纖維素醚制備工藝原理第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維素醚由纖維素制成的具有醚結(jié)構(gòu)的高分子化合物。纖維素大分子中每個(gè)葡萄糖基環(huán)含有三個(gè)羥基，第六碳原子上的伯羥基、第二、三個(gè)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(xué)結(jié)構(gòu)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2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月性質(zhì)經(jīng)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(jī)溶劑，溶解度主要取決于三個(gè)因素：(1)醚化過程中所引入基團(tuán)的特性，引入的基團(tuán)越大則溶解度越低，引入的基團(tuán)極性越強(qiáng)，纖維素醚越易溶于水；(2)取代度與醚化基團(tuán)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3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月一般工藝過程（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(yīng)（3）中和：用適當(dāng)?shù)乃嶂泻臀捶磻?yīng)的堿（4）產(chǎn)品分離：包括反應(yīng)介質(zhì)回收、分離、粗產(chǎn)品精制純化。（5）后處理：包括調(diào)節(jié)溶解性能的表面交聯(lián)處理、干燥、粉碎和過篩。第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月羧甲基纖維素（CMC）

羧甲基纖維素，是纖維素的羧甲基團(tuán)取代產(chǎn)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(zhì)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(dòng)、乳化分散、賦形、保水、保護(hù)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(lǐng)域生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)原理

CMC的主要化學(xué)反應(yīng)是纖維素和堿生成堿纖維素的堿化反應(yīng)以及堿纖維素和一氯乙酸的醚化反應(yīng)。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6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月工業(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(yīng)穩(wěn)定性和均勻性差、副反應(yīng)多、導(dǎo)致醚化效率低額產(chǎn)品質(zhì)量差。溶劑法利用惰性有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，克服了水煤法的缺點(diǎn)?，F(xiàn)已是當(dāng)今纖維素醚生產(chǎn)先進(jìn)的工藝，廣泛用于制造纖維素醚。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月水煤法工藝流程第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月水媒法是早期用于生產(chǎn)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(jìn)行反應(yīng)，即可得到Na—CMC。水媒法設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少且成本較低，可制取中低檔的Na—CMC產(chǎn)品，主要用于洗滌劑、紡織上漿、粘合劑和石油工業(yè)等領(lǐng)域。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)溶劑法第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月溶媒法(又稱有機(jī)溶劑法)的反應(yīng)過程是由堿化和醚化兩個(gè)階段組成(與水媒法相同)，但因介質(zhì)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(jī)中進(jìn)行，第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dú)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12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月（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(jīng)醚化反應(yīng)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(hù)水分和提供保護(hù)膠體等特性,已被廣泛應(yīng)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(yīng)等領(lǐng)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(shí)6%,84%rh時(shí)29%。第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月氣相法第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月真空充氮?dú)夤谭ㄖ迫EC的生產(chǎn)過程：把反應(yīng)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(yīng)3～3.5小時(shí)得到產(chǎn)品HEC。此法雖然生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，但環(huán)氧乙烷消耗量大，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，最終產(chǎn)品成本高。第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月液相法第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月液相法法分為1.堿化和活化2.醚化兩個(gè)過程，此法生產(chǎn)HEC的成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程易于控制，所以目前大多數(shù)生產(chǎn)廠都采用此工藝。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jīng)化學(xué)改性制得的半合成型高分子聚合物，HPC具有熱塑性、膠結(jié)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19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)過程第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月羥丙基纖維素的生產(chǎn)工藝可分為非均相法和均相法兩類