使含水的低取代羥丙基纖維素脫水的方法以及用其制備低取代羥丙基纖維素的方法
【專利摘要】目標(biāo)為減少含水的低取代羥丙基纖維素(L-HPC)的干燥步驟中的能量負(fù)擔(dān)、降低通過脫水而獲得的塊狀物的含水量等。更具體地，提供了通過將含水的L-HPC供給至與壓縮型脫水機(jī)的入口連接的螺旋輸送機(jī)而用該壓縮型脫水機(jī)使含水的L-HPC脫水的方法，其包括步驟：開始輸送機(jī)的操作以用含水的L-HPC填充輸送機(jī)和脫水機(jī)，開始經(jīng)填充的脫水機(jī)的操作，并向輸送機(jī)供給含水的L-HPC，同時(shí)從脫水機(jī)的出口排出經(jīng)脫水的L-HPC，其中基于纖維素醚的凈重量，向輸送機(jī)供給含水的L-HPC的進(jìn)料速率等于排出經(jīng)脫水的L-HPC的卸料速率；以及使用上述方法制備L-HPC的方法。
【專利說(shuō)明】使含水的低取代羥丙基纖維素脫水的方法以及用其制備低 取代羥丙基纖維素的方法
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及通過將螺旋輸送機(jī)與壓縮型脫水機(jī)的入口連接來(lái)使含水的低取代羥 丙基纖維素脫水的方法，以及通過使用該脫水方法制備低取代羥丙基纖維素的方法。
[0004] 2.相關(guān)技術(shù)描述
[0005] 低取代羥丙基纖維素是由于低取代度而不溶于水但在水中溶脹的纖維素醚。通過 使粉末、碎屑或片形式的纖維素與環(huán)氧丙烷在堿的存在下反應(yīng)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物溶解、中和 并洗滌，從而工業(yè)生產(chǎn)低取代羥丙基纖維素。
[0006] 通常通過使用連續(xù)水平真空過濾機(jī)、平面過濾機(jī)或水平帶式過濾機(jī)來(lái)相繼進(jìn)行洗 滌步驟。在洗滌之后，使經(jīng)過濾的低取代羥丙基纖維素進(jìn)行壓縮型脫水，從而減輕干燥機(jī)的 負(fù)擔(dān)并降低以副產(chǎn)物形式形成的水溶性鹽的量。
[0007] JP 08-231602A描述了通過主要使用V-形盤式壓榨機(jī)（其為壓縮型脫水機(jī)）來(lái)使 水溶性纖維素醚脫水的方法。根據(jù)JP 08-231602A，該方法可以降低經(jīng)脫水的水溶性纖維素 醚的含水量，甚至降低至35重量％至40重量％。
[0008] 發(fā)明概沭
[0009] 當(dāng)本發(fā)明人通過使用JP 08-231602A所述的V-形盤式壓榨機(jī)（其為連續(xù)的壓縮 型脫水機(jī)）來(lái)使低取代羥丙基纖維素脫水時(shí)，脫水后的塊狀物（cake)的含水量是脫水前的 含水量的最低80重量％。盡管V-形盤式壓榨機(jī)轉(zhuǎn)速的提升改善了吞吐量，但通過脫水而 獲得的塊狀物似乎由于在盤式壓榨機(jī)中停留的時(shí)間減少而具有較高的含水量。
[0010] 鑒于前述，完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的是減少在干燥含水的低取代羥丙基纖維素 的步驟中的能量負(fù)擔(dān)、降低通過脫水而獲得的塊狀物的含水量、以及改善脫水機(jī)的生產(chǎn)率 和吞吐量。
[0011] 作為為實(shí)現(xiàn)上述目的而進(jìn)行的廣泛研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮型脫水機(jī)填 充有不溶于水的低取代羥丙基纖維素并且填充率低時(shí)，脫水不能與水溶性纖維素醚的脫水 一樣高。這是因?yàn)榕c水溶脹的低取代羥丙基纖維素漂浮在壓縮型脫水機(jī)內(nèi)的上部中，不被 充分地壓縮。注意到壓縮型脫水機(jī)的填充率，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過改變含水的低取代羥丙基 纖維素的供給方法能實(shí)現(xiàn)經(jīng)脫水而獲得的塊狀物的含水量的降低及吞吐量的改善，并完成 本發(fā)明。
