醋酸丙酸纤维素的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，涉及纤维素脂类衍生物领域，该方法包括以下步骤：(1)纤维素活化：将纤维素加入至丙酸中活化，得到活化纤维素；(2)酯化反应：将步骤(1)得到的活化纤维素浸入丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO

Preparation of cellulose acetate propionate

【技术实现步骤摘要】
醋酸丙酸纤维素的制备方法
本专利技术涉及纤维素脂类衍生物领域，具体涉及一种醋酸丙酸纤维素的制备方法。
技术介绍
醋酸丙酸纤维素(CAP)是由天然纤维素经化学药剂改性制备得到的纤维素有机酸酯类衍生物，通常由以下方法制备，即：将纤维素用丙酸处理后，再用丙酸、丙酸酐和醋酸、醋酸酐混合液在硫酸存在下，进行酯化，然后再经水解、沉析、洗涤、干燥等工序，得到某一取代度的醋酸丙酸纤维素。由于此类产品熔点高、透明性好，同时在抗水性、韧性以及热稳定性方面表现出的优势，近年来，越来越多的研究者开展了相关研究，以求通过更为简单便捷环保的方式获得性能更为优良的醋酸丙酸纤维素。中国专利CN107011448A公开了一种高粘度醋酸丙酸纤维素的制备方法，包括物料准备、酯化反应、初次中和、水解反应、再次中和、析出产物、产物纯化等步骤。通过上述方式，本专利技术制备的醋酸丙酸纤维素的成品的丙酰基含量为15％～18％、乙酰基含量为23％～28％，动力粘度在7000cps～9000cps；产品质量指标稳定；工艺操作步骤操作简单，可控性强；原子经济性好，操作环境安全，废水量减少。但该专利技术中由于使用浓硫酸作为催化剂，从而需要经历两次中和步骤，耗费时间的同时也将消耗大量的中和液，同时浓硫酸也存在着腐蚀设备、污染环境以及难以分离的缺点，难以达到绿色环保的目的。针对液体催化剂如浓硫酸等存在的环境污染及损耗资源等问题，部分研究者将固体催化剂替换浓硫酸，SO42-/MxOy型固体超强酸由于不腐蚀设备应运而生，进而也减少了中和剂等资源的损耗，进而使得生产成本得以下降。例如，中国专利CN102127169B公开了一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，以纤维素为原料，用乙酸酐和丙酸酐混合液活化后，加入乙酸和丙酸溶剂、固体超强酸催化剂进行酯化，酯化结束后过滤除去催化剂，加入废酸水进行水解，再用废酸水进行沉析，最后经过滤、洗涤、干燥等步骤制得醋酸丙酸纤维素。该生产工艺操作简单，用固体超强酸催化剂代替浓硫酸催化剂，并可多次循环使用，减缓了以往工艺设备腐蚀严重的问题，且反应过程中产生的废酸水只含有乙酸和丙酸，不含硫酸，可全部回收循环使用，减少环保压力，实现零排放，使生产成本大大降低。该方法制得的醋酸丙酸纤维素具有优良的韧性、热稳定性和相容性，得到了广泛应用。但该专利技术主要针对制备方法方面包括催化剂以及水解液的改进，但最终的产品醋酸丙酸纤维素的性能相比于其他现有技术而言并不具有显著优势。针对醋酸丙酸纤维素的制备方法存在的制备方法复杂、资源损耗大、污染环境以及产品性能较差等问题，应寻找一种简单、便捷而环保的制备方法，使得该制备方法在实现绿色环保目的的同时，能够制备出性能较为优良、应用前景更为广泛的醋酸丙酸纤维素。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，该制备方法改善了该催化剂的制备方式，提高了催化剂的催化性能，同时通过制备方法的优化，最终得到的醋酸丙酸纤维素得率较高，熔点、抗拉伸性能及溶解性较高，具有较强的粘性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)纤维素活化：将纤维素加入至丙酸中活化，得到活化纤维素；(2)酯化反应：将步骤(1)得到的活化纤维素浸入丙酸酐、醋酸酐和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的混合液中，反应得到产物A；(3)水解反应：向步骤(2)中的产物A中加入醋酸，水解后得到产物B；(4)纯化：将步骤(3)得到的产物B经过沉析、过滤、洗涤、干燥，得到醋酸丙酸纤维素。进一步地，步骤(1)中所述纤维素活化的时间为1-2h，温度为60-80℃。进一步地，步骤(1)中所述纤维素与丙酸的重量比为0.6-1:1。进一步地，步骤(2)中所述SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的制备步骤包括：S1：将ZrO2Cl2溶液与铁化合物的混合溶液混合后加入氨水溶液调节pH，恒温搅拌并过滤，将得到的沉淀物清洗并干燥；S2：将步骤S1得到的沉淀物加入至浓硫酸中浸渍，经过逐级升温煅烧后得到SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂。进一步地，步骤S2所述逐级升温煅烧包括：初次升温至300℃，保持15-25min，再次升温至400-450℃保持0.5-1h，第三次升温至550-600℃，保持1.5-2h。