反应工艺对纤维素醚化反应效果的研究
纤维素化学改性研究论文
纤维素化学改性研究论文摘要：纤维素是自然界最丰富的自然资源，在未来石油资源越来越匮乏的情况下，纤维素必将成为重要的工业原料。
本文总结了几种纤维素热塑性加工的化学改性的方法，在未来的能源形势下，将会有更多针对纤维素化学改性的方法从而获得更加丰富的纤维素衍生物产品。
同时，考虑到化学改性的方法环境污染大，生产周期长，以不进行化学改性而通过其他方法对纤维素直接进行塑性加工的方法也会有较大的发展。
关键词：纤维素化学改性热塑性加工0 引言石油基高聚物由于其良好的使用性和加工性，在工业生产和日常生活中占据有重要地位，但是由于其难降解性对环境造成的危害以及石油资源的日益枯竭，人们愈加重视开发可再生的替代材料。
纤维素是自然界最丰富的可再生资源，广泛存在于绿色植物以及海洋生物中，具有可再生性，生物可降解性和天然的生物相容性，并且具有低密度、高强度和刚度好的特性，这已使它成为最重要的天然高分子材料。
1 纤维素的化学结构纤维素是由d-吡喃型葡萄糖单元（agu）通过β-1、4糖苷键以c1椅式构象连接而成的线型高分子。
纤维素的一个结构单元中在第2、第3、第6位碳原子上有3个活泼的羟基基团，其中c2、c3位上的羟基是仲羟基，c6位上是伯羟基。
由于大量羟基的存在，使纤维素分子之间与纤维素分子内部形成了密度很高的氢键，导致纤维素在受到高温作用时在融化之前就分解了，因此无法直接用注射、挤出等传统的热塑性加工方法生产纤维素制品。
为了可以使用热塑性加工的方法生产纤维素制品，必须对其进行化学改性，利用与羟基有关的一系列化学反应，如酯化，醚化，接枝共聚等反应合成纤维素衍生物，则有可能实现热塑性加工。
2 纤维素酯类纤维素酯类包括有机酸酯与无机酸酯。
纤维素无机酸酯中比较重要的是硝化纤维素。
硝化纤维素是由纤维素在25-40℃经过硝酸和浓硫酸混合算硝化而成的酯类，混合酸中，硝酸参与酯化反应，浓硫酸则起着使纤维素溶胀和吸水的双重作用。
不同取代度的硝化纤维素应用于不同的地方，高硝化纤维素可用作火药，低硝化的纤维素可用作塑料、片基薄膜等。
纤维素醚的作用
纤维素醚的作用Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】纤维素醚在砂浆应用中的作用1概述纤维素醚是以天然纤维素为原料，经化学改性制得的合成型高分子聚合物。
纤维素醚是天然纤维素的衍生物，纤维素醚生产与合成聚合物不同，它的最基本的材料是纤维素，天然的高分子化合物。
由于天然纤维素结构的特殊性，纤维素本身没有与醚化剂反应的能力。
但经过溶胀剂的处理，在分子链间和链内强大的氢键遭到破坏，羟基的活性释放变成具有反应能力的碱纤维素，在经过醚化剂反应—OH基转成—OR基得到纤维素醚。
纤维素醚应用于建筑材料、乳胶涂料、食品、医药、日用化学等方面。
作为增稠剂、保水剂、稳定剂、分散剂、成膜剂使用。
2纤维素醚在砂浆应用中的作用增稠和触变性纤维素醚赋予湿砂浆优良的粘稠性，能够显着增加湿砂浆与基层的粘结能力，提高砂浆的抗下垂性能，广泛用于抹面灰浆、面砖粘结砂浆和外墙外保温系统中。
纤维素醚的增稠效果还可以增加新拌材料的抗分散能力和匀质性，防止材料分层、离析和泌水，可用于纤维混凝土、水下混凝土和自密实混凝土中。
纤维素醚对水泥基材料的增稠效果来自于纤维素醚溶液的粘性。
相同条件下，纤维素醚的粘度越高，改性水泥基材料的粘稠性越好，但若粘度过大，则会影响材料的流动性和可操作性（如粘抹灰刀）。
对流动性要求较高的自流平砂浆、自密实混凝土等则要求纤维素醚的粘度很低。
此外，纤维素醚的增稠效果还会增加水泥基材料的需水量，提高灰浆的产量。
纤维素醚溶液的粘性取决于以下因素：纤维素醚的分子量、浓度、温度、剪切速度和试验方法。
