Способ активации целлюлозы

Изобретение относится к химии целлюлозы и ее производных, а именно к способу активации целлюлозы, которая может быть использована в качестве сырья для химической,фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности. Активацию целлюлозы осуществляют следующим образом. Измельченную целлюлозу обрабатывают водным раствором пиросернокислым натрием с концентрацией 1,0-9,0 вес.%, потом осуществляют сушку целлюлозы при температуре 100-105C в течение 60 мин. При этом максимально повышается хрупкость целлюлозы и при помоле в течение 6-8 мин разрушаются макромолекулярная и волокнистая структура с разрывом водородных связей. При этом получается сыпучий порошок целлюлозы с высокой реакционной способностью, содержание фракции целлюлозы с размерами частиц 10-320 мкм составляет 98,87 вес.%. Активированный порошок целлюлозы можно использовать при процессе сополимеризации с ненасыщенными мономерами, а также как загуститель и сырье для лакокрасочной и текстильной промышленности. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Мамедова Рена Джамал кызы,Исмаилзаде Афаг Фахир кызы (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, соотношение целлюлозы и серной кислоты составляет 1:10 соответственно. Полученный раствор целлюлозы фильтруют, нейтрализуют, осуществляют сушку при температуре 120-160C, а на втором этапе при температуре 100-120 С (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, C2H5OH, 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 сульфатпроизводных с высокой степенью замещения (2). Недостатком 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, содержание частиц порошка размером 200 мкм и ниже составляет 94,2 вес.% (3), прототип. 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 (макулатура марки МС-1 А по ГОСТ 10700-97 в дальнейшим будет называться целлюлозой) целлюлозы 1,0-9,0% водным раствором пиросернокислого натрия в течение 20-60 мин при молярном соотношении воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы 15,3-16,3:0,0270-0,1215: 0,0185 соответственно, после этого фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C в течение 60 мин,с последующим помолом в течение 6-8 мин, полученный сыпучий порошок целлюлозы с размерами частиц 10, 100, 200 и 320 мкм обладает высокой реакционной способностью. При обработке измельченной макулатуры марки МС-1 А водным раствором пиросернокислого натрия макулатура набухает и реагенты, использованные при изготовлении бумаги (канифоль, окись титана, тальк и др.) как шлам, растворяются в водном растворе пиросернокислого натрия и отделяются вместе с раствором в виде осадка. После отделения шлама целлюлозосодержащую массу фильтруют и сушат, при этом содержание целлюлозы составляет 91,0 вес.%. Снижение концентрации пиросернокислого натрия ниже 1,0% приводит к уменьшению выхода порошка целлюлозы, а концентрация пиросернокислого натрия выше 9 вес.% на выход активации целлюлозы влияет незначительно. Предложенный способ активации целлюлозы в отличие от прототипа заключается в том, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуры целлюлозы перед помолом ее обрабатывают водным раствором пиросернокислого 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 экологически 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 пиросернокислого натрия, затем измельченную целлюлозу с размерами 1,31,3 см обрабатывают водным раствором пиросернокислого натрия в течение 20-60 мин при молярном соотношении воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы 15,3-16,5:0,0270- 0,1215:0,0185 соответственно. Обработанная целлюлоза в процесс сушки при температуре 100-105C в течение 60 мин приобретает хрупкость и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура разрывом водородных связей целлюлозы. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан, снабженный мешалкой, загружают 294 г (16,3 моль) дистиллированной воды и 6 г (0,0270 моль) пиросернокислого натрия, включают мешалку со скоростью 60 об./мин, в раствор пиросернокислого натрия подают 3 г (0,0185 моль) измельченной целлюлозы и в течение 60 мин перемешивают. Целлюлозу, обработанную пиросернокислым натрием, 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 воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы 16,3:0,0270:0,0185 соответственно. Результаты опытов приведены в табл. 1. Состав макулатуры определяют согласно ГОСТ 10700-97, состав целлюлозы - ГОСТ 5982-82, ГОСТ 6840-78, фракционный состав активированного 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, но используют 288 г (16,0 моль) дистиллированной воды и 12 г (0,0540 моль) пиросернокислого натрия. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 16,0:0,0540:0,0185 соответственно. Пример 3. Осуществляют по примеру 1, но используют 282 г (15,6 моль) дистиллированной воды и 18 г (0,081 моль) пиросернокислого натрия. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 15,6:0,081:0,0185 соответственно. Пример 4. Осуществляют по примеру 1, но используют 273 г (15,3 моль) дистиллированной воды,27 г (0,1215 моль) пиросернокислого натрия. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 15,3:0,1215:0,0185 соответственно. Пример 5. Осуществляют по примеру 2, но время обработки целлюлозы в растворе пиросернокислого натрия составляют 40 мин и время помола 6 мин. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 16,0:0,0540:0,0185 соответственно. Пример 6. Осуществляют по примеру 4, но время обработки целлюлозы в растворе пиросернокислого натрия составляет 30 мин. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 15,3:0,1215:0,0185 соответственно. Пример 7. Осуществляют по примеру 2, но время обработки целлюлозы составляет 20 мин. Молярное соотношение воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы составляет 16,0:0,0540:0,0185 соответственно. Проведенные опыты показывают, что при обработке целлюлозы водным раствором пиросернокислого натрия с последующей фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C обеспечивается приобретение целлюлозой максимальной хрупкости и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура с разрывом водородных связей целлюлозы. Полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Выход активированной целлюлозы составляет 98,87 вес.%. Ниже приставлены примеры сополимеризации активированного порошка целлюлозы с акриламидом. Пример 8. В трехгорлую 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 5-100 мкм, 0,800 г (0,00227 моль) эмульгатора алкилбензолсульфоната натрия и 12 г (0,168 моль) акриламида и включают мешалку. После достижения температуры смеси 65C в реактор подают 0,5 г (0,00227 моль) персульфата аммония, инициатора радикальной полимеризации. Сополимеризацию проводят при температуре 70C и времени реакции 80 мин. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриламида:эмульгатора алкилбензолсульфоната натрия: инициатора персульфата аммония составляет 4,16:0,00524:0,169:0,00227:0,00219 соответственно. Пример 9. Осуществляют по примеру 8, но используют 91 г (5,06 моль) дистиллированной воды,12,5 г (0,170 моль) акриламида, 0,800 г (0,00227 моль) целлюлозы с размерами частиц 200 мкм. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриламида:эмульгатора алкилбензолсульфоната натрия: инициатора персульфата аммония составляет 5,06:0,00227:0,170:0,00227:0,00219 соответственно. Пример 10. Осуществляют по примеру 8, но используют 95 г (5,27 моль) дистиллированной воды,0,860 г (0,00530 моль) порошка целлюлозы с размерами частиц 320 мкм. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриламида:эмульгатора алкилбензолсульфоната натрия: инициатора персульфата аммония составляет 5,27:0,00530:0,169:0,00227:0,00219 соответственно. Полученный сополимер на основе порошка целлюлозы и акриламида в водной среде имеет рН 7,27,4, содержание сополимера 12,5-14,3%, вязкость 1% раствора сополимера 4,56-12,5 мм 2/с, время высыхания пленки 4,5 ч, адгезия покрытии 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, 27.10.1999. 2 .Автореф. дис. на соиск. Уч. Степ. Канд. Хим. наук. Фролова С.В. (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, 30.12.2011. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы, включающий обработку целлюлозы водным раствором персульфата калия, отличающийся тем, что обработку целлюлозы дополнительно осуществляют водным раствором пиросернокислого натрия в течение 20-60 мин при молярном соотношении воды:пиросернокислого натрия:целлюлозы 15,3-16,5:0,0270-0,1215:0,0185 соответственно, сушкой при температуре 100-105C в течение 60 мин с последующим измельчением до размеров частиц 10-320 мкм, время помола составляет 6-8 мин. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2