废旧棉花制备羧甲基纤维素钠的技术研究
以废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠工艺初探
以废弃棉织物制备羧甲基纤维素钠工艺初探摘要废弃棉织物的资源化研究具有重要的环境和社会意义，本文探讨了以废弃棉织物为原料制备羧甲基纤维素钠（CMC）的工艺条件，主要探讨了氢氧化钠浓度、碱化温度和时间、醚化时间和温度对产品收率和取代度的影响，实验结果表明最佳工艺条件为：预处理后的棉织物在35℃的40%氢氧化钠溶液中碱化80 min后，进入醚化阶段，前期温度50℃，时间40min，后期温度75℃，80min，该工艺条件下得到的羧甲基纤维素钠的取代度分别为2.21。
关键词棉织物；资源化；羧甲基纤维素钠据调查数据显示，我国每年约产生40万吨的废旧棉织物。
人们往往直接丢弃，进而焚烧或填埋，不仅浪费资源，还对环境造成污染。
本文提出利用废弃棉织物生产CMC的实验研究，有望成功地解决废弃棉织物回收和绿色处理的问题，同时可大大降低羧甲基纤维素钠的生产成本，发挥显著的经济效益，具有变废为宝的重大社会意义。
羧甲基纤维素钠（the carboxymethyl cellulose，CMC）是一种重要的水溶性纤维素，具有粘着、增稠、流动、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，广泛用于食品、医药、日化、石油等领域生产中，被誉为“工业的味精”[1]。
目前CMC的生产多以精制棉短绒、纸浆为原料，但是价格高，增加了生产的成本，并且精制过程产生大量的难以处理的废水，污染环境。
本文利用弃棉织物为原料来制备CMC，不但降低CMC的原料成本，而且消除了废弃棉织物采用直接焚烧或填埋等措施带来的环境危害，使其得到充分利用，这样变废为宝的资源化探索无疑会带来巨大的社会和经济效益。
1 试验材料原料与仪器：无水乙醇，氢氧化钠，过氧化氢，氯乙酸，均为析纯KDM电子调温电热套（天津泰斯特仪器有限公司）；CL—2磁力搅拌器（上海第三分析仪器厂）；BX45A/45红外光谱分析仪（西安中显光电科技有限公司）；101—2—BS电热恒温鼓风干燥箱（上海越进医疗器械厂）。
羧甲基纤维素钠制备
羧甲基纤维素钠制备
羧甲基纤维素钠是一种功能性高分子化合物，具有优异的抗水性、增稠能力和稳定性，广泛应用于食品、化妆品、医药等领域。
下面将介绍羧甲基纤维素钠的制备方法。
一、化学制备法
羧甲基纤维素钠可以通过碱性催化剂和甲基化剂的作用在碱性条件下合成。
具体步骤如下：
1. 将纤维素加入到碱性环境中，如氢氧化钠、碳酸钠等。
2. 加入甲醇或甲基碘，使纤维素发生甲基化反应。
3. 在阳离子活化剂的作用下，甲基化纤维素中的羟基与羧基反应，生成羧甲基纤维素钠。
二、生物发酵法
羧甲基纤维素钠可以通过微生物发酵过程中产生的羧甲基纤维素酶进行酶解得到。
其具体步骤如下：
1. 选取合适的羧甲基纤维素酶生产菌株，如Pseudomonas sp.、Sphingomonas sp.等。
2. 在培养基中添加合适的碳源、氮源和其他必需营养物质，培养出含有羧甲基纤维素酶的菌群。
3. 制备菌种液，在合适的条件下使菌株发酵产生羧甲基纤维素酶。
4. 使用羧甲基纤维素酶对纤维素进行酶解，生成羧甲基纤维素钠。
