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)明涉及堿纖維素和使用其制備纖維素醚的方法。
背景技術(shù)：
制備纖維素醚的已知方法包括的步驟是，將高度純化的紙漿與堿性溶液接觸而制備堿纖維素，然后用醚化劑醚化堿纖維素。雖然通過合適地控制取代度，得到的終產(chǎn)品纖維素醚變得可溶于水，但是纖維素醚含有不溶于水的部分，由于不溶于水的部分被認為是雜質(zhì)，致使水溶液的透光率可降低或可損害纖維素醚的商品價值。
不溶部分是由于具有低取代度部分的存在引起的。該低取代度部分不具有足夠的取代基以容許纖維素醚在水中的溶解。原因之一在于堿纖維素中不均勻的堿分布。
堿發(fā)揮的作用包括(a)膨脹纖維素以改變紙漿中的晶體結(jié)構(gòu)，從而加速醚化劑的滲透；(b)催化環(huán)氧烷烴的醚化反應，和(c)作為鹵代烷的反應物。不與堿的水溶液接觸的紙漿部分不參加反應，從而仍保持為不溶部分。因此，堿纖維素的均勻性與堿纖維素中不溶部分的量有關(guān)。
廣泛用于制備堿纖維素的方法，包括經(jīng)審查的日本專利申請公布號60-50801/1985或未經(jīng)審查的日本專利申請公布號56-2302/1981所描述的方法，其中將醚化必需量的堿加入經(jīng)粉碎紙漿得到的紙漿粉末中，然后機械混合。但該方法中，堿未被分布到紙漿粉末的所有部分中，從而使紙漿粉末的某些部分仍未與堿接觸。其結(jié)果，導致某些部分不能成為纖維素醚，仍作為未反應的物質(zhì)存在于產(chǎn)品中，并損害纖維素醚的質(zhì)量。因此，該方法能引起問題。
為了避免引起該問題，一種方法包括的步驟是在過量的堿溶液中浸透紙漿片材，使紙漿吸收足量的堿，然后將浸透的片材進行壓按，除去不需要的部分堿，將堿控制在預定量。當該方法被工業(yè)化施行時，通常的習慣是使紙漿卷自由旋轉(zhuǎn)，方法是把支撐軸穿過卷的中心管，將其抬高從而提離地表，或者將紙漿卷放在滾筒上。然后，從紙漿卷中拉出片材，將其放入浸漬槽。但是，根據(jù)該方法，由于浸漬期間紙漿片材被拉力拉破，操作經(jīng)常中斷。另外，為了實現(xiàn)大量生產(chǎn)，需要巨大的浸漬槽，用于將紙漿片材在其中浸漬到預定的時間。因此，該方法有缺點，如必須給槽足夠的空間和不可避免的投資成本上升。另一方面，采用紙漿碎片時，其料塊有不規(guī)則的表面，從而在壓機壓按時，產(chǎn)生擠壓不均勻。不均勻擠壓造成的堿分布不均勻，損害了堿纖維素的質(zhì)量。
日本纖維素協(xié)會(Cellulose Society of Japan)編寫的“Encyclopediaof Cellulose”(2000年11月10日出版)第433頁，描述了纖維膠制備用的堿纖維素的制備方法，其步驟包括將紙漿加至堿性溶液中，形成稀粥樣漿料，并用漿料壓機擠壓漿料。雖然其克服了使用紙漿片材所致的缺點，但漿料壓機引起擠壓不均勻，從而因堿分布的不均勻而損害了堿纖維素質(zhì)量。另外，單用該方法，由于擠壓性能的局限，難以得到達到作為纖維素醚的原材料要求、堿含量相對較少的堿纖維素。因此，難以用該方法制備纖維素醚。
在經(jīng)審查的日本專利申請公布號3-73562/1991中，描述了一種制備具有所需組成的堿纖維素的方法，包括的步驟是用纖維素和過量的堿制備堿纖維素，然后用親水性溶劑清洗堿纖維素從而除去堿。但是，該方法需要巨大的設備和許多操作。另外，親水溶劑留在堿纖維素中，引起與醚化劑的副反應，從而降低了醚化劑的反應效率。需要中和清洗液或回收堿。因此，該方法難以工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高效地制備具有均勻堿分布的堿纖維素的方法。
由此，在本發(fā)明的一個方面中提供制備堿纖維素的方法，包括下列步驟在旋轉(zhuǎn)進料型接觸器中使紙漿與堿金屬氫氧化物溶液持續(xù)接觸以產(chǎn)生接觸混合物，并將該接觸混合物排水。
在本發(fā)明的另一個方面中，還提供制備纖維素醚的方法，包括使用由此制備的堿纖維素。
