[發明專利]一種評價纖維素漿粕反應性能的方法及裝置

有效

• 申請號: 201110257851.0
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102967622A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 梁銀春;彭為駿;曹建華;張杰;馬曉龍;陳昀
• 申請（專利權）人: 南通醋酸纖維有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N11/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于化學纖維素技術領域，涉及一種評價纖維素漿粕反應性能的方法及裝置。

背景技術

纖維素漿粕是制造纖維素酯的主要原料。就化學結構而言，纖維素是由許多D-吡喃-葡萄糖單元通過1-4苷鍵連接起來的線性高分子化合物。纖維素源包括木纖維原料、禾本科纖維原料、韌皮纖維原料及棉纖維原料等。目前能夠生產醋酸纖維素且具有商業規模化的纖維素源主要為木纖維原料，按木質劃分為硬木漿和軟木漿。

不同纖維原料中的化學成分包括纖維素、半纖維素及木質素等的含量及組成具有明顯差異性。纖維素的生產，主要采用亞硫酸鹽法或預水解硫酸鹽法，在蒸煮過程中最大限度的脫去木質素，并同時脫去半纖維素等成分，然后通過漂白或鹽酸酸化等手段，除去殘留木質素、有色物質以及鐵離子等成分，制成商品粕漿。由于植物原料以及生產工藝的不同，造成漿粕品質的差異。

纖維素酯是由纖維素與某種酸酐通過酯化反應制備得到。纖維素乙酸酯(俗稱醋酸纖維或醋酸纖維素)是最重要的商業多糖羧酸酯，工業上或實驗室均由乙酸或乙酸酐與纖維素混合反應制備。纖維素乙酸酯的生產所需的醋化級漿粕對漿粕質量的要求較高，某個質量指標的差異會造成化學反應性能的差異。醋化級漿粕的質量要求主要包括如下幾個方面：

(1)在纖維素乙酸酯和其它纖維素酯的生產中，要求漿粕原料具有最高的纖維素含量，低水平的半纖維素和木質素含量以及有機溶劑提取物(也稱作樹脂)。優選具有95至97％纖維素含量、1至2％半纖維素含量的硬木漿原料。也可以使用含94-96％纖維素，半纖維素含量上限為3％的軟木漿原料。

(2)在纖維反應過程中，纖維素中的分子鏈不斷發生斷裂，因此需要保證纖維素具有較高的初始聚合度。醋化級漿粕的初始聚合度一般在1000-1800。

(3)對于漿粕的主要成分纖維素，由于其超分子結構差異性，造成可及度、結晶度等不同。同時，不同原料纖維素的分子聚集態結構、可及度及結晶度也存在差異。

(4)纖維素漿粕成型后的物理特性也會有所不同，主要區別在于密度、厚度、頂破值等指標。這些區別會造成研磨漿粕的難易程度不一，并且研磨后的纖維大小及形態也不一樣。

以上所述，漿粕原料在制造纖維素乙酸酯及其它有機纖維素酯時，漿粕的反應性能存在較大的差異，影響正常生產。

醋化級漿粕常規的質量檢測指標包括：纖維素含量(R-10、R-18)、粘度、分子量及其分布、結晶度、可及度、水份、基礎重量、亮度、提餾物、灰份、臟點數、硅含量、鈣含量、鐵含量等。以上指標能夠保證漿粕具備優良的物理特性，以保證產品質量。D.Klemn等人的“Comprehensive?Cellulose?Chemistry”(1998)一書匯集纖維素化學發展一百年以來相關的知識和技術。詳細介紹纖維素及其衍生物結構、反應性及其他各種性質的分析檢測方法。高潔等人的“纖維素科學”(1996)一書也介紹了纖維素的分子結構、聚集態結構和化學反應，并指出：纖維素反應性能的測定，目前尚未有合適的直接測定方法。通常采用測定纖維素衍生物的粘度、溶解性、過濾性、透光率和不溶性殘渣等指標，來間接地鑒定其反應性能。L.Fras的“Analysis?of?the?oxidation?of?cellulose?fibres?by?titration?and?XPS”(Colloids?and?Surfaces?A，2005)研究評價棉漿粕表面先擇氧化的效果，并應用滴定技術及XPS鑒定棉纖維表面離子基團的形成及分布。Eva-Lena?Hult的“A?CP/MAS?13C-NMR?study?of?cellulose?structure?on?the?surface?of?refined?kraft?pulp?fibers”(Carbohydrate?Polymers，2002)應用13C-核磁共振光譜，并與光譜擬合相結合，研究了硫酸鹽紙漿的平均橫向纖維、纖維聚合尺寸及纖維素結晶度。Shawn?D的“Physical?characterization?of?enzymatically?modified?kraft?pulp?fibers”(Journal?of?Biotechnology，1997)介紹漿粕經過酶的改性，并測量漿粕孔體積，聚合度，結晶度，采用紅外光譜、掃描電鏡檢測，闡明其纖維成分和形態的變化。Esat?Gümüskaya的“The?effects?of?various?pulping?conditions?on?crystalline?structure?of?cellulose?in?cotton?linters”(Polymer?Degradation?and?Stability，2003)應用X-ray散射及FT-IR光譜技術分析其棉漿粕結晶的變化。Narendra?Reddy的“Structure?and?properties?of?high?quality?natural?cellulose?fibers?from?cornstalks”(Polymer，2005)應用X-ray散射及SEM技術研究玉米稈制成漿粕的結構特性。Hamid?M等人的“Utilization?of?sugarcane?bagasse?cellulose?for?producing?cellulose?acetates：Novel?use?of?residual?hemicellulose?as?plasticizer”(Carbohydrate?Polymers，2009)應用FTIR，TGA、DSC、GPC、HPIC、WAXRD、viscometry等技術研究醋酸纖維的特性。Matilde?C.V.等人“Homogeneous?methylation?of?wood?pulp?cellulose?dissolved?in?LiOH/urea/H2O”(European?Polymer?Journal，2010)應用FTIR及1HNMRspectroscopy研究LiOH/urea/H2O溶液中纖維素的均相甲酰化反應，研究其化學結構。