[0012] 在本發(fā)明的一方面，提供了通過將含水的低取代羥丙基纖維素供給至與壓縮型脫 水機(jī)的入口連接的螺旋輸送機(jī)來(lái)用該壓縮型脫水機(jī)是該含水的低取代羥丙基纖維素脫水 的方法，其包括以下步驟：開始所述螺旋輸送機(jī)的操作以用含水的低取代羥丙基纖維素填 充該螺旋輸送機(jī)和壓縮型脫水機(jī)，開始經(jīng)填充的壓縮型脫水機(jī)的操作，并向螺旋輸送機(jī)供 給含水的低取代羥丙基纖維素，同時(shí)從壓縮型脫水機(jī)的出口排出經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖 維素，其中基于纖維素醚的凈重量，向螺旋輸送機(jī)供給含水的低取代羥丙基纖維素的進(jìn)料 速率等于排出經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖維素的卸料速率。在本發(fā)明的另一方面，提供了制 備低取代羥丙基纖維素的方法，其包括以下步驟：使堿纖維素與環(huán)氧丙烷反應(yīng)以獲得粗制 的低取代羥丙基纖維素，洗滌所述粗制的低取代羥丙基纖維素以獲得含水的低取代羥丙基 纖維素，通過使用上述脫水方法來(lái)使所述含水的低取代羥丙基纖維素脫水，并干燥經(jīng)脫水 的低取代羥丙基纖維素。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，與常規(guī)方法相比，可以降低通過含水的低取代羥丙基纖維素的脫水 而獲得的塊狀物的含水量，同時(shí)可以增加吞吐量，并且可以降低在后續(xù)的干燥步驟中使用 的蒸汽量。
[0014] 優(yōu)詵實(shí)施方案的詳沭
[0015] 接下來(lái)描述通過使用原料紙漿制備低取代羥丙基纖維素的方法。
[0016] 原料紙漿可包含木漿和棉絨漿。
[0017] 可以將原料紙漿浸入濃度優(yōu)選為20重量％至60重量％的堿性水溶液中，然后壓 縮以除去過量的堿金屬氫氧化物水溶液，從而獲得具有期望組成的堿纖維素。
[0018] 通過充分混合使堿纖維素與環(huán)氧丙烷反應(yīng)。環(huán)氧丙烷的用量?jī)?yōu)選為每摩爾的纖維 素使用0. 15摩爾至2. 0摩爾環(huán)氧丙烷?？梢酝ㄟ^使用以下任一方法來(lái)實(shí)施環(huán)氧丙烷的混 合：一次性添加所需量的全部的環(huán)氧丙烷的方法、將所需量分為兩份以上再進(jìn)行兩次以上 的添加的方法、以及以連續(xù)方式添加所需量的方法。
[0019] 在由此獲得的低取代羥丙基纖維素中，用作催化劑的堿得到保留，因此用酸來(lái)將 其中和。例如，通過將粗制反應(yīng)產(chǎn)物放入含酸的水中（優(yōu)選20°C至60°C)來(lái)實(shí)施中和，其 中所述酸的量為所述堿的量的化學(xué)計(jì)量。所用的酸的實(shí)例包括：無(wú)機(jī)酸，例如鹽酸、硫酸和 硝酸；以及有機(jī)酸，例如甲酸和乙酸。
[0020] 在用酸中和之后，可以實(shí)施任選的洗滌。在洗滌步驟中，通過利用低取代羥丙基 纖維素的水不溶性，可使用水、優(yōu)選熱水（優(yōu)選70°c至KKTC )來(lái)洗掉諸如氯化鈉的副產(chǎn) 物。通常通過使用連續(xù)水平真空過濾機(jī)、平面過濾機(jī)或水平帶式過濾機(jī)來(lái)相繼地進(jìn)行這種 洗漆。
[0021] 然后，將由此獲得的含水的低取代羥丙基纖維素脫水。考慮到對(duì)后續(xù)進(jìn)行的干燥 步驟的負(fù)擔(dān)，脫水前的含水的低取代羥丙基纖維素的含水量?jī)?yōu)選為85重量％至95重量％。 本文所用的術(shù)語(yǔ)"含水量"表示在含水的低取代羥丙基纖維素的重量中所含的水重量的百 分比。對(duì)于脫水，使用壓縮型脫水機(jī)。壓縮型脫水機(jī)是裝備有用于擠壓待脫水的材料的滾筒 或篩的設(shè)備，并且向該材料施加壓力以進(jìn)行脫水?？缮藤?gòu)的脫水機(jī)的實(shí)例包括螺旋壓榨機(jī) (由 Tsukishima Techno Machinery Co. ,Ltd.生產(chǎn)）和 V-形盤式壓榨機(jī)（Flow Dynamics 生產(chǎn)的"Asahi Press")。從以下角度來(lái)看，篩型V-形盤式壓榨機(jī)是優(yōu)選的：含水的低取代 羥丙基纖維素的性質(zhì)、設(shè)備的吞吐量以及含水的低取代羥丙基纖維素自身可用作過濾材料 的事實(shí)。