在本發(fā)明的另一個方面中，還提供用于制備堿纖維素的裝置，其包括旋轉(zhuǎn)進料型接觸器，其包含含至少一個入口和至少一個出口的環(huán)狀外殼，環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓(drum)，其能夠連接到所述入口和出口，可在所述外殼內(nèi)沿外殼作圓形旋轉(zhuǎn)，并具有布置在外殼內(nèi)部沿圓周方向的多個濾槽(filter cell)；和濾液排出導管，其沿直徑方向置于所述環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，能夠連接到各濾槽的濾器并收集通過所述濾器的濾液，其中被導入入口的紙漿和金屬氫氧化物溶液，在各個濾槽內(nèi)彼此接觸產(chǎn)生接觸混合物同時能夠循環(huán)運動，通過濾器的接觸混合物的液體部分被收集在濾液排出導管中，而該接觸混合物的固體部分作為料塊從出口被排出；以及用于對由此從出口排放的料塊進行排水的排水器。
根據(jù)本發(fā)明，能夠高效地制備具有均勻堿分布的堿纖維素。由此，能夠高效地制備具有高透明度的纖維素醚。


圖1顯示一旋轉(zhuǎn)過濾型接觸器，在其轉(zhuǎn)子部分裝有濾器。
具體實施例方式
本發(fā)明中所用紙漿可優(yōu)選地為粉末或碎片的形式。
通過粉碎紙漿片材可以獲得紙漿粉末，其是粉末的形式。紙漿粉末的平均粒度通?？梢允?，但是不限于，10到1,000μm。雖然在紙漿粉末的制備方法上并沒有加以限制，但是可使用粉碎機如切碎機和錘磨機。
雖然對紙漿碎片的制備方法沒有限制，但紙漿碎片可以用已知的剪切設備例如切割機(slitter cutter)切割紙漿片材來制備。從投資費用的觀點看，連續(xù)的剪切設備可能是有利的。
碎片的平面面積可以通常為4到10,000mm2，特別是優(yōu)選為10到2,500mm2。制備平面面積小于4mm2的碎片可能是困難的。平面面積大于10,000mm2的碎片可能會給例如導入旋轉(zhuǎn)進料型接觸器、在接觸器內(nèi)部轉(zhuǎn)移、及導入排水器等操作帶來困難。將紙漿碎片看作六面體，則碎片的平面面積是該六面體碎片的六個面的面積中最大的面積。
旋轉(zhuǎn)進料型接觸器通常在包含數(shù)個葉片5的外殼中旋轉(zhuǎn)，葉片5旋轉(zhuǎn)時葉片尖端接近外殼或設置在外殼中的分隔件。旋轉(zhuǎn)進料型接觸器持續(xù)地執(zhí)行操作，操作包括下列步驟導入原料紙漿和堿金屬氫氧化物溶液到兩片葉片之間，以預定的角旋轉(zhuǎn)，然后排出內(nèi)含物。根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)進料型接觸器可優(yōu)選地具有能自由改變的轉(zhuǎn)速。通過改變轉(zhuǎn)速，可以改變紙漿與堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸時間，這樣目標堿纖維素中堿與纖維素的比值可以被控制。
根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)進料型接觸器可優(yōu)選地是旋轉(zhuǎn)進料器，特別優(yōu)選是旋轉(zhuǎn)過濾型的，其在環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓中包含濾槽，如圖1所示。更具體地，旋轉(zhuǎn)濾器1包含固定外殼2和能夠在外殼中旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓34。
外殼2可以被分隔件4分割為多個工作室。圖1中所示的例子包括A到E5個室。每個分隔件可以被氣壓壓在環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓3上?；顒拥牟糠挚梢杂脧椥泽w密封框(hermetic frame)或膜密封件密封。相對于固定外殼2旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓3的側(cè)面的密封可以用圖1未顯示的填料函(壓蓋填料)來實現(xiàn)。在工作室A到E中分別設置連接導管(a)到(e)。
