Способ активации целлюлозы

Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно активации целлюлозы непредельными соединениями, имеющими полярные группы, активированная целлюлоза может быть использована в качестве сырья для сополимеризации целлюлозы. Активацию целлюлозы осуществляют следующим образом: измельченную целлюлозу по ГОСТ-24299-80 обрабатывают непредельными соединениями, имеющими полярные группы в водном растворе в присутствии лаурилсульфата натрия. Сущность способа заключается в том, что при молярном соотношении воды, целлюлозы, акриловой кислоты, акриламида, бутилакрилата, метакриловой кислоты,малеиновой кислоты, метилметакрилата, поверхностно-активных веществ лаурилсульфата натрия, составляющем 3,33-3,889:0,006173:0,13889:0,2254:0,15625:0,11628:0,08620:0,18:0,005515 соответственно, обработку осуществляют при температуре 20-25C и времени 18-20 ч. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Гахраманов Рашид Фаррух оглы,Аббасов Гудрат Салман оглы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СУМГАИТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СГУ) (AZ) Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу активации целлюлозы непредельными соединениями, имеющими полярные группы, активированная целлюлоза может быть использована в качестве сырья для сополимеризации. Известен способ активации целлюлозы жидким аммиаком и едким натрием. Измельченную целлюлозу размером 1,31,3 см помещают в автоклав с двойными стенками. Через имеющийся в автоклаве затвор вводят под давлением жидкий аммиак. Нагревают систему до температуры 10C, при этом поддерживают давление в автоклаве на уровне приблизительно 20 бар, в течение 60 с. После этого целлюлозу переносят через затвор во взрывной реактор, где давление аммиака в целлюлозе быстро падает, вызывая в целлюлозе своего рода взрыв и разрушение волокон, а затем диспергируют в растворе едкого натрия(1). Недостатком способа является применение при активации целлюлозы химических реагентов и получение сточных вод. Известен способ получения и применения привитых сополимеров на основе моно-, олиго- и полисахаридов. Активации полисахаридов осуществляют путем окисления водным раствором перекиси водорода, гидролизом или ферментативным путем. При сополимеризации активированных моно-, олиго- и полисахаридов и их производных, за исключением ксантатов крахмала, в качестве мономеров используют акриловую кислоту, малеиновую кислоту, ангидриды малеиновой кислоты, винилацетат или одну,либо несколько моноэтиленово ненасыщенных сульфоновых кислот. Соотношение мономеров и полисахаридов колеблется по массе от (95:20) до (50:80) соответственно. В качестве окислителя и инициатора используют пероксид водорода, кроме того, можно применять несколько окислителей. Соотношение по массе окислителя к сумме полисахаридов и мономеров изменяется от (5:100) до (50:50) соответственно. Процесс сополимеризации осуществляют в инертном разбавителе при температуре до 180C (2). Недостатком способа является применение при активации полисахаридов большого количества окислителя (перекиси водорода), проведение процесса в присутствии разбавителей, при высокой температуре и образование сточных вод. Известен способ активации полисахаридов химическими реагентами. При активации полисахаридов они подвергаются разложению макромолекулярной цепи и волокнистой структуры обработкой при температуре 25 (25-85) (55-65) и при давлении 5-46 (25-30) бар, в качестве активирующих средств используют спирты, фенолы, эфиры, ацетали, кетоно-, кетоэфиры, амины или эфиры карбоновых или сульфоновых кислот, производные мочевины, стероиды и в виде растворов или дисперсий в жидком аммиаке при молярном отношении активирующее средство/ангидроглюкозные единицы полисахаридов (1:5-50)(1:5-20) (прототип) (3). Недостатками способа активации полисахаридов являются применение химических реагентов, проведение процесса при температуре и под давлением, образование сточных вод. Задачей изобретения является проведение активации целлюлозы непредельными соединениями,имеющими полярные группы, например акриловой кислотой, акриламидом, бутилакрилатом, метакриловой кислотой, малеиновой кислотой, метилметакрилатом, с полным исключением сточных вод. Задача решается обработкой измельченной целлюлозы в водной среде с непредельными соединениями, имеющими полярные группы, в присутствии поверхностно-активных веществ. Сущность способа заключается в том, что молярное соотношении воды, целлюлозы, акриловой кислоты, акриламида, бутилакрилата, метакриловой кислоты, малеиновой кислоты, метилметакрилата, поверхностно-активного вещества - лаурилсульфат натрия составляет 3,33-3,889:0,006173:0,13889:0,2254:0,15625:0,11628:0,08620:0,18:0,005515 соответственно, обработку осуществляют при температуре 20-25C и времени 18-20 ч. