Способ активации целлюлозы

Изобретение относится к химии целлюлозы и ее производных, а именно к способу активации целлюлозы. Может быть использована в качестве сырья в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Активацию целлюлозы осуществляют следующим образом: измельченную макулатуру марки МС-1 А обрабатывают водным раствором пирофосфорнокислого натрия с концентрацией 1,0-8,0%, после отделения шлама содержащую целлюлозу массу сушат при температуре 100-105C в течение 60 мин и определяют содержание целлюлозы в обработанной макулатуре. При этом максимально повышается хрупкость целлюлозы, и при помоле в течение 4-8 мин разрушаются макромолекулярная и волокнистая структура. Полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью, содержание фракции целлюлозы с размерами частицы 10-320 мкм составляет 98,87 вес.%. Активированный порошок целлюлозы можно использовать при процессе сополимеризации с ненасыщенными мономерами, полученный сополимер можно использовать в качестве загустителя и сырья для лакокрасочной и текстильной промышленности. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Шахгелдиев Физули Ханали оглы,Исмаилзаде Афаг Фахир кызы,Назаров Фатулла Бойли оглы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МАМЕДОВ ДЖАМАЛ ВЕЙС ОГЛЫ; ГАХРАМАНОВ НАДИР ФАРРУХ ОГЛЫ (AZ) Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу активации целлюлозы, которая может найти применение в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Известен способ активации целлюлозы. В качестве сырья используют целлюлозу и серную кислоту. Целлюлозу при температуре 90C в течение 2 ч обрабатывают 5% раствором серной кислоты, отношение целлюлозы к серной кислоте составляет 1:10. Полученный раствор целлюлозы фильтруют, нейтрализуют при температуре 120-60C, а на втором этапе температура 100-120 (1). Недостатком способа является активация целлюлозы химическими реагентами с получением сточных вод. Известен способ активации лиственной сульфатной целлюлозы путем обработки кислотами ЛьюисаAlCl3 и TiCl4 в присутствии растворителей CCl4, C6H14, С 2 Н 5 ОН, концентрация кислоты Льюиса в растворе составляет 0,01-1,5%. Степень полимеризации полученного порошка целлюлозы 80-120, что вдвое ниже значений "предельной" степени полимеризации для микрокристаллической целлюлозы, полученной "классическим" гидролизом. Показано, что на основе порошковой целлюлозы, полученной с применением TiCl4, и имеющей низкие значения степени полимеризации, возможен синтез растворимых сульфат-производных с высокой степенью замещения (2). Недостатками способа является активация целлюлозы химическими реагентами в присутствии растворителей с получением сточных вод. Известен способ активации целлюлозы следующим образом: измельченную целлюлозу пропитывают водным раствором персульфата калия с концентрацией 2,0-4,1 вес.%, затем осуществляют сушку целлюлозы при температуре 100-105C в течение 60-90 мин. При этом максимально повышается хрупкость макромолекулярной структуры целлюлозы и при помоле в течение 8-14 мин разрушаются макромолекулярные и волокнистые структуры, это приводит к получению сыпучего активированного порошка целлюлозы, с содержанием частиц порошка размером 200 мкм и ниже составляет 94,2 вес.% (3). Недостатками способа активации целлюлозы являются применение для пропитки целлюлозы дорогостоящего окислителя, большое время сушки и помола целлюлозы. Задачей изобретения является придание волокнам целлюлозы максимальной хрупкости для обеспечения разрушения макромолекулярной и волокнистой структуры при помоле с целью получения порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью. Задача решается обработкой измельченной (макулатура марки МС-1 А по ГОСТ 10700-97 в дальнейшем будет называться целлюлозой) целлюлозы 1,0-8,0% водным раствором пирофосфорнокислого натрия, в течение 20-60 мин при