[0022] 在V-形盤式壓榨機(jī)中，借助于使篩子之間的距離隨旋轉(zhuǎn)而降低的一對(duì)盤形篩子 來(lái)實(shí)施脫水。這些篩子具有孔，水通過該孔，并且收集已通過這些篩子的孔的水。另一方面， 將低取代羥丙基纖維素從旋轉(zhuǎn)的盤式壓榨機(jī)排出中并進(jìn)行收集。從V-形盤式壓榨機(jī)中的 填充率的角度來(lái)看，V-形盤式壓榨機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為I. Orpm至2. 5rpm，更優(yōu)選為I. 5rpm至 2. Orpm0
[0023] 可以通過將螺旋輸送機(jī)（其為推入配合型設(shè)備）與壓縮型脫水機(jī)的入口連接，增 加該壓縮型脫水機(jī)中的填充率。該螺旋輸送機(jī)的吞吐量?jī)?yōu)選是V-形盤式壓榨機(jī)的吞吐量 的I. O倍至2. O倍。螺旋輸送機(jī)不受限制，只要其裝備有與其一起覆蓋軸的套管并能夠?qū)?含水的低取代羥丙基纖維素轉(zhuǎn)移至壓縮型脫水機(jī)的入口且將其放入壓縮型脫水機(jī)內(nèi)而不 在螺旋輸送機(jī)處產(chǎn)生損耗。
[0024] 更具體地，在實(shí)踐中，在用壓縮型脫水機(jī)脫水之前，經(jīng)由螺旋輸送機(jī)將作為待脫水 的材料的含水的低取代羥丙基纖維素供給至壓縮型脫水機(jī)內(nèi)。換言之，在壓縮型脫水機(jī)被 完全填充之后，壓縮型脫水機(jī)的入口處的壓強(qiáng)優(yōu)選達(dá)到〇. IOMPa至0. 25MPa，更優(yōu)選達(dá)到 0. 15MPa至0.20MPa，啟動(dòng)壓縮型脫水機(jī)進(jìn)行脫水操作。當(dāng)壓縮型脫水機(jī)的入口處的壓強(qiáng)小 于0. IOMPa時(shí)，可降低V-形盤式壓榨機(jī)中的含水的低取代羥丙基纖維素的填充率。當(dāng)壓強(qiáng) 大于0. 25MPa時(shí)，可發(fā)生含水的低取代羥丙基纖維素返回至螺旋輸送機(jī)，稱為"返混"。
[0025] 基于纖維素醚的凈重量，含水的低取代羥丙基纖維素向螺旋輸送機(jī)的入口的進(jìn)料 速率和卸料速率各自優(yōu)選為10kg/h至30kg/h，更優(yōu)選為20kg/h至25kg/h。
[0026] 然后，干燥經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖維素。在干燥步驟中，可以用諸如流化床干 燥機(jī)或鼓式干燥機(jī)的干燥機(jī)將其干燥。干燥溫度優(yōu)選為60°C至120°C，更優(yōu)選為80°C至 100°C。干燥時(shí)間根據(jù)溫度和經(jīng)脫水的纖維素醚的含水量而變化。干燥時(shí)間優(yōu)選為2小時(shí) 至5小時(shí)。因?yàn)樵谙惹暗拿撍襟E中降低了含水的低取代羥丙基纖維素的含水量，所以可 以大幅降低蒸汽量。
[0027] 已闡述了在由紙漿制備低取代羥丙基纖維素的方法中含水的低取代羥丙基纖維 素的脫水。然而，根據(jù)本發(fā)明，所述脫水不僅可以適用于低取代羥丙基纖維素，而且也可以 適用于全含水的低取代羥丙基纖維素。 實(shí)施例
[0028] 接下來(lái)通過實(shí)施例和比較例詳細(xì)描述本發(fā)明的含水的低取代羥丙基纖維素的脫 水。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 將漿板浸入35°C的43重量％氫氧化鈉水溶液中5秒，然后經(jīng)壓縮以除去過量的氫 氧化鈉水溶液，獲得堿纖維素。分別將氫氧化鈉與纖維素的重量比以及水與纖維素的重量 比調(diào)節(jié)至0. 55和0. 90。將由此獲得的堿纖維素用鋸片銑刀切碎，并放置在裝備有內(nèi)部攪拌 器的耐壓反應(yīng)器中。在用氮?dú)獬浞执祾叻磻?yīng)器之后，加入環(huán)氧丙烷（相對(duì)于纖維素的摩爾 比為0. 67)，并在50°C進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)。
