一种聚阴离子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纤维素的制备方法，涉及化学材料技术领域，步骤S1、纤维素的溶解：将木浆纤维素倒入反应器中进行搅拌，同时喷淋四丁基氢氧化铵

【技术实现步骤摘要】
一种聚阴离子纤维素的制备方法


[0001]本专利技术涉及化学材料
，具体为一种聚阴离子纤维素的制备方法。

技术介绍

[0002]植物每年通过光合作用可以产生上亿万吨的纤维素，纤维素的化学结构式显示，纤维素是由很多D
‑
吡喃葡萄糖苷彼此以β
‑
(1，4)糖苷键连接而成的线形高分子，主要由结晶区和非结晶区两部分组成，葡萄糖单元上存在的自由羟基为纤维素的化学改性提供了物质基础。
[0003]聚阴离子纤维素是一种高取代度、取代基分布均匀的甲基纤维素钠盐，是由天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物，相较于纤维素具有以下特点：可溶解、耐酸、耐盐、保湿等性能好，广泛应用于石油钻井，特别是盐水井和海洋石油钻井，聚阴离子纤维素在国内尚处于推广应用阶段。
[0004]随着大型海油田开发、建材、食品、药品、化妆品以及日化品等行业领域的不断发展，聚阴离子纤维素的用量在逐年增加，随着其应用领域的不断拓展，市场对于聚阴子纤维素的需求量越来越大，目前制备聚阴离子纤维素的方法主要有多步淤浆法、多步碱化多步醚化法、碱醚化反应分机分步法、均相法工艺。这些生产工艺存在操作过程复杂、生产成本高的缺点，制备的聚阴离子纤维素存在下列问题：1、氢氧化钠/尿素溶剂体系在碱化纤维素时，只能溶解较低分子量的纤维素，对高分子量的纤维素的碱化效果差，导致纤维素利用率低；2、制备得到的聚阴离子纤维素的取代度低、耐酸碱性差、耐温性和粘度不足。
[0005]因此需要一种价格低廉、使用方便的纤维素溶剂，用于提高纤维素的利用率，同时需要改进生产工艺用于提高聚阴离子纤维素的粘度、耐酸碱性和耐温性。

