[发明专利]一种醋酸丙酸纤维素的制备方法

说明书

本发明公开了一种醋酸丙酸纤维素的制备方法，包括以下步骤：S1、纤维素活化：取纤维素，加入丙酸，混匀后放入微波消解仪，进行消解得消解液；S2、酯化反应：向步骤S1得到的消解液，依次加入丙酸酐、醋酸酐和催化剂，涡旋器混合，进行酯化反应得到产品粗品；S3、产品析出和纯化：将步骤S2得到的产品粗品进行沉析、过滤、洗涤、烘干得到醋酸丙酸纤维素。本发明的有益效果为：有效提高纤维素的活化效率，降低催化剂的使用成本，提高醋酸丙酸纤维素的性能和稳定性，同时生产过程中实现了废水的循环利用，减少了环境污染。

技术领域

本发明属于纤维素脂类衍生物领域，具体涉及一种醋酸丙酸纤维素的制备方法。

背景技术

醋酸丙酸纤维素(简称CAP)是天然纤维素经过化学药剂改性制得的纤维素有机酸酯类衍生物，它不仅保持了醋酸纤维素熔点高、透明性好等优点，而且在耐候性、溶解性、抗水性、抗冲性、尺寸稳定性等方面有较大的提高，比醋酸丁酸纤维素有更好的透气性，被广泛应用于石油、食品、涂料、建筑、薄膜、玩具制造等工业生产中。

目前，醋酸丙酸纤维素的制备方法基本按照下列步骤进行：用酸活化纤维素，以浓硫酸为催化剂，在酸和酸酐的混合液中进行酯化，然后再经水解、沉析、洗涤、干燥等工序，得到醋酸丙酸纤维素。

其主要的合成原理为：首先用一定浓度的酸对纤维素进行活化，经过酸活化使得纤维素的结晶度下降，无定形区和纤维素外层结构由于活化液的渗入而遭到破坏，从而增加表面积，促进反应试剂在其中的渗透扩散，提高纤维素的反应活性。活化过程属于物理溶胀过程，只改变纤维素的晶型，并无化学反应发生。然后加入酸酐，在催化剂的作用下，酸酐与催化剂结合成络合物后去进攻纤维素上相应的基团，形成纤维素醋酸酯丙酸酯。当完全酯化后，根据要求的产品的酯化度不同进行局部水解。在硫酸存在下，醋酸丙酸纤维素与水进行反应，羟基取代纤维素酯上的酯基。

在制备醋酸丙酸纤维素的过程中，纤维素的活化至关重要，对酯化反应的难易程度、均匀程度起着关键性作用。

文献资料及专利公开了相关活化技术，但基本上都是以混酸为活化剂，例如陈一等发表的文章《醋酸丙酸纤维素的合成与表征》(《纤维素科学与技术》2007年第15卷第2期P17-21)、美国专利5856468公开了以乙酸和丙酸为活化剂，该活化剂虽然可以降低纤维素的结晶度，但破晶区作用不明显，得到的活化纤维素的结晶度仍然很高，使得酯化反应难以进行、酯化不均匀，导致产品的分子量分布较宽，产品性能不稳定。

对于纤维素酯化所用的催化剂，现有文献资料报道的几乎都是浓硫酸，例如黄彩结等发布的文章《醋酸丁酸纤维素的非均相合成法》(《涂料工业》2008年第38卷第6期P40-42，45)、中国专利1583796A、美国专利5720803都是以浓硫酸为催化剂，使用浓硫酸催化剂得到的醋酸丙酸纤维素中含有少量硫酸酯，影响产品的使用性能，例如白色乳胶漆墙时间长了以后发黄；在制备醋酸丙酸纤维素过程中，浓硫酸的存在加速了设备的腐蚀，缩短了反应装置的使用寿命，从而增加了生产成本，同时，醋酸丙酸纤维素的水解、沉析需要用酸和水的混合液，现有工艺由于使用浓硫酸作为催化剂，废酸水中含有硫酸，不能用于水解、沉析，只能排放掉，浪费资源且污染环境。

CN103626879A公开了一种机械活化强化制备醋酸丁酸纤维素的方法，其特征在于，按照纤维素：丁酸：乙酐：催化剂＝10g：30-100g：10-30g：0.1-0.5g的比例称量取反应物料，反应物料全部置于球磨机中，控制反应物料与料球(堆体积)比例＝100g：100-300ml，控制循环水浴温度50-90℃，低速搅拌进行酰化反应1-4h，反应结束后得到产品粗品，将产品粗品与料球分离，产品粗品在乙醇水溶液中静置析出固体，分离出析出固体，水洗析出固体至中性，得到醋酸丁酸纤维素产品，本方法采用机械活化强化反应改性技术，工艺简单，易操作，成本降低，生产过程无“三废”排放，但是获得的醋酸丙酸纤维素的产品性能稳定性较差。