Способ ксантогенирования целлюлозосодержащих материалов

 

Изобретение относится к области химической переработки лигноцеллюлозных материалов, в частности к ксантогенированию целлюлозных материалов, и может быть использовано для получения серосодержащих высокомолекулярных поверхностно-активных веществ и средств химической обработки почвы на основе растительного сырья. Исходный материал, в качестве которого используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60% целлюлозы, 20-40% лигнина, 13-35% гемицеллюлоз, обрабатывают раствором гидрооксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6 ч при 20-80oС, а затем сероуглеродом в изопропиловом спирте при 20-60oС в течение 0,5-5 ч. Изобретение обеспечивает использование всего лигноуглеводного материала, реализуется возможность безотходной технологии, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного материала на лигнин и углеводную часть, ксантогенированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств. 5 табл.

Изобретение относится к области химической переработки лигноцеллюлозных материалов и может быть использовано для получения серосодержащих высокомолекулярных поверхностно-активных веществ и средств химической обработки почвы на основе растительного сырья.

Известно несколько способов ксантогенирования одного из компонентов лигноуглеводных материалов (целлюлозы), основанных на одной и той же реакции, но выполненных в различных модификациях [1]: Целл - ОН + NaOH + CS2 = Целл - О - СS2Nа + H2О (1).

Целлюлозу обрабатывают водным раствором гидроксида натрия (с последующим отжимом или без него) и смешивают полученную щелочную целлюлозу с сероуглеродом.

В данном изобретении предлагается для ксантогенирования использовать весь лигноуглеводный материал (древесина различных пород и ее отходы, однолетнее растительное сырье и т.д.), а не только целлюлозу (отдельный компонент древесины), как это делается в настоящее время.

Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, значительно удешевляется конечный продукт, во-вторых, появляется возможность реализации безотходной технологии (все основные компоненты лигноуглеводных материалов: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы ксантогенируются и в дальнейшем используются), в-третьих, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть и, в-четвертых, ксантогенированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств, чем ксантогенаты целлюлозы.

Предлагаемый в изобретении способ ксантогенирования лигноуглеводных материалов совпадает с уже известными способами ксантогенирования целлюлозы только тем, что в его основе лежит та же реакция ксантогенирования (1). Соотношения реагентов, продолжительность и температура проведения реакции установлены в процессе оптимизации условий ксантогенирования лигноуглеводных материалов.

Из известных аналогов наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ эмульсионного ксантогенирования целлюлозы в водном растворе гидроксида натрия [2 - прототип].

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются такие признаки как: химическая реакция, лежащая в основе способа ксантогенирования и последовательность стадий при синтезе (обработка исходного материала сначала гидроксидом натрия, а затем сероуглеродом). Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что в качестве исходного сырья используется широкий набор лигноуглеводных материалов (древесина различных пород и ее отходы, однолетнее растительное сырье), содержащих основные компоненты в широких пределах, а именно 35-60 мас. % целлюлозы, 20-40 мас.% лигнина и 13-35 мас.% гемицеллюлоз.

Причем эти компоненты образуют прочный лигноуглеводный комплекс за счет водородных и химических связей, со сложным морфологическим и надмолекулярным строением. Применение раствора гидроксида натрия в изопропиловом спирте для ксантогенирования позволяет уменьшить расход сероуглерода на побочные реакции солеобразования и уменьшить окислительно-щелочную деструкцию исходного целлюлозосодержащего сырья. Кроме того, в данном изобретении существенно расширены временной и температурный интервал реакции, в результате чего получаются продукты с широким спектром свойств.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что в результате реакции получается ксантогенат целлюлозы, который используется лишь для получения химических волокон и пленок.

В заявляемом изобретении данный недостаток прототипа устраняется. При использовании различных лигноуглеводных материалов: древесина хвойных и лиственных пород, отходы растительного сырья, содержащие в своем составе кроме полисахаридов (целлюлоза, гемицеллюлозы) еще и лигнин, получается ксантогенированный лигноуглеводный материал, содержащий ксантогенаты целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз. Это способствует расширению сырьевой базы и удешевлению сырья, а также позволяет получить материалы, обладающие более широким спектром свойств по сравнению с ксантогенатом целлюлозы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигноуглеводные материалы без их разделения на отдельные компоненты последовательно обрабатывают гидроксидом натрия и сероуглеродом в среде изопропилового спирта. Заявляемое изобретение имеет ряд существенных отличительных от прототипа признаков.

Во-первых, это использование в качестве объекта для ксантогенирования лигноуглеводных растительных материалов без их предварительного разделения на отдельные гидроксилсодержащие компоненты (целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы). Во-вторых, в предлагаемом изобретении наибольшее значение имеет стадия 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 действующего реагента (CS2) к гидроксильным группам основных компонентов лигноуглеводных материалов - целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз.

В случае проведения их ксантогенирования суспензионным (мокрым) способом, то есть в среде растворителя (изопропиловый спирт), лигноуглеводный материал предварительно обрабатывают гидроксидом натрия при постоянном перемешивании (химический метод активации). Реакцию с NaOH проводят в отличие от прототипа в среде изопропилового спирта и в более жестких условиях по температуре (20-80oС) и продолжительности (0,5-6 ч). Проведение процесса в среде изопропиливого спирта позволяет уменьшить гидролитическую деструкцию сырья в щелочной среде и уменьшить расход сероуглерода на побочные реакции образования тиосолей. Максимальная растворимость в водно-щелочном растворе различных пород древесины достигается при обработке NaOH при 60oС в течение 3 ч и ксантогенировании в течение 3 ч при 50oС.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. Лигноуглеводный материал в виде воздушно-сухих опилок (фракция 0,5-0,75 мм) массой 5,0 г энергично перемешивают в 150 мл изопропилового спирта с 40 мл 30%-ного водного раствора щелочи 0,5-6 ч при 20-80oС, фильтруют и промывают изопропиловым спиртом. В смесь прибавляют раствор 10,0 г CS2 в 30 мл изопропилового спирта в течение 0,5 ч. Реакционную массу выдерживают 0,5-4,0 ч при 20-60oС. Затем продукт отфильтровывают и промывают изопропиловым спиртом.

