Способ активации целлюлозы

Использование: способ получения активированного порошка целлюлозы можно применять в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: активацию целлюлозы осуществляют следующим образом: хлопкообразную массу обрабатывают водным раствором гидроокиси калия. При молярном соотношении реагентов вода:гидроокись калия:целлюлоза проводят сушку и помол. Полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Предложенный процесс является экологически чистым. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы, Гулиев Телман Дадаш оглы, Рамазанов Эльдар Абдулали оглы, Сафарова Гюльгюн Мехман кызы, Адыгезалова Ханум Алибала кызы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАИТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ; ГАХРАМАНОВ НАДИР ФАРРУХ ОГЛЫ; МАМЕДОВ ДЖАМАЛ ВЕЙС 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. Изобретение относится к повышению реакционной способности целлюлозной массы. Целлюлозная масса содержит до 10% гемицеллюлозы и при 113% щелочной обработке гемицеллюлоза экстрагируется между волокнами, и при этом образуются пустоты. При щелочной обработке к целлюлозной массе добавляют гидрофильные полимеры, так называемые расширители (полиэтиленгликоли, поливиниловый спирты, полиакрилаты, особенно в виде натриевой соли). После экстракции гемицеллюлозы образующиеся пустоты между волокон заполняются расширителями, содержание расширителей при обработке и целлюлозной массы колеблется от 0,5 до 2,0% (мас./мас.) в расчете на целлюлозу. Полученная обработанная целлюлозная масса имеет повышенную реакционную способность [1]. Недостатками способа являются многостадийность процесса активации целлюлозы, применение дополнительных гидрофильных полимеров и получение сточных вод. Известен способ получения модифицированной целлюлозы, включающий активацию целлюлозы с гидроксидом натрия или аммиаком под давлением, частичное удаление активирующего агента до его остаточного содержания ниже 10 мас.%, введение полученной целлюлозы в реакцию с замещающим органическим соединением, удаление остатка активирующего агента и побочных продуктов реакции замещения. Изобретение позволяет увеличить степень разрушения кристаллических областей целлюлозы, что приводит к полному или частичному замещению с равномерным распределением гидроксильных групп и позволяет легче получить химические производные целлюлозы [2]. Недостатком способа является применение химических реагентов с получением сточных вод. Перед проведением процесса привитой сополимеризации проводят активацию целлюлозы обработкой 2-20%-ным водным раствором NaOH в течение 2-24 ч, затем промывают 1%-ным раствором HCl и дистиллированной водой или водным раствором HNO3 (2,510-3 м) в течение 1 ч при температуре 55C. После чего проводят привитую сополимеризацию целлюлозы с (5-30C, 3,5-5,5 ч) акриламидом и 2-акриламид-2-метилпропансульфоновой кислоты (0,4-2,5 моль) в присутствии N,N'-метилен-бисакриламида и без него в водном растворе HNO3 и 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 составляет около 64,8% [3, прототип]. Недостатками способа являются длительное время обработки целлюлозы при активации, высокая концентрация NaOH и получение сточных вод. 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 тем, что хлопкообразную альфа-целлюлозу (далее целлюлоза ГОСТ 598284) пропитывают водным раствором гидроокиси калия в течение 35-70 мин при молярном соотношении вода:гидроокись калия:целлюлоза, равном 17,6-18,6:0,25-0,592:0,0154-0,0185 соответственно с последующей фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C в течение 90 мин и помолом в течение 4-8 мин. Получается сыпучий порошок целлюлозы с высокой реакционной способностью, с размерами частиц порошка 50, 100, 200, 320 мкм, выход составляет до 99,74 вес.%. Для снижения времени обработки целлюлозы водным раствором гидроокиси калия вместо измельченной целлюлозы используют хлопкообразную целлюлозную массу. Предложенный способ активации альфа-целлюлозы отличается от прототипа тем, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы перед помолом хлопкообразную массу целлюлозы пропитывают 4,0-9,5%-ным водным раствором гидроокиси калия с последующей фильтрацией и сушкой и помолом в течение 4,0-8,0 мин, при этом разрушается макромолекулярная структура и водородные связи и получается сыпучий порошок с высокой реакционной способностью. Содержание основной фракции с размером частиц 50-320 мкм составляет 99,74 вес.%. (В прототипе активацию целлюлозы осуществляют 2-20% NaOH, время активации целлюлозы составляет 2-24 ч, с нейтрализацией активированной целлюлозы HCl или HNO3, с промывкой дистиллированной водой в процессе получаются сточные воды).