專利名稱：用于改進(jìn)的堿纖維素和纖維素衍生物的制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于堿纖維素和任選地用于纖維素衍生物的制備的方法。
背景技術(shù)：
纖維素衍生物，如纖維素醚，傳統(tǒng)上分兩個(gè)階段制備，S卩(1)堿化階段，其中堿金屬氫氧化物與纖維素反應(yīng)制備堿纖維素，以及( 衍生化階段，優(yōu)選地醚化階段，其中衍生劑，如醚化劑與堿纖維素反應(yīng)形成纖維素衍生物。有時(shí)在一個(gè)或兩個(gè)階段加入分散劑或溶劑以獲得更好的混合。典型地細(xì)分散狀態(tài)下的纖維素在第一階段與堿性溶液例如堿金屬氫氧化物反應(yīng)，通常將堿性溶液噴射在纖維素纖維上并在堿化反應(yīng)中與其反應(yīng)形成堿纖維素。優(yōu)選地在第二階段將堿纖維素在醚化反應(yīng)中與醚化劑反應(yīng)形成纖維素醚。在堿化反應(yīng)中將反應(yīng)器劇烈攪拌，例如在非均相反應(yīng)介質(zhì)中，將堿金屬氫氧化物與纖維素盡可能混合均勻，并且一般在較低的溫度，通常環(huán)境溫度下進(jìn)行該反應(yīng)。纖維素反應(yīng)在非均相條件下發(fā)生。葡糖酐單元(AGU)的可得性因此在很大程度上影響纖維素在多種反應(yīng)中的反應(yīng)活性。很久以來就已知道通過用氫氧化鈉溶液的活化方法能充分提高纖維素的反應(yīng)活性，或使其成為可能。這里，活化的目的是在纖維素的后繼反應(yīng)中增加反應(yīng)速率或可達(dá)到的最大取代度并且獲得更均勻的取代基分布以及葡糖酐單元的完全可得性。如所述的，最常用的活化劑是氫氧化鈉溶液，它作為原纖內(nèi)膨脹劑，引起纖維素的原纖單元的結(jié)構(gòu)改變。此外，除了纖維素的結(jié)構(gòu)松動(dòng)，在眾多纖維素反應(yīng)中需要羥基離子的存在，所述反應(yīng)是例如羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥烷基纖維素、羥烷基甲基纖維素或纖維素黃原酸酯的形成。為產(chǎn)品質(zhì)量而努力高度需要均勻堿化。典型地在多階段方法中制備甲基纖維素及其包含甲氧基的混合醚。在第一階段中，將所用的纖維素磨為所需的粒子尺寸范圍。在第二階段中，將磨碎的纖維素在混合機(jī)中與堿金屬氫氧化物，尤其是氫氧化鈉的水溶液，優(yōu)選地濃縮水溶液均勻地混合并將其活化以制備堿金屬纖維素。已知的方法是在合適的混合單元中噴射堿化，在所述混合單元中用堿金屬氫氧化物溶液噴射所述磨碎的纖維素。在漿液工藝中，使磨碎的纖維素懸浮在懸浮介質(zhì)中并之后加入堿金屬氫氧化物。在漿液堿化工藝中，使纖維素懸浮在氫氧化鈉溶液中并且之后使其通過螺旋壓榨機(jī)或篩鼓壓機(jī)以移除過量的苛性鈉。在第三階段中，通過加入的烷基鹵，例如，甲基氯或乙基氯，以及用羥烷基化劑，如環(huán)氧乙烷和/或環(huán)氧丙烷和/或環(huán)氧丁烷實(shí)現(xiàn)非均相反應(yīng)。進(jìn)一步的處理階段可以包括纖維素醚的提純、研磨和/或干燥。在MC(甲基纖維素)和MHAC(甲基羥烷基纖維素)的工業(yè)生產(chǎn)中，堿化、并且尤其是用醚化劑，例如，甲基氯、乙基氯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和/或環(huán)氧丁烷的醚化，包括帶有相當(dāng)多熱量產(chǎn)生的放熱反應(yīng)階段。因?yàn)樵跐{液方法中通常使用懸浮介質(zhì)，例如，二甲醚和/ 或甲基氯，溫度的增加與同步的壓力增加相關(guān)。因?yàn)閴A化通常在大氣壓下或微高于大氣壓下進(jìn)行，所以可以將反應(yīng)分為低壓(堿化)和高壓(醚化)工藝步驟。對(duì)于寬范圍的應(yīng)用領(lǐng)域，制備了具有不同取代度的纖維素醚。在纖維素醚化學(xué)中烷基取代度通常稱為DS。DS是每葡糖酐單元取代的OH基團(tuán)的平均數(shù)目。例如，甲基取代度稱為DS(M)。通常，羥烷基取代度稱為MS。MS是每摩爾葡糖酐單元形成類醚鍵的醚化試劑的平均摩爾數(shù)。例如，用醚化試劑環(huán)氧乙烷的醚化稱為例如MS(HE)，并且用醚化試劑環(huán)氧丙烷的醚化稱為MS(HP)。根據(jù)kisel方法實(shí)現(xiàn)側(cè)基的測(cè)定(文獻(xiàn)G. Bartelmus和 R. Ketterer, Z. Anal. Chem. 286 (1977) 161-190)。