相同条件下，纤维素醚的分子量越大，溶液的粘度越高；浓度越高，溶液的粘度也越高，在使用时应注意避免掺量过高而影响砂浆和混凝土的工作性能；纤维素醚溶液的粘度会随温度的升高而降低，且浓度越高，温度的影响越大；纤维素醚溶液通常为假塑性流体，具有剪切变稀的性质，测试时的剪切速率越大，粘度越小，因此，砂浆的粘聚性在外力作用下会而降低，这有利于砂浆的刮抹施工，使砂浆能够同时具有良好的工作性和粘聚性；由于纤维素醚溶液是非牛顿流体，测试粘度时所采用的实验方法、仪器设备或测试环境不同时，同种纤维素醚溶液测试出的结果可能会有较大差别。
纤维素改性处理的研究进展_王天佑
。其中以表面吸附， 液氨改性应用最
刚开始对天然纤维素的物理改性是微粉化和薄 膜化， 后来为了应用于吸附材料， 球化改性及各种球 化改性的方法也慢慢被提出。郝红英等 利用植物 的秸秆，通过高压蒸汽闪爆技术、 稀碱蒸煮等方法制 出有一定 α 纤维素含量的秸秆基纤维素， 对产物进 2+ 行碱化、 醚化和胺基亲核取代， 得到了可以吸附 Cu 和 Cd 等重金属离子的乙二胺螯合植物秸秆纤维 素， 通过研究得出， 可以用蒸汽闪爆来钝化天然植物 秸秆纤维素。Lidija 等 在纤维表面通过吸附 CMC 来引进羧基， 从而制备出了一种新的吸附材料， 试验 结果表明， 相对分子质量高的 CMC 首先被吸附， 并 ， 50% 且棉纤维总电荷量会大幅度地提高 可以提高 左右， 从而使产品的吸附性能大大提高 。 液氨整理后纤维的天然转曲基本消除， 截面变 圆， 内腔变小， 表面平滑且光泽感强， 结晶结构略疏 散。液氨加工 克 服 了 其 他 抗 皱 整 理 加 工 的 诸 多 缺 点， 使纤维的性能得到全面提升， 并具有明显的“形 ， 状记忆性” 是多年来纤维改性的一大突破 。Dor［18 ］ nyi 等 研究表明黄麻纤维经过液氨处理以后结晶 度有所下降。纤维素的晶型由纤维素 Ⅰ 转变为纤维 素Ⅲ。通过液氨处理黄麻纤维的表观结构有了很大 的改善， 纤维表面光滑圆润、 粗细均匀， 并且改善了 提高了织物表面平整度等。 纱线粗细的均匀性，
［11 ］ ［9 ］
首先， 在天然纤维素原料中， 表面经常被半纤维 素和木质素包裹着。 因此必须要先使纤维素能够纯 净地提取出来， 把这三种组分分离开来 。 其次， 虽 然在天然纤维素的分子链 上 存 在 着 大 量 的 活 性 羟 在一定条件下可以发生氧化、 酯化、 醚化、 接枝共 基， 聚等反应， 但是由于自身的羟基之间会形成大量的 且具有较为复杂的结晶性原纤结构， 其中结晶 氢键， 区封闭了大部分的活性羟基， 也就导致了纤维素改 性反应中呈现不均一性， 产物性能的不确定性。 为 一般在改性反应前进行各 了避免这种情况的发生， 种预处理， 可以降低纤维素的聚合度、 结晶度， 让纤 从而提高纤维素的反应 维素的 可 及 度 有 所 增 加， 。 活性 1． 1 物理方法 现在试验中常见的物理预处理方法主要包括闪 爆处理、 干法、 机械粉碎、 超声波及微波处理、 蒸汽爆 炸、 氨爆炸、 溶剂交换等。 物理预处理的主要目的是 让纤维素外观结构形态变化， 例如聚集纤维的解体、 膨胀等。就目前而言， 较新且用得较多的物理方法 ［4 ］ 有闪爆处理、 超声波处理等。 张袁松等 采用闪爆碱煮联合对天然竹纤维进行脱胶处理， 在闪爆压力 NaOH 质量浓度为 保压时间为 15 min， 为 0． 8 MPa， 4 g / L， 碱煮 90 min 的条件下， 得到纤维素的占有率为 77． 16% ， 其中纤维中的半纤维素含量和木质素含量 分别下降了 41． 61% 和 31． 94% ， 而纤维素的含量却 ［5 ］ 从 40． 51% 提高到 63． 59% 。殷祥刚等 对大麻纤维 进行闪爆处理， 得出闪爆处理后的麻纤维不仅其密 其中的纤维素含量从 度和 聚 合 度 会 有 所 下 降， 52. 94% 增加 到 84． 37% 。 闪 爆 处 理 具 有 处 理 时 间 短、 无毒、 无污染、 能耗低、 效率高等优点， 受到了纺 织、 轻工、 化工等行业的关注。 唐爱民等