Преимущество предложенного способа активации целлюлозы по сравнению с прототипом состоит в том, что в процессе обработки использование вместо измельченный целлюлозы хлопкообразной целлюлозной массы приводит к 10-кратному снижению времени обработки и к повышению выхода активированной целлюлозы. Предложенный процесс является экологически чистым. Способ осуществляют следующим образом. Сначала приготовляют водный раствор гидроокиси калия. После хлопкообразную целлюлозную массу обрабатывают при молярном соотношении реагентов вода:гидроокись калия:целлюлоза, равном 17,6-18,6:0,25-0,592:0,0154-0,0185 соответственно, пропитывают указанным раствором в течение 35-70 мин. После целлюлозу фильтруют и сушат при температуре 100-105C в течение 90 мин. При этом повышается хрупкости целлюлозы, и в результате размола разрушается макромолекулярно-волокнистая структура целлюлозы. Полученный порошок целлюлозы облада 1 ет высокой реакционной способностью и легко разделяется на 4 фракции: 50, 100, 200 и 320 мкм. Активированной порошок целлюлозы используют при сополимеризации с ненасыщенными мономерами. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан с мешалкой загружают 329 г (18,2 моль) дистиллированной воды, 21 г(0,375 моль) гидроокиси калия, после растворения включают мешалку со скоростью 60 об/мин. В раствор гидроокиси калия добавляют 2,5 г (0,0154 моль) измельченной целлюлозы с размерами частиц 1,51,5 см и обрабатывают в течение 660 мин. Обработанную целлюлозу после фильтрации подают на сушку при температуре 100-105C в течение 90 мин с последующим помолом в течение 6 мин. Полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 18,2:0,375:0,0154 соответственно. Результаты опытов представлены в таблице. Состав целлюлозы определяется по ГОСТ 598284, ГОСТ 684078, фракционный состав активированного порошка целлюлозы ГОСТ 358473, гидроокись калия ГОСТ 928578 физико-химическим методом, водородное число растворов определяется рН-метром. Пример 2. Осуществляют по примеру 1, за исключением того, что используют 336 г (18,6 моль) дистиллированной воды, 14 г (0,25 моль) гидроокиси калия и время обработки целлюлозы раствором гидроокиси калия составляет 60 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 18,6:0,25:0,0154 соответственно. Пример 3. Осуществляют по примеру 2, за исключением того, что используют 329 г (18,2 моль) дистиллированной воды, 21 г (0,375 моль) гидроокиси калия. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 18,2:0,375:0,0154 соответственно. Пример 4. Осуществляют по примеру 3, за исключением того, что время обработки целлюлозы составляет 70 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 18,2:0,375:0,0154 соответственно. Пример 5. Осуществляют по примеру 2, за исключением того, что используют 322 г (17,8 моль) дистиллированной воды, 28 г (0,5 моль) гидроокиси калия, 3 г (0,0185 моль) хлопкообразной массы целлюлозы, время обработки целлюлозы составляет 35 мин и время помола - 8 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 17,8:0,5:0,0185 соответственно. Пример 6. Осуществляет по примеру 5, за исключением того, что время обработки целлюлозы составляет 45 мин и время помола - 4 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 17,8:0,49:0,0185 соответственно. Пример 7. Осуществляют по примеру 5, за исключением того, что время обработки целлюлозы составляет 55 мин и время помола 8 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 17,8:0,5:0,0185 соответственно. Пример 8. Осуществляют по примеру 5, за исключением того, что используют 316,8 г (17,6 моль) дистиллированной воды, 33,2 г (0,592 моль) гидроокиси калия, время обработки целлюлозы составляет 35 мин. Молярное соотношение вода:гидроокись калия:целлюлоза составляет 17,6:0,592:0,0185 соответственно. При обработке измельченной целлюлоза с толщиной 2,2 мм и размерами 1,51,5 см с 6,0%-ным водным раствором гидроокиси калия после 11 ч обработки полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью, но время обработки в 10 раз выше. Кроме, того выход фракции активированной целлюлозы с размером частиц 50-320 мкм повышается до 99,74 вес.%.Guzdo Gulten, Guclu, Gamze, Ozgms Saadet. J. Apple. lolym. Sci. 2001, 80, No. 12, p. 2267-2272. Англ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы, включающий обработку целлюлозы гидроокисью щелочного металла, отличающийся тем, что вместо измельченной целлюлозы используют хлопкообразную массу альфацеллюлозы и обрабатывают ее 4,0-9,5%-ным водным раствором гидроокиси калия в течение 35-70 мин при молярном соотношении вода:гидроокись калия:целлюлоза, равном 17,6-18,6:0,250,592:0,0154-0,0185 соответственно, с последующей фильтрацией и сушкой целлюлозы при температуре 100-105C в течение 90 мин и помолом в течение 4-8 мин, полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью, выход порошка целлюлозы с размерами частиц 50-320 мкм составляет до 99,74 вес.%.