[發明專利]以秸稈為原材料制備纖維素

在審

• 申請號: 201610138195.5
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105693869A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 張雙劍;滕鯤
• 申請（專利權）人: 山東一滕新材料股份有限公司
• 主分類號: C08B11/193
• 分類號: C08B11/193;C08B1/08;D21C5/00;D21C3/02
• 代理公司: 泰安市泰昌專利事務所 37207
• 代理人: 姚德昌

技術領域

本發明屬于高分子材料精細化工領域，涉及多種農作物秸稈（如：小麥秸稈、玉米 秸稈、高粱秸稈等）作為原材料生產加工制造各種纖維素醚（如：羥丙基甲基纖維素、聚陰離 子纖維素、羧甲基纖維素等）的制備與應用。

背景技術

纖維素醚是一類以纖維素為原材料經醚基團改性的高分子化合物的總稱，有多種 型號的產品。這類產品普遍具有優異的保水性、增稠性、懸浮性、增粘性、成膜性等，可作為 乳化劑、增稠劑、分散劑、穩定劑、上漿劑、成膜劑、保水劑等，應用在石油、紡織、日化、卷煙、 造紙、建筑、食品、醫藥等領域，被譽為“工業味精”。隨著我國國民經濟的迅猛發展，纖維素 醚需求量也在快速增長，應用領域不斷擴大。

傳統的纖維素醚生產多采用精制棉為原材料，與氫氧化鈉在一定的條件下反應生 成堿纖維素，再與醚化劑（如：氯甲烷、環氧丙烷、氯乙酸等）在一定的條件下反應生成不同 類型的纖維素醚。粗產品再經過中和、洗滌、粉碎、干燥、混料等工序得到成品。因精制棉的 α-纖維素含量高（可達99%），以其為原材料生產纖維素醚具有一定的技術優勢，但這種方法 也存在一定的缺陷：由于天氣、市場等原因，棉花的質量、產量、價格變動較大，致使精制棉 的質量、產量、價格波動也較大，直接影響纖維素醚的生產，造成產品成本浮動，價格波動， 影響產品的銷售及客戶的使用。

秸稈是農作物種植中產生的副產物，其化學組成主要是纖維素、木質素、半纖維素 等，木質素和半纖維素形成網狀結構包裹著纖維素，使得纖維素的化學活性及表面可及度 大大降低，嚴重影響了秸稈的有效利用。如果通過一定的技術手段，可以去除或部分去除秸 稈中的木質素和半纖維素，使得纖維素可以暴露出來，可以有足夠的活性去進行化學反應， 就可以使用秸稈代替精制棉制備纖維素醚，這將大大降低生產成本，同時也可以提高秸稈 的附加值，為農民創收尋找一條新路子。但由于秸稈的物理化學結構、纖維素醚生產工藝等 原因，目前還不能用秸稈制備纖維素醚。

發明內容

本發明為降低纖維素醚生產成本，減少精制棉供應對纖維素醚生產及銷售的巨大 影響，開發一種利用秸稈制備纖維素醚的新方法。

這一新方法的難點在于如何減少秸稈中木質素及半纖維素的含量，如何降低木質 素及半纖維素對纖維素的包覆，如何提高秸稈中纖維素的化學活性及表面可及度。為達到 上述目的，本發明在纖維素醚生產之前先進行秸稈的預處理工作，通過機械研磨法及堿處 理法，達到活化秸稈的目的。原料經粉碎研磨后尺寸變小，結晶度降低，平均聚合度變小，原 料的水溶性組分增加，秸稈利用率可隨原料顆粒變小而上升。堿處理法利用堿使木質素主 要的醚鍵發生斷裂，木質素大分子碎片化，部分木質素溶解于反應溶液中；同時使纖維素膨 脹，半纖維素溶解，削弱纖維素和半纖維素的氫鍵，以及皂化半纖維素和木質素分子之間的 酯鍵。木質素分子上的酸性部分，如含羧基、酚基的片段在堿溶液中電離，可促進木質素的 溶解。經活化的秸稈纖維素含量明顯上升，可與氫氧化鈉進行反應生成堿纖維素，再與醚化 劑進行反應生成纖維素醚。

具體實施方式

下面以秸稈生產羥丙基甲基纖維素醚為例詳細說明本發明的生產工藝。

第一步：秸稈的預處理

首先利用秸稈粉碎機，將秸稈進行粉碎，粉碎后的秸稈再經過球磨機進行研磨，得到松 密度≥120g/L的秸稈粉末。

將含有異丙醇70%和水30%重量百分比的反應溶劑7000份和氫氧化鈉1200份投入 反應釜中，投入研磨后的秸稈粉末2000份，去除反應釜內氧氣，升溫至90℃，恒溫2h。降溫至 20℃，通過離心機分離出已活化的秸稈粉末。此時的秸稈粉末中木質素及半纖維素含量明 顯降低，主要成分為纖維素。

第二步：纖維素的堿化

將含有甲苯87%和異丙醇13%重量百分比的反應溶劑7000份和氫氧化鈉550份投入反應 釜內，升溫至70℃，待片堿溶解后降溫至20℃，投入活化后的秸稈粉末900份，在25-30℃的 條件下，反應2小時，生成堿纖維素。

第三步：堿纖維素的醚化

向第二步反應釜中加入醚化劑環氧丙烷500份、氯甲烷1000份，在25-30℃的條件下攪 拌30分鐘，使醚化劑均勻分散。升溫至54±1℃，反應1小時。升溫至80±1℃，反應2小時，反 應結束。降溫至50℃，加入一定量的醋酸中和反應體系，調節PH值至5-9。將物料壓入回收 釜，將溶劑置換回收。回收完成后，通過離心機將物料分離出來，物料經閃蒸干燥機干燥后 得到最終的產品——羥丙基甲基纖維素。