Способ активации целлюлозы

Представленный в изобретении способ может найти применение в химической, фармацевтической,пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: целлюлозу обрабатывают водным раствором тетраборнокислого натрия, затем фильтруют, сушат при температуре 100-105 С в течение 60 мин с последующим помолом 3-6 мин до размеров частиц 10-320 мкм, в результате получен сыпучий порошок целлюлозы с высокой реакционной способностью, выход составляет 98,02 вес.%. Предложенный способ активации целлюлозы является экологически чистым процессом. Мамедов Джамал Вейс оглы, Намазов Низами Рза оглы, Сарыев Гасан Азим оглы, Рамазанов Эльдар Абдулали оглы, Джавадова Садагюль Гасан кызы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАЙЫТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ; МАМЕДОВ ДЖАМАЛ ВЕЙС 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 активации целлюлозы путем обработки кислотами Льюиса AlCl3 и TiCl4 в присутствие растворителей CCl4, С 6 Н 14, С 2 Н 5 ОН, концентрация кислоты Льюиса в растворе составляет 0,011,5%. После активации степень полимеризации полученного порошка целлюлозы составляет 80-120, что вдвое ниже значений "придельной" 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 (1). Недостатком способа является активация целлюлозы химическими реагентами в присутствии растворителей с получением сточных вод. Известен способ активации и сополимеризации целлюлозы следующим образом: измельченную целлюлозу обрабатывают водным раствором персульфата калия с концентрацией 2,0-4,1 вес.%, затем проводят сушку при температуре 100-105 С в течение 60-90 мин. При этом максимально повышается хрупкость макромолекулярной структуры целлюлозы и при помоле в течение 8-44 мин разрушаются макромолекулярные и волокнистые структуры, это приводит к получению сыпучего активированного порошка целлюлозы с выходом 94,2 вес.% (2). Недостатками способа активации целлюлозы являются большое время обработки и помола и низкий выход порошка целлюлозы. Изобретение относится к повышению реакционной способности целлюлозной массы. Целлюлозная масса содержит до 10% гемицеллюлозы и при 113% щелочной обработки гемицеллюлоза экстрагируется между волокнами и при этом образуются пустоты. При щелочной обработке к целлюлозной массе добавляют гидрофильные полимеры, так называемые расширители (полиэтиленгликоли, поливиниловые спирты, полиакрилаты, особенно в виде натриевой соли). После экстракции гемицеллюлозы образующуюся пустоту между волокон заполняют расширителями. Содержание расширителей при щелочной обработке целлюлозной массы колеблется в приделах от 0,5 до 2,0% (м/м) в расчеты на целлюлозу. Полученная обработанная целлюлозная масса имеет повышенную реакционную способность (3). Прототип. Недостатками способа являются многостадийность процесса активации целлюлозы, применение,кроме щелочи, дополнительных гидрофильных полимеров 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 при помощи обработки измельченной макулатуры марки МС-1 А-целлюлозы водным раствором тетраборнокислого натрия в течение 20-40 мин при молярном соотношении вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза 22,22:0,03976-0,0596:0,0185-0,02469 соответственно, фильтрацией и сушкой при температуре 100-105 С в течение 60 мин с последующим помолом в течение 3-6 мин,полученный сыпучий порошок целлюлозы с содержанием частиц 10, 100, 200 и 320 мкм обладает высокой реакционной способностью. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом заключается в том, что в качестве сырья используют макулатуру марки МС-1 А, для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы перед помолом ее обрабатывают водным раствором тетраборнокислого 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 от 10-320 мкм составляет 98,02 вес.%. Предложенный процесс активации целлюлозы является экологическим чистым. [По прототипу активацию целлюлозы осуществляют щелочной обработкой целлюлозной массы в присутствии гидрофильных полимеров, при этом гемицеллюлоза экстрагируется из волокна и образующиеся пустоты заполняются гидрофильными полимерами с выделением большого количества сточных вод]. Способ осуществляют следующим образом. Приготовляют 2,0-4,0% водный раствор тетраборнокислого натрия, затем измельченную целлюлозу обрабатывают в течение 15-40 мин, затем фильтруют после сушки при температуре 100-105 С в течение 60 мин, при помоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура целлюлозы. Подученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Для лучшего понимания изобретения ниже приведены примеры. Пример 1. В литровый стакан, снабженный мешалкой, загружают 