環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓3可以被沿圓周方向的分隔環(huán)(partition ring)和沿直徑方向的葉片5分成濾槽6(過濾單元)。各個濾槽內(nèi)可固定有濾網(wǎng)(篩網(wǎng))。濾網(wǎng)(篩網(wǎng))的開孔大小可以根據(jù)堿纖維素的種類改變，但優(yōu)選可以為0.01-20mm。
來自這些濾槽的濾液可以通過濾液導管7到達旋轉(zhuǎn)濾器1之外。工作室E可具有刮板8和平噴嘴9用于將洗滌溶液例如堿金屬氫氧化物溶液噴到濾網(wǎng)上以防止濾網(wǎng)孔堵塞。刮板可具有延伸臂。當延伸臂被延伸時，它伸到濾槽濾器中刮掉料塊。當其收縮時，它可被容納在工作室中以避免與葉片碰撞。
紙漿可通過連接導管(a)被導入，而堿溶液可以從選自連接導管(a)、(b)、(c)和(d)的至少一個噴嘴提供。當使用連接導管(a)時，紙漿和堿金屬氫氧化物溶液可以預先混合后作為漿液導入。在導入前的混合中使紙漿和堿金屬氫氧化物溶液相互接觸，從而混合中接觸的時間可以被控制。
當空濾槽到達具有連接導管(a)的室時，從連接導管(a)進料的紙漿或紙漿與堿金屬氫氧化物溶液的混合物可以被加到空濾槽中并沿旋轉(zhuǎn)方向輸送。由于濾槽在其底部可具有濾器，一部分堿金屬氫氧化物溶液穿過濾器和濾管7，然后經(jīng)過該室專用的排出導管排出系統(tǒng)外。當濾槽到達下面的連接導管(b)、(c)…的每一個時，從上述各個連接導管送入的堿金屬氫氧化物溶液進入該濾槽。它們的一部分類似地穿過濾器和濾管7，然后經(jīng)過各個室專用的排出導管排出系統(tǒng)外。內(nèi)含物從室E排出送到排水步驟。
當一個室的排出導管的出口關(guān)閉時，由于濾液無處可去，堿金屬氫氧化物溶液充滿該室而不穿過濾器。穿過濾器的堿金屬氫氧化物溶液可以回收。
優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)進料型接觸器可以自由地控制堿金屬氫氧化物溶液的溫度或接觸時間。堿纖維素的組成根據(jù)紙漿吸收堿金屬氫氧化物溶液的速率而變化，而該吸收速率可以通過控制堿金屬氫氧化物溶液的溫度和接觸保留時間來調(diào)整。因此，能夠控制它的裝置可以生產(chǎn)具有所需組成的堿纖維素。
雖然堿金屬氫氧化物溶液的溫度可以用已知的技術(shù)控制，但可以優(yōu)選使用熱交換器。熱交換器可裝在旋轉(zhuǎn)進料器的內(nèi)部或外部。雖然對堿金屬氫氧化物溶液的溫度沒有具體限制，其可調(diào)節(jié)為20到80℃。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)進料型接觸器能夠進行連續(xù)處理。連續(xù)式裝置的尺寸可以做得比分批式系統(tǒng)裝置更小，因此從節(jié)約空間的觀點看是有利的。
接觸時間優(yōu)選地可以通過改變旋轉(zhuǎn)進料器的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。
旋轉(zhuǎn)進料器的轉(zhuǎn)速可以優(yōu)選地為1到3,000rph，特別是優(yōu)選為8到1,500rph。當轉(zhuǎn)速小于1rph時，設備可能變得不切實際的大。當轉(zhuǎn)速大于3,000rph時，吸收量的控制會變得困難。
紙漿和堿金屬氫氧化物溶液的接觸時間優(yōu)選地可以為1秒到15分鐘，特別是優(yōu)選為2秒到2分鐘。當接觸時間少于1秒時，吸收量的控制會非常困難。當接觸時間多于15分鐘時，裝置可能過大而降低生產(chǎn)率。另外，紙漿可能會吸收過多量的堿，使得任何排水器均難于制備具有適于制備纖維素醚的所需組成的堿纖維素。
堿金屬氫氧化物溶液優(yōu)選地可以以能夠充分地濕潤紙漿或堿纖維素的量導入室內(nèi)。每連接導管導入的堿金屬氫氧化物溶液的量相對于紙漿的重量優(yōu)選可以為1L/kg或更高，特別是優(yōu)選為10L/kg或更高。其上限可以為10,000L/kg。