[0031] 用33重量％的乙酸水溶液中和反應(yīng)產(chǎn)物中剩余的氫氧化鈉，然后將中和的產(chǎn)物 用95°C熱水洗滌并過濾，從而獲得含水量為90重量％的含水的低取代羥丙基纖維素作為 待脫水的材料。
[0032] 如下進(jìn)行脫水。首先，開始螺旋輸送機(jī)的操作，并經(jīng)由該螺旋輸送機(jī)，以基于纖維 素醚凈重的20kg/h的速率將含水的低取代羥丙基纖維素供給至V-形盤式壓榨機(jī)內(nèi)（由 Flow Dynamics生產(chǎn)的"Asahi Press")，一種壓縮型脫水機(jī)。當(dāng)V-形盤式壓榨機(jī)中的含水 的低取代羥丙基纖維素的填充率增加并且V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)達(dá)到0. 2MPa時(shí) (假設(shè)填充率為100%，因?yàn)閴簭?qiáng)不再增加），以I. 5rpm(bayer:0· 2)的轉(zhuǎn)速開始V-形盤式 壓榨機(jī)的操作，以便V-形盤式壓榨機(jī)的卸料速率變成20kg/h，基于纖維素醚的凈重量該卸 料速率等于進(jìn)料速率。將脫水持續(xù)約2小時(shí)，同時(shí)將V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)保持 在0. 2MPa。結(jié)果示于表1中。
[0033] 通過低取代羥丙基纖維素的脫水而獲得的塊狀物的含水量經(jīng)測(cè)定為待脫水材料 的含水量的70. 1重量％。在操作期間，沒有觀察到脫水程度的降低。
[0034] 此外，當(dāng)將比較例1中使用的蒸汽量認(rèn)為是1時(shí)，在干燥步驟中使用的蒸汽量為 0. 50。在比較例1中，采用常規(guī)脫水方法，通過脫水而獲得的塊狀物的含水量為待脫水材料 的含水量的82. 5重量％。因此，大幅降低了蒸汽量。
[0035] 比較例1
[0036] 將以與實(shí)施例1相同方式獲得的含水的低取代羥丙基纖維素供給至沒有與螺旋 輸送機(jī)連接的V-形盤式壓榨機(jī)，然后脫水。
[0037] 如下進(jìn)行脫水。以基于纖維素醚凈重的20kg/h的速率將含水的低取代羥丙基纖 維素（待脫水材料）供給至沒有與其連接的螺旋輸送機(jī)的V-形盤式壓榨機(jī)內(nèi)，并且通過利 用含水的低取代羥丙基纖維素自身重量來(lái)嘗試增加 V-形盤式壓榨機(jī)中含水的低取代羥丙 基纖維素的填充率。然而，單獨(dú)的自身重量不能增加 V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)，并 且進(jìn)料口處的壓強(qiáng)保持為OMPa。填充率低于使用螺旋輸送機(jī)時(shí)的填充率。然后，開始V-形 盤式壓榨機(jī)的操作，但基于纖維素醚的凈重量，卸料速率為12kg/h。脫水持續(xù)約2小時(shí)。結(jié) 果不于表1中。
[0038] 通過脫水而獲得的低取代羥丙基纖維素的塊狀物的含水量經(jīng)測(cè)定為待脫水材料 的含水量的82. 5重量％。
[0039] 比較例2
[0040] 首先開始螺旋輸送機(jī)的操作?；诶w維素醚的凈重量，以20kg/h的速率將以與實(shí) 施例1相同方式獲得的含水的低取代羥丙基纖維素供給至螺旋輸送機(jī)。在V-形盤式壓榨 機(jī)中含水的低取代羥丙基纖維素的填充率增加并且V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)達(dá)到 0. 2MPa時(shí)，開始V-形盤式壓榨機(jī)的操作。其以V-形盤式壓榨機(jī)的22. 5kg/h卸料速率（基 于纖維素醚的凈重量）和2. 3rpm (bayer: 0. 3)轉(zhuǎn)速來(lái)操作，以便V-形盤式壓榨機(jī)的入口處 的壓強(qiáng)變?yōu)椹? IMPa。將脫水持續(xù)約2小時(shí)，同時(shí)將V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)保持為 0. IMPa。結(jié)果不于表1中。
[0041] 通過脫水而獲得的低取代羥丙基纖維素的塊狀物的含水量經(jīng)測(cè)定為待脫水材料 的含水量的81. 2重量％。
