Способ ацетилирования лигноуглеводных материалов

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в производстве пластических масс и для получения композиционных материалов с минеральными и органическими наполнителями. Способ ацетилирования лигноуглеводных материалов включает обработку исходного материала уксусным ангидридом в присутствии катализатора. Обработку осуществляют уксусным ангидридом из расчета 0.5÷3.0 моль на 1 моль гидроксильных групп материала при интенсивном механическом измельчении реакционной смеси при 25°С от 0.5 до 3 ч, а в качестве катализатора используют сульфат аммония в количестве 5÷30% от массы лигноуглеводного материала. Изобретение позволяет сократить расход реагентов в 3-10 раз, продолжительность процесса до 1÷3 ч и уменьшить температуру процесса до 25°С, а также удешивить процесс. 4 табл.

 

Изобретение относится к области химической технологии и конкретно к способу получения ацетилированных лигноуглеводных материалов и может быть использовано в производстве пластических масс и композиционных материалов с минеральными и органическими наполнителями.

Известны способы получения сложных эфиров древесины с помощью обычных этерифицирующих реагентов: уксусный ангидрид с серной кислотой в качестве катализатора. Получаемые ацилированные производные сохраняют внешний вид исходной древесины и мало растворимы в органических растворителях, что является основным недостатком этого способа, поскольку продукты не представляют интереса для промышленного использования [Химия древесины / Под ред. Л.Э.Уайза и Э.С.Джана. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1960, т.2, с.243].

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ получения сложных эфиров древесины путем обработки смесью уксусного ангидрида с предельной одноосновной карбоновой кислотой с числом атомов углерода от 2 до 8 в количестве 3÷10 моль на 1 моль ОН групп древесины при 100÷130°С в течение 4-6 ч в присутствии в качестве катализатора перхлората магния в количестве 20% от массы древесины (прототип) [Патент РФ №2143436, 1999, БИ №36].

Общие признаки прототипа и предлагаемого изобретения заключаются в том, что для ацилирования используется уксусный ангидрид в присутствии солевого катализатора. К недостаткам прототипа следует отнести: высокий расход ацетилирующего реагента (3÷10 моль), длительность процесса 4÷6 ч при повышенной температуре 100÷130°С.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить основные недостатки прототипа. Применение механического измельчения реакционной смеси позволяет снизить расход ацетилирующего реагента в 3÷10 раз, сократить продолжительность процесса от 4÷6 до 1÷3 ч и проводить ацетилирование при температуре 25°С, то есть интенсифицировать процесс. Использование в качестве катализатора сульфата аммония вместо перхлората магния в количестве 5÷30% от массы сырья позволяет удешевить процесс.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в обработке лигноуглеводных материалов уксусным ангидридом в количестве 0.5÷3 моль на 1 моль ОН групп материала при интенсивном механическом измельчении при 25°С от 0.5 до 3 ч в присутствии сульфата аммония в качестве катализатора в количестве 5÷30% от массы лигноуглеводного материала.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом.

В реактор вибромельницы (промышленный вибратор ИВ - 98Б, частота - 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10·100 мм) загружают навеску воздушно-сухих опилок лигноуглеводного материала массой 2.0 г и добавляют уксусный ангидрид (из расчета 0.5÷3 моль/моль ОН групп сырья). Температура в реакционной камере - 25°С (термостат). В реактор мельницы загружают 0.1÷0.6 г сульфата аммония (5÷30% от массы сырья) и реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 0.5÷3 ч. Затем полученные продукты выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих тел, промывают водой от кислоты и катализатора и сушат в эксикаторе до постоянной массы.

Пример 1. В реактор вибромельницы (частота - 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10·100 мм) загружают навеску воздушно-сухих опилок древесины осины массой 2.0 г и добавляют уксусный ангидрид (из расчета 1 моль/моль ОН групп сырья). Температура в реакционной камере - 25°С (термостат). В реактор мельницы загружают 0.4 г сульфата аммония (20% от массы сырья) и реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 0.5 ч. Затем полученный продукт выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих тел, промывают водой от кислоты и катализатора и сушат до постоянной массы. Растворимость в хлороформе - 13%, содержание связанных ацетильных групп - 11.8%.

Примеры 2-6 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности механического измельчения (табл.1).

Примеры 7-10 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но с использованием различных лигноуглеводных материалов (древесина различных пород, не древесное растительное сырье, табл.2).

Примеры 11-15 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различном количестве уксусного ангидрида (табл.3). При продолжительности менее 0.5 ч и количестве уксусного ангидрида менее 0.5 моль/моль ОН групп получаются низкозамещенные продукты, не растворимые в хлороформе.

Пример 16. В реактор вибромельницы (частота - 2800 см^-1) с 15 стальными стержнями (10·100 мм) загружают навеску воздушно-сухих опилок древесины осины массой 2.0 г и добавляют уксусный ангидрид (из расчета 1 моль/моль ОН групп сырья). Температура в реакционной камере - 25°С (термостат). В реактор мельницы загружают 0.1 г сульфата аммония (5% от массы сырья) и реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 1 ч. Затем полученный продукт выгружают из мельницы и отделяют от размалывающих тел, промывают водой от кислот и катализатора и сушат до постоянной массы. Растворимость в хлороформе - 13%, содержание связанных ацетильных групп - 14.0%.

Примеры 17 и 18 проведены в условиях, аналогичных примеру 16, но при различном количестве катализатора - сульфата аммония (табл.4), пример 19 проведен для сравнения с использованием в качестве катализатора перхлората магния в количестве 20% от массы лигноуглеводного материала.

Таблица 1.
Свойства ацетатов древесины осины
Пример	Продолжительность измельчения, ч	Растворимость в хлороформе, %	Содержание связанных ацетильных групп, %
1	0.5	13	11.8
2	1.0	26	28.5
3	1.5	38	29.7
4	2.0	51	30.6
5	2.5	58	31.4
6	3.0	65	32.6

Таблица 2.
Свойства ацетатов различных лигноуглеводных материалов
Пример	Лигноуглеводный материал	Растворимость в хлороформе, %	Содержание связанных ацетильных групп, %
1	Древесина осины	26	28.5
7	Древесина березы	10	10.2
8	Древесина сосны	14	11.8
9	Подсолнечная лузга	19	13.9
10	Костра льна	14	11.4
Таблица 3.
Свойства ацетатов древесины осины
Пример	Количество уксусного ангидрида, моль/моль ОН групп древесины	Растворимость в хлороформе, %	Содержание связанных ацетильных групп, %
1	1.0	26	28.5
11	0.5	18	21.2
12	1.5	37	33.8
13	2.0	45	34.5
14	2.5	56	35.7
15	3.0	68	36.2
Таблица 4.
Свойства ацетатов древесины осины
Пример	Количество катализатора (сульфат аммония), % от массы сырья	Растворимость в хлороформе, %	Содержание связанных ацетильных групп, %
Без катализатора	-	13	12.5
1	20	26	28.5
16	5	13	14.0
17	10	20	23.7
18	30	29	32.1
19*	20*	25	26.3
* - катализатор - перхлорат магния.

Способ ацетилирования лигноуглеводных материалов, включающий обработку исходного материала уксусным ангидридом в присутствии катализатора, отличающийся тем, что обработку осуществляют уксусным ангидридом из расчета 0,5÷3,0 моль на 1 моль гидроксильных групп материала при интенсивном механическом измельчении реакционной смеси при 25°С от 0,5 до 3 ч, а в качестве катализатора используют сульфат аммония в количестве 5÷30% от массы лигноуглеводного материала.