[发明专利]一种评价纤维素浆粕反应性能的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于化学纤维素技术领域，涉及一种评价纤维素浆粕反应性能的方法及装置。

背景技术

纤维素浆粕是制造纤维素酯的主要原料。就化学结构而言，纤维素是由许多D-吡喃-葡萄糖单元通过1-4苷键连接起来的线性高分子化合物。纤维素源包括木纤维原料、禾本科纤维原料、韧皮纤维原料及棉纤维原料等。目前能够生产醋酸纤维素且具有商业规模化的纤维素源主要为木纤维原料，按木质划分为硬木浆和软木浆。

不同纤维原料中的化学成分包括纤维素、半纤维素及木质素等的含量及组成具有明显差异性。纤维素的生产，主要采用亚硫酸盐法或预水解硫酸盐法，在蒸煮过程中最大限度的脱去木质素，并同时脱去半纤维素等成分，然后通过漂白或盐酸酸化等手段，除去残留木质素、有色物质以及铁离子等成分，制成商品粕浆。由于植物原料以及生产工艺的不同，造成浆粕品质的差异。

纤维素酯是由纤维素与某种酸酐通过酯化反应制备得到。纤维素乙酸酯(俗称醋酸纤维或醋酸纤维素)是最重要的商业多糖羧酸酯，工业上或实验室均由乙酸或乙酸酐与纤维素混合反应制备。纤维素乙酸酯的生产所需的醋化级浆粕对浆粕质量的要求较高，某个质量指标的差异会造成化学反应性能的差异。醋化级浆粕的质量要求主要包括如下几个方面：

(1)在纤维素乙酸酯和其它纤维素酯的生产中，要求浆粕原料具有最高的纤维素含量，低水平的半纤维素和木质素含量以及有机溶剂提取物(也称作树脂)。优选具有95至97％纤维素含量、1至2％半纤维素含量的硬木浆原料。也可以使用含94-96％纤维素，半纤维素含量上限为3％的软木浆原料。

(2)在纤维反应过程中，纤维素中的分子链不断发生断裂，因此需要保证纤维素具有较高的初始聚合度。醋化级浆粕的初始聚合度一般在1000-1800。

(3)对于浆粕的主要成分纤维素，由于其超分子结构差异性，造成可及度、结晶度等不同。同时，不同原料纤维素的分子聚集态结构、可及度及结晶度也存在差异。

(4)纤维素浆粕成型后的物理特性也会有所不同，主要区别在于密度、厚度、顶破值等指标。这些区别会造成研磨浆粕的难易程度不一，并且研磨后的纤维大小及形态也不一样。

以上所述，浆粕原料在制造纤维素乙酸酯及其它有机纤维素酯时，浆粕的反应性能存在较大的差异，影响正常生产。

醋化级浆粕常规的质量检测指标包括：纤维素含量(R-10、R-18)、粘度、分子量及其分布、结晶度、可及度、水份、基础重量、亮度、提馏物、灰份、脏点数、硅含量、钙含量、铁含量等。以上指标能够保证浆粕具备优良的物理特性，以保证产品质量。D.Klemn等人的“Comprehensive Cellulose Chemistry”(1998)一书汇集纤维素化学发展一百年以来相关的知识和技术。详细介绍纤维素及其衍生物结构、反应性及其他各种性质的分析检测方法。高洁等人的“纤维素科学”(1996)一书也介绍了纤维素的分子结构、聚集态结构和化学反应，并指出：纤维素反应性能的测定，目前尚未有合适的直接测定方法。通常采用测定纤维素衍生物的粘度、溶解性、过滤性、透光率和不溶性残渣等指标，来间接地鉴定其反应性能。L.Fras的“Analysis of the oxidation of cellulose fibres by titration and XPS”(Colloids and Surfaces A，2005)研究评价棉浆粕表面先择氧化的效果，并应用滴定技术及XPS鉴定棉纤维表面离子基团的形成及分布。Eva-Lena Hult的“A CP/MAS 13C-NMR study of cellulose structure on the surface of refined kraft pulp fibers”(Carbohydrate Polymers，2002)应用13C-核磁共振光谱，并与光谱拟合相结合，研究了硫酸盐纸浆的平均横向纤维、纤维聚合尺寸及纤维素结晶度。Shawn D的“Physical characterization of enzymatically modified kraft pulp fibers”(Journal of Biotechnology，1997)介绍浆粕经过酶的改性，并测量浆粕孔体积，聚合度，结晶度，采用红外光谱、扫描电镜检测，阐明其纤维成分和形态的变化。Esat Gümüskaya的“The effects of various pulping conditions on crystalline structure of cellulose in cotton linters”(Polymer Degradation and Stability，2003)应用X-ray散射及FT-IR光谱技术分析其棉浆粕结晶的变化。Narendra Reddy的“Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks”(Polymer，2005)应用X-ray散射及SEM技术研究玉米秆制成浆粕的结构特性。Hamid M等人的“Utilization of sugarcane bagasse cellulose for producing cellulose acetates：Novel use of residual hemicellulose as plasticizer”(Carbohydrate Polymers，2009)应用FTIR，TGA、DSC、GPC、HPIC、WAXRD、viscometry等技术研究醋酸纤维的特性。Matilde C.V.等人“Homogeneous methylation of wood pulp cellulose dissolved in LiOH/urea/H2O”(European Polymer Journal，2010)应用FTIR及1HNMRspectroscopy研究LiOH/urea/H2O溶液中纤维素的均相甲酰化反应，研究其化学结构。