[发明专利]在连续过程中催化羧化纤维素纤维

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请根据35U.S.C.§119有权并要求2011年9月30日提交的序号为61/541,753的美国临时专利申请的优先权权益，所述临时专利申请的题目是在连续过程中通过向移动的纤维素纤维浆料多次添加催化剂、次级氧化剂和碱来催化羧化纤维素纤维（CATALYTIC CARBOXYLATION OF CELLULOSE FIBERS IN A CONTINUOUS PROCESS WITH MULTIPLE ADDITIONS OF CATALYST,SECONDARY OXIDANT AND BASE TO A MOVING SLURRY OF CELLULOSE FIBERS），其内容通过参考结合于此。 

技术领域

本发明是用于制备纤维质羧化碳水化合物的方法，所述碳水化合物具有可用的伯羟基基团。 

背景技术

在使纤维素纤维羧化的一种实施方式中，通过添加包含环状硝基氧化物的初级氧化剂进行氧化，在水性浆料或悬液中羧化漂白的纤维素木浆纤维，所述硝基氧化物在与硝基氧化物的氮相邻的任何一个碳原子上都没有任何氢取代。已经发现，具有五和六元两种环的硝基氧化物是令人满意的。五和六元两种环都可以在环的第四位处具有亚甲基基团或选自氮或氧的另一种杂环原子，并且这两种环均可以在这个位置具有取代基团。 

添加到反应介质中的硝基氧化物催化剂被二氧化氯迅速转变为羟胺盐（初级氧化剂）。然后羟胺离子与纤维素纤维上纤维素的葡萄糖酐 单位的伯羟基基团或水合醛的羟基基团结合。在一种文献提出的反应机制中，氢氧离子然后抽取质子，因而使葡萄糖酐单位的6-位处的碳-氢键断裂从而发生氧化。随着从伯醇基团形成各醛基团或从水合醛基团形成各羧基基团，产生了硝基氧化物的羟胺形式的分子。然后，所述羟胺形式必须通过向二氧化氯分子进行单电子转移而被转化成硝基氧化物形式。然后，催化剂的硝基氧化物形式必须通过向二氧化氯进行单电子转移而被转化（氧化）成羟胺盐形式（活性催化剂和初级氧化剂）。在每种情况下，二氧化氯均被还原成亚氯酸盐离子。 

可以通过氧化相应的羟胺或胺而在原位形成所述硝基氧化物。通过用次级氧化剂在原位氧化硝基氧化物，产生硝基氧化物的羟胺盐。硝基氧化物的羟胺盐是用于使纤维素羧化的初级氧化剂以及活性催化剂。羟胺盐通常不稳定，必须从更稳定的硝基氧化物、羟胺或胺前体在原位产生。在纤维素羧化反应期间，硝基氧化物被转化为羟胺盐，然后经历还原成为羟胺。羟胺盐通过次级氧化剂的存在而连续再生。在一种实施方式中，二氧化氯是次级氧化剂。因为硝基氧化物在所述氧化反应中没有被不可逆地消耗，所以只需要少量的硝基氧化物。在反应过程中，将被耗尽的是次级氧化剂。 

两个要素是值得关注的：用于提供所需要的羧化的反应时间长度以及该反应时间所需要的在催化羧化反应器中的滞留存储容量的量。越长的反应时间在催化羧化反应器中需要更大的滞留存储容量。 

如果需要增加每100g烘干（OD）的纤维素纤维2-12毫当量的羧基水平（2-12meq/100g），那么只要短反应时间和最低的滞留存储容量通常就足够了。 

问题在于以成本有效的方式提供提高的羧化水平。 

附图说明

图1是四级羧化系统的图。 

发明内容

本发明是利用多个催化羧化反应器在快速流动的连续过程中以短反应时间（低于5分钟）并因此以最小的滞留存储容积达到高羧化水平（18-100meq/100g）。 

本方法向漂白的纤维素木浆纤维提供了更多的羧基，以提供羧化的纤维素木浆纤维。起始材料是漂白的纤维素木浆纤维。漂白的纤维素木浆纤维典型地具有5meq/100g以下的羧基含量。羧化的纤维素木浆纤维的一些应用需要高羧化水平。本方法是提供那些高羧化水平的方法。在一种实施方式中，本方法提供了总羧基含量高达150meq/100g的纤维素木浆纤维。在另一种实施方式中，本方法提供了总羧基含量高达100meq/100g的纤维素木浆纤维。在另一种实施方式中，本方法提供了总羧基含量高达70meq/100g的纤维素木浆纤维。在另一种实施方式中，本方法提供了总羧基含量高达50meq/100g的纤维素木浆纤维。在另一种实施方式中，所述纤维素木浆纤维具有高达40meq/100g的总羧基含量。在另一种实施方式中，所述纤维素木浆纤维具有25至30meq/100g的总羧基含量。