通過醚化的程度和取代基的類型可以確定產(chǎn)物的多個(gè)性質(zhì)，例如，熱絮凝點(diǎn)、溶解度、粘度、成膜能力、保水能力和粘附強(qiáng)度。MC和MHAC用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，例如作為礦物和分散體類建筑材料體系中或化妝品和藥物組合物的制備中的稠度調(diào)節(jié)劑和加工助劑。具有高取代度的纖維素醚也適合于作為有機(jī)溶劑的增稠劑。例如，在 Houben Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Makromolekulare Stoffe[有機(jī)化學(xué)方法，大分子物質(zhì)]，第4版，第E 20卷，第2042頁(1987)中公開了制備的化學(xué)基礎(chǔ)和原理(制備方法和制備步驟)的綜述和物質(zhì)的列舉以及多種衍生物的特性和可能應(yīng)用的描述。雖然作為最終產(chǎn)物的帶有適當(dāng)取代度的纖維素醚通常在低于溶解溫度的溫度下在水中可溶，但是一般會(huì)留下少量不溶部分，這引起溶液的渾濁。該渾濁主要由未被堿金屬氫氧化物充分活化并且獲得較低的取代度的不溶纖維素纖維引起。濁度和不溶纖維比例的大小對(duì)于纖維素醚用于某些使用領(lǐng)域的可用性具有不良影響。例如，這里可以提及在藥物學(xué)科中纖維素醚用于透明硬膠囊的制備的使用。纖維素醚在用于汽車催化轉(zhuǎn)化器的陶瓷擠出中的使用也需要低纖維含量，以便避免可能的材料缺陷。對(duì)于具有較少不溶纖維分?jǐn)?shù)的均勻取代纖維素醚的制備，高度需要非常有效和均勻的堿化。此外，低壓和高壓處理步驟的結(jié)合導(dǎo)致設(shè)備需求增加。通常，在用于堿化和/或非均相醚化的纖維素醚的制備中使用配備有帶特殊混合部件的水平中心軸的耐壓水平、圓柱形鼓，所述混合部件是例如犁鏵、Becker葉片、T形葉片、槳葉、混合螺帶或混合帶。符合拋擲或強(qiáng)烈混合機(jī)的原理(轉(zhuǎn)子速度超過臨界速度，這意指粒子從材料床被拋出)的這種混合反應(yīng)器的實(shí)例是來自德國(guó)Gebr. Lodige Maschinenbau GmbH的DRUVATHERM Reaktor DVT或All In One ReaetOT TR。此外，一些反應(yīng)混合機(jī)配備有通常稱為切碎器或旋轉(zhuǎn)切刀的粉碎器，以便獲得額外的混合效果或添加劑的良好分散。為了有效的冷卻或加熱，這些混合機(jī)典型地帶有雙套或冷凝/加熱旋管。具有附加的冷凝器和外凝結(jié)器的實(shí)施方案也是已知的。關(guān)于堿化的最優(yōu)化，過去采用了多種方法。關(guān)于這點(diǎn)，(美國(guó)專利號(hào)4，845，206A) 報(bào)告了通過在與纖維素混合之前在噴嘴中與醚化劑預(yù)混合改善氫氧化鈉溶液的分散。更進(jìn)一步地，(美國(guó)專利號(hào)7，361，753)描述了通過表面活性物質(zhì)的添加改善堿化。在這些工藝中在耐壓反應(yīng)容器中進(jìn)行低壓噴射堿化。當(dāng)需要最優(yōu)化設(shè)備和裝置的利用時(shí)用于低壓堿化的昂貴和復(fù)雜的耐壓反應(yīng)器的使用是不合需要的。已經(jīng)發(fā)表了與優(yōu)化堿化以減少不溶纖維含量的主題相關(guān)的許多專利申請(qǐng)。描述過適當(dāng)?shù)难b置中的單獨(dú)堿化步驟。所記述的是帶有堿在下游的去除的用于堿化的漿液方法的實(shí)施方式和在寬范圍的單元中的上游連續(xù)噴射堿化的實(shí)施方式。例如，這里使用了斗鏈輸送機(jī)(us 2007/0149773A1)、捏合機(jī)(US2002/0099203A1)、旋轉(zhuǎn)壓力過濾機(jī)(US 2007/0144692A1)、高強(qiáng)度混合機(jī)(US 2006/0287518A1)或螺旋輸送機(jī)(US 2007/0149773A1)。將氫氧化鈉溶液均勻供料至纖維素物質(zhì)的恒定連續(xù)流同時(shí)保證充分混合是這些出版物中公開的連續(xù)堿化的目標(biāo)。這些出版物中沒有公開低壓和高壓工藝步驟的分離的益處。此外，強(qiáng)調(diào)了連續(xù)計(jì)量和保證恒定纖維素物質(zhì)流的臨界限制條件，以在纖維素的所有部分中獲得恒定和均勻濃度的氫氧化鈉。