以上两种方法各有优缺点，化学制备法生产成本较低、生产效率高，
但其过程中使用的碱性催化剂对环境有一定污染；而生物发酵法生产
过程中无污染、无副产物、纯度较高，但生产时间较长，且成本较高。
总体来说，羧甲基纤维素钠在化妆品、食品、医药等领域中具有广泛
的应用前景。
随着技术的不断进步，其制备方法也会不断完善。
羧甲基纤维素钠实训报告
一、实训背景羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是一种用途广泛的纤维素衍生物，具有增稠、稳定、悬浮、保水等特性，广泛应用于食品、医药、化工、建筑等领域。
为了更好地了解和掌握CMC-Na的制备、性质和应用，我们进行了为期一周的羧甲基纤维素钠实训。
二、实训目的1. 了解CMC-Na的制备工艺、原理及影响因素；2. 掌握CMC-Na的性质、应用领域及注意事项；3. 培养学生动手操作能力和团队协作精神。
三、实训内容1. CMC-Na的制备（1）实验原理：以棉短绒为原料，采用碱法或酸法对棉短绒进行预处理，然后与氯乙酸进行酯化反应，最后用氢氧化钠中和，得到CMC-Na。
（2）实验步骤：① 棉短绒预处理：将棉短绒浸泡在碱溶液中，煮沸，过滤；② 酯化反应：将预处理后的棉短绒与氯乙酸、催化剂在反应釜中加热反应；③ 中和：将反应液加入氢氧化钠溶液中，调节pH值至中性；④ 沉淀、洗涤、干燥：将中和后的溶液进行沉淀、洗涤、干燥，得到CMC-Na产品。
2. CMC-Na的性质及测试（1）外观：CMC-Na为白色或微黄色粉末，无味，无臭；（2）溶解性：CMC-Na易溶于水，在水中形成透明胶体；（3）粘度：CMC-Na具有较好的粘度，可调节；（4）稳定性：CMC-Na在酸性、碱性溶液中稳定，但在高温下易分解；（5）pH值：CMC-Na溶液的pH值在6.5～8.5之间。
3. CMC-Na的应用（1）食品工业：CMC-Na可作为增稠剂、稳定剂、悬浮剂等，广泛应用于冰淇淋、果冻、饮料、面包等食品中；（2）医药工业：CMC-Na可作为药物载体、缓释剂、包衣材料等，用于制备颗粒剂、胶囊剂、片剂等；（3）化工领域：CMC-Na可作为絮凝剂、分散剂、粘合剂等，用于制备钻井液、造纸助剂、涂料等；（4）建筑领域：CMC-Na可作为砂浆添加剂、防水剂等，提高砂浆的抗裂性、保水性。
四、实训结果与分析1. 实验过程中，我们成功制备了CMC-Na产品，并通过测试验证了其外观、溶解性、粘度、稳定性及pH值等性质；2. 在CMC-Na的应用方面，我们了解了其在食品、医药、化工、建筑等领域的广泛应用，并掌握了其使用方法和注意事项；3. 通过实训，我们掌握了CMC-Na的制备工艺、性质及应用，提高了动手操作能力和团队协作精神。
用棉花秆制备竣甲基纤维素
２４ 洗 涤 、 燥 、 干
打 开 捏 合 机 ， 出 羧 甲 基 纤 维 素 粗 品 ， 人 稀 取 加
盐 酸 调 至 中 性 。 用 ７ ％的 乙 醇 溶 液 洗 涤 ， 离 心 机 再 ０ 用 脱 醇 ， 醇后的Ｃ 脱 ＭＣ 水 率 为 ２ ％ 左 右 ， 烘 干 后 含 ０ 经
以上 。
将 制 得 的 纤 维 素 放 人 捏 合 机 中 ， 人 一 定 量 ２ ％ 加 ０ 的 氢 氧 化 钠 ， 时 加 人 适 量 的９ ％乙醇 。 始 时 ， 合 机 同 ５ 开 捏 夹 套 通 水 冷 却 ， 液 加 完 后 ， 人 热 水 控 制 碱 化 温 度 碱 通
