一种聚阴离子改性纤维素的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚阴离子改性纤维素的制备方法,涉及高分子化合物改性制备技术领域，包括有天然纤维素、氢氧化铯、一氯乙酸、乙醇、异丙醇、正丁醇、氯磺酸及纯净水原料组成的，以及包括粉碎机、强碱反应釜、烧瓶、膜式磺化器反应设备组成，按照质量份配比原料计数为：天然纤维素100份、浓度为48％

【技术实现步骤摘要】
一种聚阴离子改性纤维素的制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子化合物改性制备
，具体为一种聚阴离子改性纤维素的制备方法。

技术介绍

[0002]聚阴离子纤维素PAC，是一种由天然纤维素经过化学改性制备出的水溶性纤维素醚类衍生物，具有优良的耐热稳定性、耐盐性和抗菌性，PAC适应用于CMC适用的全部工业领域，包括纺织业中的纱线上浆剂，造纸业纸浆中的耐油平滑剂，日化业中的日用品洗涤剂，橡胶业中的胶乳稳定剂，钻井工业中的增粘剂、保水剂、悬浮剂等；从天然纤维素改性制备的PAC比CMC具有反应均匀性好、取代度高、透明度好、耐盐和耐热性能卓越，其使用行业领域广泛，性能随着行业应用的高质量追求在不断强化，因此，改性工艺随之突破，使其性能改善优化。
[0003]现有的聚阴离子改性纤维素的制备方法是在其耐盐性、耐高温性、高粘型和保水性进行改性制备，用于钻井工业中，处理井壁黏土细碎颗粒掉落、水井中水分过滤失量及稳定软土结构，PAC作为抑制剂和降失水剂，在高盐的介质中抑制黏土和页岩的分散和膨胀，控制井壁的污染；目前聚阴离子改性纤维素的制备过程中存在制备原料配比不科学、达不到理想的PAC性能、制备的聚阴离子纤维素的取代度处于0.85
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1.4范围内，不能精准把控其取代度与其性能的强弱问题；因此，PAC的取代度能越高，其性能越强，所以在制备改性聚阴离子纤维素的工艺中，稳定和控制聚阴离子纤维素的高取代度是需要进一步深度研究的。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种聚阴离子改性纤维素的制备方法，解决了传统一种聚阴离子改性纤维素的制备方法存在原材料材料配比不够科学，达不到充分反应提高取代度的效果，并且对于聚阴离子改性纤维素的性能效果不是非常理想的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种聚阴离子改性纤维素的制备方法，包括有天然纤维素、氢氧化铯、一氯乙酸、乙醇、异丙醇、正丁醇、氯磺酸及纯净水原料组成的，以及包括粉碎机、强碱反应釜、烧瓶、膜式磺化器反应设备组成，按照质量份配比原料计数为：天然纤维素100份，浓度为48％
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52％的氢氧化铯100
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130份、一氯乙酸120
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150份、乙醇25
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30份、异丙醇10
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15份、正丁醇5
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10份、氯磺酸250
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300份；其制备步骤如下：
[0008]S1、一次碱化反应，取出天然纤维素100份放置到粉碎机中进行搅拌打碎，搅拌速度为6000
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10000r/min，搅拌后过60
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80目细筛，得出粉末状天然纤维素后放入强碱反应釜中，并在其内部添加浓度为48％
‑
52％的氢氧化铯90
‑
120份，进行碱化反应，反应时，控制反应温度为20℃，反应时间为30
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40min，反应后，得到碱化纤维素A；
[0009]S2、二次碱化反应，取出烧瓶，在温度为20℃条件下，添加乙醇25
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30份、异丙醇10
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15份及正丁醇5
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10份制备混合液P，并将混合液P按照质量份分成1:2的两份P1和P2，用混合液P1和浓度为48％
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52％的氢氧化铯10份依次加入到强碱反应釜中，与碱化纤维素A再次进行充分碱化反应，反应温度为20℃，反应时间为20
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30min，反应后，得到碱化纤维素B；
[0010]S3、醚化取代反应，取出烧瓶，在温度为20℃条件下，添加一氯乙酸120
‑
150份和混合液P2混合形成混合液R，取出强碱反应釜，在其内部依次添加碱化纤维素B和混合液R，进行醚化反应，反应时，控制反应温度为50
‑
70℃，反应时间为40
‑
60min，反应后，采用离心方法，去除混合液进行烘干、研磨及过筛处理，得到聚阴离子纤维素C；
[0011]S4、磺酸基改性处理，取出膜式磺化器，加入氯磺酸250
‑
300份和聚阴离子纤维素C混合，将磺酸基与羧基进行改性反应，反应温度为70
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90℃，反应时间为30
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40min，反应后，用纯净水清洗混合物过筛2
‑
3次，进行烘干、研磨及过筛，得出聚阴离子改性纤维素D；
[0012]S5、取代度灰化法及性能测试，采用灰化法，取出部分聚阴离子改性纤维素D的样品，进行高温灼烧成灰，加入盐酸的标准溶液进行滴定溶解灰化物，加入甲基红的指示剂，反应时间缓慢，计算出取代度DS；以及采用水溶解法，取出烧杯纯净水，缓慢加入部分聚阴离子改性纤维素D的样品在烧杯中，进行充分溶解搅拌，测试聚阴离子改性纤维素D的粘度、PH值及持续时间。
[0013]优选的，所述天然纤维素包括棉花、麻类、蚕丝及动物毛，含量多的纤维素是棉花和麻类，蚕丝和动物毛的含量多是蛋白质，在制备聚阴离子纤维素是采用短纤维精制棉的棉花，或者采用植物纤维加工的木材浆，其中，棉花的棉纤维纤维素含量高达94％，木材浆的麻纤维纤维素含量占60