400 г (22,22 моль) дистиллированной воды,8 г (0,03976 моль) тетраборнокислого натрия, к полученному водному раствору добавляют 3 г (0,0185 моль) целлюлозы и обрабатывают 20 мин, после производят сушку при 105 С в течение 60 мин при помоле 6 мин, полученный сыпучий порошок подвергается ситовому анализу. Результаты опытов представлены в табл. 1. Тетраборнокислый натрий определяется по ГОСТ 8429-77, макулатура - ГОСТ 10700-97, целлюлоза- ГОСТ 5982-82, фракционный состав активированного порошка целлюлозы по ГОСТ 3584-73, акриламид - ТУ-6-09-4547-77, лаурилсульфат натрий по ТУ-6-09-270-84, персульфат калий по ГОСТ 4146-74,вязкость водного раствора сополимера по ГОСТ 1028-81, степень высыхания пленки сополимеров по ГОСТ 19007-73, адгезия покрытия по ГОСТ 15140-78, сухой остаток сополимеров определяется физикохимическим методом. Пример 2. Процесс проводят по примеру 1, за исключением того, что используют 10 г (0,04970 моль) тетраборнокислого натрия. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,04970:0,0185. Пример 3. Процесс проводят по примеру 1, за исключением того, что используют 12 г (0,0596 моль) тетраборнокислого натрия. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,0596:0,0185. Пример 4. Процесс проводят по примеру 1, за исключением того, что используют время обработки целлюлозы 30 мин. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,03976:0,0185. Пример 5. Процесс проводят по примеру 1, за исключением того, что используют 4 г (0,0246 моль) целлюлозы. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,03976:0,0246. Пример 6. Процесс проводят по примеру 2, за исключением того, что используют время обработки целлюлозы 20 мин и время помола 4 мин. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,04970:0,0185. Пример 7. Процесс проводят по примеру 1, за исключением того, что используют время обработки целлюлозы 40 мин и время помола 3 мин. Молярное соотношение вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза составляет 22,22:0,03976:0,0185. Ниже представлены результаты опытов сополимеризации активированного порошка целлюлозы с акриламидом в присутствии инициатора радикальной полимеризации. Пример 8. В 3-горлый реактор, снабженный мешалкой, контактным термометром и обратным холодильником,загружают 3,88 моль дистиллированной воды, 1,5 г (0.00926 моль) порошка целлюлозы размером частиц 100 мкм, эмульгатор 5,2 мас.% (от мономеров) лаурилсульфат натрия и 10.0 г (0.1408 моль) акриламид и включают мешалку. После достижения температуры 85 С в реактор подают 2,6 мас.% инициатора радикальной полимеризации персульфата калия. Сополимеризацию проводят при температуре 75 С и времени реакции 70 мин. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 3,8:0,00926:0,1408. Пример 9. Осуществляют по примеру 8, за исключением используют 10 г (0,1408 моль) акриламида, 1,5 г(0,00926 моль) порошка целлюлозы с размерами частиц 200 мкм. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 3,05:0.00926:0.1408. Пример 10. Осуществляют по примеру 8, за исключением используют 0,00926 моль порошка целлюлозы с размерами частиц 320 мкм. Молярное соотношение вода:целлюлоза:акриламид составляет 3,33:0.00926:0.1408. Результаты опытов приведены в табл. 2. Проведенные опыты показывают, что при сополимеризации активированной целлюлозы с размерами частиц 10-320 мкм с акриламидом процесс протекает в мягких условиях при температуре 75 С и времени реакции 70 мин, в составе полученного сополимера содержание сухого вещества составляет 13-7.0 вес.%, вязкость 1% водного раствора сополимера 2,4-3,2 мм 2/с, конверсия мономеров составляет 98,02 вес.%. Полученный сополимер обладает высокой адгезией и его можно использовать в качестве клея и сырья для производства эмульсионных красок. Литература. 1. 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. унт, Архангельск, 2008, 20 с., ил. Библ. 18 Рус. 2. Евразийский патент 015856, МПК С 08 В 1/00, 2011.12.30. 3. Пат.2434020 Россия, МПК С 08 В 1/08, 9/00, Д 21 С 9/00, опубл. 20.11.2011 г. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы с получением сыпучего порошка целлюлозы с размерами частиц 10320 мкм путем обработки целлюлозы щелочным раствором, отличающийся тем, что в качестве сырья используют целлюлозосодержащую макулатуру марки МС-1 А, для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы перед помолом ее обрабатывают водным раствором тетраборнокислого натрия в течение 20-40 мин при молярном соотношении вода:тетраборнокислый натрий:целлюлоза, равном 22,22:0,03976-0,0596:0,0185-0,0216, затем фильтруют, сушат при температуре 100-105 С в течение 60 мин и производят помол в течение 3-6 мин.