高取代羟丙基纤维素的制备

背景及概述^[1][2]

高取代羟丙基纤维素为一种非离子型的纤维素，在食品、医药、化妆品等中主要用作增稠剂、粘接剂、成膜剂、赋形剂、保水剂及保护胶体等；在工业方面，主要用于PVC悬浮聚合作分散剂及用于油墨、脱漆剂等行业：另外还可挤压成塑料等制品。

目前，国内生产的纤维素主要有离子型和非离子型两大类别。离子型纤维素抗盐差，容易受溶液中电解质的影响，并且不溶于有机溶剂，正渐被非离子型纤维素替代。非离子型纤维素品种主要有：HPMC、MC、L-HPC，它们存在着以下缺点，而使综合性能降低：

1、MC和HPMC不能兼溶于水又溶于有机溶剂；

2、L-HPC既不溶于水，也不溶于有机溶剂；

3、取代度低(DS≤2)；

4、抗生物降解性能差。

制备^[2]

1、反应原理：

即：纤维素葡萄糖单元上的羟基在碱性条件下被羟丙氧基取代。

精制棉也可用木浆代替。

2、工艺流程：

精制棉→开棉→碱化→醚化→中和→分离→洗涤→分离→干燥→粉碎→包装→成品

开棉：将精制棉开松除铁，然后进行粉碎。粉碎后地精制棉呈粉状，其颗粒度为80目透过率100％，否则在反应过程中容易聚结在一起，降低醚化效率。

碱化：将开棉后的粉状精制棉加入到惰性溶剂中，用碱和软水进行活化处理，使精制棉的晶格溶胀而利于醚化剂分子的渗透，提高醚化反应的均匀性。碱化所用的碱为金属氢氧化物，也可以是有机碱。碱的加入量(按质量计，下同)为精制棉的0.1-0.6倍，软水的加入量为精制棉的0.3-1.0倍；惰性溶剂为醇和烃的混合物，惰性溶剂的加入量为精制棉的7-15倍；惰性溶剂也可以是3-5个碳原子的醇(如醇、丙醇)、丙酮，也可以是脂肪烃、芳香烃；碱化时温度应控制在0-35℃内进行；碱化时间为1hr左右。温度和时间的调节可根据后料和产品要求而定。

醚化：碱化处理后，在真空条件下，加入醚化剂进行醚化，醚化剂为环氧丙烷。为了减少醚化剂的消耗，在醚化过程中，醚化剂分两次加入，次的加入量为精制棉的1-3.5倍，两次加入的总量为精制棉的1.5-4倍。次加入醚化剂后，先在≤30℃温度下进行搅拌，搅拌时间为45min-90min，然后升温至50-100℃，进行醚化，时间为1-5hr，再降温至≤30℃，第二次加入醚化剂搅拌，搅拌时间为30-120min，再升温至50-110℃进行醚化，时间为1-4hr，此时，精制棉与醚化剂充分反应，生成H-HPC。醚化剂也可是氯丙醇。

在整个醚化过程中，醚化剂的加入量、搅拌时间、醚化温度、醚化时间，可根据具体的生产条件和用户需要的取代基羟丙氧基的含量来确定。当用户需要的取代基含量高，醚化剂的适当多一点，醚化温度可适当高一点，醚化时间可适当长一点。羟丙氧基含量低时，醚化温度、醚化时间等则可适当减少。

中和：醚化结束后，压料入回收釜，降温至常温，加入醋酸进行中和，时间为10-60min，控制PH值在5-8.5之间，中和结束后，将惰性溶剂经蒸馏分离出，送碱化工序重复利用。

具体方法：

制备羟丙氧基含量58％的高取代羟丙基纤维素时，可将1份的精制棉粉投入至盛有0.4份碱、0.8份水、14份甲苯的反应釜内于30℃碱化1小时，抽真空后加入1份环氧丙烷，进行搅拌均匀，搅拌均匀后升温至60±1℃，反应3小时后，降温至30℃以下，第二次加入环氧丙烷，加入量为2.5份，升温至85±1℃反应4小时，冷却至60℃以下加醋酸中和至PH7左右，然后升温进行惰性溶剂的蒸馏回收，结束后，用70-90℃的热水洗涤、分离，再干燥至水份含量5％以下，经粉碎，即得本方法所要求的产品高取代羟丙基纤维素。

本方法由于是利用取代基羟丙氧基的特性，研制了羟丙氧基含量在50-80％的高取代羟丙基纤维素，其制备方法采用“一步淤浆法”生产工艺，整个反应是在淤浆状态下一次完成，本方法的生产工艺特点是各种参数调节余地大，可根据原料、生产条件随时进行调整，对生产条件的适应性强，操作方便、容易，而且在常压和真空条件进行。因此，本方法产品具有取代度高，既能溶于水又能溶于极性有机溶剂，抗生物降解性优良等特点，其制备的生产工艺操作方便，可根据原料，生产条件调整范围大，易控制，生产工艺适用范围大，安全、无污染等特点。

主要参考资料

[1] 李青. (2014). 基于混合多糖增稠剂的天然纤维织物活性干法转移印花. (Doctoral dissertation, 苏州大学).

[2] 吕兴富, 孙建刚, 冯传伟, 武甲伟, 张纪涛. (2015). 一种特低粘度高取代羟丙基纤维素醚的制备方法及其制品. CN104558203A.

[3] 康雨彤, 贺金华, 毛艳, 李维强, 戎晓娟, & 蔡晓翠. (2013). 芩榆烧伤凝胶制备工艺优选. 医药导报, 32(8), 1085-1088.