Способ сульфоэтилирования лигноуглеводных материалов

 

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей сульфоэтиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, для стабилизации цементных растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации руд в горнодобывающей промышленности. Способ заключается в том, что на предварительно активированный материал на основе целлюлозы действуют β-хлорэтилсульфонатом натрия в среде изопропилового спирта. В качестве материала на основе целлюлозы используют лигноуглеводный материал, состоящий из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы, без его разделения на компоненты. Воздействие проводят при температуре кипения изопропилового спирта в течение 3 ч при жидкостном модуле 1:20. Изобретение обеспечивает использование всего лигноуглеводного материала, удешевляется конечный продукт, реализуется возможность безотходной технологии, улучшается экологическая обстановка, сульфоэтилированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств. 1 табл.

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей сульфоэтиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, для стабилизации цементных растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации руд в горнодобывающей промышленности.

Известны способы сульфоэтилирования крахмала [Pat. 2883375 USA. Sulfoalkyl starch ethers / M.K. Fuller // Chem. Absr., 1959. Vol.53, 21. 20868^d] и целлюлозы, в которых субстрат предварительно активируют щелочью, растворенной в изопропиловом спирте или воде, с последующим отжимом или без него, смешивают с сульфоэтилирующим агентом. Реакцию проводят при 40-90^oС в течение 1-20 ч, в результате чего получают водорастворимые продукты. В качестве сульфоэтилирующего агента используют как β-хлорэтилсульфонат натрия [Pat. 124025 Swed. Cellulose ethansulfonic acid and its salts / T. Timell. // Chem. Absr., 1949. Vol.43, 22. 9446^d; Pat. 2681846 USA. Fibrous 2-sulfoalkyl ethers of cellulose / J.D. Guthrie, L.H. Chance, C.L. Hoffpauir // Chem. Absr. . 1954. Vol. 48, 20. 12417^f], так и винилсульфокислоту [Pat. 2580352 USA. Sulfoethyl ethers of polysaccharides / V.R. Grassie // Chem. Absr., 1952. Vol. 46, 6. 2802^b; авт. св. 757540 СССР. Способ получения сульфоэтилцеллюлозы / Плиско Е. А. , Нудьга Л.А., Петропавловский Г.А. // РЖХим, 1981. 4Т36П] . Степень замещения зависит от температуры и продолжительности реакции, а также от соотношения реагентов.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения сульфоэтилцеллюлозы, растворимой в воде и водных щелочных растворах, предложенный [авт. св. 168967 ЧССР. Способ получения сульфоэтилцеллюлозы, растворимой в воде и водных щелочных растворах / Pastyr J. // РЖХим, 1978. 12Т7П]. Согласно ему, сульфоэтилцеллюлозу получают этерификацией целлюлозы β-хлорэтилсульфонатом натрия в щелочной среде в течение 1-2 ч при 65^oС при мольном соотношении - глюкозидное звено целлюлозы: β-хлорэтилсульфонат натрия: NaOH= 1: 0,5:2,5. Реакцию проводят в среде изопропилового спирта. Получают продукт, растворимый в воде и водных щелочах со степенью замещения 0,5-0,45.

Недостатком этого способа является тот факт, что выделение целлюлозы из лигноуглеводных материалов является энергоемким и экологически небезопасным процессом, сопровождаемым образованием большого количества отходов (до 50%).

В предлагаемом нами изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: в реакции сульфоэтилирования используется весь лигноуглеводный материал (древесина различных пород и ее отходы, однолетние растения и т.п. ), а не только целлюлоза - один из компонентов лигноуглеводных материалов. Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, с точки зрения доступности исходного сырья, древесина по сравнению с целлюлозой вне конкуренции, что значительно удешевляет стоимость конечного продукта, во-вторых, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть, что позволяет реализовать возможность безотходной технологии - все основные компоненты лигноуглеводных материалов: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы сульфоэтилируются и в дальнейшем используются, что в значительной степени благоприятно отразится на экологической обстановке в лесозаготовительных и лесоперерабатывающих отраслях промышленности, а также на предприятиях химической переработки древесины, и, в-третьих, Na-сульфоэтилированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств, чем Na-сульфоэтилцеллюлоза.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигноуглеводные материалы без разделения их на отдельные компоненты обрабатывают гидроксидом натрия, а затем β-хлорэтилсульфонатом натрия в среде изопропилового спирта.

Задачей изобретения является получение натриевых солей сульфоэтилированных лигноуглеводных материалов, растворимых в воде на 74-85% и в 2% растворе щелочи на 77-89% с регулируемыми вязкостными характеристиками.

Заявляемое изобретение имеет ряд существенных отличительных от прототипа признаков. Во-первых, использование в качестве объекта сульфоэтилирования лигноуглеводных материалов без разделения их на отдельные компоненты (целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы). Во-вторых, в данном изобретении значительное внимание уделено стадии взаимодействия лигноуглеводных материалов с NaOH, которая проводится как с целью образования алкалипроизводных лигноуглеводных материалов, так и с целью разрушения их морфологической структуры и повышения доступности для действующего реагента гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводных материалов.

Осуществление изобретения достигается следующим образом: обработанные щелочью (28% водный раствор NaOH) опилки древесины сушат в сушильном шкафу при температуре 80^oС в течение 2 ч, затем смешивают с β-хлорэтилсульфонатом Na и проводят реакцию в колбе в среде изопропилового спирта (жидкостный модуль 1:20) при температуре его кипения в течение 3 ч. Получение β-хлорэтилсульфоната натрия проводили по методике, описанной в [пат 13968. ГДР. Способ получения 2-хлорэтан-1-сульфоната натрия / Schwalenberg А. // РЖХим., 1959. 17. 61715П].

Для выделения полученного продукта отгоняют изопропиловый спирт и остаток высушивают. Состав полученных продуктов идентифицируют по данным анализа на содержание серы и по ИК-спектрам.

Пример.

Навеску древесных опилок массой 5 г обрабатывают 15 мл 28% водного раствора NaOH и сушат в сушильном шкафу при температуре 80^oС в течение 2 ч, затем смешивают с 12,4 г β-хлорэтилсульфоната Na и проводят реакцию в колбе в среде изопропилового спирта (100 мл, жидкостный модуль 1:20) при температуре его кипения (82^oС) в течение 3 ч. Свойства полученного продукта описаны в таблице.

В таблице приведены примеры получения и свойства сульфоэтилированной древесины в зависимости от соотношения исходных реагентов (из расчета на ОН-группы древесины).

Формула изобретения

Способ сульфоэтилирования материалов на основе целлюлозы, заключающийся в том, что на предварительно активированный материал на основе целлюлозы действуют β-хлорэтилсульфонатом натрия в среде изопропилового спирта, отличающийся тем, что в качестве материала на основе целлюлозы используют лигноуглеводный материал, состоящий из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, без его разделения на компоненты и воздействие проводят при температуре кипения изопропилового спирта в течение 3 ч при жидкостном модуле 1: 20.

РИСУНКИ

Рисунок 1