一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法
阅读说明：本技术 一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法 (Precipitation method of cellulose acetate butyrate ) 是由 余炎冰 李丽 尹伊君 崔乾 陈来中 于 2021-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法,该方法将含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入含有稳定剂的水中,所述喷嘴位于水面以上,同时在高速搅拌下沉析,得到醋酸丁酸纤维素颗粒。本发明方法在稳定剂和高速搅拌的条件下,使析出的CAB固体均匀分散,避免相互粘结、成团,保持颗粒状,得到的CAB产品颗粒均匀、堆密度高,且稳定剂可被水洗去,不影响产品性能。(The invention discloses a cellulose acetate butyrate precipitation method, which comprises the steps of spraying a solution to be precipitated containing cellulose acetate butyrate into water containing a stabilizing agent through a nozzle, wherein the nozzle is positioned above the water surface, and precipitating under high-speed stirring to obtain cellulose acetate butyrate particles. The method of the invention enables the precipitated CAB solid to be dispersed evenly under the conditions of the stabilizer and high-speed stirring, avoids mutual bonding and agglomeration, keeps granular shape, and the obtained CAB product has even granules and high bulk density, and the stabilizer can be washed by water without affecting the product performance.)
技术领域
本发明提供一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法，属于有机化工合成领域。
背景技术
醋酸丁酸纤维素(CAB)是一种纤维素的衍生物，由纤维素上的羟基被醋酸和丁酸酯化所得。CAB与多种树脂相容，柔韧性、耐寒性、流平性、色泽保持性良好，且抗老化，不泛黄，可被用于制作高透明、耐候性好的塑料片基、薄膜和各种涂料的流平剂、成膜物质等。
一般来说CAB的生产工艺包括活化、酯化、水解、中和、沉析、洗涤、干燥等步骤，每一步的严格控制才能确保得到品质良好的CAB产品。而其中一个关键性的产品指标就是产品的形貌和堆积密度，在洗涤过程中粉末状CAB有利于洗涤脱酸和干燥，在输送过程中不会缠绕在一起，提高传输效率；堆密度高的CAB产品能够减少包装袋的使用，提高空间利用率。传统沉析方法是将CAB加入到大量水中，在高速搅拌或者剪切下将CAB沉析出来并分散，但是此时得到的CAB产品多为块状或絮状，需进行下一步的粉碎，而在粉碎过程中产生的热量可能会超过CAB的玻璃转化温度85℃，从而使产品发黄、发粘，设备抱死，这样对粉碎的工艺、设备要求就比较苛刻。且传统方法得到的CAB产品堆密度比较低，在相同的质量下需要更多的包装体积，影响包装效率。专利CN111253616A采用两步闪蒸的方法将丁酸和水从产品中脱除，避免洗涤、过滤、烘干产生废水，降低能耗，但所得产品为蓬松絮状，虽然提高了产品在使用过程中的溶解速度，但是絮状产品不利于产品的输送和包装。
因此，如何创造一种即能够改善CAB产品沉析过程中形貌，又提高产品堆密度的一步沉析方法，成为行业内急需解决的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法，以改善沉析产品颗粒性，提高其堆密度。
为达到以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种醋酸丁酸纤维素的沉析方法，包括以下步骤：
将含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入含有稳定剂的水中，所述喷嘴位于水面以上，同时在高速搅拌下沉析，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
进一步地，本发明所述稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、烯丙基磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合，优选十六烷基三甲基溴化铵；本发明所述稳定剂能够在沉析液的液滴表面形成薄膜，使得沉析液滴能够保持液滴状，阻止液滴相互聚集凝结；增加了界面强度，使沉析液滴不随着搅拌产生的剪切力拉伸而析出絮状产品；且稳定剂溶解在水中，可通过水洗的方式从产品表面除去，不会影响产品质量和性能，尤其是十六烷基三甲基溴化铵，由于其链更长，界面强度更强，液滴状保持时间相对更长，因此产品的堆密度更高，且季铵盐可以促进丁酸在水中的溶解，从而使产品包裹的丁酸更少，减少产品洗涤用水量。
进一步地，本发明所述含有稳定剂的水中，稳定剂的质量浓度为0.5-6％，优选1-3.5％，以含有稳定剂的水的质量计。