尤其是，在US 2005/0240016A1 和 US 3，388，082A、US 4，456，751A、US 4，477，657A和US 3，839，319A中，描述了用于甲基羥烷基纖維素的制備的其它方法。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種優(yōu)化堿纖維素的制備的方法。本發(fā)明的優(yōu)選目的是提供一種保證纖維素的均勻和/或均一堿化以便在后續(xù)的衍生化過程中獲得均勻取代的纖維素衍生物的方法。優(yōu)選的衍生化方法是一個(gè)或多個(gè)烷基化和/或羥烷基化步驟以制備均勻和/或均一取代的纖維素醚。發(fā)明概述通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于堿纖維素的制備的方法解決了技術(shù)問題，所述方法包括使纖維素與堿金屬氫氧化物反應(yīng)，其中在混合設(shè)備中將所述堿金屬氫氧化物與纖維素混合，所述混合設(shè)備具有帶有第一橫截面的上部區(qū)域和帶有第二橫截面的下部區(qū)域，所述第二橫截面與第一橫截面相同或小于第一橫截面，并且所述混合設(shè)備包括至少一個(gè)非水平定向的混合元件。通過一種用于堿纖維素的制備和/或纖維素衍生物的制備的混合設(shè)備的使用也解決了技術(shù)問題，其中所述混合設(shè)備具有帶有第一橫截面的上部區(qū)域和帶有第二橫截面的下部區(qū)域，第二橫截面與第一橫截面相同或小于第一橫截面，并且所述混合設(shè)備包括至少一個(gè)可通過和/或環(huán)繞非水平定向旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)的混合裝置，優(yōu)選地在中心且非水平定向的連續(xù)或分隔的單軸混合裝置。附圖簡(jiǎn)述

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的混合設(shè)備的第一實(shí)施方案，所述實(shí)施方案包括帶有圓柱形上部部分和錐形下部部分的立式混合機(jī)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的混合設(shè)備的第二實(shí)施方案，所述實(shí)施方案包括圓錐形立式混合機(jī)；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的混合設(shè)備的第三實(shí)施方案，所述實(shí)施方案包括圓柱形立式混合機(jī)。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種用于堿纖維素的制備的方法，所述方法包括纖維素與堿金屬氫氧化物的反應(yīng)，其中優(yōu)選地以足夠用于纖維素的部分或完全堿化的量將堿金屬氫氧化物的水溶液在優(yōu)選的立式混合設(shè)備的進(jìn)料位置加入纖維素并且與所述纖維素充分混合，優(yōu)選地通過環(huán)流的方式。在本發(fā)明的意義上，垂直意指基本上在混合設(shè)備相應(yīng)的縱向軸或延長(zhǎng)線方向。環(huán)流在轉(zhuǎn)子速度慢并且通過位移獲得粒子由混合元件帶來的移動(dòng)的情況下提供了對(duì)流混合。混合原理被稱作“對(duì)流混合”。該對(duì)流混合原理與也被稱作“拋擲混合機(jī)”或“強(qiáng)烈混合機(jī)”的標(biāo)準(zhǔn)水平犁鏵混合機(jī)的區(qū)別在于，這些標(biāo)準(zhǔn)水平混合機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度高于臨界速度，這意味著粒子從材料床被拋出?；旌显O(shè)備具有帶第一橫截面的上部區(qū)域和帶第二橫截面的下部區(qū)域；下部區(qū)域中的所述第二橫截面優(yōu)選地小于所述上部區(qū)域的橫截面。混合設(shè)備可以包括垂直定向圓錐形部；優(yōu)選地在所述混合設(shè)備的下部部分設(shè)置所述垂直定向圓錐形部。因此，混合設(shè)備優(yōu)選地包括垂直放置的圓錐形部分?；旌显O(shè)備(1)優(yōu)選地包括可以通過基本上在中心并且垂直定向的軸旋轉(zhuǎn)的混合裝置。更優(yōu)選，混合設(shè)備包括立式對(duì)流混合機(jī)，也稱作“立式混合機(jī)”， 其特征在于優(yōu)選地通過混合裝置，經(jīng)由在中心且垂直安置或由軌道臂軌道式固定的連續(xù)或分隔的單軸或雙軸實(shí)現(xiàn)混合機(jī)內(nèi)含物的三維混合?