優(yōu)選地，可以對旋轉(zhuǎn)進料型接觸器抽真空或用氮吹掃以防止在氧存在下堿纖維素的聚合度降低。如果在氧存在下同時希望控制聚合度，則可優(yōu)選為具有能夠控制氧量的結(jié)構(gòu)的接觸器。
對用于本發(fā)明的堿金屬氫氧化物溶液沒有具體限制，只要使用它能夠得到堿纖維素?？梢詢?yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液，從經(jīng)濟的觀點看特別優(yōu)選前者。溶液的濃度可優(yōu)選23到60％重量，特別優(yōu)選35到55％重量。當濃度小于23％重量時在經(jīng)濟上可能是不利的，因為在后續(xù)的纖維素醚制備中醚化劑和水之間可能發(fā)生副反應。另外，可能不會得到具有所需取代度的纖維素醚，而且如此制備的纖維素醚的水溶液的透明度可能較差。當濃度大于60％重量時，由于粘度上升，溶液可能不容易操作。用于與紙漿接觸的堿金屬氫氧化物溶液的濃度可優(yōu)選地保持恒定，以穩(wěn)定堿纖維素的組成并確保纖維素醚的透明度。
根據(jù)本發(fā)明，即使不使用惰性溶劑，例如優(yōu)選具有1到4個碳的低級醇，也可以改善堿分布的均勻性。但是，使用這樣的溶劑并不造成任何問題。使用這樣的溶劑可以改善堿分布的均勻性和堿纖維素的堆積密度。
根據(jù)本發(fā)明，在旋轉(zhuǎn)進料型接觸器中使紙漿和堿金屬氫氧化物溶液相互接觸后，使用排水器例如壓榨機從接觸混合物中除去過量的堿金屬氫氧化物溶液，以得到堿纖維素。
排水器可以包括利用離心力的排水器，例如傾析器或轉(zhuǎn)籃(rotating basket)；機械排水器，例如輥式、V型盤式壓機或螺旋壓機；以及真空過濾器。從均勻排水的觀點來看，可優(yōu)選使用利用離心力的排水器。此外，可以優(yōu)選的是，排水器可以進行連續(xù)的處理。實例可包括螺旋排料型離心脫水器、擠壓板(extrusion plate)型離心分離器及傾析器。在利用離心力的排水器中，可以通過調(diào)節(jié)排水器的轉(zhuǎn)速達到所需的排水度。在機械排水器和真空過濾器中，可以分別通過調(diào)節(jié)排水壓力和真空度來達到所需的排水度。
通過排水回收的堿溶液可以再循環(huán)。當其再循環(huán)時，可以優(yōu)選將堿金屬氫氧化物溶液連續(xù)供給至系統(tǒng)，其用量等于從系統(tǒng)取出用于堿纖維素的堿金屬氫氧化物溶液的量。在這種情況下，可將經(jīng)排水而回收的堿溶液一次性轉(zhuǎn)到槽中，然后將其從槽中進料至裝置中用于接觸，而后加入新的堿金屬氫氧化物溶液，從而保持該槽的恒定液面。
當循環(huán)使用通過排水回收的堿溶液時，可以特別優(yōu)選的是，將具有帶孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器與具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器一起使用。這樣可能防止具有帶孔轉(zhuǎn)子的離心分離器的堵塞以及防止因此造成的離心分離器的過濾失敗或振動。首先，通過使用裝備有帶孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器，將由紙漿與堿金屬氫氧化物溶液接觸得到的混合物分離為液體和固體。然后，使用具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器將被分離的液體中的細粒固體進行進一步的分離?？梢詫⒂删哂袔Э邹D(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器分離的一部分或全部的液體直接引入到具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器中?；蛘撸梢詫⑵浞湃氲讲壑?，然后再引入到具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器中。通過具有無孔轉(zhuǎn)子的連續(xù)式離心分離器從分離的液體中回收的固體可以作為堿纖維素使用。