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом отличается тем, что с целью упрощения процесса активации целлюлозы и ликвидации сточных вод целлюлозу обрабатывают водным раствором непредельных соединений, имеющих полярные группы, - акриловой кислотой, акриламидом, бутилакрилатом, метакриловой кислотой, малеиновой кислотой, метилметакрилатом, в присутствии поверхностно-активного вещества - лаурилсульфат натрия, полученные растворы активированной целлюлозы имеют высокую реакционную способность. Содержание активированной целлюлозы в составе водного раствора составляет 1,10-1,38 вес.% количество непредельных соединений с полярными группами в водном растворе колеблются в пределах 12,04-23,58%. Предложенный способ активации целлюлозы является экологически чистым процессом. Полученный раствор активированной целлюлозы используют в процессе сополимеризации непредельных соединений с полярными группами, для проведения процесса сополимеризации добавляют необходимое количество инициаторов радикальной полимеризации. [По прототипу - для процесса активации полисахаридов применяются активирующие средства типа спиртов, фенолов, эфиров, ацеталей, кетонов, -кетонов, аминов или эфиров карбоновых или сульфоновых кислот, производных мочевины, стероидов в виде растворов или дисперсии в жидком аммиаке. Процесс проводят при температуре и под давлением с выделением сточных вод]. В качестве сырья использовали целлюлозу сульфатную вискозную ГОСТ 24299-80. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приведены примеры.(0,006173 моль) измельченной целлюлозы, качество которой соответствует ГОСТ 24299-80. Обработку целлюлозы ведут при температуре 20-25C в течение 18 ч. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриловой кислоты:лаурилсульфат натрия составляет 3,33:0,006173:0,15889:0,005515 соответственно. Результаты опытов приведены в табл. 1. Пример 2. Процесс проводят по примеру 1, за исключением подачи акриламида 16 г (0,2254 моль). Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриламида:лаурилсульфат натрия составляет 3,61:0,006173:0,2254:0,005515 соответственно. Пример 3. Процесс проводят по примеру 1, за исключением подачи бутилакрилата 20 г (0,15625 моль). Молярное соотношение воды:целлюлозы:бутилакрилата:лаурилсульфат натрия составляет 3,44:0,006173:0,15625:0,005515 соответственно. Пример 4. Процесс проводят по примеру 1, за исключением подачи метакриловой кислоты 10 г(0,11628 моль). Молярное соотношение воды:целлюлозы:метакриловой кислоты:лаурилсульфат натрия составляет 3,77:0,006173:0,11628:0,005515 соответственно. Пример 5. Процесс проводят по примеру 1, за исключением подачи малеиновой кислоты 10 г(0,08621 моль). Молярное соотношение воды:целлюлозы:малеиновой кислоты:лаурилсульфат натрия составляет 3,889:0,006173:0,08621:0,005515 соответственно. Пример 6. Процесс проводят по примеру 1, за исключением подачи метилметакрилата 18 г (0,18 моль). Молярное соотношение воды:целлюлозы:метилметакрилата:лаурилсульфат натрия составляет 3,889:0,006173:0,18:0,005515 соответственно. По предложенному способу активации целлюлозы для разрушения макромолекулярной волокнистой структуры целлюлозы используют водный раствор со смесью непредельных соединений, имеющих полярные группы, процесс осуществляют в присутствии поверхностно-активных веществ. В качестве активаторов непредельных соединений, имеющих полярные группы, были использованы акриловая кислота, акриламид, бутилакрилат, метакриловая кислота, малеиновая кислота, метилметакрилат, целлюлоза в соответствии с ГОСТ-24299-80. Активированный водный раствор целлюлозы с непредельными соединениями, имеющими полярные группы, используется при процессе сополимеризации, при этом добавляют недостающее количество непредельных соединений и инициатора радикальной полимеризации. Для лучшего понимания процесса сополимеризации, активированного раствора целлюлозы с непредельными соединениями ниже приведены примеры. Пример 7. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, контактным термометром, обратным холодильником и обогревателем, загружают реакционную смесь, полученную по примеру 1 - 72,5 г, в том числе 60 г (3,33 моль) дистиллированной воды, 1,0 г (0,006173 моль) активированной целлюлозы, 10 г(0,1389 моль) акриловой кислоты и 1,5 г (0,05515 моль) лаурилсульфат натрия. Включают мешалку и после достижения температуры смеси 80C в реактор дополнительно добавляют 8 г (0,1111 моль) акриловой кислоты и 1 г (0,00370 моль) персульфат калия - инициатора радикальной полимеризации. Сополимеризацию активированной целлюлозы и акриловой кислоты проводят при температуре 85-90C и времени реакции 90 мин. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриловой кислоты:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,33:0,006173:0,25:0,05515:0,00370 соответственно. Содержание целлюлозы определяется по ГОСТ 24299-80, содержание сухого остатка сополимера определяется физико-химическим методом, вязкость 1%-ного водного раствора сополимера - по ГОСТ 10028-81, время и степень высыхания образцов пленки - по ГОСТ 19007-73, адгезия пленки - по ГОСТ 15140-78. Результаты опытов приведены в табл. 2. Пример 8. Процесс проводят по примеру 7, за исключением в реактор загружают реакционную смесь, полученную по примеру 2 - 83 г, в том числе 65 г (3,61 моль) дистиллированной воды, 1 г(0,006173 моль) целлюлозы, 16 г (0,2254 моль) акриламида, 1 г (0,00368 моль) эмульгатора лаурилсульфат натрия и дополнительно 10 г (0,14085 моль) акриламида и 1,2 г (0,00444 моль) персульфат калия. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриламида:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,61:0,006173:0,36625:0,00368:0,00444 соответственно. Пример 9. Процесс проводят по примеру 7, за исключением в реактор загружают реакционную смесь, полученную по примеру 3 - 84,8 г, в том числе 62 г (3,44 моль) дистиллированной воды, 1 г рилсульфат натрия, дополнительно 12 г (0,169014 моль) акриламида и 1 г (0,0037037 моль) инициатора персульфат калия. Молярное соотношение воды:целлюлозы:бутилакрилата:акриламида:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,44:0,006173:0,15625:0,169014:0,006618:0,003704 соответственно. Пример 10. Процесс проводят по примеру 7, за исключением в реактор загружают реакционную смесь, полученную по примеру 4 - 80,6 г, в том числе 68 г (3,77 моль) дистиллированной воды, 1 г(0,006173 моль) целлюлозы, 1,6 г (0,0058823 моль) эмульгатора лаурилсульфат натрия, 10 г (0,116279 моль) метакриловой кислоты, дополнительно 11 г (0,15493 моль) акриламида и 1,1 г (0,004074 моль) инициатора персульфат калия. Молярное соотношение воды:целлюлозы:метакриловой кислоты:акриламида:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,77:0,006173:0,11628:0,15493:0,005882:0,00407 соответственно. Пример 11. Процесс проводят по примеру 7, за исключением в реактор загружают реакционную смесь, полученную по примеру 5 - 83 г, в том числе 70 г (3,88 моль) дистиллированной воды, 1 г(0,006173 моль) целлюлозы, 2,0 г (0,007353 моль) эмульгатора лаурилсульфат натрия, 10 г (0,08621 моль) малеиновой кислоты, дополнительно 10 г (0,14085 моль) акриламида и 1,0 г (0,003704 моль) инициатора персульфат калия. Молярное соотношение воды:целлюлозы:малеиновой кислоты:акриламида:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,88:0,006173:0,08621:0,14085:0,00735:0,003704 соответственно. Пример 12. Процесс проводят по примеру 7, за исключением в реактор загружают реакционную смесь, полученную по примеру 6 - 90,7 г, в том числе 70 г (3,88 моль) дистиллированной воды, 1 г(0,006173 моль) целлюлозы, 1,7 г (0,00625 моль) эмульгатора лаурилсульфат натрия, 16 г (0,16 моль) метилметакрилата, дополнительно 10 г (0,14085 моль) акриламида и 1,2 г (0,00444 моль) инициатора персульфат калия. Молярное соотношение воды:целлюлозы:метилметакрилата:акриламида:эмульгатора лаурилсульфат натрия:инициатора персульфат калия составляет 3,889:0,006173:0,18:0,14085:0,00625:0,00444 соответственно. Из результатов опытов, приведенных в табл. 1 и 2, видно, что при активации целлюлозы с непредельными соединениями, имеющими полярные группы (акриловая кислота, акриламид, бутилакрилат,метакриловая кислота, малеиновая кислота и метилметакрилат), полностью заменяются традиционные используемые химические реагенты, и при сополимеризации целлюлозы они вступают как мономеры,предложенный процесс экологически чистый. Таблица 1 Литература. 1. Патент 2202558, Россия, МПК 7 С 08 В 1/00, С 08 В 1/2, С 08 В 1/06 от 27.09.2001. 2. Заявка 97121694 Россия, МПК 7 С 08F 251/00 от 27.10.1999. 3. Заявка 19742692 Германия, МПК 7 С 08 В 1/00, С 08 В 31/00 от 01.04.1999. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ активации целлюлозы, включающий обработку целлюлозы химическими реагентами с последующей промывкой и отделением целлюлозы, отличающийся тем, что для активации целлюлозу обрабатывают в водной среде в присутствии поверхностно-активных веществ с непредельными соединениями, имеющими полярные группы, при молярном соотношении реагентов: воды:целлюлозы:акриловой кислоты:акриламида:бутилакрилата:метакриловой кислоты:малеиновой кислоты:метилметакрилата:лаурилсульфат натрия,составляющем 3,3333,389:0,006173:0,13889:0,2254:0,15625:0,11628:0,08620:0,18:0,005515 соответственно, обработку осуществляют при температуре 20-25C и времени 18-20 ч.