молярном соотношении вода : пирофосфорнокислый натрий : целлюлоза 15,3-16,5:0,0112-0,0902:0,0185 , последующей фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C в течение 60 мин, с последующим помолом в течение 4-8 мин, полученный сыпучий порошок целлюлозы с содержанием частиц 10 мкм, 100 мкм, 200 мкм и 320 мкм обладает высокой реакционной способностью. При обработке измельченной макулатуры марки МС-1 А водным раствором пирофосфорнокислого натрия, макулатура набухает, и реагенты, использованные при изготовлении бумаги (канифоль, окись титана и др.) как шлам, растворяются в водном растворе пирофосфорнокислого натрия и отделяются вместе с раствором в виде осадка. После отделения шлама, содержащую целлюлозу массу фильтруют и сушат, при этом содержание целлюлозы составляет 91,7 вес. %. Использование ниже 1,0%-ого водного раствора пирофосфорнокислого натрия приводит к уменьшению выхода порошка целлюлозы, максимальный выход активированной целлюлозы 98,87 вес.%. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом заключается в том, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуры целлюлозы перед помолом, ее обрабатывают водным раствором пирофосфорнокислого натрия с последующей сушкой, и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура с получением сыпучего порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью. Содержание основной фракции с размерами частиц 10-320 мкм составляет 98,87 вес.%. Предложенный процесс активации целлюлозы является экологическим чистым.(По прототипу - активацию целлюлозы осуществляют окислителем персульфатом калия, время сушки 90 мин и время помола 8-14 мин). Способ осуществляют следующим образом. Приготовляют 1,0-8,0% водный раствор пирофосфорнокислого натрия, затем измельченную целлюлозу с размерами 1,31,3 см обрабатывают водным раствором пирофосфорнокислого натрия в течение 20-60 мин при молярном соотношении вода : пирофосфорнокислый натрий : целлюлоза 15,3-16,5:0,0112-0,0902:0,0185. Обработанная целлюлоза в процессе сушки при температуре 100-105C в течение 60 мин приобретает хрупкость, и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура целлюлозы. Полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан, снабженный мешалкой, загружают 297 г (16,5 моль) дистиллированной воды и 3 г (0,0112 моль) пирофосфорнокислого натрия, включают мешалку со скоростью 60 об./мин, в раствор пирофосфорнокислого натрия подают 3 г (0,0185 моль) измельченной целлюлозы в течение 60 мин пере-1 019859 мешивают. Обработанную пирофосфорнокислым натрием целлюлозу отделяют и сушат при температуре 100-105C в течение 60 мин. Осушенная целлюлоза в течение 8 мин помола превращается в сыпучий порошок, который разделяется на 4 фракции 10, 100, 200 и 320 мкм. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 16,5:0,0112:0,0185. Результаты опытов приведены в табл. 1 Состав макулатуры определяют согласно ГОСТ 10700-97, состав целлюлозы ГОСТ 5982-82, ГОСТ 6840-78, фракционный состав активированной порошка целлюлозы ГОСТ 3584-73, вязкость водного раствора сополимера ГОСТ 1028-81, степень высыхания пленки сополимеров ГОСТ 19007-73, адгезия покрытия ГОСТ 15140-78, сухой остаток сополимеров определяется физико-химическим методом, насыпная плотность порошка целлюлозы определяется по ГОСТ 2211-65. Пример 2. Осуществляют по примеру 1, за исключением того, что используют 291 г (16,1 моль) дистиллированной воды, 9 г (0,0338 моль) пирофосфорнокислого натрия. Молярное соотношение вода: ирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 16,1:0,0338: 0,0185. Пример 3. Осуществляют по примеру 1, за исключением того, что используют 285 г (15,8 моль) дистиллированной воды и 15 г (0,0564 моль) пирофосфорнокислого натрия. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 15,8:0,0564:0,0185. Пример 4. Осуществляют по примеру 1, за исключением того, что используют 276 г (15,3 моль) дистиллированной воды и 24 г (0,0902 моль) пирофосфорнокислого натрия. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 15,3:0,0902:0,0185. Пример 5. Осуществляют по примеру 2, за исключением того, что время обработки целлюлозы в растворе пирофосфорнокислого натрия составляет 30 мин. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 16,1:0,0338:0,0185. Пример 6. Осуществляют по примеру 4, за исключением того, что время обработки целлюлозы в растворе пирофосфорнокислого натрия составляет 20 мин. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 15,3:0,0902:0,0185. Пример 7. Осуществляют по примеру 2, за исключением того, что время помола осушенной целлюлозы составляет 4 мин. Молярное соотношение вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза составляет 16,1:0,0338:0,0185. Проведенные опыты показывают, что обработка целлюлозы водным раствором пирофосфорнокислого натрия с последующей фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C обеспечивает приобретение целлюлозой максимальной хрупкости, и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура с получением сыпучего порошка целлюлозы, обладающего высокой реакционной способностью. Выход активированной целлюлозы составляет 98,87 вес.%. Ниже представлены примеры сополимеризации активированного порошка целлюлозы с акриламидом. Пример 8. В трехгорловую колбу, снабженную мешалкой, контактным термометром и обратным холодильником, загружают 75 г (4,16 моль) дистиллированной воды, 0,850 г (0,00524 моль) порошка целлюлозы с размерами частиц 10-100 мкм и 1,0 г ( 0,800 мас.% от мономеров ) эмульгатора алкилбензолсульфоната натрия и 12 г (0,169 моль) акриламида и включают мешалку. После достижения температуры смеси 65C в реактор подают 0,5 г (0,4 мас.% от мономеров) персульфата аммония инициатора радикальной полимеризации. Сополимеризацию проводят при температуре 70C, и время реакции составляет 80 мин. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 4,16:0,00524:0,168 . Пример 9. Осуществляют по примеру 8, за исключением того, что используют 91 г (5,06 моль) дистиллированной воды, 12,5 г (0,170 моль ) акриламида, 0,800 г (0,00493 моль) целлюлозы с размерами частиц 200 мкм. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 5,06:0,00493:0,170 . Пример 10. Осуществляют по примеру 8, за исключением того, что используют 95 г (5,27 моль) дистиллированной воды, 0,860 г (0,00524 моль) порошка целлюлозы с размерами частиц 320 мкм. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 5,27:0,00524:0,169. Полученный сополимер на основе порошка целлюлозы и акриламида в водной среде имеет pH 7,37,5, содержание сополимера 12,5-14,6%, вязкость 1% раствора сополимера 4,54-2,55 мм 2/с, время высыхания пленки 4,5 ч, адгезия покрытия 1 балл. Полученный сополимер можно использовать как клей, загуститель и сырье для лакокрасочной промышленности. Литература 1. Патент 20684419, Россия, МПК С 08 В 15/02, от 27.10.1999 г. 2. Автореф. дис. на соиск. Уч. Степ. Канд. Хим. наук. Фролова СВ. (Институт химии Коми, научного центра Ур ОРАН, 167610, Республика Коми. г. Сыктывкар, ул. Первомайская 48.) Арханг. Гос. техн. ун-т, Архангельск, 2008, 20 с., ил. Библ. 18. Рус. 3. Патент 015856 ЕВПО, С 08 В 1/00, от 30.12.2011 г. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы, включающий обработку целлюлозы водным раствором активирующего агента, отличающийся тем, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы ее обрабатывают 1,0-8,0% водным раствором пирофосфорнокислого натрия в течение 20-60 мин при молярном соотношении вода:пирофосфорнокислый натрий:целлюлоза 15,3-16,5:0,01120,0902:0,0185, сушат при температуре 100-105C в течение 60 мин с последующим помолом до размеров частиц 10-320 мкм в течение 4-8 мин с получением максимального выхода активированной целлюлозы 98,87 вес.%.