纤维素改性研究现状
不仅植物会合成纤维素，一些细菌，如乙 酸杆菌属（Aeetobaeter）、产碱菌属 （Alcaligenes）、八叠球菌属（Sareina）、根 瘤菌属（Rhizobium），也能合成纤维素，成 为细菌纤维素。其改性途径主要有两种。
4.1生物改性 生物改性是在细菌纤维素生命合成过程中， 即在细菌发酵过程中外加物质对其结构和 性能进行调控。
1.2化学方法 1.碱法处理（墨塞丝光处理法） 提高纤维素表面黏结性能、力学性能、溶胀性能 增加了反应位点 2.紫外线和伽玛射线处理 提高拉伸性能 3.氯化锌处理 提高纤维素酶水解的速率和产率及纤维素的接枝 率
纤维素化学改性主要依靠与纤维素羟基有关 的反应来完成。 2.1纤维素酯化 纤维素酯化反应是指在酸催化作用下，纤 维素分子链中的羟基与酸、酸酐、酰卤等 发生酯化反应。包括纤维素有机酸酯化和 纤维素无机酸酯化。
纤维素：含量丰富、应用范围 广、可替代石油煤炭成为新能源， 符合可持续发展。 纤维素由于其结构难于加工， 可通过改性，通常采 用物理或化学的预处理法来处理纤维素，从而增加可 及度。 1.1物理方法 原理：纤维素的形态结构变化，导致可及度增加 干法或湿法磨 蒸汽爆炸 氨爆炸 溶剂交换 浸润
2.2纤维素醚化 纤维素醚化指纤维素在碱催化作用下发生 醚化反应。
2.3纤维素接枝共聚 纤维素的羟基作为接枝点，将聚合物连接 到纤维素骨架上，称为纤维素的接枝反应 方法：自由基聚合、离子聚合、开环聚合、 原子转移自由基聚合
纤维素的生物改性是利用酶的作用处理纤 维素，主要应用于造纸行业 3.1改善纸浆滤水性能 3.2降低打浆能耗，促进打浆
4.2 化学改性 化学改性是在分离得到纯细菌纤维素后对 其进行改性或表面修饰。细菌纤维素与普 通植物纤维素具有非常相似的化学组成和 结构，因此也能像植物纤维素一样进行羧 甲基化、乙酰化、酯化、磷酸化、苯甲酸 酯化以及多种接枝共聚反应和交联反应。
精制棉的质量品质对纤维素醚生产的影响
精制棉的质量品质对纤维素醚生产的影响纤维素醚原料——精制棉，对其品质的要求，随精制棉的种类及纤维素醚的产品品种的不同而不同。
为了说明精制棉的质量品质，现从化学成分、物理-化学性质和工艺性质三个方面加以概述。
1.化学成分1.1α-纤维素及半纤维素精制棉中α-纤维素及半纤维素的含量，表征精制棉的质量品质。
在工业方面，将漂白化学精制棉用20℃的17.5%NaOH(重量浓度)溶液处理45分钟，不溶解而残的部分，称为α-纤维素。
所得溶解部分，称为半纤维素。
工业半纤维素是指包括原料中的半纤维素和由于纤维素降解而产生的溶于上述浓度碱液中的降解纤维素。
提高精制棉的α-纤维素含量，有利于提高醚化产品的收率，提高设备生产能力，降低化学药品单位消耗和提高醚化产品的质量。
目前，采用精制棉为原料，其α-纤维素含量最高，在92-99%之间。
精制棉中半纤维素含量过高，对生产过程和成品质量有以下影响。
①对碱化过程的影响精制棉碱化时，半纤维素可大量溶于碱液中，使碱液的粘度增高，影响碱液渗入精制棉内部的速度，这样会造成以下不良后果：a、使碱化反应不彻底、不完全，所得碱纤维素不均匀，影响产品的最终质量。
b、碱纤维素颜色明显变深，最终影响HPMC的外观，使其颜色发黄，白度降低。
c、由于半纤维素溶解，使得最终产品的收率降低。
d、由于半纤维素的溶解，使得工艺废水中的COD增高，给处进废水增加了难度。
②对醚化过程的影响由于半纤维素也能起醚化反应，且反应速度比纤维素快。
因此，半纤维素含量高的精制棉醚化时，半纤维素会更快的消耗醚化剂，影响纤维素的醚化均匀性及醚化度，造成醚化剂的利用率降低。
