纤维素醚制备工艺原理
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纤维素醚
由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。 纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基， 第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的 仲羟基，羟基中的氢被烃基取代而生成纤维素醚 类衍生物。 根据取代基的化学结构分类，可分为阴离子、 阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而 有甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄 基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、 氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维 素等。
羧甲基纤维素（CMC）
羧甲基纤维素，是纤维素的羧甲基团取代产 物。根据其分子量或取代程度，可以是完全溶解 的或不可溶的多聚体，后者可作为弱酸型阳离子 交换剂，用以分离中性或碱性蛋白质等。羧甲基 纤维素可形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增 稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、 薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，且生理无 害，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺 织、建筑等领域生产中得到广泛应用。
液相法法分为1.碱化和活化2.醚化两个 过程 ，此法生产 H E C的成本低 ，产品质 量高 ， 生产过程易于控制 ， 所以目前大 多数生产厂都采用此工艺。
羟丙基纤维素
羟丙基纤维素 ( HPC) 是一种水溶性的 非离子型纤维素醚 ， 它是一种以天然纤维 素为原料经化学改性制得的半合成型高分 子聚合物 ， HP C具有热塑性、 胶结能力、 乳化能力、 发泡能力以及悬浮能力、 增稠 能力。HPC的浓溶液可以形成液晶， 具有 良好的 成膜性。HP C由于取代 比 HEC( 羟乙基纤维素) 充分，所以它有更好 的抗生物降解性能。
水煤法工艺流程
水媒法是早期用于生产 Na—C MC的 一种工艺方法。 将碱纤维素与醚化剂在游 离碱和水存在的条件下进行反应，即可得 到 Na — C MC。水媒法设备简单 、投资 少且成本较低 ，可制取中低档的 Na — CMC产品， 主要用于洗涤剂 、 纺织上浆、 粘合剂和石油工业等领域。
有机溶剂法
性质
经醚化后的纤维素溶解性能发生显著变化， 可溶解于水、稀酸、稀碱或有机溶剂，溶解度主 要取决于三个因素：(1)醚化过程中所引入基团的 特性，引入的基团越大则溶解度越低，引入的基 团极性越强，纤维素醚越易溶于水；(2)取代度与 醚化基团在大分子中的分布情况。取代度在0～3 之间；(3)纤维素醚的聚合度，聚合度越高，越不 易溶解； 纤维素醚类品种繁多，性能优良，广泛用于 建筑、水泥、石油、食品、纺织、洗涤剂、涂料、 医药、造纸及电子元件等工业。
反应过程
羟丙基纤维素的生产工艺可分为非均相 法和均相法两类，和非均相法比起来，均 相法的优点是反应条件容易控制， 反应取 代较均匀。但是 目前，纤维素的非水溶剂 体系的均相反应由于溶剂回收和循环使用 仍存在一定问题 ，因此还没有实现工业化。
（1）羟乙基纤维素
羟乙基纤维素(HEC) 是一种白色或淡黄色,无味、 无毒的纤维状或粉末状固体, 由碱性纤维素和环 氧乙烷(或氯乙醇) 经醚化反应制备, 属非离子型 可溶纤维素醚类。由于HEC 具有良好的增稠、悬 浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分和提供 保护胶体等特性, 已被广泛应用在石油开采、涂 料、建筑、医药食品、纺织、造纸以及高分子聚 合反应等领域。40目过筛率≥99%;软化温度:135140℃ ;表现密度:0.35-0.61g/ml;分解温度:205210℃ ;燃烧速度较慢;平衡含温量:23℃ ;50%rh时 6%,84%rh时29%。