进一步地，本发明所述含有稳定剂的水用量为待沉析液质量的7-15倍，优选8-12倍。在沉析过程中稳定剂及水的用量需要控制在本发明范围内，其中水的含量不应过低，因为水的含量低，可造成沉析液中的酸浓度提高，CAB可溶解在酸中，沉析产品会发粘，粘结在一起；沉析用水过高则会造成回收难度和能耗增加，同时若稳定剂浓度过低，会使沉析产品颗粒性不佳，浓度过高，洗涤用水量增加，增加能耗。
进一步地，本发明所述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液来自于CAB生产工艺，酯化液经水解、中和、过滤得到的；具体地，是纤维素经醋酸活化后，在酸催化剂的作用下与丁酸酐、乙酸酐发生酯化反应生成酯化液，酯化液经水解、中和、过滤得到澄清的待沉析液；
所述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液，以其总质量为100％计，其组成中含有醋酸丁酸纤维素(CAB)13-30％、丁酸60-85％、醋酸0.5-10％、水0.5-1％。
进一步地，本发明所述喷嘴为单流体高压雾化喷嘴，通过高压雾化喷雾将待沉析液分散到水中，形成直径较小的液滴，使沉析在微小的体积内进行，有利于丁酸向外扩散，减少丁酸在颗粒内部的残留；优选如日本池内的标准扇形喷嘴；
优选地，所述喷嘴的进料压力为0.15-0.30MPa(表压)，优选0.18-0.24MPa(表压)；
优选地，所述喷嘴的喷雾扩散角度为50-80°，优选55-70°，喷雾后液滴直径为140-500μm，优选250-470μm；
优选地，所述喷嘴的出口竖直向下，喷嘴出口位于水面以上1-8cm，优选3-5cm。
进一步地，本发明所述沉析，喷嘴出口处液体流速为0.05-0.5m/s，优选0.1-0.35m/s；
优选地，单位截面积的喷雾流量为0.2-0.5L/min·m2，优选0.25-0.4L/min·m2；
优选地，所述喷嘴进料完成后继续高速搅拌的沉析停留时间为3-10min，优选4-8min。
进一步地，本发明所述高速搅拌转速为400-1000r/min，优选500-800min；
优选地，本发明所述高速搅拌，采用的搅拌桨形式为斜叶桨、推进桨、六后弯叶开启涡轮桨、直叶圆盘涡轮桨、斜叶圆盘涡轮桨、齿型圆盘涡轮桨、布尔马金式桨中的任意一种或至少两种的组合，优选直叶圆盘涡轮桨和/或斜叶圆盘涡轮桨；适合的搅拌桨可以使物料充分混合，使析出的CAB固体均匀分散，避免相互粘结、成团。
进一步地，本发明所述沉析过程在搅拌釜中进行，搅拌桨位于反应釜的1/3-1/2高度的位置，搅拌桨直径为搅拌釜直径的2/3-3/4。
本发明所述方法，沉析完成通过下料口放料后，还包括水洗、干燥得醋酸丁酸纤维素颗粒产品；该醋酸丁酸纤维素颗粒产品的平均粒径为300-600μm，堆密度为0.45-0.6Kg/m3，表面积为0.3-0.5m2/g，酸值＜200ppm(以乙酸计),粒度分布系数为0.3-0.5。
本发明所述方法，沉析收率可高达99.9％以上，纯度达99.9％以上。
与现有技术相比，本发明技术方案有益效果在于：
本发明将含有醋酸丁酸纤维素、丁酸、醋酸和水的待沉析液通过高压雾化的方法喷入含有稳定剂的水中，在稳定剂和高速搅拌的条件下，使沉析在微小的体积内进行，有利于减少丁酸在颗粒内部的残留，得到的醋酸丁酸纤维素颗粒产品颗粒均匀、堆密度高。
本发明中的沉析方法具有简单、操作便捷，所的产品颗粒度均匀，堆密度高。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明予以进一步说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明申请所附权力要求书定义的技术方案的等效改进和变形。
实施例主要原料来源：
待沉析液：纤维素经醋酸活化后，在酸催化剂的作用下与丁酸酐、乙酸酐发生酯化反应生成酯化液，酯化液经水解、中和、过滤得到澄清的待沉析液，为本领域现有方法，本发明不做具体赘述；
十六烷基三甲基溴化铵：阿拉丁；
烯丙基磺酸钠：阿拉丁；
十二烷基磺酸钠：阿拉丁；
其他若未做特别说明，均为普通市售原料。
实施例中所用沉析釜为20L圆柱形玻璃搅拌釜，搅拌桨位于反应釜的1/2高度的位置，搅拌桨直径为搅拌釜直径的2/3；
喷嘴：日本池内，型号为标准扇形喷嘴；
搅拌桨：阿特森。
实施例1
含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液质量百分含量组成为27％CAB、70％丁酸、2％醋酸、1％水。
沉析方法为：
将1Kg上述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入10Kg含有稳定剂的沉析用水中，其中稳定剂为0.35Kg十六烷基三甲基溴化铵。雾化喷嘴出口处位于水面以上4cm，调整喷雾扩散角度至60℃，搅拌桨选用斜叶圆盘涡轮桨，转速设定为700r/min，开启搅拌，设定进料压力为0.2MPa，开始进料，喷嘴出口处液体流速为0.25m/s，单位截面积的喷雾流量为0.4L/min·m2，2.5min后进料完毕，继续搅拌5min，通过下料口放料，用水对产品进行数次洗涤，干燥，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为378μm，呈颗粒状，堆密度为0.57Kg/m3，表面积为0.45m2/g,酸值为158ppm，粒度分布系数为0.35。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.9％，收率为99.9％。
实施例2
含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液质量百分含量组成为19.5％CAB、75％丁酸、5％醋酸、0.5％水。
沉析方法为：
