Способ получения активированной целлюлозы

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу получения активированного порошка целлюлозы, полученный продукт можно применять в химической, фармацевтической,пищевой и других отраслях промышленности. Активацию целлюлозы осуществляют следующим образом: измельченную целлюлозу размерами 1,31,3 см обрабатывают водным раствором гидроокиси калия с концентрацей 2,0-7,0%. Целлюлозу после обработки сушат при температуре 100-105C в течение 60 мин и производят помол 0,5-6 мин. Полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью, размеры частицы в составе порошка 50-320 мкм. Выход активированного порошка целлюлозы составляет 98,60 вес.%. Полученный порошок целлюлозы использован в качестве мономера при сополимеризации с акриламидом, полученный сополимер можно использовать в лакокрасочной промышленности. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Шахгелдиев Физули Ханали оглы,Назаров Фатулла Бойли оглы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАИТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (AZ) Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу получения активированной целлюлозы, который может найти применение в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. 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 (1). Недостатками способа являются активации целлюлозы химическими реагентами в присутствии растворителей с получением сточных вод. Известен способ получения порошковой целлюлозы. Исходным сырьем является целлюлоза и 5%ый раствор серной кислоты при соотношении 1:10 соответственно. Полученный продукт целлюлозы подвергают промывке и нейтрализации раствором Na2CO3, затем сушат и измельчают. Одновременную сушку и измельчение продукта осуществляют в тонком слое при влажности целлюлозы 10-30%, температуре теплоносителя 120C. Размер частицы порошка целлюлозы составляет 100 мкм (2). Недостатками способа активации целлюлозы являются применения химических реагентов и образования сточных вод. Перед проведением процесса активации привитый сополимеры целлюлозы обрабатывали 2-24 ч при 25C 2-20 %-ным раствором NaOH, затем промывали 1% раствором HCl и дистиллированной водой или водным раствором HNO3 (2,510-3 м) в течение 1 ч при температуре 55C, после чего проводили привитую сополимеризацию (5-30C) 3,5-5,5 ч акриламидом (АА) и 2-акриламида-2-метилпропансульфановой кислоты (0,4-2,5 моль) присутствующего агента, N,N'-метилен-бис-акриламида и без него в водном растворе HNO3 в присутствии инициатора церийаммонийнитрата. Установлено, что обработка целлюлозы раствором NaOH понижает эффективность прививки и долю привитого СПЛ. С ростом концентрации акриламида доля привитого СПЛ закономерно возрастает, максимальная доля прививки СПЛ около (64,8%) (3). Недостатками является проведение процесса активации целлюлозы химическими реагентами с получением сточных вод. Задачей изобретения является придание волокнам целлюлозы максимальной хрупкости для обеспечения разрушения макромолекулярной и волокнистой структуры при помоле с целью получения сыпучего порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью. Задача решается обработкой измельченной целлюлозы водным раствором гидроокиси калия с концентрацией 2,0-7,0% в течение 1,5-2,5 ч, при молярном соотношении воды:гидроокиси калия:целлюлозы составляет 19,4:0,1339-0,4375:0,0154 соответственно, сушкой при температуре 100-105C в пределах 60 мин с последующим измельчением до размеров частиц 50-320 мкм, время помола 0,5-6 мин, в результате получен сыпучий порошок целлюлозы с высокой реакционной способностью. Обработка целлюлозы водным раствором гидроокиси калия с последующей сушкой приводит к максимальному повышению хрупкости макромолекулярной структуры, и при минимальном времени помола 0,5-1,5 мин выход фракционной целлюлозы с размерами частиц 50-320 мкм составляет 98,60 вес.%. Полученный порошок целлюлозы с водой образует однородную водную дисперсий. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом заключается в том, что для придания перед помолом максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы ее обрабатывают водным раствором гидроокиси калия, после фильтрации и сушки с последующим помолом разрушаются макромолекулярная и волокнистая структура с получением сыпучего порошка целлюлозы,с высокой реакционной способностью. Содержание основной фракции с размером частиц 50-320 мкм составляет 98,60 вес.%. Предложенный процесс активации целлюлозы является экологически чистым. (В прототипе активации целлюлозы осуществляют обработкой водным раствором гидроокиси натрия, с последующей нейтрализацией и промывкой, и в процессе образуются сточные воды.) Способ осуществляют следующим образом. Сначала приготовляют водный раствор гидроокись калия и измельченную целлюлозу обрабатывают указанным раствором в течение 1,5-2,5 ч при молярном соотношении реагентов - воды : гидроокись калия : целлюлозы составляет 19,4:0,1339-0,4375: ,0154 соответственно. Обработанная целлюлоза подвергается фильтрации и сушке при температуре 100-105C в течение 60 мин, при этом гидроокись калия, попавшая между макромолекулами целлюлозы, повышает хрупкость. В результате размола осушенной целлюлозы разрушается макромолекулярная и волокнистая структура и соответственно это приводит к разрыву водородных связей целлюлозы. Полученный порошок целлюлозы легко разделяется на 4 фракции: 50, 100, 200 и 320 мкм и обладает высокой реакционной способностью. Активированный порошок целлюлозы используют при сополимеризации с акриловыми мономерами. