Способ получения активированной целлюлозы

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Изобретение относится к химии целлюлозы, а именно к способу получения порошковой целлюлозы, которая может найти применение в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Активацию осуществляют следующим образом. Сначала приготовляют 3-11% водный раствор сернистокислого натрия, затем измельченную макулатуру обрабатывают сернистокислым натрием в течение 10-40 мин при молярном соотношении реагентов воды:сернистокислого натрия:целлюлозы 19,7-21,5:0,0952-0,3492:0,0277-0,02962 соответственно. После обработки целлюлозы с последующей сушкой при температуре 100-105C в течение 60 мин повышается кристалличность и хрупкость. При размоле разрушается макромолекулярная и волокнистая структура, полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Мамедов Джамал Вейс оглы,Гахраманов Надир Фаррух оглы,Гусейнов Ядигар Юсиф оглы,Шахгелдиев Физули Ханали оглы,Исмаилзаде Афаг Фахир кызы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: 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, соотношение целлюлозы и серной кислоты составляет 1:10 соответственно. Полученный раствор целлюлозы фильтруют, нейтрализуют, осуществляют сушку при температуре 120-160C, а на втором этапе при температуре 100-120C (1). Недостатком способа является применение химических реагентов с получением сточных вод. Известен способ получения растворимой целлюлозы из хлопкового линта. Сначала проводят щелочную варку линта при температуре 170-180C под давлением 1 МПа, а затем последующий гидролиз при температуре 140-180C. Полученная целлюлоза при температуре 60C в течение нескольких часов подвергается отбеливанию смесью диоксида хлора и уксусной кислоты. Полученная целлюлоза используется как сырье для вискозного производства (2). Недостатками способа являются высокая температура, применение химических реагентов с образованием сточных вод. Известен способ получения модифицированной целлюлозы, который включает активацию целлюлозы с гидроксилом 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 равномерным распределением гидроксильных групп и позволяет легче получить химические производные целлюлозы (3) - прототип. Недостатком способа является применение химических реагентов с получением сточных вод. Задачей изобретения является разработка экологически чистой технологии способа получения активированного порошка целлюлозы. Задача решается обработкой измельченной целлюлозы водным раствором сернистокислого натрия с концентрацией 3-11% в течение 10-40 мин при молярном соотношении реагентов воды:сернистокислого натрия:целлюлозы 19,7-21,5:0,0952-0,3492:0,0277-0,02962 соответственно, после обработки целлюлозу сушат при температуре 100-105C в течение 60 мин и при размоле 4-6 мин, получают сыпучий порошок целлюлозы с содержанием частиц 10-320 мкм с высокой реакционной способностью. При обработке измельченной макулатуры марки МС-1 А водным раствором сернистокислого натрия макулатура набухает и реагенты, использованные при изготовлении бумаги (канифоль, окись титана,тальк и др.) как шлам, растворяются в водном растворе сернистокислого натрия и отделяются вместе с раствором в виде осадка. После отделения шлама целлюлозосодержащую массу фильтруют и сушат, при этом содержание целлюлозы составляет 90,0 вес.%. При помоле хрупкой целлюлозы получается сыпучий порошок, состоящий из 4 фракций: 10, 100,200 и 320 мкм. Размол осушенной целлюлозы осуществляют при температуре 20C. Выход порошка целлюлозы составляет 98,37 вес.%. Снижение времени обработки целлюлозы с водным раствором сернистокислого натрия ниже 30 мин и снижение концентрации сернистокислого натрия ниже 5% способствует снижению выхода порошка целлюлозы. Предложенный способ активации целлюлозы по сравнению с прототипом заключается в том, что для придания максимальной хрупкости макромолекулярной структуре целлюлозы перед помолом ее обрабатывают водным раствором сернистокислого 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 размером частиц 10-320 мкм в приделах 91,85-98,37 вес.