羟丙基甲基纤维素生产技术和发展前景

羟丙基甲基纤维素生产技术和发展前景

羟丙基甲基纤维素生产技术和发展前景

刘啸武

(武汉科技大学,湖北武汉430081)

[摘要] 羟丙基甲基纤维素(简称HPMC) 是一种国内紧缺的高科技精细化工产品,广泛应用于许多工业领域和日常生活之中。在我国,这类产品的生产技术和应用开发还处于起步阶段。因此,掌握最新生产技术,并对其应用技术和市场开发提出设想就显得尤为重要。

[关键词] 羟丙基甲基纤维素;工艺技术;应用开发

[中图分类号] TE65 [文献标识码] A [文章编号] 1009 —301X(2004) 06 —0058 —(03) 羟丙基甲基纤维素(简称HPMC) 是一种国内紧缺的高科技精细化工产品,是各类纤维素中用途最广、性能最优的一个品种。由于该产品具有优良的增稠、乳化、保护胶体、保持水分等性能,应用于涂料、聚合反应、建筑材料、石油钻井和开采、纺织、食品、医药、日用陶瓷、电子器件以及农业种子等部门。在发达国家,HPMC 广泛应用于各个工业领域和日常生活之中,被称为“工业味精”,已经成为一种不可或缺的化学助剂。

1 产品概况

纤维素醚是一类重要的水溶性高分子化合物,是以天然纤维素(α- 纤维素,包括棉短绒或木桨粕) 经过碱化、醚化反应而生成的一系列产品的总称。纤维素醚分为离子型和非离子型两类产品,离子型产品主要是羧甲基纤维素(C MC) ,非离子型产品包括甲基纤维素(MC) 、羟丙基甲基纤维素(HPMC) 、乙基纤维素( EC) 、羟乙基纤维素(H EC) 、羟丙基纤维素(HPC) 等。

HPMC属水溶性非离子型纤维素醚,是甲基纤维素(MC) 中部分甲氧基被羟丙氧基置换时得到的产物。其化学结构见图1 :

图1 HPMC化学结构

HPMC 为白色粉末,无味,无臭,无毒,在人体内完全无变化而排出体外。该品易溶于水,但不溶于热水。水溶液为无色透明粘稠物。HPMC 具有优良的增稠、乳化、成膜、分散、保护胶体、保持水分、粘合、耐酸碱,抗酶等性能,广泛用于建筑、涂料、医药、食品、纺织、油田、化妆品、洗涤剂、陶瓷、油墨及化学聚合反应过程中。

2 国内外生产状况

2. 1 国外生产状况

水溶性纤维素醚自20 世纪30 年代中期在国外工业发达国家相继开发投产,50 年代得到快速发展,至今已形成以离子型和非离子型为主的两大类产品的庞大产业。CMC、MC/ HEC 分别为离子型和非离子型纤维素醚最重要的品种。

目前,全世界纤维素醚总生产能力已达50 万t ,其中离子型占67 %。2000 年世界总产量为47 万t ,非离子型纤维素醚明显地少于离子型纤维素醚。这是由于非离子型纤维素醚的价格一般都较高,而离子型纤维素醚因价格较低,一般应用大多选择CMC。生产MC 和HEC 由于采用氯甲烷、环氧乙烷为醚化剂,需要有处理这些低沸点危险物质的一整套工艺系统,对安全和环境保护有较高的要求,所以至今仍只有美国、欧洲和日本少数几个工业发达的国家才能实现大规模生产。下表列出了世界主要国家生产水溶性纤维素醚的能力和品种。

表1 国外纤维素醚生产能力(单位:万t/ a)

国和日本分别从德国和美国引进技术和设备组织生产, 生产能力分别达到或超过了万吨水平,成为世界上主要的生产国。世界上MC 系列主要用于建筑,其在建筑上的使用量在欧美国家达到50 %以上。特别需要提到的是韩国,为1988 年奥运会场馆建设兴起的水溶性纤维素行业在近10 多年间达到了18500t/ a 的规模。

2. 2 国内生产状况

我国纤维素醚类产品工业化生产始于上世纪60 年代中期,当时主要由无锡化工研究设计院、泸州化工厂和惠安化工厂开始研究与开发HPMC。近几年来HPMC 技术进步较大,其需求量一直以每年15 %的速度增长。目前,我国HPMC 的主要生产厂家是肥城瑞泰精细化工有限公司和泸州化工厂。其中,泸州化工厂天普精细化工厂经过改、扩建,在1999 年初已形成1400t/ a 的HPMC 及甲基纤维素(MC) 的总生产能力。

据统计,2002 年我国HPMC 生产能力为3500t/ a ,而实际产量只有2000 多吨,主要生产厂家分布在河北、山东、湖南、福建、四川、浙江和陕西等省。

3 生产技术

3. 1 国内外技术现状

目前,世界上比较先进的非离子型纤维素醚生产技术主要有美国道化学公司(Dow Chemical Co. ) 、赫尔克里斯公司(Hercules Co. ) 、德国克莱力特公司(Clariant Co. ) 的生产技术。日本信越化学(Shinetsu Chemical Co. )、韩国三星精细化学公司(Samsung Fine Chemical Co. ) 分别从美国道化学公司和德国吕帝哥公司(Loedige Co. ) 引进技术。

国内HPMC 生产工艺一般采用间歇式生产,但技术比较落后,其产品在质量控制方面存在缺陷,每釜产品质量之间存在差异性,只能通过降低指标的方式来销售产品,在许多领域不能满足要求;同时,由于国产规模普遍偏小,规模的放大存在很大风险。

国内技术与国外技术相比,在技术、设备、规模、售后服务、环保、自控等方面处于明显劣势,主要表现在以下几个方面(见表2) 。

表2 国内技术与国外技术综合比较

纤维素醚类生产工艺有其共性,即精制棉或木浆经液体烧碱浸渍,压榨除去多余的碱液,得到碱纤维素,再加入溶剂,醚化剂,在一定温度、压力下进行醚化反应,反应终点以所需醚化度为准,然后经中和洗涤、干燥,粉碎等得成品。

HPMC的生产采用氯甲烷和环氧丙烷作为醚化剂, 其化学反应方程是:

Rcell - OH+ NaOH+ CH3Cl + CH2OCHCH3

→Rcell - O - CH2OHCHCH3 + NaCl + H2O

国外先进的生产技术均采用一步法生产HPMC ,其生产工艺流程见图2 :