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан с мешалкой загружают 350 г (19,4 моль) дистиллированную воду и 11 г (0,1364 моль) гидроокиси калия, после включают мешалку со скоростью 60 об./мин. В раствор гидроокиси калия добавляют 2,5 г (0,0154 моль) измельченной целлюлозы и в течение 2,5 ч обрабатывают. Обработанную целлюлозу подают на сушку при температуре 100-105C в течение 60 мин с последующим размолом в течение 1 мин. Полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4:0,1364:0,0154 соответственно. Результаты опытов представлены в табл. 1. Таблица 1 Состав целлюлозы ГОСТ 5982-82, ГОСТ 6840-78, фракционный состав активированного порошка целлюлозы ГОСТ 3584-73, гидроокись калия ГОСТ 9285-78, лаурилсульфат натрий ТУ-6-09-270-84, персульфат калий ГОСТ 4146-74, акриламид ГОСТ 3758-65, вязкость водного раствора сополимера ГОСТ 19007-73, адгезия покрытия ГОСТ 15140-78, сухой остаток сополимеров определяется физикохимическим методом, водородное число растворов определяется рН-метром. Пример 2. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют 17,5 г (0,3125 моль) гидроокиси калия. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4:0,3125:0,0154 соответственно. Пример 3. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют 24,5 г (0,4375 моль) гидроокиси калия и время помола 0,5 мин. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4:0,4375:0,0154 соответственно. Пример 4. Осуществляют по примеру 1, за исключением времени обработки 2 ч и времени помола 1,5 мин. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4:0,1364:0,0154 соответственно. Пример 5. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют время обработки 1,5 ч и время помола 3 мин. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4:0,3125:0,0154 соответственно. Пример 6. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют 7,5 гр (0,1339 моль) гидроокиси калия и время помола 6 мин. Молярное соотношение воды : гидроокиси калия : целлюлозы составляет 19,4: 0,1339:0,0154 соответственно. Обработка целлюлозы водным раствором гидроокиси калия с концентраций 2,0-7,0% с последующей сушкой и помолом разрушает макромолекулярную и волокнистую структуру с получением сыпучего порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью. Ниже представлены результаты опытов сополимеризации активированной целлюлозы с акриламидом. Пример 7. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, контактным термометром и обратным холодильни-2 020941 ком, загружают 75 г (4,1 моль) дистиллированной воды, 1,0 г (0,00617 моль) порошка целлюлозы с размерами частиц 50-100 мкм, полученных в опытах 2-4, 0,62 г (2,9 мас.% от мономеров) эмульгатора лаурилсульфат натрия и 20,0 г (0,28 моль) акриламида и включают мешалку. После 50 мин перемешивания при температуре 70C в реактор одновременно осуществляют подачу инициатора полимеризации. В качестве инициатора используют персульфат калия в количестве 0,2 г (0,9 мас.% от мономеров). Температура процесса 65-70C и время реакции 60 мин. Молярное соотношение воды : целлюлозы : акриламида составляет 4,1:0,00617:0,28 соответственно. Пример 8. Осуществляют по примеру 7, за исключением используют порошок целлюлозы с размерами частиц 200 мкм, полученных в опытах 2-4. Молярное соотношение воды : целлюлозы : акриловой кислоты составляет 5,2:0,00617:0,28 соответственно. Пример 9. Осуществляют по примеру 7, за исключением используют порошок целлюлозы с размерами частиц 320 мкм, полученных в опытах 2-4. Молярное соотношение воды : целлюлозы : акриловой кислоты составляет 7,2:0,00617:0,28 соответственно. Результаты опытов представлены в табл. 2. Таблица 2 Представленные опыты показывают, что при сополимеризации активированной целлюлозы с акриламидом полученные сополимеры в опытах 7-9 имеют содержание сухого вещества 17-21,3%, размеры частиц порошка целлюлозы 50-320 мкм, вязкость 1% раствора сополимера повышается от 5,4-12,6 мм 2/с,время высыхания пленки 6 ч, адгезия покрытия 1 балл, конверсия мономеров составляет 98,9%. Сополимер имеет высокую адгезию и может использоваться в лакокрасочной промышленности. Литература 1. Патент 2159302 Россия, МПК Д 21 С 5/00, Д 01 С 1/00, от 21.11.2000 г. 2. Патент 2152401 Россия, МПК С 08 В 15/02, 10.07.2000 г. 3. Graft copolymezization of. Acrylic acid onto cellulose: effects of pretreatments and crosslinking agentGuzdo Gulten, Guclu, Gamze, Ozg-ms Saadet. J.Apple.lolym. Sci. 2001/80, 12, c.2267-2272. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения активированной целлюлозы, включающий обработку целлюлозы гидроокисью калия, отличающийся тем, что целлюлозу до помола обрабатывают 2,0-7,0% водным раствором гидроокиси калия к течение 1,5-2,5 ч, при молярном соотношении воды:гидроокиси калия:целлюлозы, составляющем 19,4:0,1339:0,4375:0,0154 соответственно, сушат при температуре 100-105C в пределе 60 мин с последующим измельчением до размеров частиц 50-320 мкм и временем помола 0,5-6,0 мин. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2