一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法
阅读说明：本技术 一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法 (Method for preparing low-polymerization-degree water-soluble cellulose ether ) 是由 刘光海 冯潇辉 周丽萍 吴园园 施佳 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于医药化工技术领域,尤其涉及一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法。本发明通过HCl-ClO-(2)混合气体干法解聚高聚合度水溶性纤维素醚的方式,最终获得低粘度的低聚合度水溶性纤维素醚,符合药用辅料的使用要求。本发明具有以下优点：第一、利用HCl-ClO-(2)混合气体来降低高聚合度水溶性纤维素醚的聚合度,保证显著的解聚效果,且不会引入大量溶剂,还可以提高最终低聚合度水溶性纤维素醚产品的白度；第二、HCl-ClO-(2)混合气体解聚过程中的残留或副产物可以被有效除去,最终的低聚合度水溶性纤维素醚产品在粘度标准上,符合中国药典要求；第三、本方法对高聚合度水溶性纤维素醚的种类没有大的限制,适用性较高。(The invention belongs to the technical field of pharmaceutical chemicals, and particularly relates to a method for preparing low-polymerization-degree water-soluble cellulose ether. The invention uses HCl-ClO 2 The mixed gas is used for depolymerizing the water-soluble cellulose ether with high polymerization degree by a dry method, so that the water-soluble cellulose ether with low polymerization degree and low viscosity is finally obtained, and the use requirements of pharmaceutical excipients are met. The invention has the following advantages: first, using HCl-ClO 2 The mixed gas is used for reducing the polymerization degree of the water-soluble cellulose ether with high polymerization degree, ensuring the remarkable depolymerization effect, not introducing a large amount of solvent, and improving the whiteness of the final water-soluble cellulose ether product with low polymerization degree; second, HCl-ClO 2 The residue or the by-product in the depolymerization process of the mixed gas can be effectively removed, and the final low-polymerization-degree water-soluble cellulose ether product meets the requirements of Chinese pharmacopoeia on the viscosity standard; thirdly, the method has no great limitation on the types of the water-soluble cellulose ether with high polymerization degree and is suitable forThe usability is higher.)
