Способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала под воздействием микроволнового излучения



Владельцы патента RU 2393169:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов. Воздушно-сухие опилки лигноуглеводного материала (ЛУМ) обрабатывают в среде пропанола-2 или воды, гидроксидом натрия при мольном соотношении NaOH: ОН-группы ЛУМ, равное 1:1. Затем монохлорацетатом натрия (Na-МХУК) в мольном соотношении Na-МХУК: ОН-группы ЛУМ, равное 0,5:1. Обработку проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц в течение 10-30 с. Полученный продукт отмывают подкисленным минеральной кислотой этанолом и высушивают на воздухе. Изобретение позволяет значительно сократить продолжительность получения карбоксиметилированных производных ЛУМ, получив при этом продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксиметильных групп. Карбоксиметиловые эфиры лигноуглеводных материалов могут быть использованы в различных областях, например в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, сорбентов в строительной индустрии и т.д. 3 табл.

 

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в различных областях, например в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, сорбентов, в строительной индустрии и др.

Известны способы карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, основанные на реакции гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводного материала (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия в щелочной среде.

ЛУМ(ОН)n+mClCH2COOH+2mNaOH→ЛУМ(ОН)n-m(OCH2COONa)m+mNaCl+2mH2O

Для проведения реакции карбоксиметилирования ЛУМ используют различные способы, отличающиеся как методами предварительной обработки ЛУМ, так методами проведения реакции.

Так, в патенте [1] предлагается смешивать лигноуглеводный материал в виде опилок с твердым монохлорацетатом натрия (Na-МХУК), NaOH и водой (гидромодуль составляет ≈0,3). Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению при 20-80°С в течение 0,5-3 ч, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость в воде полученных продуктов - 87,9-96,0%, относительная вязкость щелочных растворов - 1,08-1,30.

В патенте [2] карбоксиметилирование лигноуглеводных материалов осуществляют твердофазным способом в отсутствие воды смешиванием твердых опилок лигноуглеводного материала, Na-МХУК, NaOH. Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению при 10°С в течение 5-30 мин, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость в воде - 61,0-99,0%, относительная вязкость - 1,03-1,07.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов [3], принятый нами за прототип, который заключается в том, что исходный лигноуглеводный материал обрабатывают раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150°С, затем монохлоруксусной кислотой (МХУК) в течение 0,5-4,0 ч при 20-60°С. При этом образуются водорастворимые продукты (на 30-94%) с содержание карбоксиметильных групп 6,2-13,6%.

Основным недостатком прототипа является большая общая продолжительность процесса - от 1 до 10 ч. Также в прототипе предусматривается применение в качестве карбоксиметилирующего реагента МХУК, которая является более гигроскопичной, чем Na-МХУК, что снижает технологичность процесса.

Сущность заявляемого способа карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов под воздействием микроволнового излучения заключается в том, что для осуществления предлагаемого способа карбоксиметилирования используется микроволновое излучение мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц. В качестве реактора используется бытовая микроволновая печь. При этом при значительном сокращении продолжительности процесса образуются продукты, имеющие более высокое, по сравнению с прототипом, содержание карбоксиметильных групп (КМГ). В этом и состоит технический результат изобретения.

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов под воздействием микроволнового излучения осуществляется следующим образом.

К навеске древесины (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность) или пропанол-2 (35 мл); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек. После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек или выдерживают при температуре 60°С в течение 1 ч.

Полученный продукт сушат на воздухе и затем отмывают 70%-ным этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра. Оптимальные соотношения реагентов (древесина, NaOH, Na-МХУК) при проведении процесса выбраны на основании результатов работы [4].

В качестве примера исходного ЛУМ используют древесину сосны с фракцией опилок 0,63-0,315 мм с влажностью до 5%. По нашим данным исходная древесина сосны в среднем содержит 48% целлюлозы, 27% лигнина. Общим для прототипа и заявляемого изобретения является карбоксиметилирование лигноуглеводного материала. В качестве исходного сырья для карбоксиметилирования используют ЛУМ без разделения их на отдельные гидроксилсодержащие компоненты.

