背景技術
羥乙基纖維素是以纖維素為原料，經氫氧化鈉堿化后，與環氧乙烷醚化而制得，是一種微黃色或白色、無嗅、無味的粉末。羥乙基纖維素的制備方法有氣固法和淤漿法兩種。氣固法是纖維素堿化后，直接與環氧乙烷反應得到產品，該方法的特點是過程簡單、環氧乙烷消耗大、產品得率低、取代均勻性差、成本高。淤漿法是纖維素堿化和醚化在淤漿狀態下反應，即在大量有機溶劑中進行反應，有機溶劑與纖維素比例一般為8～12：1。淤漿法制備環氧乙烷消耗低、產品取代均勻性好、成本低。現主流制備方法是淤漿法。
羥乙基纖維素反應分為堿化和醚化兩個階段。堿化階段加入氫氧化鈉和有機溶劑混合液，氫氧化鈉與纖維素反應生成堿纖維素，堿纖維素與環氧乙烷醚化反應得到羥乙基纖維素。氫氧化鈉在整個反應過程中起到打開纖維素分子內氫鍵和降低分子間范德華力、催化環氧乙烷開環的作用。在醚化反應結束后還需要加入酸中和氫氧化鈉。淤漿法制備羥乙基纖維素，其氫氧化鈉與纖維素比例有時高達1：1，氫氧化鈉和中和酸在纖維素原料成本中一般約占6％～10％。如果能夠減少堿化反應階段氫氧化鈉的用量，將有助于降低淤漿法生產羥乙基纖維素的生產成本。
發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提供羥乙基纖維素的制備方法。
本發明提供了羥乙基纖維素的制備方法，以纖維素為起始原料，經過堿化和醚化兩個反應階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應在捏合機中進行。
進一步地，所述的制備方法包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質加入捏合機中進行堿化反應；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應釜中，加入分散介質、環氧乙烷，進行醚化反應，生成羥乙基纖維素。
進一步地，步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項：
氫氧化鈉：纖維素的質量比為0.18～0.32:1；
優選地，氫氧化鈉：纖維素的質量比為0.20～0.30:1；
分散介質：纖維素的質量比為2.0～4.0:1；
優選地，分散介質：纖維素的質量比為2.8～3.2:1。
其中，發明人試驗得出，如果氫氧化鈉用量低于氫氧化鈉：纖維素質量比0.18:1，堿化效果會受到一定程度的影響。
另一方面，若分散介質的用量低于分散介質：纖維素質量比2.0:1，也會在一定程度上影響堿化反應的效果；若分散介質：纖維素質量比高于4.0:1，又會降低反應效率。
進一步地，步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
進一步地，堿化反應溫度10℃～40℃，堿化反應時間40min～120min。
進一步地，步驟S2中各物料配比滿足以下至少一項：
環氧乙烷：纖維素的質量比為0.8～1.05:1；
優選地，環氧乙烷：纖維素的質量比為0.7～1.2:1；
分散介質：纖維素的質量比為6.0～10.0:1；
優選地，分散介質：纖維素的質量比為6.5～7.0:1。
進一步地，醚化反應溫度70℃～90℃，醚化反應時間60min～120min。
進一步地，步驟S1、步驟S2中所述的分散介質均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
進一步地，所述的制備方法還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
進一步地，所述的制備方法滿足以下至少一項：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點為pH＝5.0～8.5；
通過離心進行固液分離。
本發明提供的羥乙基纖維素的制備方法，將堿化和醚化在不同設備中進行，堿化使用捏合機，醚化仍按現有工藝在立式反應釜中進行，能夠達到以下有益效果：
1、在達到同樣產品質量的條件下，氫氧化鈉用量減少，后續中和用酸量相應減少，可以達到降低成本的目的。
2、堿化效果更好，醚化反應更易進行，在同等氫氧化鈉及環氧乙烷用量下，產品取代度更高，產品收率更高。
綜上所述，采用本發明制備方法可以使堿化和醚化反應達到優于現有生產工藝的效果，在同等的產品質量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量，實現生產成本的降低；或在同等氫氧化鈉用量下，產品取代度得到提高。
具體實施方式
本發明提供了羥乙基纖維素的制備方法，該方法以纖維素為起始原料，經過堿化和醚化兩個反應階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應在捏合機中進行。
本發明是基于發明人對現有生產工藝所存在缺陷的深入研究而完成的：發明人發現，現有淤漿法制備羥乙基纖維素取代度不高、收率低以及氫氧化鈉用量高的主要原因，是由于纖維素的堿化和醚化常規是在一個立式反應釜內進行。在立式反應釜中進行堿化時，氫氧化鈉是通過反應釜攪拌的攪拌作用和纖維素外部接觸、混合，纖維素內部需要通過氫氧化鈉自身逐漸滲透進入，需要較高的堿濃度才能達到很好的堿化效果。基于此，發明人提出將堿化和醚化在不同設備中進行，堿化使用捏合機，醚化仍然在立式反應釜中進行。由此可以使氫氧化鈉與纖維素滲透以及后續反應達到優于立式反應釜的效果，在同等的產品質量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量；或在同等氫氧化鈉用量下，產品取代度和收率得到提高。
下面將結合實施例對本發明的方案進行解釋。本領域技術人員將會理解，下面的實施例僅用于說明本發明，而不應視為限定本發明的范圍。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。