（ ７ ０ ６ 河 南 南 阳 理 工 学 院 生 化 系 赵ห้องสมุดไป่ตู้龙 涛 ４３６ 李 入林 ）
４ 结 论
实 验 表 明 ， 佳 的 操 作 条 件 为 ： 化 温 度 ３ ￣ ０ Ｃ， 最 碱 ５４ ￣ 碱 化 时 间 ２５ ； 化 温 度 ７ ｃ 醚 化 时 间 ２ 氢 氧 化 钠 ． 醚 ｈ ０ ｃ， ｈ； 和 氯 乙 酸 的 物 质 的 量 比 为 ２２ ２４， 液 浓 度 ２ ％ 。在 ．￣ ． 碱 ０ 此 条 件 下 ， 用 棉 花 秆 所 制 得 ＣＭＣ， ％溶 液 的 粘 度 利 ２
１ 原 料 及 主 要 试 剂
碱 化反 应完 成后 ， 比例加人 饱 和 的氯 乙酸 乙醇 按 溶 液 。 醚 化 开 始 阶 段 通 水 冷 却 ， 化 剂 加 完 后 改 通 热 醚 水 ， 体 系 的 温 度 维 持 ７ ℃ ， 化 时 间 ２ 左 右 ， 样 检 使 ０ 醚 ｈ 取
水 按 一 定 比例 混 合 ， 即 倾 人 用 水 悬 浮 的 浆 料 中 ， 制 立 控
羧甲基纤维素的制备
1、羧甲基纤维素的制备（化学纯）废棉布1、将30% ~ 40%的NaOH 加入碱醚化釜中, 加入10 mL 无水乙醇及少量尿素, 搅匀, 加入5 g 碎棉绒, 在恒温水浴锅中加热至30~ 35 , 反应1~ 2 h 后, 滴加一定量的氯乙酸乙醇溶液, 于40~ 45 恒温反应0.5h, 后升温到70 恒温反应1~ 2 h。
将制备出的物质取样检查, 应全部溶于水并呈透明状。
2、洗涤、干燥取出羧甲基纤维素粗品, 用盐酸将其中和至pH= 7, 用80%的乙醇溶液按照浴比1 ： 4 在40~ 45 的恒温水浴中不间断搅拌洗涤10 min, 共洗3 次, 并将洗涤用过的乙醇回收。
将洗好的产物离心脱醇后放入烘箱内, 在105 下烘燥2 h。
烘干后的羧甲基纤维素为纤维状小颗粒, 无臭、无味。
3、羧甲基纤维素的鉴定按照国家药品标准WS- 10001- ( HD- 0486) - 2002, 将羧甲基纤维素制备成乳胶体溶液。
取30 mL溶液滴加3 mL 盐酸后产生白色沉淀; 取一定体积溶液加入等量氯化钡溶液后产生白色沉淀, 证明所制备的产物为羧甲基纤维素。
4、制备高粘度羧甲基纤维素的优化条件为: 无水乙醇作为溶剂; 浴比为1 ：3; 氢氧化钠质量分数为30%; 氯乙酸乙醇质量分数为30% ; 碱化温度为35~ 40 , 碱化时间为2h; 醚化初期温度为40~ 45 , 后期温度为70 , 醚化时间为2 h。
得到羧甲基纤维素的的粘度值为9326mPa ! s。
2、羧甲基纤维素的制备（废纸）化学纯；原料的精制：将清杂的废纸粉碎后, 按1：3( 质量比) 的比例加入3% NaOH 水溶液打浆, 在80~ 90 时蒸煮2~ 3 h, 洗涤过滤后, 加入过氧化氢溶液进行漂白, 过滤即得到反应原料。
羧甲基纤维素的制备：在带有搅拌装置的三口瓶中, 加入10. 0 g 精制的原料, 加入120 mL 的85% 乙醇水溶液, 混合均匀后加入9. 0 g 氢氧化钠,在35 下恒温搅拌反应90 min, 制得碱性纤维素。
羧甲基纤维素钠 生产工艺
羧甲基纤维素钠生产工艺