Данное изобретение отличается от прототипа:

1) предварительную обработку NaOH проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек;

2) в качестве карбоксиметилирующего реагента используют Na-МХУК;

3) в качестве реакционной среды используется вода;

4) стадию карбоксиметилирования проводят под воздействием микроволнового излучения мощностью 210-800 Вт в течение 10-30 сек.

Способ поясняется примерами.

Пример 1-3. К навеске древесины сосны (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины - 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 800 Вт в течение 10-30 с. После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины - 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и выдерживают при температуре 600°С в течение 1 ч. Полученный продукт сушат на воздухе и затем отмывают 70%-ным этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра. В продукте определяют содержание карбоксиметильных групп методом кондуктометрического титрования. Свойства карбоксиметиловых эфиров древесины сосны приведены в таблице 1.

Сравнение содержания КМГ в продуктах карбоксиметилирования свидетельствует, что обработка микроволновым излучением в течение 20-30 с способствует их увеличению их содержания, по сравнению с продуктом полученным без такой обработки.

Примеры 4-10. К навеске древесины (5 г) прибавляют пропанол-2 (35 мл); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины - 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-700 Вт в течение 20-30 сек (стадия I). После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины - 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-700 Вт в течение 20-30 сек. (стадия II). Выделение продуктов проводят аналогично примерам 1-3. Свойства продуктов представлены в таблице 2.

Примеры 11-25. К навеске древесины (5 г) прибавляют дистиллированную воду (2,5 мл) (50% влажность); добавляют предварительно измельченный NaOH (2,9 г) (1 моль ОНдревесины - 1 моль NaOH), энергично перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 20-30 сек (стадия I). После этого добавляют Na-МХУК (4,3 г) (1 моль ОНдревесины - 0,5 моль Na-МХУК), тщательно перемешивают и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт в течение 20-30 сек (стадия II). Выделение продуктов проводят аналогично примерам 1-3. Свойства продуктов представлены в таблице 3.

Из представленных данных следует, что предлагаемый способ карбоксиметилирования ЛУМ позволяет значительно снизить общую продолжительность карбоксиметилирования (с 1-10 ч до 1 мин), при этом получая продукты со сравнимым содержанием КМГ или более высоким. Следует отметить, что осуществление способа карбоксиметилирования в среде воды приводит к получению продуктов с более высоким содержанием КМГ, чем при проведении процесса в среде пропанола-2.

Таблица 1
Свойства карбоксиметилированной древесины сосны, подвергнутой микроволновому излучению на стадии обработки NaOH
№ примера Продолжительность микроволнового излучения, сек КМГ, %
  Без предобработки 13,4
1 10 8,5
2 20 14,9
3 30 15,1
Таблица 2
- Свойства продуктов реакции карбоксиметилирования в сред пропанола-2 в зависимости от продолжительности и мощности обработки микроволновым излучением
№ примера Продолжительность микроволнового излучения на разных стадиях, сек Мощность излучения, Вт Содержание КМГ, %
I II    
4 20 20 700 6,8
5 20 20 560 9,3
6 20 20 360 11,0
7 20 20 210 10,5
8 30 30 700 10,2
9 30 30 560 8,4
10 30 30 360 7,1
Таблица 3
Свойства продуктов реакции карбоксиметилирования в среде воды в зависимости от продолжительности и мощности обработки микроволновым излучением
№ примера Продолжительность микроволнового излучения на разных стадиях, сек Мощность излучения, Вт Содержание КМГ, %
I II    
11 20 20 800 27,1
12 20 20 700 25,9
13 20 20 560 18,9
14 20 20 350 11,6
15 20 20 210 ИД
16 20 30 800 20,9
17 20 30 700 20,4
18 20 30 560 17,7
19 20 30 350 13,5
20 20 30 210 13,6
21 30 30 800 25,3
22 30 30 700 22,5
23 30 30 560 18,0
24 30 30 350 16,2
25 30 30 210 14,2

Библиографический список

1. Патент №2131884 (Россия) Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов /Базарнова Н.Г., Маркин В.И., Галочкин А.И., Токарева И.В./ Опубл. 1999.06.20. Бюл. №17.

