3除了省掉從在移動方向的0m、0. 2m和O. 4m處的噴淋嘴噴淋，將具有O. 2mm狹縫篩、離心效率為600的擠出板式離心脫水器作為脫液器放在連續(xù)水平真空過濾器的出口之夕卜，以與實施例I中相同的方式制備堿纖維素。通過滴定方法確定所得堿纖維素中的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比并發(fā)現(xiàn)其為O. 70。將堿纖維素(18. 8kg)放入耐壓性反應(yīng)器中，抽真空后，使之與9kg甲基氯和2. 5kg環(huán)氧丙烷反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、干燥和粉碎以獲得羥丙基甲基纖維素。所得羥丙基甲基纖維素的甲氧基基團(DS)為I. 45，羥基丙氧基基團(MS)為O. 20。羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的粘度為9，800mPa/s。用PC-50型光電比色計使用20mm的比色皿長度和720nm的波長測得羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的透光度為97. 0%。實施例4
除了將所述帶的移動速度變?yōu)镺. 033m/sec，省掉從在移動方向的0m、0. 2m和O. 4m處的噴淋嘴噴淋，將具有O. 2_狹縫篩、離心效率為600的擠出板式離心脫水器作為脫液器放在連續(xù)水平真空過濾器的出口之外，以與實施例I中相同的方式制備堿纖維素。通過滴定方法確定所得堿纖維素中的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比并發(fā)現(xiàn)其為O. 50。
將堿纖維素(18. 8kg)放入耐壓性反應(yīng)器中，抽真空后，使之與9kg甲基氯和2. 5kg環(huán)氧丙烷反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌、干燥和粉碎以獲得羥丙基甲基纖維素。所得羥丙基甲基纖維素的甲氧基基團(DS)為I. 35，羥基丙氧基基團(MS)為O. 25。羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的粘度為9，800mPa/s。用PC-50型光電比色計使用20mm的比色皿長度和720nm的波長測得羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20°C的透光度為96. 0%。
權(quán)利要求
1.一種制備堿纖維素的方法，包括 使?jié){柏與堿金屬氫氧化物溶液在移動過濾平面上接觸以進行真空過濾來收集殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的接觸過濾步驟，和 將收集的所述接觸產(chǎn)物脫液以獲得濾餅的脫液步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備堿纖維素的方法，其中，通過改變所述過濾平面的移動速度或所述漿柏和堿金屬氫氧化物溶液的接觸距離來調(diào)節(jié)所述濾餅中包含的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比(堿金屬氫氧化物/漿柏中的固體組分)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備堿纖維素的方法，其中，所述濾餅中包含的堿金屬氫氧化物與漿柏中的固體組分的重量比(堿金屬氫氧化物/漿柏中的固體組分)在O. 3至1.5的范圍內(nèi)。
4.一種制備纖維素醚的方法，包括使通過根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法制備的堿纖維素與醚化劑反應(yīng)的步驟。
5.一種制備堿纖維素的裝置，包括 連續(xù)水平真空過濾器型接觸器，其包括 在水平方向移動的水平過濾平面， 用于將漿柏引入到所述移動過濾平面上的漿柏入口，用于將堿金屬氫氧化物溶液噴淋到如此引入的漿柏上的噴淋口， 能對所述移動過濾平面進行真空抽吸的真空泵，和用于收集在使所述漿柏和所述堿金屬氫氧化物溶液在所述移動過濾平面上接觸以進行真空過濾后殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的出口，和 用于將從所述出口收集的接觸產(chǎn)物脫液以獲得濾餅的脫液器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有效地制備具有均勻堿分布的堿纖維素的方法。更具體地說，本發(fā)明提供一種制備堿纖維素的方法，其包括使?jié){粕與堿金屬氫氧化物溶液在移動過濾平面上接觸以進行真空過濾來收集殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的接觸過濾步驟，和將所述接觸產(chǎn)物脫液的脫液步驟；和一種使用所述堿纖維素制備纖維素醚的方法。本發(fā)明還提供一種制備堿纖維素的裝置，其包括連續(xù)水平真空過濾器型接觸器，其包括在水平方向移動的水平過濾平面，用于將漿粕引入到所述移動過濾平面上的漿粕入口，用于將堿金屬氫氧化物溶液噴淋到引入的漿粕上的噴淋口，能對所述移動過濾平面進行真空抽吸的真空泵，和用于收集在使所述漿粕和所述堿金屬氫氧化物溶液在所述移動過濾平面上接觸以進行真空過濾后殘留在所述過濾平面上的接觸產(chǎn)物的出口。
文檔編號C08B1/10GK102643355SQ201210038979
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者成田光男 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社