；旌显O(shè)備相對(duì)于其縱向延長(zhǎng)線可以還包括能夠繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的對(duì)角線定向混合裝置。單軸混合裝置優(yōu)選地是螺桿或者單或雙螺帶 (helix)形式或者配備有混合葉片或混合槳葉。更優(yōu)選，基本上全部混合機(jī)內(nèi)含物經(jīng)歷連續(xù)充分混合，優(yōu)選地對(duì)流混合，如相同方向的環(huán)流混合。特征環(huán)流優(yōu)選地穿過收縮的橫截面，例如，一個(gè)或兩個(gè)圓錐區(qū)域。優(yōu)選地在混合設(shè)備中具有錐形橫截面，優(yōu)選地圓錐形橫截面的區(qū)域中的進(jìn)料點(diǎn)將堿金屬氫氧化物加入纖維素中。特別地通過噴嘴或噴管實(shí)現(xiàn)堿金屬氫氧化物的添加。優(yōu)選地將堿金屬氫氧化物以水溶液形式加入混合裝置。備選地，可以固體形式如粒料將堿金屬氫氧化物加入水性纖維素組合物中。噴嘴或噴管優(yōu)選地是平滑射流噴嘴、圓錐噴嘴、扇形噴嘴、空心錐形噴嘴、 實(shí)心錐形噴嘴、雙體噴嘴或扁平射流噴嘴。優(yōu)選的堿纖維素是纖維素鉀或，更優(yōu)選，纖維素鈉。優(yōu)選地在混合設(shè)備的下部區(qū)域中的進(jìn)料點(diǎn)將堿金屬氫氧化物加入纖維素中。堿金屬氫氧化物的進(jìn)料點(diǎn)優(yōu)選地位于收縮橫截面區(qū)域以使堿金屬氫氧化物與其它混合組分的混合更有效。優(yōu)選地通過位于堿金屬氫氧化物的進(jìn)料點(diǎn)附近的混合或旋轉(zhuǎn)切刀促進(jìn)堿金屬氫氧化物，優(yōu)選地氫氧化鈉溶液的分散。此外，任選地能夠通過冷卻夾套或冷卻旋管冷卻混合設(shè)備以能夠在混合過程中冷卻混合設(shè)備的內(nèi)含物，和/或可以在惰性氣氛(例如真空密封)下運(yùn)行所述混合設(shè)備，和/或?qū)⑺龌旌显O(shè)備設(shè)計(jì)為耐受下游反應(yīng)壓力的壓力波動(dòng)以使任意壓力波動(dòng)將不會(huì)破壞所述混合設(shè)備或干擾混合過程。例如，所選擇的典型的立式混合機(jī)由圓柱形部分和錐尖朝向底部或下部出口的圓錐形部分組成。主要混合部件由具有中心安置、頂部支撐的攪拌機(jī)軸的螺旋混合單元組成。 在螺旋傳送的幫助下，物質(zhì)在容器壁上在混合軸附近被向上并向下返回以環(huán)流方式搬運(yùn)。 另外，立式混合機(jī)在容器頂部并且在圓錐區(qū)域中配備有進(jìn)料噴嘴。在圓錐區(qū)域中，還有通過混合或旋轉(zhuǎn)切刀運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行的另外的附加混合。遵循對(duì)流混合原理，優(yōu)選地帶有環(huán)流的立式混合設(shè)備的實(shí)例是可得自Amixon GmbH的AM型圓錐形單軸混合機(jī)，可得自Hosokawa Micron Ltd.的Vrieco-Nauta型CT干燥機(jī)和LFC/MFC或截錐形錐形混合機(jī)，可得自Ekato Systems GmbH的VSM和VGM型立式塊狀原料混合機(jī)或者可得自AVA-Hu印GmbH&Co. KG.的HVW型圓錐形混合機(jī)。與通過在反應(yīng)器的頂部噴射在循環(huán)的磨碎纖維素的表面上獲得堿金屬氫氧化物的有效分散的流行觀點(diǎn)相反，本發(fā)明采用計(jì)量進(jìn)入主體材料，優(yōu)選地在混合器的錐形區(qū)域中的堿金屬氫氧化物溶液的方式。通過直接環(huán)流的方式堿化的益處是堿金屬氫氧化物溶液強(qiáng)烈、迅速并且均一的分散。通過連續(xù)地將堿金屬氫氧化物加入至磨碎的纖維素的持續(xù)旋轉(zhuǎn)批料(環(huán)流)中，內(nèi)部環(huán)流簡(jiǎn)化了堿金屬氫氧化物溶液的均勻分散。立式混合機(jī)中的堿化的優(yōu)勢(shì)是充分完全并且快速的物質(zhì)排出，而殘留量最小，且在混合過程中死空間最小化。此外，可以最小化壁和混合工具之間的距離。這與細(xì)長(zhǎng)的水平定向混合機(jī)相反，所述水平定向混合機(jī)表現(xiàn)出水平軸的下垂并且在壁和混合工具之間需要較大的空間。