2. Патент №2135517 (Россия) Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Базарнова Н.Г., Токарева И.В., Галочкин А.И., Маркин В.И. / Опубл. 1999.08.27. Бюл. №24

3. Патент №2130947 (Россия) Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Галочкин А.И., Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Заставенко Н.В., Крестьянникова Н.С./ Опубл. 1999.05.27. Бюл. №15.

4. Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Галочкин А.И., Захарова В.В. Исследование реакции карбоксиметилирования древесины осины методом полного факторного эксперимента // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1998. Вып.5. С.108-111.

Способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала под воздействием микроволнового излучения, заключающийся в том, что воздушно-сухие опилки лигноуглеводного материала в среде пропанола-2 обрабатывают гидроксидом натрия, отличающийся тем, что при взаимодействии с гидроксидом натрия мольное соотношение NaOH: ОН-группы ЛУМ - 1:1, а затем с монохлорацетатом натрия, мольное соотношение Na-МХУК: ОН-группы ЛУМ - 0,5: 1, проводят обработку микроволновым излучением мощностью 210-800 Вт на частоте 2,45 гГц по 10-30 с, в качестве реакционной среды также используют воду, затем продукт отмывают подкисленной минеральной кислотой, этанолом и высушивают на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов.

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ), которые используются в качестве сорбентов. .

Изобретение относится к области получения производных целлюлозы, а именно к установке получения простого эфира целлюлозы - натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ).

Изобретение относится к получению водорастворимой ассоциативной карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), которая проявляет уникальные и в высокой степени благоприятные реологические и эксплуатационные свойства, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической промышленности, при производстве персональных средств ухода, бумаги, строительных и конструкционных материалов, на нефтепромыслах и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к синтезу водорастворимых производных целлюлозы, в частности к способам получения простых смешанных эфиров целлюлозы, которые находят применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области получения высокомолекулярных веществ, а именно к способам получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (далее - КМЦ), и может найти применение в современных технологиях бумажной, текстильной, пищевой, фармацевтической промышленности в качестве загустителя и эмульгатора и особенно в нефте-, газодобывающей промышленности в качестве агента стабилизации буровых растворов.
Изобретение относится к области получения высокомолекулярных веществ, а именно натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с высокими степенями замещения, характеризуемой равномерным распределением карбоксиметильных групп - полианионной целлюлозы ПАЦ, нашедшей применение в качестве загустителя и эмульгатора в бумажной, текстильной, нефтегазодобывающей промышленности.

Изобретение относится к получению производных целлюлозы - конкретно к получению натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного сырья, содержащего целлюлозу, без ее отделения от присутствующих в тканях растений лигнина, липидов и смолистых веществ.
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводного материала и предназначено для получения карбоксиметилового эфира лигноуглеводного материала

Изобретение относится к способу получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов для использования в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности
Изобретение относится к способу карбоксиметилирования торфа с получением карбоксиметиловых эфиров торфа для использования их в качестве гуминовых ростостимулирующих препаратов и поверхностно-активных веществ, в частности буровых и флотационных реагентов
Изобретение относится к области получения высокомолекулярных соединений и предназначено для получения целлюлозы, используемой в качестве сырья в химической промышленности, а также в текстильной, бумажной, строительной и других отраслях, и для получения карбоксиметилцеллюлозы, используемой в качестве стабилизатора растворов при бурении нефтяных и газовых скважин, в горно-химической промышленности, в качестве антиресорбентов в составе синтетических моющих средств, а также в других отраслях промышленности
Изобретение относится к получению низковязкой натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, которую используют в качестве агента стабилизации буровых растворов в нефте- и газодобывающих производствах

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов в виде калиевых солей. Лигноуглеводный материал в водной среде обрабатывают гидроксидом калия (КОН) при температуре 30-80°C в течение 30-120 мин; добавляют монохлоруксусную кислоту (МХУК) и выдерживают в течение 30-120 мин при температуре 30-80°C, после чего продукт отмывают подкисленной уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе. Изобретение позволяет получить продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксильных групп (9,6-21,3%) и умеренной растворимостью в воде (16-52%). Карбоксиметиловые эфиры лигноуглеводных материалов в виде калиевых солей могут быть использованы в различных областях, например, в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности и сорбентов тяжелых металлов. 1 табл.