技术领域
本发明属于药用辅料制备技术领域，尤其涉及一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法。
背景技术
水溶性纤维素醚，在制药行业中可作为释放阻滞剂、增稠剂以及包衣材料，而低聚合度水溶性纤维素醚，一般作为成膜包衣材料，这就需要其水溶液具有相对较低的粘度，以保证良好的喷涂、涂抹性。
而高聚合度水溶性纤维素醚的水溶液具有很高的粘度，不仅喷涂、涂抹使用效果差，更重要的是高聚合度水溶性纤维素醚制得的包衣，在水中溶解很慢，影响药物的释放。
现有低聚合度水溶性纤维素醚常规的制备方法有两种：一种方法是在水溶性纤维素醚制备过程中先把原料（比如木浆、精制棉）的聚合度降低，再通过醚化得到低聚合度的水溶性纤维素醚，这种方法的缺点是低聚合度的水溶性纤维素醚会在最后的洗涤纯化步骤损失比较大，收率很低。以羟丙甲纤维素为例，通过在纤维素在碱化过程中降解后醚化得到2%水溶液黏度在3～100mPa.s的产品，收率只有理论收率的60%左右，大量的低聚合度产品在洗涤过程中流失了。另一种是先制备高聚合度的水溶性纤维素醚，然后加入盐酸进行酸性降解，该方法得到的低聚合度的水溶性纤维素醚颜色发黄，特别是作为成膜材料，严重影响外观的质量。
所以综上所述，现在急需一种可以大幅降低水溶性纤维素醚聚合度的加工方法，以获得低粘度的水溶性纤维素醚，以用作成膜、包衣材料。
专利公开号为CN110945032A、公开日为2020.03.31的中国发明专利公开了一种低分子量纤维素醚的受控制备方法，包括：(a)提供基于纤维素醚粉末总重量包含0.5至10重量百分比的水的初始纤维素醚粉末；(b)将所述初始纤维素醚粉末加热到30至130摄氏度的温度；(c)在步骤(b)中加热之前、期间和/或之后，将固体碱添加到所述纤维素醚粉末中，并与所述初始纤维素醚粉末混合以形成纤维素醚/碱混合物；(d)将挥发性酸添加到所述纤维素醚/碱混合物中并混合；以及(e)使所述挥发性酸水解所述初始纤维素醚以形成具有比所述初始纤维素醚低的粘度的最终纤维素醚。
但是该发明专利中的制备方法，通过挥发性酸水解所述初始纤维素醚，以降低初始纤维素醚的聚合度，这样做的缺点是挥发性酸与纤维素醚中混合的碱会马上发生反应，挥发性酸很快被消耗掉，而纤维素醚聚合度降低效果不明显，最终难以获得的低粘度纤维素醚。
发明内容
本发明的目的是提供一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法，其能通过HCl-ClO2混合气体干法解聚高聚合度水溶性纤维素醚的方式，最终获得低粘度的低聚合度水溶性纤维素醚，符合药用辅料的使用要求。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法，依次包括以下步骤：
S1、对聚合度200以上的水溶性纤维素醚进行干燥操作；
S2、在密闭容器中，对已经完成干燥的高聚合度水溶性纤维素进行HCl-ClO2混合气体的解聚操作，得到低聚合度水溶性纤维素醚产物；
S3、排出密闭容器中多余的HCl-ClO2混合气体；
S4、往密闭容器中加碱性盐，中和残留的微量HCl，碱性盐加入方式可以是干粉形式加入，也可以溶于水中，以喷雾的方式加入；
S5、将完成解聚操作的产物粉碎过筛，得到最终的低聚合度水溶性纤维素醚成品。
现有技术中，用挥发性酸解聚高聚合度水溶性纤维素醚，这样做的缺点有：1、挥发性酸与水溶性纤维素醚、碱同时混合，挥发性酸很容易与碱先进行反应，达不到解聚水溶性纤维素醚的目的；2、挥发性酸用量非常大，中和后产生大量的盐作为残渣留在产品中；3、解聚过程没有抑制水溶性纤维素醚变色的措施，得到的低聚合度水溶性纤维素醚，自身产品形状不佳，即固体时白度不够，溶于水后水溶液则颜色过黄。