優(yōu)選地用水溶液中的堿金屬氫氧化物，如氫氧化鈉或氫氧化鉀，優(yōu)選地用35至60 重量％的氫氧化鈉溶液，特別優(yōu)選用48至52重量％的氫氧化鈉溶液實(shí)現(xiàn)纖維素的堿化。任選地在堿化之前，之中或之后將懸浮介質(zhì)，例如二甲醚和甲基氯的混合物加入混合物中。懸浮介質(zhì)有助于促進(jìn)混合并且充當(dāng)混合助劑。更進(jìn)一步地，可以使用懸浮介質(zhì)作為用于快速冷卻和加熱的熱傳遞介質(zhì)。此外，可以進(jìn)行在該階段懸浮介質(zhì)的加入以避免單獨(dú)的加載步驟使得步驟的組合可以節(jié)約時(shí)間。優(yōu)選地用每AGU(葡糖酐單元)0. 8至7. Oeq的堿金屬氫氧化物，更優(yōu)選用每AGU 1. 1至6. 5eq的堿金屬氫氧化物，特別優(yōu)選用每AGU 1. 4至6. Oeq的堿金屬氫氧化物實(shí)現(xiàn)纖維素的堿化。NaOH是優(yōu)選的堿金屬氫氧化物。通常在15至50°C，優(yōu)選地約25至45°C之間的溫度下進(jìn)行堿化5至80分鐘，優(yōu)選地10至60分鐘。此外，本發(fā)明涉及用堿纖維素制造纖維素衍生物，優(yōu)選地纖維素醚的方法，更優(yōu)選大規(guī)模生產(chǎn)的方法，所述堿纖維素根據(jù)上述方法獲得，并且還包括所述堿纖維素與用于纖維素衍生物的制備的一種或多種衍生劑的反應(yīng)。衍生劑優(yōu)選地是烷基化劑和/或羥烷基化劑。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在衍生化如烷基化和/或烷氧基化發(fā)生在單獨(dú)的耐壓反應(yīng)容器中之前，在如上所述的單獨(dú)的立式混合機(jī)中進(jìn)行噴射堿化，所述立式混合機(jī)優(yōu)選地具有中心攪拌裝置。更優(yōu)選，用于烷基化和/或烷氧基化的反應(yīng)容器耐壓且耐真空。出乎意料的發(fā)現(xiàn)，如果如上所述在單獨(dú)的立式混合機(jī)中進(jìn)行噴射堿化并且衍生化隨后發(fā)生在單獨(dú)的耐壓反應(yīng)器中，可以獲得具有甚至進(jìn)一步降低的濁度和進(jìn)一步減少的不溶纖維含量的纖維素衍生物。此外，該方法使得用于耐壓反應(yīng)容器的批次周期時(shí)間減少并且因此提高設(shè)備的效用。此外，由于低壓和高壓工序的分離，資本成本降低。最后，由于外部堿化，可以減少反應(yīng)器占用時(shí)間，形成了促進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備的可能。烷基化和/或羥烷基化反應(yīng)是放熱的并且優(yōu)選地在高至15至30巴的高壓下進(jìn)行。在低固含量的懸浮液中可以獲得較低壓力。堿化是放熱的并且可以在真空、環(huán)境壓力并且在也在較高壓力下的低沸點(diǎn)組分(例如二甲醚和/或甲基氯)的存在下運(yùn)行。因此，在上面的用于纖維素醚的制備的方法中，垂直混合設(shè)備既可以是耐壓的，也可以是不耐壓的， 取決于纖維素醚的多步制備的計(jì)劃生產(chǎn)工序。在混合設(shè)備耐壓的情況下，堿纖維素可以在所述混合設(shè)備中與一種或多種烷基化和/或羥烷基化劑反應(yīng)或可以被轉(zhuǎn)移至另一個(gè)耐壓反應(yīng)容器中，并且在那里與一種或多種烷基化劑和/或羥烷基化劑反應(yīng)。備選地，如果混合設(shè)備不耐壓，優(yōu)選地將堿纖維素轉(zhuǎn)移至耐壓反應(yīng)容器，并且在那與一種或多種烷基化劑和/ 或羥烷基化劑反應(yīng)。在根據(jù)本發(fā)明用于纖維素醚的制備的方法中，烷基化劑優(yōu)選地是烷基鹵，如甲基氯或乙基氯，和/或羥烷基化劑優(yōu)選地是環(huán)氧烷，如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷或環(huán)氧丁烷，或其組合?！捌浣M合1指可以制備具有一個(gè)或多個(gè)不同烷基和/或一個(gè)或多個(gè)不同羥烷基的纖維素醚。通過本發(fā)明的方法可得的纖維素醚的實(shí)例是烷基纖維素、羥烷基烷基纖維素或羥烷基纖維素，具體地，甲基纖維素、甲基羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、 乙基羥乙基纖維素、甲基乙基羥乙基纖維素、甲基羥乙基羥丙基纖維素、甲基羥乙基羥丁基纖維素或者同時(shí)包含甲基和更長(zhǎng)鏈的疏水側(cè)鏈的纖維素醚。為了控制纖維素上的取代類型和程度，可以重復(fù)本發(fā)明的方法中的反應(yīng)步驟并且獨(dú)立地使其適合于所需的取代類型和程度。