背景技术
羟乙基纤维素是以纤维素为原料，经氢氧化钠碱化后，与环氧乙烷醚化而制得，是一种微黄色或白色、无嗅、无味的粉末。羟乙基纤维素的制备方法有气固法和淤浆法两种。气固法是纤维素碱化后，直接与环氧乙烷反应得到产品，该方法的特点是过程简单、环氧乙烷消耗大、产品得率低、取代均匀性差、成本高。淤浆法是纤维素碱化和醚化在淤浆状态下反应，即在大量有机溶剂中进行反应，有机溶剂与纤维素比例一般为8～12：1。淤浆法制备环氧乙烷消耗低、产品取代均匀性好、成本低。现主流制备方法是淤浆法。
羟乙基纤维素反应分为碱化和醚化两个阶段。碱化阶段加入氢氧化钠和有机溶剂混合液，氢氧化钠与纤维素反应生成碱纤维素，碱纤维素与环氧乙烷醚化反应得到羟乙基纤维素。氢氧化钠在整个反应过程中起到打开纤维素分子内氢键和降低分子间范德华力、催化环氧乙烷开环的作用。在醚化反应结束后还需要加入酸中和氢氧化钠。淤浆法制备羟乙基纤维素，其氢氧化钠与纤维素比例有时高达1：1，氢氧化钠和中和酸在纤维素原料成本中一般约占6％～10％。如果能够减少碱化反应阶段氢氧化钠的用量，将有助于降低淤浆法生产羟乙基纤维素的生产成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供羟乙基纤维素的制备方法。
本发明提供了羟乙基纤维素的制备方法，以纤维素为起始原料，经过碱化和醚化两个反应阶段，生成羟乙基纤维素；其中，碱化反应在捏合机中进行。
进一步地，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，将纤维素、氢氧化钠和分散介质加入捏合机中进行碱化反应；
步骤S2，碱化后物料加入立式反应釜中，加入分散介质、环氧乙烷，进行醚化反应，生成羟乙基纤维素。
进一步地，步骤S1中各物料配比满足以下至少一项：
氢氧化钠：纤维素的质量比为0.18～0.32:1；
优选地，氢氧化钠：纤维素的质量比为0.20～0.30:1；
分散介质：纤维素的质量比为2.0～4.0:1；
优选地，分散介质：纤维素的质量比为2.8～3.2:1。
其中，发明人试验得出，如果氢氧化钠用量低于氢氧化钠：纤维素质量比0.18:1，碱化效果会受到一定程度的影响。
另一方面，若分散介质的用量低于分散介质：纤维素质量比2.0:1，也会在一定程度上影响碱化反应的效果；若分散介质：纤维素质量比高于4.0:1，又会降低反应效率。
进一步地，步骤S1中所述的纤维素选自精制棉、木浆、竹浆中至少一种。
进一步地，碱化反应温度10℃～40℃，碱化反应时间40min～120min。
进一步地，步骤S2中各物料配比满足以下至少一项：
环氧乙烷：纤维素的质量比为0.8～1.05:1；
优选地，环氧乙烷：纤维素的质量比为0.7～1.2:1；
分散介质：纤维素的质量比为6.0～10.0:1；
优选地，分散介质：纤维素的质量比为6.5～7.0:1。
进一步地，醚化反应温度70℃～90℃，醚化反应时间60min～120min。
进一步地，步骤S1、步骤S2中所述的分散介质均为异丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
进一步地，所述的制备方法还包括以下后处理步骤：醚化后物料加入酸进行中和，固液分离，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
进一步地，所述的制备方法满足以下至少一项：
所述的酸为醋酸或/或硝酸；
中和终点为pH＝5.0～8.5；
通过离心进行固液分离。
本发明提供的羟乙基纤维素的制备方法，将碱化和醚化在不同设备中进行，碱化使用捏合机，醚化仍按现有工艺在立式反应釜中进行，能够达到以下有益效果：
1、在达到同样产品质量的条件下，氢氧化钠用量减少，后续中和用酸量相应减少，可以达到降低成本的目的。
2、碱化效果更好，醚化反应更易进行，在同等氢氧化钠及环氧乙烷用量下，产品取代度更高，产品收率更高。
综上所述，采用本发明制备方法可以使碱化和醚化反应达到优于现有生产工艺的效果，在同等的产品质量下，可以降低氢氧化钠和中和用酸的量，实现生产成本的降低；或在同等氢氧化钠用量下，产品取代度得到提高。
具体实施方式
本发明提供了羟乙基纤维素的制备方法，该方法以纤维素为起始原料，经过碱化和醚化两个反应阶段，生成羟乙基纤维素；其中，碱化反应在捏合机中进行。
本发明是基于发明人对现有生产工艺所存在缺陷的深入研究而完成的：发明人发现，现有淤浆法制备羟乙基纤维素取代度不高、收率低以及氢氧化钠用量高的主要原因，是由于纤维素的碱化和醚化常规是在一个立式反应釜内进行。在立式反应釜中进行碱化时，氢氧化钠是通过反应釜搅拌的搅拌作用和纤维素外部接触、混合，纤维素内部需要通过氢氧化钠自身逐渐渗透进入，需要较高的碱浓度才能达到很好的碱化效果。基于此，发明人提出将碱化和醚化在不同设备中进行，碱化使用捏合机，醚化仍然在立式反应釜中进行。由此可以使氢氧化钠与纤维素渗透以及后续反应达到优于立式反应釜的效果，在同等的产品质量下，可以降低氢氧化钠和中和用酸的量；或在同等氢氧化钠用量下，产品取代度和收率得到提高。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1采用本发明方法制备羟乙基纤维素