羧甲基纤维素钠是一种羧甲基化纤维素醚化剂，主要用于食品、制药、石油开采等工业领域。
下面是羧甲基纤维素钠的生产工艺简述。
首先，羧甲基纤维素钠的原料是纤维素，可以从木质纤维、棉花或甘蔗渣等植物中提取得到。
这些原料首先需要进行预处理，去除其中的杂质和非纤维素成分。
预处理方法包括浸泡、蒸煮、过滤等。
接下来，经过预处理的原料会通过碱法进行纤维素的碱解。
将原料浸泡在氢氧化钠溶液中，在高温和高压下进行反应。
这个步骤中，氢氧化钠的浓度、反应温度和反应时间等参数需要根据具体的生产设备和要求来确定。
碱解后，得到的纤维素溶液经过中和，使pH值升高到7-9，
然后经过过滤和洗涤，去除杂质和未反应的化学物质。
接下来是羧甲化反应。
将经过中和和洗涤的纤维素溶液与甲醛和氢氧化钠溶液混合，在碱性条件下进行反应。
反应过程中，甲醛与纤维素发生缩合反应，生成羧甲基纤维素。
这个反应过程需要控制反应温度、反应时间和化学品的用量。
羧甲化反应完成后，得到的羧甲基纤维素在酸性条件下进行中和，使得其成为羧甲基纤维素钠。
中和过程中，可以使用稀酸（如盐酸）进行中和，然后进行过滤和洗涤，最后得到羧甲基纤维素钠的成品。
最后，羧甲基纤维素钠经过干燥和包装，即可作为产品出厂。
总结起来，羧甲基纤维素钠的生产工艺主要包括原料预处理、碱法碱解、中和和洗涤、羧甲化反应、中和和洗涤以及干燥包装等步骤。
这个工艺需要严格控制反应条件和化学品的用量，以确保产品的质量和稳定性。
制备cmc-na的原理
制备cmc-na的原理制备CMCNA（羧甲基纤维素纳米纤维）的原理涉及以下几个方面：首先是纤维素的提取和纳米纤维的制备，然后是羧甲基化处理和纤维素纳米纤维的制备。
纤维素是一类广泛存在于植物细胞壁中的天然高分子化合物，其化学结构主要由连续的β-1,4-葡萄糖基单体构成的纤维素链组成。
在纳米尺度下，纤维素可以表现出多种独特的特性，如高比表面积、高比强度、优异的力学性能和可再生等。
因此，纤维素纳米纤维在许多领域具有广泛的应用前景，如纳米复合材料、纳米纤维膜、生物医学材料等。
制备纤维素纳米纤维的方法有很多，包括机械法、化学法、生物法和电纺法等。
常见的方法有机械法和电纺法。
机械法是通过机械剪切、研磨和高压解聚等方式将纤维素颗粒分解为纳米尺寸的纤维，然后通过离心、过滤和干燥等步骤获得纤维素纳米纤维。
电纺法是通过高电压电场作用下使纤维素溶液中的纤维素链产生电荷耦合，从而形成纳米尺度的纤维，再通过静电纺丝装置将纤维抽拉成纤维素纳米纤维。
接下来，在制备纤维素纳米纤维的基础上，利用化学修饰方法对其进行功能化羧甲基化处理。
这是因为纤维素分子表面带有大量的羟基（-OH）官能团，其亲水性很强，使其在水中难以溶解和处理。
羧甲基化是通过将纤维素分子的羟基官能团与甲酸酐反应，部分或完全取代为羧甲基（-COOH）官能团，从而赋予其良好的溶解性和改性能力。
羧甲基化的条件和方法可根据实际需要进行调整，如反应温度、反应时间和甲酸酐用量等。
最后，利用羧甲基化的纤维素分子，可以通过静电纺丝、溶液旋涂、纳米压延等方法制备纤维素纳米纤维。
其中，静电纺丝是一种常用的制备方法，它通过静电场作用下将溶解的纤维素纳米纤维抽拉成纤维，并在集电极上形成纤维素纳米纤维薄膜。
溶液旋涂是将纤维素纳米纤维溶解在有机溶剂中，通过旋涂或喷涂的方式在基底上形成薄膜。