技术实现思路

[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种聚阴离子纤维素的制备方法，解决了传统聚阴离子纤维素的制备方法存在纤维素利用率低、生产成本高，并且聚甲基纤维素耐酸碱性不够、取代度低的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种聚阴离子纤维素的制备方法，包括下列步骤：
[0010]步骤S1、纤维素的溶解：取经过破碎的精制棉得到木浆纤维素，然后将木浆纤维素倒入反应器中进行搅拌，同时喷淋四丁基氢氧化铵
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硫单质水溶液，在20～60℃下对聚合度在300～800的纤维素溶解40～80min，得到质量分数为10～15％的可溶性纤维素溶液；
[0011]步骤S2、醚化：向可溶性纤维素溶液中分批加入一氯乙酸醇溶液，控制反应中pH值范围，并控制反应温度在50～70℃，反应60～90min，得到醚化混合物；
[0012]步骤S3、交联反应：先将醚化混合物pH调节至6.5～8.0，然后加入2～6％的钛酸钠
交联溶液，钛酸钠与纤维素中的醇羟基发生微交联反应，反应30～60min后得到微交联混合物；
[0013]步骤S4、再生与洗涤：用盐酸溶液将微交联混合物调节至中性，加入微交联混合物5～10倍的去离子水让纤维素充分再生，再生后通过抽滤除去溶剂，得到溶剂和粗产物，用80％的乙醇水溶液洗涤粗产物后进行烘干干燥、粉碎得到聚阴离子纤维素粉末。
[0014]优选的，所述四丁基氢氧化铵
‑
硫单质水溶液中，四丁基氢氧化铵：硫单质：水＝1：6：1～3。
[0015]优选的，步骤S2中，通过在反应中加入浓碱液控制pH保持在8.8～9.5。
[0016]优选的，所述醚化过程中向反应体系中加入与纤维素质量比为6％的钛酸酯醇溶液，所述钛酸酯醇溶液为钛酸酯与异丙醇或乙醇混合溶液。
[0017]优选的，所述步骤S4得到的聚阴离子纤维素的取代度为0.9～1.3，pH在6.0～8.5，粘度在180～220mPa
·
S，滤失量＜18mL。
[0018]优选的，所述步骤S2得到的聚阴离子纤维素的醚化混合物通过将阴离子型壳聚糖加入聚阴离子纤维素中对聚阴离子纤维素进行改性，提高聚阴离子纤维素的粘度和耐酸碱性，改性方式包括下列操作：取步骤S2得到的醚化混合物20份，先将pH调解至7.5～8.5，然后加入阴离子型壳聚糖30～60份，催化剂0.2～2份加入装有回流冷凝装置的三口反应瓶中，在40～65℃下反应12～30小时，得到改性后混合物，最后将该混合物用盐酸溶液调解至中性，经过洗涤、干燥得到聚阴离子纤维素。
[0019]优选的，所述催化剂为磷酸与碳酸钾、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的任一一种的混合物，磷酸与碳酸钾、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠的混合比例为1：1～3。
[0020]优选的，所述阴离子型壳聚糖是N
‑
亚甲基壳聚糖亚磷酸酯或O
‑
3，6
‑
壳聚糖磷酸酯中的任一一种。
[0021]优选的，所述改性聚阴离子纤维素的取代度为0.9～1.3，pH在6.0～8.5，粘度在200～245mPa
·
S，滤失量＜18mL。
[0022]优选的，所述聚阴离子纤维素是一种白色或淡黄色粉末，直接加入各种水基钻井完井液中，加入量为0.02～2％。
[0023](三)有益效果
[0024]本专利技术提供了一种聚阴离子纤维素的制备方法，具备以下有益效果：
[0025](1)该一种聚阴离子纤维素的制备方法，本专利技术采用四丁基氢氧化铵和硫单质混合溶剂将纤维素溶解，得到液态的纤维素，其中四丁基氢氧化铵破坏纤维素的氢键，使纤维素具有可溶解的能力，S作为氢键屏蔽剂，使分散在溶剂中的纤维素分子无法通过氢键分子再次通过氢键聚集，四丁基氢氧化铵和硫的共同作用，极大的提高了复合溶剂对纤维素的溶解性能，使可溶性碱性纤维素形成后较为稳定，利于醚化过程顺利进行，增加聚阴离子纤维素中羟甲基的取代程度，改善了聚阴离子纤维素的性能，且得到的聚阴离子纤维素在水中的溶解性能理想，使聚阴离子自身性能更为理想，解决了传统制备方法存在纤维素利用率低、生产成本高的问题。
[0026](2)该一种聚阴离子纤维素的制备方法，采用水溶性钛酸钠对醚化过程进行处理，钛是缺电子原子，在碱性条件下钛酸钠与羧甲基纤维素上未被羧甲基取代的羧基氧原子上的孤对电子结合，发生醇羟基间的微交联反应，提高羟甲基纤维素的分子量，使得羧甲基纤
维素的黏度增加，使聚阴离子纤维素的黏度性能得到明显改善，使其在钻井过程使用效果更理想，便于大范围推广使用。本专利技术采用阴离子型壳聚糖对醚化后的纤维素进行改性，解决了传统聚阴离子纤维素的耐酸碱性不够、取代度低的问题。
具体实施方式
[0027]基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]具体实施方式需要准备下列实验试剂与材料：棉纤维素选购自湖北金汉江精制棉有限公司，秸秆纤维素选购自四川百凯维科技有限责任公司，氢氧化钠标准溶液选购自南通润源环保科技有限公司，四丁基氢氧化铵选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚阴离子纤维素的制备方法，其特征在于，包括有下列步骤：步骤S1、纤维素的溶解：取经过破碎的精制棉得到木浆纤维素，然后将木浆纤维素倒入反应器中进行搅拌，同时喷淋四丁基氢氧化铵
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硫单质水溶液，在20～60℃下对聚合度在300～800的纤维素溶解40～80min，得到质量分数为10～15％的可溶性纤维素溶液；步骤S2、醚化：向可溶性纤维素溶液中分批加入一氯乙酸醇溶液，控制反应中pH值范围，并控制反应温度在50～70℃，反应60～90min，得到醚化混合物；步骤S3、交联反应：先将醚化混合物pH调节至6.5～8.0，然后加入2～6％的钛酸钠交联溶液，钛酸钠与纤维素中的醇羟基发生微交联反应，反应30～60min后得到微交联混合物；步骤S4、再生与洗涤：用盐酸溶液将微交联混合物调节至中性，加入微交联混合物5～10倍的去离子水让纤维素充分再生，再生后通过抽滤除去溶剂，得到溶剂和粗产物，用80％的乙醇水溶液洗涤粗产物后进行烘干干燥、粉碎得到聚阴离子纤维素粉末。2.根据权利要求1所述的一种聚阴离子纤维素的制备方法，其特征在于：所述四丁基氢氧化铵
‑
硫单质水溶液中，四丁基氢氧化铵：硫单质：水＝1：6：1～3。3.根据权利要求1所述的一种聚阴离子纤维素的制备方法，其特征在于：步骤S2中，通过在反应中加入浓碱液控制pH保持在8.8～9.5。4.根据权利要求1所述的一种聚阴离子纤维素的制备方法，其特征在于：所述醚化过程中向反应体系中加入与纤维素质量比为6％的钛酸酯醇溶液，所述钛酸酯醇溶液为钛酸酯与异丙醇或乙醇混合溶液。5.根据权利要求1所述的一种聚阴离子纤维素的制备方法，其特征在于：所述步骤...

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