精制棉1000g、氢氧化钠294g、分散介质(此处使用异丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)2800g加入捏合机中，碱化温度15℃～25℃，碱化时间60min。碱化完毕后物料加入立式反应釜中，补充分散介质(分散介质同前)7000g和环氧乙烷915g，醚化温度75～80℃，醚化时间60min。醚化反应完毕降温至35℃后，加入硝酸中和，经离心、洗涤、烘干、粉碎得羟乙基纤维素。产品粘度960mpa.s，摩尔取代度2.86，pH值7.4，灰分4.6％，干燥减量4.21％，透光率90.2％。
实施例2采用本发明方法制备羟乙基纤维素
精制棉1000g、氢氧化钠260g、分散介质(此处使用异丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合机中，碱化温度20℃～30℃，碱化时间90min。碱化完毕后物料加入立式反应釜中，补充分散介质(分散介质同前)6500g，加入环氧乙烷850g，醚化温度70～75℃，醚化时间90min。醚化反应完毕降温至35℃后，加入硝酸中和，经离心、洗涤、烘干、粉碎得羟乙基纤维素。产品粘度780mpa.s，摩尔取代度2.73，pH值7.1，灰分3.8％，干燥减量2.65％，透光率94.5％。
实施例3采用本发明方法制备羟乙基纤维素
木浆1000g、氢氧化钠235g、分散介质(此处使用异丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合机中，碱化温度10℃～20℃，碱化时间90min。碱化完毕后物料加入立式反应釜中，补充分散介质(分散介质同前)6500g，加入环氧乙烷800g，醚化温度75～80℃，醚化时间90min。醚化反应完毕降温至35℃后，加入醋酸中和，经离心、洗涤、烘干、粉碎得羟乙基纤维素。产品粘度39mpa.s，摩尔取代度2.91，pH值7.2，灰分4.9％，干燥减量3.65％，透光率93.8％。
实施例4采用本发明方法制备羟乙基纤维素
精制棉1000g、氢氧化钠200g、分散介质(此处使用异丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3200g加入捏合机中，碱化温度15℃～25℃，碱化时间90min。碱化完毕后物料加入立式反应釜中，补充分散介质(分散介质同前)6500g，加入环氧乙烷1050g，醚化温度75～80℃，醚化时间100min。醚化反应完毕降温至35℃后，加入硝酸中和，经离心、洗涤、烘干、粉碎得羟乙基纤维素。产品粘度570mpa.s，摩尔取代度2.57，pH值7.1，灰分3.5％，干燥减量3.98％，透光率91.5％。
对比例
表1是对常规制备工艺及本发明制备工艺产品质量进行对比。001、002是碱化和醚化在一个立式反应釜内进行；003为本发明制备工艺，减少氢氧化钠用量28％，产品摩尔取代度提高，其他指标与001、002相当；004为本发明制备工艺，氢氧化钠用量一样，与001、002相比，产品摩尔取代度大幅提高。摩尔取代度指标是衡量产品环氧乙烷转化率及产品收率的关键指标，摩尔取代度高，说明反应效果好，环氧乙烷转化率高，产品收率高。
需要说明的是，本说明书中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合和组合。
1.羟乙基纤维素的制备方法，其特征是：以纤维素为起始原料，经过碱化和醚化两个反应阶段，生成羟乙基纤维素；其中，碱化反应在捏合机中进行。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤S1，将纤维素、氢氧化钠和分散介质加入捏合机中进行碱化反应；
步骤S2，碱化后物料加入立式反应釜中，加入分散介质、环氧乙烷，进行醚化反应，生成羟乙基纤维素。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤S1中各物料配比满足以下至少一项：
氢氧化钠：纤维素的质量比为0.18～0.32:1；
优选地，氢氧化钠：纤维素的质量比为0.20～0.30:1；
分散介质：纤维素的质量比为2.0～4.0:1；
优选地，分散介质：纤维素的质量比为2.8～3.2:1。
4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征是：步骤S1中所述的纤维素选自精制棉、木浆、竹浆中至少一种。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征是：碱化反应温度10℃～40℃，碱化反应时间40min～120min
环氧乙烷：纤维素的质量比为0.8～1.05:1；
优选地，环氧乙烷：纤维素的质量比为0.7～1.2:1；
分散介质：纤维素的质量比为6.0～10.0:1；
优选地，分散介质：纤维素的质量比为6.5～7.0:1。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征是：醚化反应温度70℃～90℃，醚化反应时间60min～120min。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤S1、步骤S2中所述的分散介质均为异丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
9.如权利要求1～8任意一项所述的制备方法，其特征是：还包括以下后处理步骤：醚化后物料加入酸进行中和，固液分离，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征是：满足以下至少一项：
所述的酸为醋酸或/或硝酸；
中和终点为pH＝5.0～8.5；
通过离心进行固液分离。