纳米压延是将纤维素纳米纤维与其他材料混合，经过热压或冷压的方式将其制备成薄片或板材。
综上所述，制备CMCNA的原理主要包括纤维素的提取和纳米纤维的制备、羧甲基化处理和纤维素纳米纤维的制备。
用棉花杆制备羧甲基纤维素
１ １ 原 料及 主 要试 剂 ．
［ Ｑ ０ （ Ｈ］ Ｎ Ｏ ２Ｏ ＋ Ｈ一 ［ Ｈ ０ （ Ｈ）Ｏ ＋ Ｈ Ｏ ７２Ｏ ， Ｎ ］ ２ 醚 化反 应 方程 式 ：
ｓｎｔ ｅｉ ｒｃ ｓ ｓ ｄｓ ｕ ｓ ｄ． ｅｏ ｔ ｌｃ ｎ ｉｉｎ ｉ ｓｏｌｗｓ ｌ ａｉａ ｉｎ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ５～４０℃ ．ａｋ ｉａ ｙ ｈ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓｉ ｉｃ ｓｅ Ｔｈ ｐ ｉ ｏ ｄ ｔ ｓａ ｆｌ ｃ ｍａ ｏ ｏ ：ａｋ ｚ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ３ ｌ ｏ ｌ ａ ｚ— ｌ ｔ ｎ ｔｍｅ ２． ｉ ｉ ５ｈ， ｔｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ０￣ ， ｔ ｅ ｆｃ ｔ ｎ ｔｍｅ ２ ｒ ｔ ｆ ａ ｉ ｏ ａｋ ｉ２． ～ ２． ａ ｏ ｅｈ ｒ ａ ｉ ｅ ｅ ａｕ ｅ ７ Ｃ ｅｈ ｒｉ ａ ｉ ｉ ｈ， ａｉ ｏ ｃｄ ｔ ａ ２ ｉ ｆ ｏ ｉ ｏ ｏ ｌ ｌ ４， ｌ ｋ ｉｌｑ ｏ ｏ ｃ ｎ ｒｔｏ ％ ．Ｔ ｅ ｖｓ ｏ ｉ ｆ２ ％ ＣＭＣ ｐ ｐ ｒｄ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ｃ ｎ ｔｏ ｎ ｉｎ ｂ ｖ ｓ ｌ ａ ｉｕ ｒｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ２ ０ ｈ ｉｃ ｓｔ ｏ ｙ ｒ ａ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏ ｄｉ ｎ ｍｅ ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｉ ｅ ｉ ｏｄ ４ ０～６ ０ｍＰ Ｓ． ０ ０ ａ・ Ｋｅ ｒ ｓ：ｃ ｒ ｏ ｙ ｔｙ ｅ ｕ ｏ ｅ ｃ ｔ ｎ ｓｒ ｗ ；ｐｒｐ ｒ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ａｂ ｘ ｍｅｈ ｌｃ Ｈ ｌｓ ｏｔ ｔａ ｏ ｅ ａａ ｉ ｏ
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废旧棉花制备羧甲基纤维素钠的技术研究宋春莲1,邵艳秋2(1.鸡西大学,黑龙江鸡西 158100;2.牡丹江师范学院,黑龙江牡丹江 157000)摘 要:利用废旧棉花为主要原料,改进旧工艺,利用碱醚同釜法,设备简单,腐蚀低,投资少,试剂利用率高,产品取代度好,是利用废旧资源进行生产的有效途径。
关键词:羧甲基纤维素钠;废旧棉花;制备羧甲基纤维素钠,是一种水溶性的阴离子纤维素衍生物,属于线型结构高分子化合物。