連續(xù)式離心分離器可以根據(jù)紙漿與堿金屬氫氧化物溶液之間的接觸時間和接觸溫度以及必要的排水度來控制旋轉(zhuǎn)次數(shù)。換句話來說，連續(xù)式離心分離器可以控制離心效應。離心效應的控制可以保持堿金屬氫氧化物溶液濃度的恒定，所述溶液被重復供給與紙漿接觸。從而可以得到具有高透明度的纖維素醚。當在目前的操作下增大接觸時間和/或接觸溫度時，離心效應可能降低。當降低接觸時間和/或接觸溫度時，離心效應可能增大?？梢詢?yōu)選將堿金屬氫氧化物溶液的濃度變化保持在±10％之內(nèi)，特別優(yōu)選±5％之內(nèi)。
順便提及，離心效應為表示離心力大小的數(shù)值，以離心力與重力之比給出該值(參見“New Edition Chemical Engineering DictionaryEdited by Society for Chemical Engineers，Japan”，1974年5月30日出版)。下面的方程式代表離心效應Z。
Z＝(ω2r)/g＝V2(gr)＝π2N2r/(900g)其中“r”代表轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)直徑(單位m)，“ω”代表轉(zhuǎn)子的角速率(單位rad/sec)，“V”代表轉(zhuǎn)子的圓周速率(單位m/sec)，“N”代表轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)(單位rpm)，“g”代表重力加速度(單位m/sec2)。
通過排水得到的料塊中所包含的堿金屬氫氧化物與紙漿所包含的固體部分之間的重量比(堿金屬氫氧化物/紙漿中的固體部分)可以優(yōu)選為0.3至1.5，更優(yōu)選為0.65至1.30，還更優(yōu)選為0.90至1.30。當該重量比落在0.3至1.5的范圍內(nèi)時，由此得到的纖維素醚具有改善的透明度。除了作為主成分的纖維素之外，紙漿中的固體部分還可以包括半纖維素、木質(zhì)素、諸如樹脂的有機物以及諸如Se和Fe成分的無機物。
可以通過下面的滴定法確定(堿金屬氫氧化物)/(紙漿中的固體部分)的重量比。
首先，取4.00g料塊作為樣品，通過中和滴定(0.5mol/L H2SO4，指示劑酚酞)來確定在料塊中包含的堿金屬氫氧化物的重量百分比(重量％)。以類似的方式進行空白試驗。
堿金屬氫氧化物重量％＝(當量因子(normality factor))×{(H2SO4滴定量(ml))-(空白試驗中H2SO4滴定量(ml))}使用料塊中所含堿金屬氫氧化物的重量％值，然后根據(jù)下面的方程式確定堿金屬氫氧化物與紙漿中所包含的固體部分之間的重量比(堿金屬氫氧化物重量)/(紙漿中固體部分的重量)＝(堿金屬氫氧化物重量％)÷[{100-(堿金屬氫氧化物重量％)/(B/100)}×(S/100)]。
在上述方程中，“B”代表堿金屬氫氧化物溶液的濃度(重量％)，“S”代表紙漿中固體部分的濃度(重量％)。用105℃時大約2g紙漿樣品干燥2小時后剩余的重量除以紙漿樣品的重量，獲得紙漿中固體部分的濃度，用重量百分數(shù)表示。
測量紙漿到旋轉(zhuǎn)進料型輸送器的進料速率；排水之后堿纖維素的回收率；或堿金屬氫氧化物溶液的消耗速率。在此堿纖維素的組成是基于它們的重量比計算的。可以控制接觸時間、旋轉(zhuǎn)進料型輸送器中堿金屬氫氧化物溶液的溫度或諸如擠壓壓力的排水度，從而使計算的組成與目標組成一致?？梢詫⑸厦婷枋龅臏y量、計算及控制操作自動化進行。
堿纖維素的組成可以通過由堿纖維素得到的纖維素醚的醚化度，即摩爾取代度或值，來確定。
使用通過上面描述的制備方法得到的堿纖維素為原材料，可以以已知的方式制備纖維素醚。
反應方法可以包括間歇式或連續(xù)式。根據(jù)本發(fā)明采用連續(xù)式制備堿纖維素，因此優(yōu)選連續(xù)式制備纖維素醚，但間歇式也是可行的。
在間歇式中，可以將從排水器中排出的堿纖維素儲存在緩沖槽中，或直接裝入到醚化反應器中?？梢詢?yōu)選將堿纖維素儲存在緩沖槽中，然后在短時間內(nèi)將堿纖維素裝入到反應容器中，以減少其在醚化反應器中的占據(jù)時間。這將導致產(chǎn)率的增加。優(yōu)選將緩沖槽抽空或用氮吹掃，從而在其中形成無氧氣氛，從而可以抑制聚合度的降低。
