Способ получения водорастворимого ацетата целлюлозы

 

Использование: производство клея для обоев, загустителей печатных красок. Сущность изобретения: ацетат целлюлозы подвергают гидролизу в водной уксуснокислой среде в присутствии 9,5 - 16 мас.ч. хлорной кислоты на 100 мас. ч. ацетата целлюлозы в течение 2-5 час. Удаляют уксусную кислоту из раствора перегонкой смеси вода - уксусная кислота при 95±5^oC в вакууме 300 - 990 мм рт. ст. Модуль 1:2,7 - 6,5 поддерживают порционной подачей воды. 1 табл.

Изобретение относится к области получения водорастворимого ацетата целлюлозы (ВАЦ), используемого в производстве клея для обоев, загустителей печатных красок.

Как известно [1] ВАЦ представляет собой продукт омыления высокозамещенного ацетата целлюлозы (АЦ) до строго определенной степени замещения (48-70). Прямое ацетилирование не позволяет получить ВАЦ.

Известны способы получения ВАЦ путем глубокого гидролиза ацетонорастворимого ацетата целлюлозы (ААЦ), содержащего определенное количество связанной уксусной кислоты (61,5; 54,4; 44,2%) в среде водного уксуснокислого раствора в присутствии кислотного катализатора (H₂SO₄) c последующим удалением уксусной кислоты из реакционной массы экстракцией [1 и 2] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения ВАЦ (2), суть которого заключается в следующем. ААЦ, полученный путем ацетилирования целлюлозы и содержащий 54% связанной уксусной кислоты, подвергают глубокому гидролизу. Для этого ААЦ растворяют в 70% уксусной кислоте (УК) в присутствии 4-29% серной кислоты от веса исходного ААЦ и перемешивают в течение 20-32 ч, постепенно добавляя дополнительное количество воды (133% от веса ААЦ) до получения водорастворимого ацетата целлюлозы в виде раствора в водной уксуснокислой среде. В конце гидролиза растворитель содержит 40% свободной уксусной кислоты, а ВАЦ содержит 21% связанной уксусной кислоты. Находящуюся в растворе серную кислоту нейтрализуют добавлением ацетата магния. Затем из реакционной массы удаляют уксусную кислоту экстракцией изопропиловым спиртом, этилацетатом, бутилацетатом, бензолом или их смесью при 10-70^oC. Оставшуюся в реакционной массе уксусную кислоту нейтрализуют бикарбонатом натрия. ВАЦ из раствора удаляют известными способами (высаждением, сушкой и т.д.).

Недостатками известного способа являются: многостадийность и длительность процесса гидролиза (20-32 ч), и как показали опыты, таким способом нельзя провести глубокий гидролиз смеси ацетатов целлюлозы (АЦ), растворимых и нерастворимых в ацетоне с различным содержанием связанной уксусной кислоты (например отходы с различных стадий производства ААЦ); сложность процесса удаления уксусной кислоты (УК) из системы ВАЦ + УК + вода экстракцией вредными органическими веществами; вероятность получения ВАЦ, содержащего вредные органические вещества.

Задачей изобретения являются утилизация отходов производства ААЦ и разработка более простого и экологически чистого способа получения ВАЦ.

Техническим результатом осуществления заявляемого изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат достигается тем, что в способе получения водорастворимого ацетата целлюлозы в водной уксуснокислой среде в присутствии кислотного катализатора при нагревании с последующим удалением уксусной кислоты из полученного раствора, согласно изобретению, гидролиз проводят в присутствии 9,5-16 мас.ч. хлорной кислоты в течение 2-5 часов при 65-75^oC, а удаление уксусной кислоты производят путем перегонки смеси УК + вода при 90-100^oC, вакууме 300-990 мм рт. ст. поддерживая модуль ванны в пределах 1: 2,7-6,5 порционной подачей воды.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: гидролиз ацетата целлюлозы в присутствии 9,5-16 мас.ч. хлорной кислоты в течение 2 5 часов без добавления воды (против 20-32 часов, постепенно добавляя воду).