③延缓碱纤维素的降解(制备高粘度HPMC)半纤维素的平均聚合度比α-纤维素低，因此，半纤维素末端潜在的醛基数量比纤维素多，醛基易被氧化，在生产过程中将消耗反应介质中的大量的氧，因此，可使碱纤维素降解减慢。
对高粘羟丙基甲基纤维素醚的制备来说，这是有利的，因可减缓纤维素聚合度降解，有利于产品粘度的提高；但对于药用级低粘产品来说，可使氧化剂的消耗增大，不利于粘度的降低。
纤维素醚生产工艺
纤维素醚生产工艺纤维素醚是一种重要的化工产品，广泛应用于建筑材料、纺织品、食品、医药等领域。
下面将介绍纤维素醚的生产工艺。
纤维素醚的生产工艺可以分为两个基本步骤：纤维素预处理和纤维素醚化。
首先，纤维素预处理。
纤维素通常来源于木质素或植物细胞壁，其中含有大量的木质素和纤维素。
而纤维素醚的生产主要就是通过对纤维素进行改性处理，使之具备一定的水溶性或胶凝性。
纤维素预处理的目的就是将原始纤维素材料进行分解、破碎、溶解，以便于后续的纤维素醚化反应进行。
纤维素预处理通常包括以下几个步骤：研磨、过滤、酸碱处理、溶化。
研磨是将原始纤维素材料进行机械破碎，使之分解成较小的颗粒，提高反应的速率和效果。
过滤是将研磨后的纤维素颗粒进行筛选，去除杂质，提高纯度。
酸碱处理是对纤维素进行酸碱调节，以便于后续的溶化反应进行。
酸碱处理可以改变纤维素的结构，使其在溶剂中更容易溶解。
溶化是将纤维素颗粒与溶剂进行混合，通过温度和时间的控制将其溶解。
溶化是纤维素醚化的基础，溶解后的纤维素溶液可以进行后续的醚化反应。
接下来，就是纤维素醚化。
纤维素醚化是将溶解后的纤维素与醚化剂进行反应，生成纤维素醚。
纤维素醚化的反应条件通常包括温度、压力、反应时间等。
不同的醚化剂对应不同的反应条件，一般需要在一定范围内进行控制。
醚化反应的过程中同时需要控制反应物的浓度和反应速度，以保证产品的质量。
完成醚化反应后，通常需要对反应液进行中和、脱色、过滤等处理，以得到纯净的纤维素醚产品。
综上所述，纤维素醚的生产工艺包括纤维素预处理和纤维素醚化两个基本步骤。
纤维素预处理主要是对原始纤维素材料进行研磨、过滤、酸碱处理和溶化，以获得溶解性较好的纤维素溶液。
纤维素醚化则是将纤维素溶液与醚化剂进行反应，生成纤维素醚产品。
在整个生产过程中，需要控制好反应条件和反应物的浓度，以保证产品的质量。
纤维素醚化反应
纤维素醚化反应
纤维素醚化反应是一种将纤维素进行化学修饰的重要方法，该方法可以增加原纤维素的水溶性和化学反应性，从而使其具备更多的应用场景。
纤维素醚化反应通常通过在纤维素分子中引入一些可水解的基团来实现，例如羟甲基、羟乙基、丙烯酰基等。
纤维素醚化反应可以采用自由基反应、阴离子反应、阳离子反应和酸催化反应等多种方式进行。
其中，自由基反应是最常用的反应方式之一，其反应机制是将纤维素与一种带有自由基的化合物反应，从而在纤维素分子上引入可水解基团。
阴离子反应通常采用烷氧基和烷基磺酸盐等反应试剂，而阳离子反应则是采用硫酸和其他质子化试剂来引发反应。
酸催化反应则是利用酸性催化剂来促进纤维素醚化反应的进行。
纤维素醚化反应可以将纤维素修饰成各种不同的化合物，例如羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、丙烯酰基纤维素等。
这些化合物通常具有良好的溶解性、增强的化学反应性和改善的物理性能，可以广泛应用于纺织、造纸、医药等领域。
例如，羟甲基纤维素可以用于化妆品和食品的稳定剂和增稠剂，丙烯酰基纤维素可以用于制备高强度和高模量的纤维素基复合材料。
总的来说，纤维素醚化反应是一种重要的化学修饰方法，可以对纤维素进行改性，从而使其具有更多的应用价值。
在实际应用中，应根据需要选择不同的反应方式和反应试剂，以获得理想的化合物。
同