Изобретение относится к химическому модифицированию целлюлозы и предназначено для получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Порошковую целлюлозу растворяют в расплаве соли LiClO4·3H2O под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт с получением раствора концентрации от 1,6 до 3,2%; добавляют NaOH в мольном соотношении целлюлоза : NaOH, равное 0,003-0,006:0,06, и воздействуют микроволновым излучением мощностью 560-700 Вт в течение от 30 до 40 сек и далее обрабатывают монохлорацетатом натрия при мольном соотношении целлюлоза : монохлорацетат натрия, равное 0,003:0,03, при воздействии микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение от 30 до 40 сек. Изобретение сокращает продолжительность процесса карбоксиметилирования, получается продукт, характеризующийся высокими степенями замещения, степенью полимеризации и растворимостью в воде. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы может быть использована в различных областях, в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности, а также и фармацевтической промышленности. 1 табл.

Изобретение относится к химическому модифицированию целлюлозы и предназначено для получения карбоксиметилцеллюлозы, может быть использовано в качестве реагентов для бурения нефтяных и газовых скважин, в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горно-перерабатывающей промышленности, а также фармацевтической промышленности. Способ карбоксиметилирования целлюлозы заключается в том, что порошковую целлюлозу растворяют в N,N-диметилацетамиде и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, охлаждают до 100°C и добавляют хлорид лития LiCl, смесь охлаждают до комнатной температуры и перемешивают в течение 8 ч, прибавляют NaOH и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, затем добавляют монохлоруксусную кислоту и подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 60 с, высаживают в 70%-ный этиловый спирт, отфильтровывают и промывают этанолом, подкисленным уксусной кислотой, высушивают на воздухе. Изобретение позволяет значительно сократить продолжительность процесса карбоксиметилирования и получить продукт, характеризующийся высокими степенью замещения, степенью полимеризации и растворимостью в воде. 1 табл.

Изобретение относится к растворимому в воде простому эфиру целлюлозы, который содержит: (i) один или несколько заместителей, выбранных из группы, которую составляют метил, гидроксиэтил и гидроксипропил, (ii) один или несколько неионных гидрофобных заместителей с ациклическими или циклическими, насыщенными или ненасыщенными, разветвленными или линейными углеводородными группами, содержащими по меньшей мере 8 атомов углерода, и (iii) один или несколько катионных, третичных аминных или анионных заместителей, причем среднее число моль одного или нескольких гидрофобных заместителей на 1 моль ангидроглюкозных звеньев составляет от 0,007 до 0,025, при этом среднемассовая молекулярная масса простого эфира целлюлозы составляет по меньшей мере 750000, и при этом простой эфир целлюлозы имеет остаточную динамическую вязкость %η80/25, составляющую по меньшей мере 30%, где %η80/25=[динамическая вязкость раствора при 80°C/динамическая вязкость раствора при 25°C]×100, причем, динамическая вязкость раствора при 25°C и 80°C измерена в 1% водном растворе. Растворимый в воде простой эфир целлюлозы является полезным для модификации вязкости композиции, выбранной из группы, которую составляют текучие среды для обслуживания буровых скважин, цементирующие композиции, керамические материалы, текучие среды для обработки металлов и смазочно-охлаждающие текучие среды. Простые эфиры целлюлозы проявляют повышенную устойчивость к тепловому разжижению. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к новым производным анионных полисахаридов, частично функционализированных по меньшей мере двумя вицинальными гидрофобными группами, причем указанные гидрофобные группы, являющиеся одинаковыми или разными, связаны с по меньшей мере трехвалентным радикалом или промежуточной группировкой. Изобретение относится также к способам их синтеза. Изобретение относится также к использованию полисахаридов, функционализированных по настоящему изобретению, для стабилизации протеиновых активных веществ, где активное вещество выбрано из группы, в которую входят белки, гликопротеины, пептиды и непептидные терапевтические соединения. 2 н. и 19 з.п. ф-лы,15 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2010-06-27 2013-03-20T20:00:10
Наверх