[发明专利]一种醋酸丁酸纤维素及其制备方法

说明书

本发明公开了一种醋酸丁酸纤维素及其制备方法，包括以下步骤：S1、纤维素预处理：将纤维素和磷酸混合，球磨、过滤、淋洗，得到纤维素1；S2、纤维素活化：将步骤S1得到的纤维素1与丁酸混合，进行微波消解，得到消解液；S3、酯化反应：向步骤S2得到的消解液中，依次加入丁酸酐、醋酸酐和催化剂，混合，进行酯化反应，得到产品粗品；S4、产品析出和纯化：将步骤S3得到的产品粗品进行沉析、过滤、洗涤、烘干得到醋酸丁酸纤维素。本发明的产率高，成本低，制备的醋酸丁酸纤维素的丁酰基含量高，性能和稳定性好，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，具体涉及一种高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素及其制备方法。

背景技术

醋酸丁酸纤维素(简称CAB)是由纤维素、醋酸酐和丁酸酐经酯化反应制得的一种纤维素有机酸酯。CAB能与多种合成树脂相容，柔韧性、耐寒性、流平性、色泽保持性良好，并且抗老化、不泛黄，是当代汽车漆、摩托车漆、家俱漆、油墨、制笔等行业技术发展的重要助剂。

目前，CAB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，得到醋酸丁酸纤维素。

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，形成纤维素醋酸酯丁酸酯。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，醋酸丁酸纤维素与水进行反应，羟基取代纤维素酯上的酯基。

一般来说,根据丁酰基含量不同，工业生产的醋酸丁酸纤维素可分为高丁酰基醋酸丁酸纤维素、中丁酰基醋酸丁酸纤维素和低丁酰基醋酸丁酸纤维素三类。高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素相容性极好，粘度低，适用于高固体分涂料，热固型涂料，在紫外线固化涂料中可用作改性剂。由于性能优异，高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素属于CAB系列中的高档产品。

尽管CAB产品在市场上的应用已经很久，但是由于国内的CAB合成技术普遍存在产率低、制备的CAB产品的丁酰基含量低且稳定性差的问题，导致我国CAB产品长期依赖进口。

CN104371026A公开了一种高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素混合酯及其制备方法，其纤维素酯包括以下成分：木浆600重量份、丁酸800-1200重量份、丁酐2500-3500重量份、醋酐20-40重量份，占木浆总重量份5-10％的浓硫酸催化剂，其制备方法包括活化、酯化反应、混合、加入醋酸镁溶液、水解、层析，然后依次进行常规过滤、洗涤、烘干步骤得到成品。该发明制备的醋酸丁酸纤维素混合酯的丁酰基含量为48-53％、乙酰基含量≤4％，产品稳定性好。

CN106632697A公开了一种制备高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素的方法，包括如下步骤：粉碎的纤维素经乙酸活化后，在硫酸催化下，与丁酸烷基酯发生酯交换反应生成高丁酰基含量的醋酸丁酸纤维素，酯交换反应的同时通过精馏分出生成的醇促进了反应正向进行。该方法制备的醋酸丁酸纤维素中，乙酰基含量为1～2wt％，丁酰基含量为50～53wt％，稳定性好。

但是，现有技术中均使用浓硫酸为催化剂，其得到的醋酸丁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；在制备醋酸丁酸纤维素过程中，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。

发明内容

本发明的目的在于提高醋酸丁酸纤维素的产率并寻找一种低成本、催化效果好的催化剂与本发明的技术方案结合，以提高醋酸丁酸纤维素中的丁酰基的含量和产品的稳定性，以解决我国目前对醋酸丁酸纤维素需求量大且依靠进口的难题。