在本发明中，水溶性纤维素醚的聚合度定义如下：纤维素分子是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的大分子多糖，纤维素醚分子中葡萄糖的数目，即为聚合度。
所以在本发明中，通过HCl-ClO2混合气体来解聚高聚合度水溶性纤维素醚，其原理或者作用如下。
第一、HCl气体与高聚合度水溶性纤维素醚接触，通过与酸液解聚一样的原理，保证基本有效的解聚效果，而且还不引入溶剂，该干法解聚的操作，免去了后续的干燥工作。
第二、ClO2气体可以对低聚合度水溶性纤维素醚产品进行适当的漂白操作，保证最终的低聚合度水溶性纤维素醚产品具有较高的白度，溶于水后颜色较浅。
第三、高聚合度水溶性纤维素醚干燥后仍然残留的水分，可以与ClO2气体反应，或者用于溶解HCl气体，两种方式都能形成稀盐酸，又可以促进解聚，因此干燥操作不用保证水分含量极低，在适当较小范围内，就可以获得足够的解聚效果、免去后续干燥除水操作。
此外，碱性碳酸盐相较于碱性更高的NaOH、Ca（OH）2，具有相对温和的酸碱中和能力，可以充分中和残留的HCl气体，而ClO2气体不与水溶性纤维素醚发生反应，只是起到漂白、防止物料变黄的作用，在解聚后通过真空、冲入氮气等方式除去。
进一步优选的技术方案在于：步骤S1中，所述高聚合度水溶性纤维素醚为高聚合度的羟丙甲纤维素、羟丙基纤维素或者羟乙基纤维素中的任意一种，所述高聚合度水溶性纤维素醚干燥之前的含水率为1.0-5.0%，干燥之后的含水率为0.1-1.0%。
在本发明中，干燥之后的含水率如果太高，在解聚过程中会大量吸收HCl-ClO2混合气体，造成混合不均匀，解聚效果不佳，适当较少量的水分，保持解聚过程中HCl-ClO2一直为气态，达到良好的接触效果。
进一步优选的技术方案在于：步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.1～5.0%的ClO2气体，其余为HCl气体。所述HCl-ClO2混合气体的重量占干燥前的所述高聚合度水溶性纤维素醚重量的0.1～0.5%。
在本发明中，采用固气两相接触反应的方式，保证高聚合度水溶性纤维素醚可以被有效解聚，以降低聚合度，其中HCl气体主要用于解聚、ClO2气体主要用于阻止产品变色发黄，保证最终可以获得外观白度较高的低聚合度水溶性纤维素醚产品。在实施过程中必需严格控制ClO2的体积百分浓度，如果ClO2的体积百分浓度大于5%会有危险性。
进一步优选的技术方案在于：步骤S2中，密闭容器加热至30-80℃并一直保温，直至混合气体通入操作结束，聚过程持续1～40h。
在本发明中，上述固气两相接触反应需要配合足够且适宜的温度，以及足够的反应时间，才能保证充分接触反应，因此确定了上述加热至30-80℃并保温的固气反应条件。
进一步优选的技术方案在于：步骤S3中，HCl-ClO2混合气体的排出动作通过交替进行的抽真空-冲入氮气操作完成。
在本发明中，密闭容器中残留的HCl-ClO2混合气体如果大量外泄，是十分危险的，因此通过氮气吹扫加抽真空的方式，保证最终从密闭容器中取出低聚合度水溶性纤维素醚时，整个密闭容器中不会残留HCl-ClO2混合气体。
进一步优选的技术方案在于：所述抽真空操作时，所述密闭容器中的真空度不低于-0.05MPa。
进一步优选的技术方案在于：步骤S4中，所述碱性盐为粉末状的碳酸氢钠，添加重量为干燥前的所述高聚合度水溶性纤维素醚重量的0.1～0.6%。
在本发明中，碳酸氢钠可以中和HCl-ClO2混合气体与水反应后产生的极少量稀盐酸，保证最后的低聚合度水溶性纤维素醚产品不会残留酸性物质，而且更重要的是残留的极少量碳酸氢钠也不会影响低聚合度水溶性纤维素醚的使用和外观表现。
进一步优选的技术方案在于：步骤S5中，最终获得的低聚合度水溶性纤维素醚成品，在20℃下的2%水溶液的粘度为3-100mPa.s，白度为85～92。
进一步优选的技术方案在于：步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.1～5.0%的ClO2气体，其余为HCl气体。