удаление уксусной кислоты из полученного раствора ВАЦ производят путем перегонки смеси уксусная кислота вода при 90 100^oC, вакууме, 300-990 мм рт.ст. постепенно добавляя воду для поддержания модуля ванны в пределах 1:2,7-6,5 (против экстракции уксусной кислоты вредными экстрагентами).

Сущность изобретения поясняется следующими примерами, в которых массовые части всех веществ берут 100% концентрации от веса исходного ацетата целлюлозы.

Пример 1. В аппарат, снабженный рубашкой и мешалкой, загружают 237 мас. ч. уксусной кислоты (500 л 75% концентрации). При работающей мешалке нагружают 100 мас.ч. АЦ, содержащего 54% связанной уксусной кислоты, массу перемешивают при 40^oC в течение 2-х часов. Затем загружают 9,5 мас.ч. хлорной кислоты (х. к.) и проводят гидролиз при 70^oC в течение 5 часов до получения ВАЦ, которое определяют путем опускания пробы реакционной массы в воду. При этом не должно образовываться белых пятен (осадка). В конце гидролиза растворитель содержит 70-73,5% уксусной кислоты (у.к.). После этого нейтрализуют хлорную кислоту добавлением в раствор ВАЦ 29,9 ацетата магния. Содержимое в аппарате перемешивают 30 мин, одновременно поднимая температуру в аппарате до 100^oC и включают вакуум 400 мм рт.ст. Из реакционной массы (ВАЦ + уксусная кислота + вода) удаляют уксусную кислоту путем перегонки ее с водой. При снижении модуля ванные от 1:6,0 до 1:2,7 добавляют подогретую до 92±3^oC воду до достижения первоначального модуля. Перегонку таким образом проводят, пока в растворителе останется 5% уксусной кислоты. Оставшуюся в растворе уксусную кислоту нейтрализуют добавлением в массу 6,76 мас.ч. гидроокиси натрия до РН среды 6,7-7,5. Выход ВАЦ составляет 73% Отогнанный водный уксусно-кислый раствора направляется в производство ААЦ для технологических целей.

Пример 2. ВАЦ получают, как в примере 1, за исключением того, что в качестве исходного ацетата целлюлозы берут смесь отходов, образующихся на различных стадиях производства ААЦ с различным содержанием связанной уксусной кислоты от 44 до 62% Примеры 3-6, а также примеры 7-12 (контрольные) проводят, как примеры 1 или 2 с изменением параметров, указанных в таблице.

Как видно из таблицы (примеры 1-6), ВАЦ можно получать из ААЦ, волокон и пластмасс на его основе, а также из смеси отходов ацетата целлюлозы (АЦ), образованных на различных стадиях производства ААЦ, более простым и экологически чистым способом. Предлагаемый способ позволяет сократить стадию гидролиза до 2-5 часов (против 20-32 ч) и улучшить экологию окружающей среды благодаря переработке отходов и исключению применения вредных органических экстрагентов.

Контрольные примеры 7-11 показывают, что использование запредельных значений параметров, приводит к ухудшению свойств ВАЦ.

Формула изобретения

Способ получения водорастворимого ацетата целлюлозы путем гидролиза ацетата целлюлозы в водной уксуснокислой среде в присутствии кислотного катализатора при нагревании и удаления уксусной кислоты из полученного раствора, отличающийся тем, что гидролиз ацетата целлюлозы проводят в присутствии 9,5 16 мас.ч. хлорной кислоты на 100 мас.ч. ацетата целлюлозы в течение 2 5 ч, а удаление уксусной кислоты из раствора осуществляют путем перегонки смеси уксусная кислота вода при 95±5^oC, вакууме 300 990 мм рт.ст. поддерживая модуль ванны в пределах 1:2,7 6,5 порционной подачей воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1