Способ активации целлюлозы

(56) SU-A1-777121 ФРОЛОВА С.В. Деструкция лиственной сульфатной целлюлозы кислотами Льюиса. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Архангельск,2008, с. 1, 2, 5, 6 Использование: способ получения активированного порошка целлюлозы в химической,фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: активацию целлюлозы осуществляют обработкой хлопкообразной целлюлозы водным раствором углекислого калия в течение 40-60 мин при молярном соотношении вода:углекислый калий:целлюлоза, равном 25:0.260-0.391:0.0154-0.0185 соответственно,осуществляют фильтрацию и сушку при температуре 100-105C в течение 90 мин и помол 2-8 мин. Полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Рамазанов Эльдар Абдулали оглы,Мустафаев Муса Муса оглы,Шахгелдиев Физули Ханали оглы(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАИТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ; МАМЕДОВ ДЖАМАЛ ВЕЙС ОГЛЫ; ГАХРАМАНОВ НАДИР ФАРРУХ ОГЛЫ (AZ) Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу получения порошковой целлюлозы, которая может найти применение в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Известен способ получения порошковой целлюлозы. В качестве сырья используют целлюлозу и серную кислоту. Целлюлозу при температуре 90C в течение 2 ч обрабатывают 5% раствором серной кислоты, соотношения целлюлозы к серной кислоты составляет 1:10 соответственно. Полученный раствор целлюлозы фильтруют, нейтрализуют и сушат при температуре 120-160C, а на втором этапе температура 100-120C (1). Недостатками способа являются активации целлюлозы химическим реагентом с получением сточных воды. Изобретение относится к повышению реакционной способности целлюлозной массы, в частности к способу получения щелочной целлюлозы, с обработкой 11% водным раствором NaOH. Процесс проводят в присутствии расширителей (полиэтиленгликоли, поливиниловой спирт и полиарилаты, особенно в виде натриевой соли) в количестве 0,5-2,0% (м/м) в расчете на целлюлозу. При обработке целлюлозной массы с щелочью одновременно происходит экстрагирование гемицеллюлозы из между волокон и образующиеся пустоты заполняются расширителями и обеспечивают повышение реакционной способности целлюлозы (2). Недостатками способа являются многостадийность процесса активации целлюлозы, применение расширителя - дополнительных гидрофильных полимеров с получением сточных вод. Известен способ активации целлюлозы путем обработки кислотами Льюиса AlCl3 и TiCl4, в присутствии растворителей CCl4, C6H14, C2H5OH, концентрация кислоты Льюиса в растворе составляет 0,011,5%. После активации степень полимеризации полученного порошка целлюлозы составляет 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 степень полимеризации, возможен синтез растворимых сульфатпроизводных с высокой степенью замещения (3). Недостатками способа являются активации целлюлозы химическими реагентами в присутствии растворителей с получением сточных вод. Задачей изобретения является разработка экологически чистой технологии с получением активированного порошка альфа-целлюлозы. Задача решается обработкой измельченной хлопкообразной альфа-целлюлозы (ГОСТ 5982-84) водным раствором углекислого калия в течение 40-60 мин при молярном соотношении вода:углекислого калия:целлюлозы, равном 25:0,260-0,391:0,0154-0,0185 соответственно, фильтрацией и сушкой при температуре 100-105C в пределах 90 мин с последующим помолом 2-8 мин с получением сыпучего порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом заключается в том, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре альфа-целлюлозы перед помолом хлопкообразную массу целлюлозы обрабатывают водным раствором углекислого калия с последующей фильтрацией, сушкой и при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура с получением сыпучего порошка целлюлозы с высокой реакционной способностью, содержание основной фракции с размером 10-320 мкм составляет 98,71 вес.% (в прототипе активации целлюлозы осуществляют кислотами Льюиса в присутствии органических и хлорорганических растворителей, процесс протекает с образованием сточных вод). Предложенный процесс активации целлюлозы является экологический чистым. Способ осуществляют следующим образом. Сначала приготовляют водный раствор углекислого калия, после измельченную целлюлозную массу при молярном соотношении вода:углекислый калий:целлюлоза обрабатывают указанным раствором в течение 40-60 мин. После обработки целлюлозы проводят фильтрацию и сушку при температуре 100-105C в течение 90 мин. При этом повышается хрупкость целлюлозы и в результате размола разрушается макромолекулярная и волокнистая структура целлюлозы. Полученный порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью и легко разделяется на 4 фракции: 10, 100, 200 и 320 мкм. Активированный порошок целлюлозы используют при сополимеризации с ненасыщенными мономерами. