木素纤维素材料乙酰化的方法技术

本发明专利技术涉及木素纤维素材料（ＬＭ）乙酰化的方法，该方法包括： ａ. 在７０－１４０℃温度下使ＬＭ与包含乙酸酐为主要成分的乙酰化剂紧密接触，并 ｂ. 在高于１４０℃的温度下，使步骤（ａ）中乙酰化的ＬＭ与含乙酸和／或乙酸酐的过热化学蒸汽接触，使制得的乙酰化的ＬＭ的乙酸或乙酸酐含量减少至低于１０％（重量）。如此处理的ＬＭ具有极佳的尺寸稳定性。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及乙酰化的木素纤维素材料的生产方法，其中用乙酸酐处理所述木素纤维素材料。术语“木素纤维素材料”在这里以及本说明书中均指源自木材、剑麻、黄麻、椰子和/或其它植物材料，并可任选地被非乙酰化化学物质例如乙酸钠预处理以改进其随后的乙酰化作用的各种形状或形式的材料，例如碎屑、丝、碎片和薄片，下文中为方便起见，称为“LM”。为改进LM的物理特性用乙酸和/或乙酸酐对其进行处理的技术是已知的。将LM浸渍在乙酸酐液体中，接着加热和干燥的单一步骤处理LM工艺是已知的。使用浸渍技术的体系的问题之一是它们通常是间歇过程，需要用于浸渍LM的液体的排液设备。这类一步法也不能保证将木素纤维素材料乙酰化至所需程度并且也不能保证除去所有处理产物中的未反应化学物质。现已发现采用两步法必要的话使用连续法用乙酸酐处理LM，可使上述问题得到很大程度解决。因此，本专利技术提供木素纤维素材料(LM)乙酰化的方法，该方法包括a.在70-140℃温度下使LM与包含乙酸酐为主要成分的乙酰化剂紧密接触，并b.在高于140℃温度下，使得自步骤(a)的乙酰化的LM与含乙酸和/或乙酸酐的过热化学蒸汽接触，并通过汽提使步骤(a)制得的乙酰化的LM的乙酸或乙酸酐含量减少至低于10%(重量)。在该方法中，适于用在步骤(a)中的乙酰化剂包括至少50%(w/w)乙酸酐，优选至少60%(w/w)，最优选至少70%(w/w)，并通常包含90%乙酸酐和10%乙酸。该试剂可以是液体、蒸汽或二者的混合物的形式。因而，反应器中液体与蒸汽之重量比可以是从其中之一为100%到另外一个为100%的范围内的任意值，但从1∶5至5∶1是适合的，并优选1∶2。使用例如油夹套或蒸汽旋管将乙酰化剂预热至70-140℃温度范围，优选80-140℃，更优选110-130℃。使LM与乙酰化剂在第一反应器中接触。适宜的作法是通过例如采用例如螺塞进料器进行压实，在反应器入口处将LM气密，以最大限度减少空气进入乙酰化反应体系或乙酸酐溢出该第一反应器。乙酸酐溢出的问题可通过在略低于大气压的压力下操作第一反应器而将其减至最小，而这也是本方法的安全特征之一。接着将压实的LM引入第一反应器中，同时向所述反应器中注入热的乙酰化剂，所述第一反应器宜为一螺旋输送机。在此步骤过程中，用位于该第一反应器入口处的分散装置将压实的LM分散(目的是松散LM纤维，使其分散得更开)，从而有利于LM与乙酰化剂之间的紧密接触。在该第一反应器中，合适的注入热乙酰化剂的速率应使得该试剂与LM之比在1∶1至10∶1(重量)范围内，优选3∶1至7∶1，例如5∶1(重量)。在该放热的乙酰化反应过程中，反应温度基本上被维持恒定，这可通过几个常规手段来实现，例如通过控制反应器中压力，或者通过蒸发乙酰化化学物质，或者通过使用流量控制阀控制乙酰化剂流入第一反应器的速率，并监测流速或者通过控制注入反应器的热乙酰化剂的组成。优选通过蒸发方法，使蒸汽在其露点离开该第一反应器来实现温度控制。在乙酰化剂的露点，蒸汽中乙酰化剂中的乙酸酐的量可以在30-95%(重量)范围内，优选70%(重量)，可通过过滤除去其中悬浮的LM，并再循环使用。在该第一反应器中的接触时间宜至少为1分钟，优选6-30分钟。大部分纤维的乙酰化可在该第一反应器中发生。步骤(a)中得到的乙酰化的LM宜含有控制量的液体，它可以至多是乙酰化的LM的110%(重量)，但优选例如约40%(重量)。乙酰化的LM中液体的量可通过控制流速和/或反应温度来控制。为继续进行步骤(b)，宜将步骤(a)中得到的含有约40%(重量)液体的乙酰化LM按前述使用螺塞进料器再压实，并用类似于用在第一反应器中的装置分散(目的是松散LM纤维，使其分散得更开)以产生气体密封。