羧甲基纤维素为白色或浅黄色纤维状粉末,无毒无臭无味,有吸湿性,在水中成胶体状态。
羧甲基纤维素被广泛应用于石油钻井、食品、合成洗涤剂、造纸、制药和日用化学品等领域,被誉为工业味精,现在拥有较大的市场。
但是随着能源危机的出现,需要寻找资源永续的途径,即研究利用废弃旧棉花作为工业生产的原料,来源充足,成本低廉,变废为宝,经济环保。
1 实验1.1 主要原料及试剂废棉花:废品收购站收购氯乙酸:天津市柯迷欧化学试剂开发中心生产,AR无水乙醇:哈尔滨试剂化工厂,AR氢氧化钠:天津大茂化学仪器供应站,AR双氧水(30%)、次氯酸钠:沈阳市试剂五厂无水亚硫酸钠:黑龙江阿城试剂五厂硫酸铜:哈尔滨试剂化工厂,1%铬酸钾:天津市化学试剂三厂,5%1.2 主要仪器和设备恒温水浴锅:上海医疗器械五厂,1台恒温干燥箱:1台电动搅拌机:D25-1型,1台涂-4涂料粘度计:DN-1型,上海昌吉地质仪器有限公司,1台电动搅拌器:7312- 型,1台1.3 制备工艺1.3.1 制备原理羧甲基纤维素钠是纤维素葡萄糖酐结构单元上的羟基被羧甲基取代而形成的醚。
纤维素是以葡萄糖为单元的聚合物,纤维素分子基环中的伯羟基和仲羟基有不同的反应能力,在碱性条件下,仲羟基具有较大的反应能力使纤维素分子与氯乙酸分子发生反应。
碱化反应:[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O醚化反应:[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClC H2C OOHO H-[C6H7O2(OH)2OC H2C OONa]n+nNaCl副反应:ClC H2COOH+2NaOH HOC H2C OONa+ NaCl+H2O1.3.2 原料的选择与预处理挑选无霉变的废棉花,洗净,烘箱烘干,破碎。
在100 左右水解1~2h,然后于100 进行碱蒸煮,碱的浓度10%~20%,蒸煮3~5h。
将次氯酸钠和双氧水按一定比例混合立即倾入反应器中漂白,漂白不能过剧,以免纤维素的聚合度大幅度下降而影响羧甲基纤维素的粘度稳定性,控制pH值8~10,温度35~40 ,漂白时间35~40min。
用稀盐酸酸化10min,再用亚硫酸钠进行脱氯,5min后水洗30min至中性甩干。
1.3.3 碱醚化将35%的Na OH溶液60mL加入碱醚化釜中,加入95%乙醇2mL,搅匀,加入预处理好的原料0.5g,在水浴锅中加热至50~60 ,恒温30再生资源研究 2005年第5期反应1h后,滴加氯乙酸,水浴控温65 左右,反应时间为45min左右。
反应结束,抽样检查,应全溶于水成透明胶体。
1.3.4 中和、洗涤调整物料为中性,用10%的次氯酸钠漂白。
用75%的乙醇洗涤3次,除去反应产生的CH3COONa、HOC H2C OONa等盐类。
1.3.5 干燥、粉碎2 质量检测2.1 鉴别取样液30mL,加入3mL盐酸,产生白色沉淀;取样液50mL,加入10mL硫酸铜溶液,产生绒毛状淡蓝色沉淀;用盐酸湿润铂丝,先在无色火焰上烧至无色,再蘸取试液少许,在无色火焰上燃烧,火焰即呈鲜黄色(钠离子反应)。
2.2 粘度测定用DN-1型涂-4涂料粘度计测定粘度:t<23s时,t=0.154u+1123<t<150时,t=0.223u+6.0,t-时间;u-粘度2.3 取代度(钠含量)利用酸度计法测定取代度。