在本发明中，体积百分数为0.1～5.0%的ClO2气体与其余的HCl气体，在对高聚合度水溶性纤维素醚进行解聚后，获得的低聚合度水溶性纤维素醚具有更高的白度以及更浅的水溶液颜色，使得本发明中的低聚合度水溶性纤维素醚产品性能远优于现在市面上的其他同类产品。
进一步优选的技术方案在于：步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.1～1.0%的ClO2气体，其余为HCl气体。
进一步优选的技术方案在于：所述密闭容器为旋转真空干燥器，采用水浴方式加热。
本发明具有以下优点：第一、利用HCl-ClO2混合气体来降低高聚合度水溶性纤维素醚的聚合度，保证显著的解聚效果，且不会引入大量溶剂，还可以提高最终低聚合度水溶性纤维素醚产品的白度；第二、HCl-ClO2混合气体解聚过程中的残留或副产物可以被有效除去，最终的低聚合度水溶性纤维素醚产品在粘度标准上，符合中国药典要求；第三、本方法对高聚合度水溶性纤维素醚的种类没有大的限制，适用性较高。
附图说明
附图1为本发明中3个实施例和2个对比例的低聚合度水溶性纤维素醚产品的性能参数对比表格。
其中，白度测试使用齐威智能台式手持数显白度仪WSB-3，测试前样品已经抹平、压实；透光率测试使用双光束紫外可见分光光度计（TU-1901），样品溶于水中，配置成2.0wt%的水溶液，置冰箱中冷藏1～3小时，然后恒温到20℃，最后进行检测。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法，依次包括以下步骤：
S1、对高聚合度水溶性纤维素醚进行干燥操作；
S2、在密闭容器中，对已经干燥完成的高聚合度水溶性纤维素进行HCl-ClO2混合气体的解聚操作，得到低聚合度水溶性纤维素醚产物；
S3、排出密闭容器中多余的HCl-ClO2混合气体；
S4、往密闭容器中加碱性盐，中和除去产生的酸液副产物；
S5、将固体产物粉碎过筛，得到最终的低聚合度水溶性纤维素醚成品。
步骤S1中，所述高聚合度水溶性纤维素醚为高聚合度的羟丙甲纤维素，高聚合度羟丙甲纤维素干燥之前的含水率为2.6%，干燥之后的含水率为0.4%。
具体的，所述高聚合度羟丙甲纤维素在20℃下的2%水溶液的粘度为4080mPa.s，水浴加热至干燥温度为70℃，在旋转真空干燥器内进行，所述旋转真空干燥器即为所述密闭容器，后续操作一直在所述旋转真空干燥器内完成。
步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.5%的ClO2气体，其余为HCl气体，所述HCl-ClO2混合气体的重量占干燥前的所述高聚合度羟丙甲纤维素重量的0.3%。
此时，密闭容器加热至75℃并一直保温，直至混合气体通入操作结束，混合气体通入后，所述旋转真空干燥器的转速一直保持为25rpm，8h。
步骤S3中，HCl-ClO2混合气体的排出动作通过交替进行的抽真空-冲入氮气吹扫操作完成。
所述抽真空操作时，所述密闭容器中的真空度为-0.07MPa，而冲入氮气吹扫时间为30min。
步骤S4中，所述碱性盐为粉末状的碳酸氢钠，添加重量为干燥前的所述高聚合度羟丙甲纤维素重量的0.4 %，而粉末状的碳酸氢钠添加进入后的时间为60min。
最后，经过步骤S5，最终获得的低聚合度羟丙甲纤维素产品的性能如附图所示。
实施例2
一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法，依次包括以下步骤：
S1、对高聚合度水溶性纤维素醚进行干燥操作；
S2、在密闭容器中，对已经干燥完成的高聚合度水溶性纤维素进行HCl-ClO2混合气体的解聚操作，得到低聚合度水溶性纤维素醚产物；
S3、排出密闭容器中多余的HCl-ClO2混合气体；
S4、往密闭容器中喷淋碱性盐的水溶液，中和残留的HCl气体；
S5、将固体产物粉碎过筛，得到最终的低聚合度水溶性纤维素醚成品。
步骤S1中，所述高聚合度水溶性纤维素醚为高聚合度的羟丙基纤维素，高聚合度羟丙基纤维素干燥之前的含水率为3.5%，干燥之后的含水率为0.5%。