[0042] 當(dāng)將比較例1中使用的蒸汽量認(rèn)為是1時(shí)，在干燥步驟中使用的蒸汽量為0.92。 在比較例1中，采用常規(guī)脫水方法，通過脫水而獲得的塊狀物的含水量為待脫水材料的含 水量的82. 5重量％。顯而易見的是，V-形盤式壓榨機(jī)的填充率顯著影響含水量。
[0043] 比較例3
[0044] 首先開始螺旋輸送機(jī)的操作?；诶w維素醚的凈重量，以20. Okg/h的速率將以與 實(shí)施例1相同方式獲得的含水的低取代羥丙基纖維素供給至螺旋輸送機(jī)。當(dāng)V-形盤式壓榨 機(jī)的入口處的壓強(qiáng)達(dá)到0. 2MPa時(shí)，基于纖維素醚的凈重量，以V-形盤式壓榨機(jī)的24. 8kg/ h卸料速率和3. Orpm(bayer:0. 4)轉(zhuǎn)速來(lái)開始V-形盤式壓榨機(jī)的操作。因?yàn)樾读纤俾蔬h(yuǎn)超 過進(jìn)料速率，所以操作期間V-形盤式壓榨機(jī)的入口處的壓強(qiáng)為OMPa。以24. 8kg/h卸料速 率（基于纖維素醚的凈重量）和3.0rpm(bayer:0.4)轉(zhuǎn)速持續(xù)脫水約2小時(shí)。結(jié)果示于表 1中。
[0045] 通過脫水而獲得的低取代羥丙基纖維素的塊狀物的含水量經(jīng)測(cè)定為待脫水材料 的含水量的85. 6重量％。
[0046] 當(dāng)將比較例1中使用的蒸汽量認(rèn)為是1時(shí)，在干燥步驟中使用的蒸汽量為1. 26。 在比較例1中，采用常規(guī)脫水方法，通過脫水而獲得的塊狀物的含水量為待脫水材料的含 水量的82. 5重量％。當(dāng)V-形盤式壓榨機(jī)的吞吐量超過螺旋輸送機(jī)的吞吐量時(shí)，壓縮型脫 水機(jī)的填充率降低并且通過脫水而獲得的塊狀物的含水量增加。
[0047] 表 1
[0048]
【權(quán)利要求】
1. 通過將含水的低取代羥丙基纖維素供給至與壓縮型脫水機(jī)的入口連接的螺旋輸送 機(jī)而用所述壓縮型脫水機(jī)使所述含水的低取代羥丙基纖維素脫水的方法，其包括如下步 驟： 開始所述螺旋輸送機(jī)的操作以用所述含水的低取代羥丙基纖維素填充所述螺旋輸送 機(jī)和所述壓縮型脫水機(jī)， 開始經(jīng)填充的壓縮型脫水機(jī)的操作，以及 向所述螺旋輸送機(jī)供給所述含水的低取代羥丙基纖維素，同時(shí)從所述壓縮型脫水機(jī)的 出口排出經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖維素，其中基于纖維素醚的凈重量，向所述螺旋輸送機(jī) 供給所述含水的低取代羥丙基纖維素的進(jìn)料速率等于排出所述經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖 維素醚的卸料速率。
2. 如權(quán)利要求1所述的使含水的低取代羥丙基纖維素脫水的方法，其中用所述含水 的低取代羥丙基纖維素填充所述壓縮型脫水機(jī)使得所述壓縮型脫水機(jī)的入口處的壓強(qiáng)從 0? lOMPa 增加至 0? 25MPa。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的使含水的低取代羥丙基纖維素脫水的方法，其中所述含水 的低取代羥丙基纖維素的含水量為85重量％至95重量％。
4. 制備低取代羥丙基纖維素的方法，其包括如下步驟： 使堿纖維素與環(huán)氧丙烷反應(yīng)以獲得粗制的低取代羥丙基纖維素， 洗滌所述粗制的低取代羥丙基纖維素以獲得含水的低取代羥丙基纖維素， 通過使用權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的脫水方法，使所述含水的低取代羥丙 基纖維素脫水，以及 干燥經(jīng)脫水的低取代羥丙基纖維素。
【文檔編號(hào)】C08B11/08GK104371027SQ201410389927
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】松原純一, 米持敦彥, 成田光男 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社