以所得堿纖維素為原料可以獲得的纖維素醚的實例可包括烷基纖維素、羥烷基纖維素、羥烷基烷基纖維素及羧甲基纖維素。
烷基纖維素的實例可以包括具有1.0至2.2(D.S.)的甲氧基基團的甲基纖維素，和具有2.0至2.6(D.S.)的乙氧基基團的乙基纖維素。應注意的是，D.S.(取代度)系指在無水葡萄糖單位中被取代的羥基基團的平均數(shù)，而M.S.(摩爾取代)系指在無水葡萄糖單位中取代基的平均數(shù)。
羥烷基纖維素的實例可以包括具有0.05至3.0(M.S.)的羥乙氧基基團的羥乙基纖維素、和具有0.05至3.3(M.S.)的羥丙氧基基團的羥丙基纖維素。
羥烷基烷基纖維素的實例可以包括具有1.0至2.2(D.S.)的甲氧基基團和0.1至0.6(M.S.)的羥乙氧基基團的羥乙基甲基纖維素、具有1.0至2.2(D.S.)的甲氧基基團和0.1至0.6(M.S.)的羥丙氧基基團的羥丙基甲基纖維素、以及具有1.0至2.2(D.S.)的乙氧基基團和0.1至0.6(M.S.)的羥乙氧基基團的羥乙基乙基纖維素。
還可以給出具有0.2至2.2(D.S.)的羧甲氧基基團的羧甲基纖維素作為纖維素醚的實例。
醚化劑的實例可以包括鹵代烷，如氯甲烷和氯乙烷；環(huán)氧烷烴如環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷；以及一氯乙酸。
實施例下面用實施例對本發(fā)明作進一步描述。不應理解為本發(fā)明被這些實施例所限制或僅限于這些實施例。
實施例1安裝一旋轉(zhuǎn)進料型裝置(旋轉(zhuǎn)濾器)，其具有轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑240mm，室高15mm，室寬100mm，濾網(wǎng)尺寸0.08mm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速設為75rph。從連接導管(a)以15kg/hr的速率導入4mm見方的紙漿碎片，其具有93重量％的固體濃度。從各個噴嘴(b)、(c)和(d)以150L/hr的速率裝入40℃的49重量％氫氧化鈉水溶液。
旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的出口與V形盤式壓機相連。從旋轉(zhuǎn)進料型接觸器排出的紙漿碎片與氫氧化鈉溶液的接觸混合物被連續(xù)地排水。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.25。
實施例2以與實施例1相似的方式制備堿纖維素，除了轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速設為110rph，且旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的出口連接于作為排水器的、離心效應為600的螺旋排料型離心脫水器。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.00。
實施例3將實施例1中得到的堿纖維素(20kg)置于耐壓反應器中。抽真空后，加入11kg氯甲烷和2.7kg環(huán)氧丙烷進行反應。將反應產(chǎn)物洗滌、干燥并粉碎得到羥丙基甲基纖維素。所得羥丙基甲基纖維素具有1.90的甲氧基(DS)和0.24(MS)的羥丙氧基。該羥丙基甲基纖維素的2％水溶液在20℃具有10,000mPa·S的粘度。用光電比色計“PC-50”、比色皿長度20mm、可見光測量該羥丙基甲基纖維素的2重量％水溶液在20℃的透光率為98.0％。