将1Kg上述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入7Kg含有稳定剂的沉析用水中，其中稳定剂为0.21Kg烯丙基磺酸钠。雾化喷嘴出口处位于水面以上3cm，调整喷雾扩散角度至70℃，搅拌桨选用斜叶圆盘涡轮桨，转速设定为400r/min，开启搅拌，设定进料压力为0.18MPa，开始进料，喷嘴出口处液体流速为0.15m/s，单位截面积的喷雾流量为0.2L/min·m2，5min后进料完毕，继续搅拌7min，通过下料口放料，用水对产品进行数次洗涤，干燥，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为546μm，呈颗粒状，堆密度为0.49Kg/m3，表面积为0.55m2/g,酸值为100ppm，粒度分布系数为0.45。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.9％，收率为99.9％。
实施例3
含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液质量百分含量组成为29％CAB、60％丁酸、10％醋酸、1％水。
沉析方法为：
将1Kg上述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入15Kg含有稳定剂的沉析用水中，其中稳定剂为0.15Kg十二烷基磺酸钠。雾化喷嘴出口处位于水面以上5cm，调整喷雾扩散角度至80℃，搅拌桨选用斜叶圆盘涡轮桨，转速设定为800r/min，开启搅拌，设定进料压力为0.24MPa，开始进料，喷嘴出口处液体流速为0.3m/s，单位截面积的喷雾流量为0.33L/min·m2，3min后进料完毕，继续搅拌8min，通过下料口放料，用水对产品进行数次洗涤，干燥，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为458μm，呈颗粒状，堆密度为0.58Kg/m3，表面积为0.32m2/g,酸值为99ppm，粒度分布系数为0.39。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.9％，收率为99.9％。
实施例4
含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液质量百分含量组成为27％CAB、70％丁酸、2％醋酸、1％水。
将1Kg上述含有醋酸丁酸纤维素的待沉析液通过喷嘴喷入10Kg含有稳定剂的沉析用水中，其中稳定剂为0.4Kg十六烷基三甲基溴化铵。雾化喷嘴出口处位于水面以上8cm，调整喷雾扩散角度至80℃，搅拌桨选用斜叶圆盘涡轮桨，转速设定为1200r/min，开启搅拌，设定进料压力为0.3MPa，开始进料，喷嘴出口处液体流速为0.5m/s，单位截面积的喷雾流量为0.5L/min·m2，2min后进料完毕，继续搅拌3min，通过下料口放料，用水对产品进行数次洗涤，干燥，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为378μm，呈颗粒状，堆密度为0.57Kg/m3，表面积为0.45m2/g,酸值为158ppm，粒度分布系数为0.35。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.9％，收率为99.9％。
对比例1
参照实施例3沉析方法，与实施例3不同之处仅在于沉析用水中不添加稳定剂十二烷基磺酸钠，其它操作方法及条件完全相同，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为800μm，呈絮状，堆密度为0.21Kg/m3，表面积为1.0m2/g,酸值为420ppm，粒度分布系数为1.28。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.4％，收率为99.1％。
对比例2
参照实施例3沉析方法，与实施例3不同之处仅在于沉析用水中添加的稳定剂十二烷基磺酸钠替换为等质量的十二烷基苯磺酸钠，其它操作方法及条件完全相同，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为980μm，呈絮状，堆密度为0.17Kg/m3，表面积为1.52m2/g,酸值为700ppm，粒度分布系数为1.48。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为98.2％，收率为98.9％。
对比例3
参照实施例1沉析方法，与实施例1不同之处仅在于沉析用水中添加的稳定剂十六烷基三甲基溴化铵替换为等质量的十二烷基三甲基溴化铵，其它操作方法及条件完全相同，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为745μm，呈短絮状，堆密度为0.28Kg/m3，表面积为0.78m2/g,酸值为512ppm，粒度分布系数为0.75。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为98.9％，收率为99.1％。
对比例4
参照实施例2沉析方法，与实施例2不同之处仅在于沉析用水中添加的稳定剂烯丙基磺酸钠替换为等质量的乙烯基磺酸钠，其它操作方法及条件完全相同，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为1203μm，呈絮状，堆密度为0.13Kg/m3，表面积为0.98m2/g,酸值为1024ppm，粒度分布系数为1.03。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为98.1％，收率为89.8％。
对比例5
参照实施例3沉析方法，与实施例3不同之处仅在于高速搅拌替换为普通搅拌，设定转速100r/min，其它操作方法及条件完全相同，得到醋酸丁酸纤维素颗粒。
测试所得醋酸丁酸纤维素颗粒产品，平均粒径为1200μm，呈块状，堆密度为0.19Kg/m3，表面积为0.84m2/g,酸值为1000ppm，粒度分布数据0.95。
沉析所得醋酸丁酸纤维素颗粒纯度为99.1％，收率为97.2％。
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