[发明专利]一种醋酸丁酸纤维素的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素衍生物技术领域，尤其是涉及一种制备醋酸丁酸纤维素的方法。

背景技术

醋酸纤维素作为多种涂料的助剂，给它们带来很多优良性能，但是它缺乏某些涂料所必需的可溶性范围、混溶性以及防潮能力。纤维素醋酸丁酸酯引入丁酯后，比单纯的醋酸纤维素具有更广泛的可溶性范围及混溶性，它不仅溶于丙酮等常用溶剂，还溶于有机酸、甲基异丁基甲酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯等溶剂体系，丁酯取代度高的纤维素醋酸丁酸酯甚至可溶于乙醇等醇类溶剂中，这使得它广泛应用于涂料工业中，在改善涂料流动性能、流平性、户外耐久性、颜料控制、韧性等方面发挥着重要作用。

醋酸丁酸纤维素（简称CAB）的分子中有羟基、乙酰基和丁酰基，其性能与三种基团的含量有关。熔点和拉伸强度随乙酰基含量增高而变大，与增塑剂的相容性和薄膜的柔性在一定范围内随乙酰基含量降低而增加；羟基含量增加促进其在极性溶剂中的溶解度；丁酰基含量增加则使其密度降低，溶解范围扩大。

目前醋酸丁酸纤维素的制备方法是利用精制棉短绒以硫酸为触媒，醋酸、丁酸为溶剂与醋丁酐进行均相酯化反应即得粗制品，再经水解、中和、沉析、水洗、蒸煮、干燥得最终成品醋酸丁酸纤维素。这种方法的原料选择和工艺参数较难掌握，容易得到乙酯取代度和丁酯取代度较低的产品。     

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种醋酸丁酸纤维素的制备方法。本发明所提供的方法工艺简单，用料节省，步骤优化，成本较低。

本发明的技术方案如下：

一种醋酸丁酸纤维素的制备方法，具体步骤如下：

（1）将丁酸、醋酸与精制棉短绒一起放入搅拌机中搅拌，进行活化，在80~95℃下活化2~4小时；所述醋酸的质量为精制棉短绒质量的6~18倍，所述丁酸质量为精制棉短绒质量的8~20倍；

（2）在活化好的精制棉中加入丁酐，以硫酸为催化剂进行酯化，在80~95℃下搅拌酯化4~6小时；所述丁酐的质量为精制棉短绒质量的5.4倍，所述硫酸质量为精制棉短绒质量的0.05倍；

（3）酯化结束后，向酯化液中加入丁酸水溶液，在80~95℃下搅拌水解4~6 h；所述丁酸水溶液的质量浓度为20%，所述丁酸水溶液的质量为精制棉短绒质量的10~15倍；

（4）水解结束后，保持搅拌，加入丁酸钠中和硫酸，然后加入丁酸水溶液进行稀释，最后边搅拌边倒人水中进行沉析，得到的产物再进行水洗、干燥即可；所述丁酸钠的质量为硫酸质量的2.25倍，所述丁酸水溶液的质量浓度为10%，所述丁酸水溶液的质量为精制棉短绒质量的25~30倍。

丁酐和乙酸首先发生酐交换生成“乙丁酐”，其反应方程式为：

(C₃H₇CO)₂O + CH₃COOH = (CH₃COC₃H₇CO)O + C₃H₇COOH

若干个乙丁酐分子中，其中一部分乙酐与单键O脱离，形成乙酰基，加入到纤维素的羟基上；另一部分丁酐与单键O脱离，形成丁酰基，加入到纤维素的羟基上，从而形成了CAB。

乙酸通常称为醋酸，乙酐通常称为醋酐。

本发明有益的技术效果在于：

本方法首先进行纤维素的活化，纤维素分子内与分子间强氢键作用以及纤维素的局部规整的结晶序列等特征，使得纤维素酯化前要进行预活化处理，破坏它的氢键作用，使得酯化反应顺利进行，得到的产物的取代度比较均一，并且重现性好。纤维素中含有少量水分时，活化进行得比较充分。

乙酐和丁酸可以相互反应生成丁酐和乙酸；丁酐和乙酸反应可以生产乙酐和丁酸，故而在反应体系中，不需要把乙酐和丁酐都加进去。为了节省成本，可以只加乙酐和丁酸，以乙酸为溶剂；或者只加丁酐和乙酸，以丁酸为溶剂。

具体实施方式

实施例1

（1）将丁酸、醋酸与3g精制棉短绒一起放入搅拌机中搅拌，进行活化，在80℃下活化4小时；所述醋酸的质量为52g，所述丁酸质量为24g；

（2）在活化好的精制棉中加入丁酐，以硫酸为催化剂进行酯化，在80℃下搅拌酯化6小时；所述丁酐的质量为16.2g，所述硫酸质量为0.15g；

（3）酯化结束后，向酯化液中加入丁酸水溶液，在80℃下搅拌水解6 h；所述丁酸水溶液的质量浓度为20%，所述丁酸水溶液的质量为30g；