[发明专利]具有改进性质的羧甲基纤维素

说明书

技术领域

本申请涉及赋予羧甲基纤维素改进性质的方法。

背景技术

纤维素的聚合物骨架是脱水葡萄糖结构单元的重复结构。用苛性碱溶液之后用氯乙酸对纤维素纤维的处理产生了被羧甲基基团取代的纤维素醚，即一种被称作羧甲基纤维素(″CMC″)的纤维素衍生物。CMC通常以固体干燥形式出售，因此其粉末处理和加工性质是极端重要的。

例如，低含尘量对于干的CMC是理想的。此外，干燥CMC从容器或接收器中倒出的能力被描述作为流动性。流动性受粒子形状和尺寸分布以及所得到的堆积密度的影响。堆积密度是单位体积的粉末固体材料所占的质量。可接受的流动性通常取决于相对高的堆积密度和相对低的静止角(angle of repose)。静止角是粉末的锥形放料堆的斜面和其堆放在上面的表面之间的最大角度，角越小表示堆越宽地铺展。

通常，在CMC的各种应用中将CMC放置在溶液中作为使用它的一部分是理想的。溶解通常被描述为具有两种重叠(overlapping)现象即分散和水合的过程。分散是指聚合物链的粒子或基团在整个溶液中的铺展。水合是指聚合物链的松开和它们的流体力学体积的膨胀(以及对应的粘度增大)。如果分散差，或如果水合比分散快，则水合的聚合物可能溶胀，并且从溶液中分离出相对干燥的非水合聚合物，从而形成团块。长期以来，工业目标是产生一种在水溶液中，更尤其是在室温，可以容易分散并且快速水合的CMC。理想的分散和水合通常特征分别在于：很少团块形成至没有团块形成，以及粘度随时间快速增加。

因此，所需要的是一种制备显示理想分散和水合却仍然表现出良好的流动性和低含尘量的CMC的方法。

发明内容

在一个实施方案中，本发明提供用于制备水分散性羧甲基纤维素的方法，所述方法包括：将羧甲基纤维素引入到高剪切混合器中，在没有辅助表面处理添加剂的情况下将按重量计至少20％的水添加到羧甲基纤维素中，形成羧甲基纤维素附聚物，以及通过非接触干燥装置干燥该附聚物以形成水分散性羧甲基纤维素。

详细描述

在一个实施方案中，本发明提供用于制备水分散性羧甲基纤维素的方法，所述方法包括：将羧甲基纤维素引入到高剪切混合器中，在没有另外的表面处理添加剂的情况下将按重量计至少20％的水添加到羧甲基纤维素中，形成羧甲基纤维素附聚物，以及通过非接触干燥装置干燥该附聚物以形成水分散性羧甲基纤维素。在一个优选实施方案中，引入步骤处于连续方法中，但是在备选的实施方案中，该方法可以在分批或半分批的方法中进行。

术语“水分散性羧甲基纤维素”是指在水溶液中表现出改进的分散性的CMC。

将羧甲基纤维素引入到高剪切混合器中的步骤涉及未处理的原料CMC。在一个实施方案中，原料CMC对于在25℃的按重量计2％溶液具有约1至约120,000mPa/s的粘度。例如，较低粘度30mPa/s CMC是可以从陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)以商品名WALOCELCRT 30商购；中等粘度2000mPa/s CMC可以从陶氏化学公司以商品名WALOCEL CRT 2000商购；以及较高粘度的40,000mPa/s CMC可以从陶氏化学公司以商品名WALOCEL CRT 40000商购。

一些羧甲基纤维素特征如取代度在整个方法中保持不变。术语″DS″是指单位脱水葡萄糖结构单元的羧甲基取代度。由于考虑了所有的CMC等级，因此DS可以是约0.5至约1.4，优选约0.6至约1.0，并且更优选地，DS是约0.7至约0.9。

然而，羧甲基纤维素的物理特征将由当前描述的方法而改变。原料CMC具有约550至约675g/L的堆积密度，以及约41°至约42°的静止角，并且由此具有优异的流动性，然而原料CMC通常并不认为可分散在室温的水溶液中，并且水合非常缓慢。原料CMC还保持了大的粉尘百分比，即，具有小于64微米粒子尺寸(article size)的粒子。

一种用于制备在室温的水溶液中可更加分散并且改进水合的原料CMC的常规方式是在流化床附聚器(fluid bed agglomerator)中处理原料CMC。然而，如在实施例中所示，这具有降低堆积密度和增加静止角进而降低流动性方面的有害效果。