實施例1采用本發明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉294g、分散介質(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)2800g加入捏合機中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時間60min。堿化完畢后物料加入立式反應釜中，補充分散介質(分散介質同前)7000g和環氧乙烷915g，醚化溫度75～80℃，醚化時間60min。醚化反應完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產品粘度960mpa.s，摩爾取代度2.86，pH值7.4，灰分4.6％，干燥減量4.21％，透光率90.2％。
實施例2采用本發明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉260g、分散介質(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機中，堿化溫度20℃～30℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應釜中，補充分散介質(分散介質同前)6500g，加入環氧乙烷850g，醚化溫度70～75℃，醚化時間90min。醚化反應完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產品粘度780mpa.s，摩爾取代度2.73，pH值7.1，灰分3.8％，干燥減量2.65％，透光率94.5％。
實施例3采用本發明方法制備羥乙基纖維素
木漿1000g、氫氧化鈉235g、分散介質(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機中，堿化溫度10℃～20℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應釜中，補充分散介質(分散介質同前)6500g，加入環氧乙烷800g，醚化溫度75～80℃，醚化時間90min。醚化反應完畢降溫至35℃后，加入醋酸中和，經離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產品粘度39mpa.s，摩爾取代度2.91，pH值7.2，灰分4.9％，干燥減量3.65％，透光率93.8％。
實施例4采用本發明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉200g、分散介質(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3200g加入捏合機中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時間90min。堿化完畢后物料加入立式反應釜中，補充分散介質(分散介質同前)6500g，加入環氧乙烷1050g，醚化溫度75～80℃，醚化時間100min。醚化反應完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產品粘度570mpa.s，摩爾取代度2.57，pH值7.1，灰分3.5％，干燥減量3.98％，透光率91.5％。
對比例
表1是對常規制備工藝及本發明制備工藝產品質量進行對比。001、002是堿化和醚化在一個立式反應釜內進行；003為本發明制備工藝，減少氫氧化鈉用量28％，產品摩爾取代度提高，其他指標與001、002相當；004為本發明制備工藝，氫氧化鈉用量一樣，與001、002相比，產品摩爾取代度大幅提高。摩爾取代度指標是衡量產品環氧乙烷轉化率及產品收率的關鍵指標，摩爾取代度高，說明反應效果好，環氧乙烷轉化率高，產品收率高。
需要說明的是，本說明書中描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例以及不同實施例的特征進行結合和組合。
1.羥乙基纖維素的制備方法，其特征是：以纖維素為起始原料，經過堿化和醚化兩個反應階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應在捏合機中進行。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征是：包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質加入捏合機中進行堿化反應；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應釜中，加入分散介質、環氧乙烷，進行醚化反應，生成羥乙基纖維素。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項：
氫氧化鈉：纖維素的質量比為0.18～0.32:1；
優選地，氫氧化鈉：纖維素的質量比為0.20～0.30:1；
分散介質：纖維素的質量比為2.0～4.0:1；
優選地，分散介質：纖維素的質量比為2.8～3.2:1。
4.如權利要求2或3所述的制備方法，其特征是：步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
5.如權利要求2所述的制備方法，其特征是：堿化反應溫度10℃～40℃，堿化反應時間40min～120min
環氧乙烷：纖維素的質量比為0.8～1.05:1；
優選地，環氧乙烷：纖維素的質量比為0.7～1.2:1；
分散介質：纖維素的質量比為6.0～10.0:1；
優選地，分散介質：纖維素的質量比為6.5～7.0:1。
7.如權利要求2所述的制備方法，其特征是：醚化反應溫度70℃～90℃，醚化反應時間60min～120min。
8.如權利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1、步驟S2中所述的分散介質均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
9.如權利要求1～8任意一項所述的制備方法，其特征是：還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
10.如權利要求9所述的制備方法，其特征是：滿足以下至少一項：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點為pH＝5.0～8.5；
通過離心進行固液分離。