‑
80％，因此，本实施例中采用精制棉纤维。
[0014]优选的，所述氢氧化铯是一种白色结晶性粉末的无机化合物，具有强碱性、腐蚀性、易潮解、易溶于水的特点，其分子式为CsOH，分子量为149.91，密度为3.675g/cm3，熔点为272℃，CsOH与精制棉纤维发生碱化改性反应，具体为纤维素上的羧基呈现为酸性，吸附氢氧化铯溶液后，改性生成碱纤维盐和水，其碱化方程式为[C6H7O2(OH)3]n
+nCsOH
→
[C6H7O2(OH)2OCs]n
+nH2O；在碱化反应中，天然纤维素对氢氧化铯的吸附量和膨润度随着温度、浓度有关，且天然纤维素改性成碱纤维素的溶解速率与乙醇、异丙醇混合物的添加有关，其中，在碱化过程中，溶液介质的极性越大，生成的碱纤维素中失水葡萄糖单元与CsOH反应的羟基数目值M越低，醇混合液的极性小于水，能提高碱纤维素的M值，并且使得天然纤维素的形态结构和细微结构发生改变，溶解出半纤维素、杂质和低聚合度的纤维素，提高聚阴离子纤维素的纯度和性能。
[0015]优选的，所述一氯乙酸是一种白色结晶性粉末的有机化合物，以α、β、γ三种形式存在，其分子式为ClCH2COOH，分子量为94.497，密度为1.58g/cm3，沸点为189℃，临界压力为5.78MPa，具有溶于水、乙醇、乙醚、氯仿及二硫化碳的特点，是制备聚阴离子纤维素的羧甲基化剂。
[0016]优选的，所述乙醇是一种易挥发、无色透明液体的有机化合物，其分子式为C2H6O，分子量为46.07，是带有羟基的饱和一元醇，在20℃条件下，乙醇溶液密度为0.7893g/cm3，其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚阴离子改性纤维素的制备方法，其特征在于，包括有天然纤维素、氢氧化铯、一氯乙酸、乙醇、异丙醇、正丁醇、氯磺酸及纯净水原料组成的，以及包括粉碎机、强碱反应釜、烧瓶、膜式磺化器反应设备组成，按照质量份配比原料计数为：天然纤维素100份，浓度为48％
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52％的氢氧化铯100
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130份、一氯乙酸120
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150份、乙醇25
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30份、异丙醇10
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15份、正丁醇5
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10份、氯磺酸250
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300份；其制备步骤如下：S1、一次碱化反应，取出天然纤维素100份放置到粉碎机中进行搅拌打碎，搅拌速度为6000
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10000r/min，搅拌后过60
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80目细筛，得出粉末状天然纤维素后放入强碱反应釜中，并在其内部添加浓度为48％
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52％的氢氧化铯90
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120份，进行碱化反应，反应时，控制反应温度为20℃，反应时间为30
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40min，反应后，得到碱化纤维素A；S2、二次碱化反应，取出烧瓶，在温度为20℃条件下，添加乙醇25
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30份、异丙醇10
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15份及正丁醇5
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10份制备混合液P，并将混合液P按照质量份分成1:2的两份P1和P2，用混合液P1和浓度为48％
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52％的氢氧化铯10份依次加入到强碱反应釜中，与碱化纤维素A再次进行充分碱化反应，反应温度为20℃，反应时间为20
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30min，反应后，得到碱化纤维素B；S3、醚化取代反应，取出烧瓶，在温度为20℃条件下，添加一氯乙酸120
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150份和混合液P2混合形成混合液R，取出强碱反应釜，在其内部依次添加碱化纤维素B和混合液R，进行醚化反应，反应时，控制反应温度为50
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70℃，反应时间为40
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60min，反应后，采用离心方法，去除混合液进行烘干、研磨及过筛处理，得到聚阴离子纤维素C；S4、磺酸基改性处理，取出膜式磺化器，加入氯磺酸250
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300份和聚阴离子纤维素C混合，将磺酸基与羧基进行改性反应，反应温度为70
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90℃，反应时间为30
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40min，反应后，用纯净水清洗混合物过筛2
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3次，进行烘干、研磨及过筛，得出聚阴离子改性纤维素D；S5、取代度灰化法及性能测试，采用灰化法，取出部分聚阴离子改性纤维素D的样品，进行高温灼烧成灰，加入盐酸的标准溶液进行滴定溶解灰化物，加入甲基红的指示剂，反应时间缓慢，计算出取代度DS；以及采用水溶解法，取出烧杯纯净水，缓慢加入部分聚阴离子改性纤维素D的样品在烧杯中，进行充分溶解搅拌，测试聚阴离子改性纤维素D的粘度、PH值及持续时间。2.根据权利要求1所述的一种聚阴离子改性纤维素的制备方法，其特征在于：所述天然纤维素包括棉花、麻...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵彦明，齐敦民，
申请(专利权)人：徐州创力纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：