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан, снабженный мешалкой, загружают 450 г (25 моль) дистиллированной воды, 36 г(0,260 моль) углекислого калия и включают мешалку со скоростью 60 об/мин. К полученному водному раствору углекислого калия добавляют 2,5 г (0,0154 моль) хлопкообразной массы целлюлозы и 60 мин обрабатывают, а после при температуре 100-105C осуществляют сушку в течение 90 мин, с последующим помолом 4 мин. Результаты проведенных опытов представлены в табл. 1. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25: 0260:0,0154 соответственно. Состав альфа-целлюлозы определяют согласно ГОСТ 5982-84, фракционный состав активированно-1 024329 го 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, водородное число растворов определяется pHметром. Пример 2. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют 40 г (0,289 моль) углекислого калия и время помола 8 мин. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,289:0,0154 соответственно. Пример 3. Осуществляют по примеру 1, за исключением используют 45 г (0,326 моль) углекислого калия. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,326:0,0154 соответственно. Пример 4. Осуществляют по примеру 3, за исключением используют 3 г ( 0,0185) целлюлозы. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,326:0,0185 соответственно. Пример 5. Осуществляют по примеру 3, за исключением используют 54 г (0,391 моль) углекислого калия . Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,391:0,0154 соответственно. Пример 6. Осуществляют по примеру 3, за исключением времени помола 2 мин. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,326:0,0154 соответственно. Пример 7. Осуществляют по примеру 3, за исключением время обработки целлюлозы раствором углекислого калия составляет 40 мин. Молярное соотношение вода:углекислый калий:целлюлоза составляет 25:0,326:0,0154 соответственно. Установлено, что использование для обработки альфа-целлюлозы водного раствора углекислого калия приводит к получению активированной целлюлозы с высокой реакционной способности. Оптимальная концентрация водного раствора углекислого калия для обработки целлюлозы составляет 7-10,7 вес.%, выход активированной целлюлозы составляет 98,71 вес.%. Ниже представлены результаты опытов сополимеризации активированной целлюлозы с акриловой кислотой. Пример 8. В трехгорловую колбу, снабженную мешалкой, контактным термометром и обратным холодильником, загружают 75 г (4,16 моль) деминерализованной воды, 1 г (0,006 моль) порошка целлюлозы, полученных опытом 5 табл. 1, 20 г (0,27 моль) акриловой кислоты, в качестве эмульгатора 0,8 г (3,80 мас.% от мономеров) лаурилсульфат натрия, и включают мешалку. После достижения температуры смеси 70C в реактор подают 0,3 г (1,42 мас.% от мономеров) инициатора радикальной полимеризации персульфата калия. Сополимеризацию проводят при температуре 75C и время реакции 180 мин. Молярное соотношение целлюлоза:акриловая кислота и мас.%: эмульгатор лаурилсульфат натрия:инициатор персульфата калия составляет 0,006: 0,270: 3,8: ,42 соответственно. Пример 9. Осуществляют по примеру 8, за исключением используют 1,4 г (0,008 моль) порошка целлюлозы,полученных опытом 6 табл. 1. Молярное соотношение целлюлоза:акриловая кислота и мас.% : эмульгатор лаурилсульфат натрия: инициатора персульфата калия составляет 0,008:0,270:3,73: ,42 соответственно. Пример 10. Осуществляют по примеру 8, за исключением используют 1,8 г (0,011 моль) порошка целлюлозы,полученных опытом 7 табл. 1. Молярное соотношение целлюлоза:акриламид и мас.% эмульгатор лаурилсульфат натрия:инициатор персульфата калия составляет 0,011:0,270:3,69:1,37 соответственно. Результаты опытов приведены в табл. 2. Проведенные опыты показывают, что при (со)полимеризации активированной целлюлозы в опытах 5-7 с акриловой кислотой синтезированные сополимеры в примерах 8-10 имеют содержание сухого вещества 22,4-27,3 вес.%, вязкость 1% раствора сополимера 8,74-13,80 мм 2/с, продолжительность высыхания пленки 3,5 ч, адгезия пленки 1 бал, конверсия мономеров составляет 99,2 вес.%. Полученные сополимеры на основе порошка целлюлозы с акриловыми мономерами можно использовать в качестве пленкообразующих полимеров в лакокрасочной промышленности. Литература 1) Патент 2068419 Россия, С 08 В 15/02, от 27.10.1996 г. 2) Патент 2434020 Россия, МПК С 08 В 1/08, 9/00, D21 С 9, от 20.11.2011 г. 3) 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. Ехн. Ун-т Архангельск, 2008, 20 с. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы, включающий обработку хлопкообразной целлюлозы в течение 40-60 мин водным раствором углекислого калия при молярном соотношении реагентов вода:углекислый калий:целлюлоза, равном 25:0,260-0,0391:0,0154-0,0185 соответственно, фильтрацию и сушку при температуре 100-105C в течение 90 мин с последующим помолом в течение 2-8 мин.