按下式计算:DS=0.162B/(1-0.08B),式中B=2MV/(am)a=m /m其中DS指产物的取代度;M指标准硫酸的摩尔浓度;V指标准硫酸消耗的总体积;a指样品的纯度;m 、m分别指样品纯化后和纯化前的质量。
2.4 氯化物测定称取0.5g经干燥后的试样(称准至0.0002g),置于锥形瓶中,加少量无水乙醇润湿,并速加入150m L水,2mL过氧化氢,加热至试样全部溶解并缓慢沸腾,冷却至室温,加2mL 铬酸钾溶液,用硝酸银标准溶液滴定至恰显砖红色。
氯化物以NaCl计百分含量。
2.5 本实验产品性能数据测试结果表1 实验得产品羧甲基纤维素钠性能性能纯度/%粘度/mPs取代度氯化物/%p H水分/%数据784500.48.5710符合印染、纺织标准。
3 结果与讨论3.1 碱化过程的影响因素3.1.1 碱浓度与碱量碱量少,碱化的不完全,不足以形成碱性纤维素,和醚化剂的中和影响醚化反应的进行,产品粘度低;如果碱的含量高,氢氧化钠与氯乙酸发生副反应,醚化剂消耗量增加,产品粘度也降低。
氢氧化钠与纤维素的质量比为1.2~1.4。
表2 碱液浓度对产品水溶性及粘度的影响实验编号1234 NaOH浓度/%20303540在水中的溶解情况不溶速溶速溶速溶粘度/cp/585640620 由实验数据可见碱的浓度低,产品性能不好。
过高的碱浓度会破坏纤维素的长链,使纤维素发生降解。
本实验控制碱的浓度为35%。
3.1.2 反应时间膨化本身而言反应是瞬间完成的,但碱溶液在纤维中需要一定的扩散,膨化逐步深入。
表3表明了碱化时间对产品水溶性的影响。
本实验的一般反应时间为45min左右。
表3 碱化时间对产品水溶性的影响碱化时间/min25456585在水中的溶解度微溶全溶全溶全溶3.1.3 添加物的影响在碱液中加某些盐、醇,可增加对水的竞争,使NaOH溶液中阳离子的水化程度下降,润胀度下降,但可调节系统游离水含量和增加对结晶区的渗透,加入少量尿素、硫脲、胺类、表面活性剂等则可增加对纤维素的润胀。
3.2 氯乙酸用量对产物粘度及取代度的影响3.2.1 氯乙酸用量对产品的影响氯乙酸用量少则反应速度慢、碱醚化不完全;氯乙酸用量增加,对产品的性能影响不大,且自身水解量也会增加。
表4 酸碱比对产品粘度的影响n(氢氧化钠) n(氯乙酸)2 1 2.2 1 2.4 1 2.6 1粘度/mPas200465515300表4表明在保持其它条件不变情况下,酸碱比不同,粘度也不同。
氯乙酸与氢氧化钠的物质的量在理论上是1:2,但为了使反应向生成物方向移动,保证反应体系中存在适宜的游离碱,使碱醚化顺利进行,采用了碱过量的方法。
本实验控制酸碱物质的量比为1:2.2。
3.2.2 温度、时间的影响碱醚化第二阶段反应温度愈高,反应速度愈312005年第5期 宋春莲等. 废旧棉花制备羧甲基纤维素钠的技术研究快,反应时间越短,但副反应同时也加快。
从化学平衡角度来看,因主反应系放热反应,温度升高对生成C MC是不利的,过高的反应温度还会引起乙醇的挥发加快,使反应的均匀性下降;反应温度过低,反应时间延长,碱醚化中第二阶段试剂的利用率低,所以反应温度的控制应综合考虑。
表5可见,醚化温度控制在60~65 。