时，在纤维素醚化反应的过程中，应注意控制反应条件和选择适当的溶剂，以保证反应的高效性和产物的质量。
纤维素化学研究进展
纤维素化学研究进展一、本文概述纤维素，作为地球上最丰富的天然有机化合物，其化学研究进展对于推动生物质资源的高效利用、促进可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述纤维素化学研究的最新进展，包括纤维素的化学结构、性质、改性方法以及其在不同领域的应用。
通过深入了解纤维素化学的研究现状和发展趋势，可以为纤维素的高效转化利用提供理论支撑和技术指导，为生物质资源的可持续利用开辟新的途径。
本文将首先介绍纤维素的化学结构和基本性质，包括其分子结构、结晶度、可及性等方面。
随后，重点综述纤维素改性的方法和技术，包括化学改性、物理改性和生物改性等，以及改性后纤维素性能的变化和应用领域。
本文还将关注纤维素在不同领域的应用，如纤维素基材料、纤维素能源、纤维素生物降解等，以期全面展示纤维素化学研究的广泛应用前景。
通过本文的阐述，读者可以深入了解纤维素化学研究的最新进展和发展动态，为相关领域的研究和开发提供有益的参考和启示。
本文也期望能够激发更多研究者对纤维素化学研究的兴趣和热情，共同推动纤维素化学领域的发展和创新。
二、纤维素的来源与提取纤维素作为自然界中最丰富的有机聚合物之一，广泛存在于植物细胞壁中，为植物提供了必要的结构支撑。
由于其独特的化学和物理性质，纤维素在多个领域都有着广泛的应用，包括纺织、造纸、生物材料以及最近的生物能源等。
因此，对纤维素的来源和提取方法的研究具有重要意义。
纤维素的主要来源是植物纤维，如木材、棉花、亚麻、竹子等。
其中，木材是最常见的纤维素来源，由于其生长周期短、可再生以及资源丰富等特点，被广泛应用于工业生产中。
一些农业废弃物，如稻草、玉米秸秆等，也是纤维素的潜在来源，其利用不仅能实现资源的有效循环利用，还能为农业生产带来经济效益。
纤维素的提取通常包括化学法、生物法和物理法等多种方法。
化学法提取纤维素主要利用酸、碱或有机溶剂等化学试剂处理植物原料，使其中的纤维素与木质素、半纤维素等其他成分分离。
生物法提取则依赖于酶或微生物的作用，通过选择性降解木质素和半纤维素，实现纤维素的分离。
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X-射线 衍 射 分 析 采 用 日 本 理 学 Ri ga ku D / ma x- 3A X- 射线衍射仪 , 石墨单色器 , 2θ角工作范 围为 8°～30°, Cu Kα射线测定 ,管压 、管流为 30 kV 、
30 mA .
1. 4 红外光谱分析
红外光谱分析采用 Sp ect rum- 2000 P E F TI R 红 外光谱仪, 所有红外光谱分析的样品重皆为 0. 0020 g ,将这些样品分别同 0. 1600 g KB r 混合 , 而后进行压片 (压片厚度 < 0. 8 m m) 和分析.
第 29 卷 第 7 期 2001 年 7 月
华南理工大学学报 (自然科学版)
J our nal of Sout h Chi na U nive rsit y of Tec h nology (Natural Science Edition)
V ol. 29 N o. 7 J uly 2001
1. 2 羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的研制
羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的研制可以采用 2 L 捏合机为反应设备 (反应时平均转速为 50 r/ mi n) 和用 2 L 搅拌式反应釜为反应设备进行 反应 (反应时平均转速为 500 r/ mi n) .
羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的反应式分别 为: Cell- ( O H) 3 + 2 nN aO H + n Cl C H2 CO O H Cell- ( O H) 3 - n ( O- C H2 CO O N a) n + nN a Cl + 2 n H2O 和 Cell- ( O H) 3 + nN a O H + n Cl C H2 C H2O H Cell- ( O H) 3- n ( O- C H2 C H2O H) n + n N a Cl + n H2O .
反应时所有的原料皆来自于严格的计量反应 , 反应 所 得 产 品 用 w = 95 % 的 乙 醇 洗 涤 , 而 后 在 60 ℃、0. 000 5 m Pa 负压下进行 24 h 真空干燥 , 所 得样品的水分含量 w = 2. 7 % ±0. 3 % , 其中用于分
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通过红外光谱分析知 ( 如图 1 和图 2 所示) , CM C 和 H EC 的醚化反应随着反应时间的延长 ,其 取代度不同 ,红外光谱出现有规律的变化.
图 1 纤维素和 CM C 的红外光谱 Fig. 1 F TI R diagra m of li nte rs cellulose a nd CM C 1 —纤维素 ,2 —CM C ( DS = 0. 6 , t = 5 mi n) , 3 —CM C ( DS = 0. 91 , t = 30 mi n) , 4 —CM C ( DS = 1. 10 , t = 50 mi n) , 5 —CM C ( DS = 1. 21 , t = 70 mi n) , 6 —CM C ( DS = 1. 29 , t = 90 mi n)
产品名称
摩尔比
纤维素 结晶度/ %
H EC n ( M C E) : n ( A GU) = 3∶1
43. 9
CM C n ( M CA) : n ( A GU) = 1. 5∶1 43. 9
H EC n ( M C E) : n ( A GU) = 3∶1
32. 3
CM C n ( M CA) : n ( A GU) = 1. 5∶1 32. 3
烘干 磨碎造粒 包装. 用搅拌式反应釜为反应设备的制备步骤为 : 在搅拌式反应釜中进行醚化反应 产品洗涤 干燥和造粒 包装. 可见用捏合机为反应设备的制备工艺特点为 :
反应效率低 ,干燥和磨粹造粒分步进行 ,且磨碎过程 中产品质量会有较大的下降.
而用搅拌式反应釜为反应设备的制备工艺特点 为 :反应效率高 ,产品造粒不采用烘干 - 磨碎传统造 粒工艺方法 ,而用洗涤后未干燥产品同时进行干燥 和造粒过程 ,干燥和造粒过程中产品质量不变.
反应时间/ h
4 1. 5
4 1. 5
搅拌速度/ ( r/ mi n - 1)50 50 500 500
透光 度/ %
/ 98. 02 93. 62 99. 56
反应 速率/ %
47 72 66 81
取代 度/ % 1. 41 1. 08 1. 98 1. 22
而用捏合机和用搅拌式反应釜为反应设备来制 备羟乙基纤维素 H EC , 当用捏合机为反应设备时 , 在 60 ℃反应 4 h , 因氯乙醇醚化剂的渗透性差 , 氯 乙醇 ( M C E) 与纤维素单糖 ( A GU ) 的摩尔比为 3∶1 时 ,醚化剂反应效率为 47 % , H EC 的水溶性差 , 只 有当氯乙醇与纤维素单糖的摩尔比达 6∶1 , 才能形
素 H EC 取代度[ 1 ] . 其原理是 H EC 在 123 ℃时可被 提高 ,达 81 % (如表 1 所示) .
表 1 CM C 和 H EC 的醚化反应效率 Ta ble 1 The et he rif ication eff icie ncy of CM C a nd H EC
反应设备 捏合机 搅拌式反应釜
1 试验部分
收稿日期 : 2000 - 11 - 13 3 基金项目 : 广东省科技厅研究经费资助项目 作者简介 : 黄少斌 (1964 - ) ,男 ,副教授 ,主要从事天然高
分子改性和环境化工研究.
1. 1 试验用精制棉纤维素原料
根据试验所用反应设备不同 , 所用棉纤维素的 预处理方法也不同 ,其中用捏合机为反应设备时 ,所 用精制棉纤维素的结晶度为 43. 9 % , 精制棉纤维素 的平均长度在 15～20 m m ; 用搅拌式反应釜为反应 设备时 ,所用精制棉纤维素的结晶度为 32. 3 % , 精 制棉纤维素的平均长度小于 1 m m .