Пример. Навеску воздушно-сухих опилок древесины осины (фракция 0,5-0,75 мм) массой 5,0 г энергично перемешивают в 150 мл изопропилового спирта с 40 мл 30%-ного водного раствора щелочи, 0,5 ч при 20oС. Далее продукт отжимают и промывают изопропиловым спиртом. В смесь прибавляют раствор 10,0 г CS2 в 30 мл изопропилового спирта в течение 0,5 ч. Реакционную массу выдерживают 3 ч при 50oС в термостате. Затем продукт отфильтровывают и промывают изопропиловым спиртом. Полученный продукт смешивают с 100 мл 95%-ного этанола и добавляют для нейтрализации избытка щелочи уксусную кислоту. Затем продукт промывают этанолом до нейтральной реакции и сушат в вакуум-эксикаторе.

По методике, описанной в примере, получают ксантогенированные производные различных лигноуглеводных материалов (табл. 1). Состав продуктов ксантогенирования идентифицировали методами химического анализа и ИК-спектроскопии. Продукты с различными свойствами (табл. 2-5) получают по методике, описанной в примере, при варьировании условий обработки древесины осины раствором гидроксида натрия (продолжительность и температура). Пример 15, в котором обработка сырья раствором гидроксида натрия проводится при 100oС, является сравнительным.

Источники информации 1. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон. М.: Химия, 1974, т. 1, 520 с.

2. Оболенская А.В. и др. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1965, 411 с.

Формула изобретения

Способ ксантогенирования целлюлозосодержащих материалов, заключающийся в том, что исходный материал обрабатывают гидрооксидом натрия, а затем сероуглеродом, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащих материалов используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас. % лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз, обработку которого ведут последовательно раствором гидрооксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6 ч при 20-80oС, а затем сероуглеродом в изопропиловом спирте при 20-60oС в течение 0,5-5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления вытянутых изделий, а именно к способу изготовления вытянутого изделия из целлюлозы, и предназначено к использованию в целлюлозно-бумажной и химической отраслях промышленности

Изобретение относится к технологии получения искусственных химических волокон, в частности к получению раствора для формования гидратцеллюлозного волокна

Изобретение относится к технологической линии производства вискозы и может быть использовано для производства вискозных волокон и целлофана

Изобретение относится к технологии вискозных волокон и может быть использовано при получении вискозы

Изобретение относится к технологии вискозных волокон, нитей, оболочек и целлофана и может быть использовано при получении вискозы в аппаратах периодического действия

Изобретение относится к технологии вискоз и может быть использовано для получения волокон, текстильных нитей и целлофана

Изобретение относится к технологии получения искусственных волокон, в частности к получению вискозы для формования модифицированных гидратцеллюлозных нитей, и обеспечивает улучшение накрашиваемости нити и равномерности окраски

Изобретение относится к способам получения раствора вискозы и позволяет повысить его фильтруемость за счет введения в щелочную целлюлозу перед ксантогенированием 0,01-1,0% от массы целлюлозы модификатора формулы CjHjC H, (A),R-COOCeH4COO(A)A,,R (заместители в орто-положении), где А-С2Н40; м 5-25; м 0-25; Mi+M 10-56; , .H, при содержании в нем 50-100% оксиэтильных групп

Изобретение относится к технологии производства вискозных волокон, в частности к способам получения вискозы

Изобретение относится к химической переработке лигноцеллюлозных материалов и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ на основе лигноуглеводного растительного сырья
Изобретение относится к области производства искусственных волокон, обладающих антибактериальной и антигрибковой активностью, в частности к производству хитозансодержащего волокна
Изобретение относится к области производства искусственных волокон, обладающих антибактериальной и антигрибковой активностью, в частности к производству хитозансодержащих волокон
Изобретение относится к области производства искусственных волокон, обладающих антибактериальной активностью, в частности, к получению хитозансодержащих волокон

Изобретение относится к способу обработки технической древесной целлюлозы, включающему стадию гидротермической обработки древесины, за которой следует последовательно отбелка, включающая любое сочетание обработки кислородом (O), хлором (C) гидроксидом натрия (Е), диоксидом хлора (D), пероксидом водорода (Р), озоном (Z) и/или гипохлоритом натрия (Н); стадию воздействия на техническую древесную целлюлозу по технологии обработки электронами (ТОЭ) в технологической линии фиксированной дозой излучения в интервале от примерно 1,5 до 25 кГр осуществляют после стадии химического снижения степени полимеризации (СП), так что изменчивость вязкости целлюлозы или СП технической древесной целлюлозы после стадии по ТОЭ составляет от 0,2 до 1 сП

Изобретение относится к получению подобных тонким пластинкам металлических пигментов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, и может быть использовано в производстве типографических красок, пластмасс, косметики, покрытий из порошкового материала и других областях
Изобретение относится к повышению реакционной способности целлюлозной массы
Наверх