气相法
真空充氮气固法制取 H E C的生产过 程： 把反 应器抽成真空 ，充氮两次 ，加 入环氧乙烷，在真空度90640 Pa 、 27 ～ 3 2 摄氏度下反 应 3 ～ 3.5小 时 得 到产 品HEC。 此法虽然生产过程简单， 但环氧 乙烷消耗量大，反应时间较长， 最终产品 成本高。
液相法
溶媒法( 又称有机溶剂法) 的反应过程 是由碱化和醚化两个阶段组成 ( 与水媒法 相同) ， 但因介质不同， 两者的工艺过程 有较大的差别 。溶媒法省略了水媒法所 固 有的浸碱 、 压榨 、粉碎和老化等工序， 碱化、醚化均在捏合机中进行，
水溶性非离子型纤维素醚
耐热、耐盐性比CMC好，其水溶液具有 表面活性，烷基醚还具有独特的热凝胶化 作用。这一类醚有烷基和羟烷基醚两大类， 工业上有代表性的商品前者为甲基纤维素 及其羟烷基改性衍生物，后者主要为羟乙 基纤维素，以及乙基羟乙基纤维素和羟丙 基纤维素等。
wk.baidu.com
一般工艺过程
（1）制备碱纤维素（碱化）：即天然纤维素 在一定条件下与NaOH 生成碱纤维素 （2）醚化：碱纤维素与醚化剂多相非均系反 应 （3）中和：用适当的酸中和未反应的碱 （4）产品分离：包括反应介质回收、分离、 粗产品精制纯化。 （5）后处理：包括调节溶解性能的表面交联 处理、干燥、粉碎和过筛。
→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa ] n + nNaCl
工业上制造CMC主要有两种方法分别是 水煤法和溶剂法。 水煤法反应稳定性和均匀性差、副反应 多、导致醚化效率低额产品质量差。溶剂 法利用惰性有机溶剂为反应介质，克服了 水煤法的缺点。现已是当今纤维素醚生产 先进的工艺，广泛用于制造纤维素醚。
反应原理
CMC 的主要化学反应是纤维素和碱生成碱纤 维素的碱化反应以及碱纤维素和一氯乙酸 的醚化反应。 第一步:碱化: [C6H7O2(OH)3] n + nNaOH→[C6H7O2(OH)
2ONa ] n + nH2O
第二步:醚化: [C6H7O2(OH) 2ONa ] n + nClCH2COONa
由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。 纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基， 第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的 仲羟基，羟基中的氢被烃基取代而生成纤维素醚 类衍生物。 根据取代基的化学结构分类，可分为阴离子、 阳离子和非离子型醚类。随所用醚化剂的不同而 有甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄 基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、 氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维 素等。
羧甲基纤维素（CMC）
羧甲基纤维素，是纤维素的羧甲基团取代产 物。根据其分子量或取代程度，可以是完全溶解 的或不可溶的多聚体，后者可作为弱酸型阳离子 交换剂，用以分离中性或碱性蛋白质等。羧甲基 纤维素可形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增 稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、 薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性，且生理无 害，因此在食品、医药、日化、石油、造纸、纺 织、建筑等领域生产中得到广泛应用。
液相法法分为1.碱化和活化2.醚化两个 过程 ，此法生产 H E C的成本低 ，产品质 量高 ， 生产过程易于控制 ， 所以目前大 多数生产厂都采用此工艺。
羟丙基纤维素