% (в прототипе - активацию целлюлозы осуществляют гидроксилом натрия или аммиаком под давлением, в процессе получаются сточные воды). Предложенный способ активации является экологически чистым процессом. Способ осуществляют следующим образом. Сначала приготовляют 3-11% водный раствор сернистокислого натрия. Затем измельченную целлюлозу обрабатывают сернистокислым натрием в течение 10-40 мин при молярном соотношении реагентов воды:сернистокислого натрия:целлюлозы 19,7-21,5:0,0952-0,3492:0,0277-0,02962 соответственно. После обработки целлюлозы с последующей сушкойпри температуре 100-105C в течение 60 мин повышается кристалличность и хрупкость. При размоле разрушаются макромолекулярная и волокнистая структуры и разрываются водородные связи целлюлозы. Полученный сыпучий порошок целлюлозы обладает высокой реакционной способностью. Для лучшего понимания сущности изобретения ниже представлены примеры. Пример 1. В литровой стакан с мешалкой загружают 388 г (21,5 моль) деминерализованной воды и 12 г (0,0952 моль) сернистокислого натрия и включают мешалку со скоростью 60 об./мин. В полученный раствор сернистокислого натрия подают 4,5 г (0,0277 моль) измельченной целлюлозы и в течение 30 мин обрабатывают. После обработки целлюлозу подают на сушку при температуре 100-105C в течение 90 мин. При размоле осушенной целлюлозы в течение 6 мин получается сыпучий порошок целлюлозы, который разделяется на отдельные фракции. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 21,5:0,0952:0,0277 соответственно. Состав макулатуры определяют согласно ГОСТ 10700-97, состав целлюлозы - ГОСТ 5982-82, ГОСТ 6840-78, фракционный состав активированного 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 РН-метром, насыпная плотность порошка целлюлозы - ГОСТ 2211-65. Пример 2. Осуществляют по примеру 1, но используют 380 г (0,211 моль) деминерализованной воды, 20 г (0,1587 моль) сернистокислого натрия и время помола 4 мин. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 21,1:0,1587:0,0277 соответственно. Пример 3. Осуществляют по примеру 1, но используют 372 г (20,6 моль) деминерализованной воды,28 г (0,222 моль) сернистокислого натрия и 4,7 г (0,0290 моль) целлюлозы. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целюлозы составляет 20,6:0,222:0,0290 соответственно. Пример 4. Осуществляют по примеру 1, но используют 372 г (20,6 моль), 28 г (0,222 моль) сернистокислого натрия, 4,7 г (0,0290 моль) целлюлозы, время обработки целлюлозы 10 мин и время помола 2 мин. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 20,6:0,222:0,0290 соответственно. Пример 5. Осуществляют по примеру 1, но используют 372 г (20,6 моль) деминерализованной воды,28 г (0,222 моль) сернистокислого натрия, 4,8 г (0,02962 моль) целлюлозы, время обработки 10 мин и время помола 4 мин. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 20,6:0,0222:0,02962 соответственно. Пример 6. Осуществляют по примеру 1, но используют 372 г (20,6 моль) деминерализованной воды,28 г (0,222 моль) сернистокислого натрия, 4,7 г (0,0290 моль) целлюлозы и время обработки целлюлозы 40 мин. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 20,6:.0,222:0,0290 соответственно. Пример 7. Осуществляют по примеру 1, но используют 364 г (20,2 моль) деминерализованной воды,36 г (0,2857 моль) сернистокислого натрия и 4,7 г (0,0290 моль) целлюлозы. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 20,2:0,2857:0,0290 соответственно. Пример 8. Осуществляют по примеру 1, но используют 356 г (19,7 моль) деминерализованной воды,44 г (0,3492 моль) сернистокислого натрия и время обработки 20 мин. Молярное соотношение воды:сернистокислого натрия:целлюлозы составляет 19,7:0,3492:0,0290 соответственно. Установлено, что использование для обработки целлюлозы сернистокислого натрия приводит к получению активированной целлюлозы с высокой реакционной способностью. Оптимальная концентрация сернистокислого натрия для обработки целлюлозы составляет 5-7%, выход активированной целлюлозы при этом составляет 98,37 вес.%. Ниже представлены результаты опытов (со)полимеризации порошка целлюлозы с акриловой кислотой и акриламидом. Пример 9. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, контактным термометром и обратным холодильником, загружают 72 г (4 моль) деминерализованной воды, 0,7 г (0,0277 моль) порошка целлюлозы, полученных в опыте 5, 13 г (0,01806 моль) акриловой кислоты, в качестве эмульгатора используют лаурилсульфоэтоксилат калия в количестве 1,07 г (0,2 мас.%) от массы мономеров и включают мешалку. После 40 мин перемешивания при температуре 70C в реактор подают инициатор полимеризации. В качестве инициатора радикальной полимеризации используют окислительно-восстановительную систему,включающую персульфат калия и метабисульфит натрия. В первую основную стадию полимеризации подают 3/4 окислительно-восстановительной системы (0,4 г (0,00148 моль) персульфата калия и 0,4 г(0,00555 моль) метабисульфита натрия). (Со)полимеризацию проводят при температуре 75C по окончании дозировки смеси, на второй стадии для (до)полимеризации мономеров подают в реактор 1/4 часть инициатора и выдерживают 50 мин при температуре 80C, время реакции 180 мин. Молярное соотношения воды:целлюлозы:акриловой кислоты:эмульгатора лаурилсульфоэтоксилата калия:инициатора - персульфата калия:метабисульфита натрия составляет 4:0,00432:0,1806:0,2:0,00148: 0,00555 соответственно. Пример 10. Осуществляют по примеру 9, но используют 5 г (0,0694 моль) акриловой кислоты, 5 г(0,0704 моль) акриламида и 0,7 г (0,00432 моль) порошка целлюлозы, полученных в опыте 6. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриловой кислоты:акриламида:эмульгатора лаурилсульфоэтоксилата калия:инициатора - персульфата калия; метабисульфита натрия составляет 4:0,00432: 0,0694:0,0704:0,2:0,00148:0,00555 соответственно. Пример 11. Осуществляют по примеру 9, но используют 7 г (0,0972 моль) акриловой кислоты, 7 г(0,0986 моль) акриламида и 0,7 г (0,00432 моль) порошка целлюлозы, полученных в опыте 7. Молярное соотношение воды:целлюлозы:акриловой кислоты:акриламида:эмульгатора лаурилсульфоэтоксилата калия:инициатора - персульфата калия:метабисульфита натрия составляет 4:0,00432: 0,0972:0,0986:0,2:0,00148:0,00555 соответственно. Результаты опытов приведены в табл. 2. Результаты опытов показывают, что при (со)полимеризации активированного порошка целлюлозы с акриловой кислотой и акриламидом полученные сополимеры в опытах 9-11 имеют содержание сухого вещества 16,0-22,4%, вязкость 1% раствора сополимера 3,76-10,06 мм 2/с. Продолжительность высыхания пленки 5-6 ч, адгезия пленки составляет 1 балл, конверсия мономеров составляет 98,9 вес.%. Полученные сополимеры можно использовать в лакокрасочной промышленности. Литература 1. Пат. 2068419 Россия, С 08 В 15/02, от 27.10.1996 г. 2. Пат. 2159302, Россия, МПК D21C 5/00, D01C 1/00 от 21.11.2000 г. 3. Заявка 99124792/02 Россия, МПК С 08 В 1 /02, опубликована 20.04.2003 г. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения порошка целлюлозы, включающий обработку целлюлозы едким натром или аммиаком, отличающийся тем, что обработку целлюлозы дополнительно осуществляют водным раствором сернистокислого натрия в течение 10-40 мин при молярном соотношении воды:сернистокислого натрия:целлюлозы 19,7-21,5:0,0952-0,4392:0,0277-0,02962 соответственно, сушкой при температуре 100105C в течение 60 мин с последующим измельчением до размеров частиц 10-320 мкм с временем помола 2-6 мин.