例如，可以按照以下方式進(jìn)行該方法實(shí)現(xiàn)部分堿化，接下來是部分醚化，接下來是進(jìn)一步的部分堿化和另一次醚化。下面將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1顯示了包括立式混合機(jī)2的混合設(shè)備1的第一實(shí)施方案。立式混合機(jī)2具有上部圓柱形部分20和下部錐形部分21。在這兩部分20、21之間的接界區(qū)域，在下部錐形部分21中設(shè)置用于將堿金屬氫氧化物和另外的組分或反應(yīng)物注入立式混合機(jī)2的入口閥 22。在立式混合機(jī)2的這個(gè)下部區(qū)域中在入口閥22附近還設(shè)置了帶有馬達(dá)M的混合裝置 23以分散通過入口閥22注入的物質(zhì)。立式混合機(jī)2還包括連接于馬達(dá)沈的垂直旋轉(zhuǎn)軸25并且具有可以隨軸25的轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的混合裝置27。垂直軸25在中心延伸貫穿整個(gè)立式混合機(jī)2。立式混合機(jī)2還包括用于注入磨碎的纖維素批料的入口 28和用于注入惰性介質(zhì)例如隊(duì)的入口四。在圓柱形部分20的頂端提供這兩個(gè)入口 28和四?；旌显O(shè)備1還包括連接于立式混合機(jī)2底端的混合反應(yīng)器3?；旌戏磻?yīng)器是圓柱形耐壓水平混合反應(yīng)器并且包括貫穿整個(gè)混合反應(yīng)器延伸的旋轉(zhuǎn)軸30并且包括連接于軸 30的一些混合裝置31以及用于旋轉(zhuǎn)水平延伸的軸30的馬達(dá)32?；旌戏磻?yīng)器3還包括入口 33，用于注入羥烷基化劑和/或烷基化劑和/或懸浮介質(zhì)以及另外的組分或反應(yīng)物。根據(jù)圖2，混合設(shè)備1包括圓錐形立式混合機(jī)102。因而，立式混合機(jī)102的上部區(qū)域10 的橫截面寬于下部區(qū)域102b的橫截面。立式混合機(jī)102包括其下部區(qū)域中的入口閥120，用于注入堿金屬氫氧化物和其它組分或反應(yīng)物。它還包括繞兩個(gè)軸122、123旋轉(zhuǎn)的特殊類型混合裝置121。軸122基本上平行于立式混合機(jī)的圓錐形外殼IM延伸，而第二軸123主要是立式混合機(jī)的中心軸。然而，這個(gè)軸123未貫穿立式混合機(jī)的整個(gè)外殼延伸而是僅延伸通過其非常小的部分并且被水平彎折之后連接于另一個(gè)軸122。也可以提供水平延伸連接裝置以將短軸123與長(zhǎng)軸122連接。箭頭125、1沈顯示了軸122、123的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)。軸123連接于馬達(dá)127以使該軸移動(dòng)。這個(gè)馬達(dá)或者另外一個(gè)馬達(dá)也可以旋轉(zhuǎn)另一個(gè)軸122或者軸122可以當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸123時(shí)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。立式混合機(jī)102也包括用于注入磨碎的纖維素批料的入口 1 和用于注入惰性介質(zhì)，例如N2的入口 129?；旌戏磻?yīng)器與上面關(guān)于圖1描述的那個(gè)相同。根據(jù)圖3，混合設(shè)備1包括圓柱形立式混合機(jī)202。因此立式混合機(jī)202的上部區(qū)域20 的橫截面基本上與立式混合機(jī)202的下部區(qū)域202b的橫截面相同。立式混合機(jī) 202包括混合器的下部區(qū)域中的入口閥或開口 220以供給堿金屬氫氧化物和另外的組分或反應(yīng)物。在入口或閥220附近提供了混合裝置221，所述混合裝置221包括用于旋轉(zhuǎn)所述混合裝置的馬達(dá)222。根據(jù)圖3中的實(shí)施方案，在入口或閥220下方提供了混合裝置221。提供該混合裝置221用于預(yù)分散注入的物質(zhì)。為了立式混合機(jī)202中物質(zhì)的混合，在垂直軸225周圍提供了另外的混合裝置 224。垂直旋轉(zhuǎn)軸225連接于用于旋轉(zhuǎn)所述軸的馬達(dá)226。立式混合機(jī)202還包括用于注入磨碎的纖維素批料的入口 227和用于注入惰性介質(zhì)，例如隊(duì)的入口 228。在立式混合機(jī)202的上部部分中提供兩個(gè)入口 227、228。根據(jù)圖1和2中顯示的實(shí)施方案，根據(jù)圖3的混合設(shè)備的實(shí)施方案也包括混合反