羟丙基纤维素 ( HPC) 是一种水溶性的 非离子型纤维素醚 ， 它是一种以天然纤维 素为原料经化学改性制得的半合成型高分 子聚合物 ， HP C具有热塑性、 胶结能力、 乳化能力、 发泡能力以及悬浮能力、 增稠 能力。HPC的浓溶液可以形成液晶， 具有 良好的 成膜性。HP C由于取代 比 HEC( 羟乙基纤维素) 充分，所以它有更好 的抗生物降解性能。
水煤法工艺流程
水媒法是早期用于生产 Na—C MC的 一种工艺方法。 将碱纤维素与醚化剂在游 离碱和水存在的条件下进行反应，即可得 到 Na — C MC。水媒法设备简单 、投资 少且成本较低 ，可制取中低档的 Na — CMC产品， 主要用于洗涤剂 、 纺织上浆、 粘合剂和石油工业等领域。
有机溶剂法
性质
经醚化后的纤维素溶解性能发生显著变化， 可溶解于水、稀酸、稀碱或有机溶剂，溶解度主 要取决于三个因素：(1)醚化过程中所引入基团的 特性，引入的基团越大则溶解度越低，引入的基 团极性越强，纤维素醚越易溶于水；(2)取代度与 醚化基团在大分子中的分布情况。取代度在0～3 之间；(3)纤维素醚的聚合度，聚合度越高，越不 易溶解； 纤维素醚类品种繁多，性能优良，广泛用于 建筑、水泥、石油、食品、纺织、洗涤剂、涂料、 医药、造纸及电子元件等工业。
反应过程
羟丙基纤维素的生产工艺可分为非均相 法和均相法两类，和非均相法比起来，均 相法的优点是反应条件容易控制， 反应取 代较均匀。但是 目前，纤维素的非水溶剂 体系的均相反应由于溶剂回收和循环使用 仍存在一定问题 ，因此还没有实现工业化。
（1）羟乙基纤维素
羟乙基纤维素(HEC) 是一种白色或淡黄色,无味、 无毒的纤维状或粉末状固体, 由碱性纤维素和环 氧乙烷(或氯乙醇) 经醚化反应制备, 属非离子型 可溶纤维素醚类。由于HEC 具有良好的增稠、悬 浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分和提供 保护胶体等特性, 已被广泛应用在石油开采、涂 料、建筑、医药食品、纺织、造纸以及高分子聚 合反应等领域。40目过筛率≥99%;软化温度:135140℃ ;表现密度:0.35-0.61g/ml;分解温度:205210℃ ;燃烧速度较慢;平衡含温量:23℃ ;50%rh时 6%,84%rh时29%。
气相法
真空充氮气固法制取 H E C的生产过 程： 把反 应器抽成真空 ，充氮两次 ，加 入环氧乙烷，在真空度90640 Pa 、 27 ～ 3 2 摄氏度下反 应 3 ～ 3.5小 时 得 到产 品HEC。 此法虽然生产过程简单， 但环氧 乙烷消耗量大，反应时间较长， 最终产品 成本高。
液相法
溶媒法( 又称有机溶剂法) 的反应过程 是由碱化和醚化两个阶段组成 ( 与水媒法 相同) ， 但因介质不同， 两者的工艺过程 有较大的差别 。溶媒法省略了水媒法所 固 有的浸碱 、 压榨 、粉碎和老化等工序， 碱化、醚化均在捏合机中进行，
水溶性非离子型纤维素醚
耐热、耐盐性比CMC好，其水溶液具有 表面活性，烷基醚还具有独特的热凝胶化 作用。这一类醚有烷基和羟烷基醚两大类， 工业上有代表性的商品前者为甲基纤维素 及其羟烷基改性衍生物，后者主要为羟乙 基纤维素，以及乙基羟乙基纤维素和羟丙 基纤维素等。
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一般工艺过程
（1）制备碱纤维素（碱化）：即天然纤维素 在一定条件下与NaOH 生成碱纤维素 （2）醚化：碱纤维素与醚化剂多相非均系反 应 （3）中和：用适当的酸中和未反应的碱 （4）产品分离：包括反应介质回收、分离、 粗产品精制纯化。 （5）后处理：包括调节溶解性能的表面交联 处理、干燥、粉碎和过筛。
→[C6H7O2(OH)2OCH2COONa ] n + nNaCl
工业上制造CMC主要有两种方法分别是 水煤法和溶剂法。 水煤法反应稳定性和均匀性差、副反应 多、导致醚化效率低额产品质量差。溶剂 法利用惰性有机溶剂为反应介质，克服了 水煤法的缺点。现已是当今纤维素醚生产 先进的工艺，广泛用于制造纤维素醚。
反应原理
CMC 的主要化学反应是纤维素和碱生成碱纤 维素的碱化反应以及碱纤维素和一氯乙酸 的醚化反应。 第一步:碱化: [C6H7O2(OH)3] n + nNaOH→[C6H7O2(OH)
2ONa ] n + nH2O
第二步:醚化: [C6H7O2(OH) 2ONa ] n + nClCH2COONa