實施例4安裝了和實施例1相同的旋轉(zhuǎn)進料型接觸器。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速設為110rph。從連接導管(a)以15kg/hr的速率導入4mm見方的紙漿碎片，其具有93重量％的固體濃度。從各個噴嘴(b)、(c)和(d)以150L/hr的速率進料40℃的44重量％氫氧化鈉水溶液。旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的出口與作為排水器的螺旋排料型離心脫水器相連。從旋轉(zhuǎn)進料型接觸器排出的紙漿碎片和氫氧化鈉溶液的接觸混合物以600的離心效應被連續(xù)地排水。這樣被分離的液體由槽接收并再循環(huán)用于和紙漿接觸。將49重量％的氫氧化鈉水溶液連續(xù)進料至所述槽中，以保持槽內(nèi)的溶液水平恒定。槽內(nèi)溶液的濃度保持在44重量％。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.00。
在耐壓反應器中裝入以纖維素含量計5.5kg的由此獲得的堿纖維素。抽真空以后，加入9kg氯甲烷和1.4kg環(huán)氧丙烷進行反應。將反應產(chǎn)物洗滌、干燥并粉碎得到羥丙基甲基纖維素。所得纖維素醚的取代度、該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的透光率都在表1顯示。用光電比色計“PC-50”、比色皿長度20mm、可見光測量其2重量％水溶液在20℃下的透光率。
實施例5安裝了和實施例1相同的旋轉(zhuǎn)進料型接觸器。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速設為110rph。從連接導管(a)以15kg/hr的速率導入4mm見方的紙漿碎片，其具有93重量％的固體濃度。從各個噴嘴(b)、(c)和(d)以150L/hr的速率進料40℃的44重量％氫氧化鈉水溶液。旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的出口與作為排水器的螺旋排料型離心脫水器相連。從旋轉(zhuǎn)進料型接觸器排出的紙漿碎片和氫氧化鈉溶液的接觸混合物以600的離心效應被連續(xù)地排水。這樣被分離的液體由槽接收，并通過泵被送到以離心效應2500運行中的傾析器，在這里微細的固體被收集。將這樣收集的微細固體與堿纖維素混合。通過了傾析器的液體回到槽中并被再循環(huán)用于與紙漿接觸。將49重量％的氫氧化鈉水溶液連續(xù)送入該槽，以保持槽內(nèi)的溶液水平恒定。槽內(nèi)溶液的濃度保持在44重量％。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.00。
在耐壓反應器中裝入以纖維素含量計5.5kg的由此獲得的堿纖維素。抽真空以后，加入9kg氯甲烷和1.4kg環(huán)氧丙烷進行反應。將反應產(chǎn)物洗滌、干燥并粉碎得到羥丙基甲基纖維素。所得纖維素醚的取代度、該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度，及該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的透光率都在表1顯示。用光電比色計“PC-50”、比色皿長20mm及可見光測量其2重量％水溶液在20℃下的透光率。
實施例6以與實施例5相似的方式得到堿纖維素，除了所述44重量％的氫氧化鈉溶液的溫度改為20℃且螺旋排料型離心脫水器的離心效應改為1000。槽內(nèi)氫氧化鈉溶液的濃度保持在44重量％。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為0.60。
以與實施例5類似的方式制備纖維素醚，除了加入的是6.5kg氯甲烷和1.2kg環(huán)氧丙烷。該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度和其2重量％水溶液在20℃下的透光率在表1中顯示。
實施例7以與實施例5相似的方式得到堿纖維素，除了旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速改為75rph，螺旋排料型離心脫水器的離心效應改為300。槽內(nèi)氫氧化鈉溶液的濃度保持在44重量％。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.25。