9應(yīng)器3。以下實(shí)施例通過使用相應(yīng)的混合設(shè)備如上述混合設(shè)備進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明用于制備堿纖維素的方法。不應(yīng)將實(shí)施例解釋為限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例在用于確定最優(yōu)操作參數(shù)如攪拌機(jī)速度、混合持續(xù)時(shí)間、噴嘴位置和幾何形狀的初始混合實(shí)驗(yàn)之后，借助于用于外部堿化的立式混合機(jī)進(jìn)行不同纖維素醚的制備。詳細(xì)地， 改變堿化參數(shù)和所使用的纖維素原材料類型。為了比較結(jié)果，也根據(jù)比較方法在臥式混合機(jī)中制備了纖維素醚。濁度的測(cè)定通過使用德國(guó)Dr. Lange公司的Photometer Nephla LPG 239，入射至含有測(cè)試溶液的圓形池(比色皿LZP 452型)的860nm波長(zhǎng)經(jīng)濾光的光束被未溶粒子、 凝膠粒子和纖維以發(fā)散的方式散射至所有方向。在90°角相對(duì)于暗背景測(cè)量透過池底不帶反射的散射光并且作為測(cè)量值數(shù)字化顯示。測(cè)量值對(duì)應(yīng)于根據(jù)DIN EN ISO 7027和7887 的福爾馬胼(formazine)濁度單位(TU/F)。測(cè)試溶液是纖維素醚的2重量％水溶液。在 25°C下測(cè)量濁度。未溶纖維含量的測(cè)定(手動(dòng)目測(cè)法)制備纖維素醚的2重量％水溶液。使用帶有偏振窗格的光盒使得纖維更加可見，通過與標(biāo)準(zhǔn)溶液的目測(cè)比較測(cè)定溶液中的纖維含量。 標(biāo)準(zhǔn)溶液基于懸浮在去離子水中的規(guī)定量的長(zhǎng)度在0. 074至0. 149毫米之間的(參加下面的表1)磨碎的纖維素纖維。該方法依賴于25°C下對(duì)溶液的目測(cè)評(píng)估和評(píng)級(jí)。表 權(quán)利要求
1.一種用于制備堿纖維素的方法，所述方法包括使纖維素與堿金屬氫氧化物反應(yīng)，其特征在于在混合設(shè)備中將所述堿金屬氫氧化物與纖維素混合，所述混合設(shè)備(1)具有上部區(qū)域(20U02a,202a)和下部區(qū)域(21、102b、202b)，所述上部區(qū)域00、10加、2023)具有第一橫截面，所述下部區(qū)域Ol、102b、202b)具有第二橫截面，所述第二橫截面與所述第一橫截面相同或小于所述第一橫截面，并且所述混合設(shè)備(1) 包括至少一個(gè)非水平定向的混合裝置(23、27、121、221、224)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混合設(shè)備(1)包括垂直定向的圓錐形部分01、 102)，所述垂直定向的圓錐形部分優(yōu)選被設(shè)置在所述混合設(shè)備的所述下部區(qū)域中。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述混合設(shè)備(1)的所述下部區(qū)域 (21U02b,202b)中的進(jìn)料點(diǎn)，將所述堿金屬氫氧化物加入到所述纖維素中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在所述混合設(shè)備(1)中具有錐形橫截面，優(yōu)選圓錐形橫截面的區(qū)域Ol、102b)內(nèi)的進(jìn)料點(diǎn)，將所述堿金屬氫氧化物加入到所述纖維素中。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述混合設(shè)備(1)包括能通過基本上在中心且垂直定向的軸05、123、225)旋轉(zhuǎn)的混合裝置07、121、224)。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中相對(duì)于所述混合設(shè)備(1)的縱向延長(zhǎng)線， 所述混合設(shè)備(1)包括傾斜定向的混合裝置(121)，所述傾斜定向的混合裝置(121)能環(huán)繞垂直軸(123)旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過混合或旋轉(zhuǎn)切刀促進(jìn)所述混合設(shè)備(1)中的所述堿金屬氫氧化物的分散，所述混合或旋轉(zhuǎn)切刀位于所述堿金屬氫氧化物的進(jìn)料點(diǎn)附近。