第 7 期
黄少斌等 : 反应工艺对纤维素醚化反应效果的研究
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析的产品样品 ,洗涤到灰分 w < 0. 2 %.
氢碘酸 HI 分解 ,测量产生的分解物乙烯和碘乙烯 ,
用捏合机为反应设备的制备步骤为 : 在捏合机中进行醚化反应 产品洗涤
即可得知 H EC 的取代度. 羟甲基纤维素的取代度 也可用标准化学分析方法来检验.
在我国 ,精制棉纤维素醚产品的研制 ,普遍用溶 媒法[1～2 ] , 用捏合机为反应设备. 而棉纤维素主要 由分子排列较整齐而又紧密的结晶区组成 , 用捏合 机为反应设备 ,因反应时捏合机捏合臂转速慢 ,醚化 剂进入纤维素不同层面的阻力较大且速度慢 , 造成 反应时间长 、副反应比例高 、取代基在纤维素分子链 上的分布极不均匀.
这里分别采用捏合机反应设备和搅拌式反应釜 反应设备来制备羧甲基纤维素 CM C. 由于用捏合机 为反应设备时的搅拌强度低 ,平均转速为50 r/ mi n , 而用搅拌式反应釜为反应设备的搅拌强度高 , 平均 转速为 500 r/ mi n , 当两种反应设备反应时所用一 氯乙酸 ( M CA) 与纤维素单糖 ( A GU ) 的摩尔比皆为 1. 5∶1 时 ,在 68 ℃反应 1. 5 h ,因一氯乙酸醚化剂的 渗透性较好 , 这时用捏合机反应所得 CM C 透光性 为 98. 02 % ,醚化反应效率达 72 % ; 而采用搅拌式反 应釜为反应设备时 ,一氯乙酸醚化剂的渗透性更好 , 反应所得 CM C 的透光度为 99. 56 % ,醚化反应效率
成水溶性较好的产品 ; 而采用搅拌式反应釜为反应 设备时 ,在 68 ℃反应 4 h , 氯乙醇醚化剂的渗透性 变好 ,氯乙醇与纤维素单糖的摩尔比达 3∶1 时 ,反应 所得 H EC 已有较好的水溶性 , 醚化反应效率提高 , 为 66 % (如表 1 所示) .
从表 1 可知 , 醚化剂一氯乙酸的反应效率和反
通常纤维素的醚化反应为由外及里的多相反 应 ,若缺少外加动力的作用 ,醚化剂很难进入纤维素 结晶区内. 而通过对精制棉进行预处理 (如用物理方 法增大精制棉的比表面) ,同时用搅拌式反应釜为反 应设备 ,采用快速搅拌进行醚化反应 , 根据推理 , 纤 维素可强烈溶胀 , 使纤维素无定形区和结晶区的溶 胀性趋于一致 ,提高反应活性. 通过提高外加搅拌动 力等 ,可达到在非均相醚化反应体系中 ,纤维素醚取 代基分布较为均一的目的. 因此用搅拌式反应釜为 反应设备来研制高质量纤维素醚化产品将成为我国 未来的发展方向.
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华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
第 29 卷
应速度远大于氯乙醇 , 而采用搅拌式反应釜为醚化 反应设备比采用捏合机有明显的优势 , 大大提高了 醚化反应效率 , CM C 高的透光度也间接说明了用搅 拌式反应釜为醚化反应设备的工艺可提高醚化反应 均一性[1 ] . 这是因为纤维素链中每个葡萄糖基环上 有三个羟基 ,只有在强烈溶胀或溶解状态中 ,纤维素 的所有羟基对醚化剂分子才是可及的. 通常纤维素 的醚化反应为由外及里的多相反应 , 纤维素结晶区 的反应更是如此. 当缺少外加动力的作用 ,纤维素的 结晶结构保持完整不变时 , 醚化剂很难进入结晶结 构内部 ,影响多相反应的均匀性. 因此通过对精制棉 进行预处理 (如增大精制棉的比表面) , 可提高精制 棉的反应活性 ,在大浴比 (乙醇/ 纤维素或异丙醇/ 纤 维素和高速搅拌下进行反应 ,根据推理 ,纤维素结晶 区的有序性会降低 ,此时纤维素可强烈溶胀 ,使纤维 素无定形区和结晶区的溶胀性趋于一致 , 从而使无 定形区和结晶区的反应活性相近.