以與實施例5類似的方式制備纖維素醚，除了加入的是11kg氯甲烷和2.7kg環(huán)氧丙烷。該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度和其2重量％水溶液在20℃下的透光率在表1中顯示。
實施例8以與實施例4相似的方式得到堿纖維素，除了旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速改為75rph。螺旋排料型離心脫水器的離心效應仍為600。槽內(nèi)氫氧化鈉溶液的濃度變成46重量％。由此得到的堿纖維素中所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比，由滴定法確定為1.25。
以與實施例5類似的方式制備纖維素醚，除了加入的是11kg氯甲烷和2.7kg環(huán)氧丙烷。該纖維素醚的2重量％水溶液在20℃下的粘度和其2重量％水溶液在20℃下的透光率在表1中顯示。
表1

權(quán)利要求
1.一種制備堿纖維素的方法，包括下列步驟在旋轉(zhuǎn)進料型接觸器中使紙漿與堿金屬氫氧化物溶液持續(xù)接觸，以產(chǎn)生接觸混合物，和將該接觸混合物排水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備堿纖維素的方法，其中排水步驟中得到的料塊所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比是0.3到1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制備堿纖維素的方法，其中排水步驟中得到的料塊所含的堿金屬氫氧化物與紙漿所含的固體部分的重量比是通過改變旋轉(zhuǎn)進料型接觸器的旋轉(zhuǎn)進料器的轉(zhuǎn)速而控制的。
4.一種制備纖維素醚的方法，包括使用由權(quán)利要求1到3任一項的方法所制備的堿纖維素。
5.一種用于制備堿纖維素的裝置，其包括旋轉(zhuǎn)進料型接觸器，包含含至少一個入口和至少一個出口的環(huán)狀外殼，環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓，其能夠連接到所述入口和出口，可在所述外殼內(nèi)沿外殼作圓形旋轉(zhuǎn)，并包含沿圓周方向布置的多個濾槽；和濾液排出導管，其沿直徑方向設置于所述環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，可以連接到每個濾槽中的濾器，并收集通過濾器的濾液；其中被導入入口的紙漿和堿金屬氫氧化物溶液，當其在各個濾槽內(nèi)彼此接觸以產(chǎn)生接觸混合物的同時可以循環(huán)運動，通過濾器的接觸混合物的液體部分被收集在濾液排出導管中，而該接觸混合物的固體部分作為料塊從出口被排出；以及用于將料塊排水的排水器。
全文摘要
提供一種高效地制備其中具有均勻堿分布的堿纖維素的方法。更具體地，提供一種制備堿纖維素的方法，包括在旋轉(zhuǎn)進料型接觸器中使紙漿與堿金屬氫氧化物溶液持續(xù)接觸以產(chǎn)生接觸混合物，并將該接觸混合物排水的步驟；以及一種制備纖維素醚的方法，包括使用這樣制備的堿纖維素；一種用于制備堿纖維素的裝置，包括旋轉(zhuǎn)進料器，包括含入口和出口的環(huán)狀外殼；環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓，其能在所述外殼內(nèi)沿外殼作圓形旋轉(zhuǎn)，并包含沿圓周方向布置的多個濾槽；和濾液排出導管，其沿直徑方向設置于所述環(huán)狀接觸轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，并收集通過濾器的濾液；以及用來對接觸器排出的料塊進行排水的排水器。
文檔編號C08B11/00GK1990506SQ20061015679
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者成田光男, 田畑正樹, 吉田敦, 梅澤宏 申請人:信越化學工業(yè)株式會社