然而，使用例如星形进料器装置便可达到相同效果。在将乙酰化的LM分散以后，再引入一定量的过热化学试剂，该化学试剂包含乙酸和/或乙酸酐并处于其蒸汽态，以夹带所述分散的LM，并使其转入第二反应器。如果需要进一步限界增加LM的乙酰化，该过热的化学试剂宜为用在第一反应器中的乙酰化介质，用它来启动第二步工艺，在此情况下，由于从第二反应器的顶部产生的蒸汽聚集，该蒸汽可与等分的过热乙酸酐混合，从而在反应进行的一段时间可含有乙酸酐和一些乙酸的混合物。在此情况下，所述过热的化学试剂适宜包含50-100%(重量)，优选70-95%(重量)的乙酸酐。另一方面，如果在步骤(b)中，仅需要从步骤(a)的乙酰化的LM中汽提除去其所含的几乎所有的乙酸酐，那么所述过热的蒸汽态化学试剂可主要包含乙酸。在将乙酸酐和乙酸的再循环混合物用于步骤(b)时，在该混合物中乙酸酐的量宜至少为混合物重量的1%(重量)，优选5-95%(重量)，更优选50-95%(重量)。所述过热的化学试剂的温度为140℃以上，宜为140-220℃，优选185-195℃，而且第二反应器适宜在100-150kPa的压力下工作。该第二步的主要作用是通过汽提减少留在从步骤(a)所形成的乙酰化LM中的未反应的乙酰化介质的含量。该步也可增进第一反应器中所达到的乙酰化，虽然与第一反应器中已达到的主要的纤维的乙酰化相比，这种增进是有限的。因此，从该反应器中汽提除去的蒸汽可再循环或者进入用在第一反应器中的热乙酰化剂中，或者进入如上所述用于将分散的乙酰化LM输送到第二反应器的过热的化学试剂中。该干燥/汽提步骤的持续时间相当短，通常在少于1分钟的量级。在这些反应器之一或这两个反应器中的LM的乙酰化反应的持续时间由所需的乙酰化程度和存在于LM中的可乙酰化材料的性质和量来决定。该乙酰化的程度宜应使该乙酰化的LM的重量增加至少为2%，优选至少5%，更优选5-25%(重量)。形成于步骤(b)的汽提的乙酰化LM产物可在水解室中进一步处理以除去该乙酰化的LM中化学物质的气味，或至少将其减至最小。例如，可将通常在约130-160℃高温的所述汽提产物分散(以松散LM纤维并将其分散得更开)并夹带在可选地含有一种或多种其它夹带气体的水蒸汽流中。优选使用过热水蒸汽，而且在此情况下，吸附或夹杂在该乙酰化的LM中的残余的未反应的乙酸酐均被水解成乙酸并以水蒸汽与乙酸的混合物的形式从水解室的顶部除去。该混合的蒸汽可再循环到欲引入水解室中的过热水蒸汽中。该步的作用是通过从被处理的LM产物中除去几乎所有未反应的乙酸酐和大部分乙酸而显著减弱其中乙酸或乙酸酐的气味。此后该乙酰化产物中剩余的乙酸的量宜少于0.5%(wt/wt)。用过热水蒸汽除去所有残余的未反应的乙酸酐后在水解室中形成的乙酰化LM的温度通常为约150℃。该产物或者可直接送到邻接的设备中将所述产物加工成为所需形状例如板材，或者可将其进一步润湿并采取冷却步骤将所述材料装袋以储存和分发。这可通过使水蒸汽和空气流通过在水解室中形成的处理过的LM而使该处理过的LM冷却至约40℃并润湿来达到。本专利技术方法特别适合于将LM纤维尤其是木纤维乙酰化，所述纤维的尺寸变化例如可从0.03mm至4mm。另外，本专利技术方法可间歇或连续操作，是个在迄今所用的常规方法中不能使用的可选择的方法。下面结合流程图和相关的说明来进一步描述本专利技术。原料LM例如纤维通过装料斗(1)送入螺塞进料器(2)中，在此，纤维被压实以减小纤维对气流的通透性。螺塞本文档来自技高网...

【技术保护点】
木素纤维素材料（ＬＭ）乙酰化的方法，该方法包括：ａ. 在７０－１４０℃温度下使ＬＭ与包含乙酸酐为主要成分的乙酰化剂紧密接触，并ｂ. 在高于１４０℃温度下，使得自步骤（ａ）的乙酰化的ＬＭ与含乙酸和／或乙酸酐的过热化学蒸汽接触，并通过汽提使 步骤（ａ）制得的乙酰化的ＬＭ的乙酸或乙酸酐含量减少至低于１０％（重量）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HL纳尔逊，DI理查德斯，R西蒙森，
申请(专利权)人：A细胞乙酰基纤维素公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]