具体的，所述高聚合度羟丙基纤维素在20℃下的2%水溶液的粘度为205mPa.s，水浴加热至干燥温度为75℃，在旋转真空干燥器内进行，所述旋转真空干燥器即为所述密闭容器，后续操作一直在所述旋转真空干燥器内完成。
步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.5%的ClO2气体，其余为HCl气体，所述HCl-ClO2混合气体的重量占干燥前的所述高聚合度羟丙基纤维素重量的0.4%。
此时，密闭容器加热至80℃并一直保温，直至混合气体通入操作结束，混合气体通入后，所述旋转真空干燥器的转速一直保持为25rpm，持续12h。
步骤S3中，HCl-ClO2混合气体的排出动作通过交替进行的抽真空-冲入氮气吹扫操作完成。
所述抽真空操作时，所述密闭容器中的真空度为-0.07MPa，而氮气吹扫时间为30min。
步骤S4中，所述碱性盐为粉末状的碳酸氢钠，添加重量为干燥前的所述高聚合度羟丙基纤维素重量的0.3 %，而粉末状的碳酸氢钠添加进入后混合的时间为60min。
最后，经过步骤S5，最终获得的低聚合度羟丙基纤维素产品的性能如附图所示。
实施例3
一种低聚合度水溶性纤维素醚制造方法，依次包括以下步骤：
S1、对高聚合度水溶性纤维素醚进行干燥操作；
S2、在密闭容器中，对已经干燥完成的高聚合度水溶性纤维素进行HCl-ClO2混合气体的解聚操作，得到低聚合度水溶性纤维素醚产物；
S3、排出密闭容器中多余的HCl-ClO2混合气体；
S4、往密闭容器中加碱性盐，中和除去产生的酸液副产物；
S5、将固体产物粉碎过筛，得到最终的低聚合度水溶性纤维素醚成品。
步骤S1中，所述高聚合度水溶性纤维素醚为高聚合度的羟乙基纤维素，高聚合度羟乙基纤维素干燥之前的含水率为4.2%，干燥之后的含水率为0.4%。
具体的，所述高聚合度羟乙基纤维素在20℃下的2%水溶液的粘度为2000mPa.s，水浴加热至干燥温度为60℃，在旋转真空干燥器内进行，所述旋转真空干燥器即为所述密闭容器，后续操作一直在所述旋转真空干燥器内完成。
步骤S2中，所述HCl-ClO2混合气体的组成包括体积百分数为0.3%的ClO2气体，其余为HCl气体，所述HCl-ClO2混合气体的重量占干燥前的所述高聚合度羟乙基纤维素重量的0.3%。
此时，密闭容器加热至70℃并一直保温，直至混合气体通入操作结束，混合气体通入后，所述旋转真空干燥器的转速一直保持为25rpm时间，持续4h。
步骤S3中，HCl-ClO2混合气体的排出动作通过交替进行的抽真空-冲入氮气吹扫操作完成。
所述抽真空操作时，所述密闭容器中的真空度为-0.07MPa，而氮气吹扫时间为30min。
步骤S4中，所述碱性盐为粉末状的碳酸氢钠，添加重量为干燥前的所述高聚合度羟乙基纤维素重量的0.34%，而粉末状的碳酸氢钠添加进入后反应的时间为20min。
最后，经过步骤S5，最终获得的低聚合度羟乙基纤维素产品的性能如附图所示。
对比例1
本对比例1与实施例1不同之处仅在于：
将原HCl-ClO2混合气体换成单HCl气体，保证HCl气体的自身添加量是不变的。
最终获得的低聚合度羟丙甲纤维素产品的性能如附图所示。
对比例2
本对比例2与实施例2不同之处仅在于：
将原HCl-ClO2混合气体换成单HCl气体，保证HCl气体的自身添加量是不变的。
最终获得的低聚合度羟丙基纤维素产品的性能如附图所示。
最终，通过上述实施例1、2、3以及对比例1和2的数据分析，得出以下结论。
第一、HCl-ClO2混合气体协同作用，可以显著降低高聚合度水溶性纤维素醚的聚合度，以获得粘度相对极低的低聚合度水溶性纤维素醚，而且低聚合度水溶性纤维素醚产品自身的白度也得到了很大的提升。
第二、ClO2气体从HCl-ClO2混合气体中除去后，解聚合后的水溶性纤维素醚产品的外观极差，其水溶液颜色是黄色的，而且随着水溶液的浓度越大颜色越深。
第三、碳酸氢钠的加入，可以很好地除去最终的水溶性纤维素醚产品中残留的HCl气体，保证水溶性纤维素醚产品的水溶液为中性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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