表5 醚化温度对产品温度的影响醚化温度/ 455055657080粘度/mPas220310510560500300 3.3 反应介质对取代度的影响纤维素和碱纤维素均不溶于水,所以用水作为反应介质时,反应是在非均相系统中进行的,水和过量的氢氧化钠引起氯乙酸水解,利用率低。
水和有机溶剂克服了此缺点,虽然它们不直接参与反应,但能在反应中起到积极的作用:促进试剂对纤维的扩散和渗透;改变主副反应的比例,提高主反应率等。
本次试验对水、95%乙醇、异丙醇作为介质时产物的取代度作了比较,结果见表6。
表6 反应介质对取代度的影响反应介质水95%乙醇异丙醇系统现象淡黄色黄色棕黄色DS值0.210.440.53由表6可见:水和95%乙醇作反应介质,产物的取代度较小,况且水和乙醇容易使纤维素糊化,导致体系粘度增大,而异丙醇作反应介质可解决上述问题,使氯乙酸的利用率得到提高,并且回收比较容易,但溶剂的用量高。
3.4 产物后处理中pH值对取代度的影响将同一份产品中和至不同的pH值,其取代度值也不同,结果见表7。
表7 产物后处理中p H值对取代度的影响p H值5~67~89~10DS值0.320.350.38由实验数据可见,pH值越高,取代度值越大。
为了方便产物的纯化,本实验在产物后处理中将pH值控制在7~8范围内。
3.5 水的影响水是纤维素碱化溶胀及羧甲基化的介质,对羧甲基纤维素钠的取代度及粘度均有一定影响。
水在反应体系中呈两相平衡,一相是纤维素分子间水,另一相是纤维素分子内水。
水含量过低不利于醚化剂扩散到碱纤维中参与反应;水含量过高,一方面促使氢氧化钠与氯乙酸的水解使醚化剂利用率低产品质量达不到要求,另一方面生成的羧甲基纤维素钠会在水中水解发生溶胀,阻碍反应的进一步发生,影响反应的均匀性和取代度。
含水量与纤维素的重量比在1 2较适宜。
4 结论(1)制备C MC的最佳反应条件碱化温度40~50 ,时间40~60min;醚化温度74~80 ,时间40~50min;氢氧化钠和氯乙酸的物质的量比为2.2 1~ 2.4 1;碱液浓度35%,乙醇溶剂的浓度95%,洗涤用乙醇(75%)。
在此条件下,利用废棉花所制得的C MC溶液的粘度为400~600mPas,以废旧棉花为基准,产品收率为75%以上。
(2)通过实验得出了原料的适合配比棉纤维 NaOH ClC H2C OOH=1 6 3(摩尔比),找出了各反应因素对反应影响的大小程度,即NaOH用量>反应时间>反应温度> ClC H2COOH用量。
(3)实验表明可采用异丙醇作为反应介质,可提高氯乙酸的利用率。
(4)本实验采用酸度计法测取代度,并对有机介质进行回收。
整个工艺操作简单、条理清晰,既降低了试验成本,又提高了资源利用率,工艺可行。
参考文献:[1]王 箴.化工辞典(第三版).化学工业出版社,1992.[2]冯培基.化工产品手册 日用化工产品(第二版)化学工业出版社,1994.[3]杨宝森.日用化学与精细化工配方.化学工业出版社,1994.[4]黄致超.许栋强.精细化工配方.广东科学技术出版社,1995.[5]邓建成.大学化学基础.化学工业出版社,2004,(1).[6]钱旭红.有机化学.化学工业出版社,2002,(5).[6]颜宏侠.日用化学品制造原理与技术.化学工业出版社,2004,(8).(收稿日期:2005-08-23).32再生资源研究 2005年第5期。