优选地，步骤S2所述逐级升温煅烧包括：初次升温至300℃，保持20min，再次升温至420℃保持1h，第三次升温至600℃，保持2h。进一步地，步骤S1中所述铁化合物的混合液为氯化铁、硫酸铁和硫酸铁的混合溶液，氯化铁、硝酸铁和硫酸铁的重量比为3-5:2-1:1。优选地，步骤S1中所述铁化合物的混合液为氯化铁、硫酸铁和硫酸铁的混合溶液，氯化铁、硝酸铁和硫酸铁的重量比为4:2:1。进一步地，步骤S1中所述ZrO2Cl2溶液的质量分数为10％，所述铁化合物的质量分数为10-15％。进一步地，步骤S1中所述加入氨水溶液调节pH至8-10，所述干燥的温度为120℃，时间为2h。进一步地，步骤S2中所述浓硫酸的浓度为0.5mol/L，浸渍时间为20-24h。进一步地，步骤(2)中所述活化纤维素、丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的重量比为80-150:10-15:12-16:0.2-0.5:0.8-1.6。优选地，步骤(2)中所述活化纤维素、丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的重量比为：100-120:10-12:12:0.3:1-1.5。进一步优选地，步骤(2)中所述活化纤维素、丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的重量比为110:11:12:0.3:1.2。进一步地，步骤(2)中所述β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的重量比为1-2:4-5。优选地，步骤(2)中所述β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的重量比为1:4。进一步地，步骤(2)中所述酯化反应的反应条件为40-60℃反应1-2h。进一步地，步骤(3)中所述水解反应的反应条件为80-85℃反应2-3h。进一步地，步骤(3)中醋酸的质量分数为80％。本专利技术所取得的技术效果是：1.本专利技术通过催化剂的优化以及工艺的改进，提供了一种固体超强酸催化剂，使用完毕后可直接进行固体回收，无须进行碱中和，节约了制备时间的同时避免了资源的浪费，使得制备方法更为清洁、环保，简单而高效地制备出了性能较为优良的醋酸丙酸纤维素；2.本专利技术通过催化剂材料的优化以及制备方法的优化，制备出的醋酸丙酸纤维素得率、粘度较高，溶解性较强，与增塑剂具有良好的相容性，具有广泛的应用前景。具体实施方式值得说明的是，本专利技术中的各类原料均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。实施例1一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.醋酸丙酸纤维素的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)纤维素活化：将纤维素加入至丙酸中活化，得到活化纤维素；/n(2)酯化反应：将步骤(1)得到的活化纤维素浸入丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO

【技术特征摘要】
1.醋酸丙酸纤维素的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)纤维素活化：将纤维素加入至丙酸中活化，得到活化纤维素；
(2)酯化反应：将步骤(1)得到的活化纤维素浸入丙酸酐、醋酸酐、β沸石和SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的混合液中，反应得到产物A；
(3)水解反应：向步骤(2)中的产物A中加入醋酸，水解后得到产物B；
(4)纯化：将步骤(3)得到的产物B经过沉析、过滤、洗涤、干燥，得到醋酸丙酸纤维素。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纤维素活化的时间为1-2h，温度为60-80℃。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂的制备步骤包括：
S1：将ZrO2Cl2溶液与铁化合物的混合溶液混合后加入氨水溶液调节pH，搅拌并过滤，将得到的沉淀物清洗并干燥；
S2：将步骤S1得到的沉淀物加入至浓硫酸中浸渍，经过逐级升温煅烧后得到SO2-4-ZrO2-Fe2O3催化剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S2所述逐级升温煅烧包括：初次升温至300℃，保持15-25min，再次升温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥，宋宇飞，陈伟，张勇，杨旭忠，
申请(专利权)人：北京化工大学，江苏瑞佳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11