8.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述混合設(shè)備(1)能通過冷卻夾套或冷卻旋管冷卻，和/或其中所述混合設(shè)備(1)在惰性氣氛下運(yùn)行，和/或其中所述混合設(shè)備 (1)被設(shè)計(jì)成耐受下游壓力反應(yīng)的壓力波動(dòng)。
9.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述堿金屬氫氧化物以堿金屬氫氧化物水溶液的形式進(jìn)料到混合設(shè)備中。
10.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述混合設(shè)備中通過環(huán)流將所述堿金屬氫氧化物與纖維素混合。
11.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括將所述堿纖維素與一種或多種用于制備纖維素衍生物的衍生劑反應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述衍生劑是烷基化劑和/或羥烷基化劑。
13.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中-所述混合設(shè)備(1)耐壓或者不耐壓，并且-如果所述混合設(shè)備(1)耐壓，則將所述堿纖維素與一種或多種所述烷基化劑和/或羥烷基化劑在所述混合設(shè)備中反應(yīng)，或?qū)⑺鰤A纖維素轉(zhuǎn)移到另一個(gè)耐壓反應(yīng)容器中，并且在那里與一種或多種所述烷基化劑和/或羥烷基化劑反應(yīng)，或者-如果所述混合設(shè)備(1)不耐壓，則將所述堿纖維素轉(zhuǎn)移到耐壓反應(yīng)容器中，并且在那里與一種或多種所述烷基化劑和/或羥烷基化劑反應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所制備的纖維素醚選自烷基纖維素、羥烷基烷基纖維素或羥烷基纖維素。
15.混合設(shè)備(1)用于制備堿纖維素和/或用于制備纖維素衍生物的應(yīng)用，其中所述混合設(shè)備(1)具有上部區(qū)域O0、10^i、202a)和下部區(qū)域(21、102b、202b)，所述上部區(qū)域 (20U02a,202a)具有第一橫截面，所述下部區(qū)域01、102b、202b)具有第二橫截面，所述第二橫截面與所述第一橫截面相同或小于所述第一橫截面，并且所述混合設(shè)備(1)包括至少一個(gè)能通過和/或環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸05、122、123、22幻轉(zhuǎn)動(dòng)的非水平定向的混合裝置(23、27、 121、221、224)，優(yōu)選在中心且非水平定向的連續(xù)或分隔的單軸混合裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用纖維素在堿的存在下制備堿纖維素并且任選地用于制備纖維素醚的方法，如果適用，使用一種或多種烷基化劑和/或羥烷基化劑制備，所述方法包括使纖維素與堿金屬氫氧化物反應(yīng)，其中在混合設(shè)備中將所述堿金屬氫氧化物與纖維素混合，所述混合設(shè)備(1)具有上部區(qū)域(20、102a、202a)和下部區(qū)域(21、102b、202b)，所述上部區(qū)域(20、102a、202a)具有第一橫截面，所述下部區(qū)域(21、102b、202b)具有第二橫截面，所述第二橫截面與所述第一橫截面相同或小于所述第一橫截面，并且所述混合設(shè)備(1)包括至少一個(gè)非水平定向的混合裝置(23、27、121、221、224)。
文檔編號(hào)C08B11/193GK102307906SQ201080006706
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者貝蒂娜·赫爾蒂, 馬蒂亞斯·施普雷 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司