Способ получения порошковой целлюлозы


 


Владельцы патента RU 2478664:

Учреждение Российской академии наук Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к получению порошковой целлюлозы из целлюлозных материалов. Способ включает деструкцию целлюлозного материала путем воздействия на него раствора кислоты Льюиса с применением органического растворителя при перемешивании. Процесс деструкции осуществляют при низкой концентрации раствора кислоты Льюиса с применением минимального количества органического растворителя. Продукт отмывают и сушат. В качестве целлюлозного материала используют различные виды лигноцеллюлозных материалов, получаемых из древесных полуфабрикатов в процессе их переработки на целлюлозно-бумажных предприятиях, солому злаковых культур, макулатурное сырье. Полученная порошковая целлюлоза обладает повышенной химической реакционной способностью и может быть использована в аналитической химии, косметической и фармацевтической промышленности, для модификации целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов и при получении их производных для специальных целей. 2 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области получения порошковой целлюлозы - тонкодисперсного целлюлозного материала - с повышенной химической реакционной способностью и может быть использовано в аналитической химии, косметической и фармацевтической промышленности, технике, для модификации целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов и при получении их производных для специальных целей.

Известен способ деструкции хлопковой целлюлозы 0,1-1,0% раствором кислоты Льюиса при 20-76°C в органическом растворителе при жидкостном модуле 1:100 с последующими промывкой и сушкой целевого продукта [а.с. СССР 507584, опубл. 25.03.76, бюл. 11]. К недостаткам способа следует отнести большой расход органических растворителей при сравнительно малой навеске целлюлозы (большой жидкостной модуль).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности является способ получения порошкообразной целлюлозы из хлопкового волокна обработкой 0,1-1,0%-ными растворами кислот Льюиса в нейтральных или протонодонорных растворителях и подвергнутой термообработке при 70-100°C в течение 1-3 ч, с дальнейшей промывкой и сушкой целевого продукта [а.с. СССР 730692, опубл. 30.04.80, бюл. 16]. К недостаткам данного способа относится использование для деструкции целлюлозы дорогостоящего ценного растительного сырья - хлопка (или медицинской ваты), целлюлозные волокна которого имеют наибольшую молекулярную массу по сравнению с целлюлозой, получаемой из других видов растительного сырья. Массовая доля α-целлюлозы в хлопке достигает 99%, что приводит к его высокой механической прочности, химической и термической стойкости, и, соответственно, - низкой реакционной способности. Для проведения глубокой деструкции хлопковой целлюлозы, имеющей большой размер макромолекулы, помимо высокого соотношения «кислота Льюиса:целлюлоза» необходимы продолжительное время термообработки (до 180 мин).

Макромолекулы древесной и травянистой целлюлозы, в силу их меньшей длины, легче подвергаются деструкции, чем макромолекулы целлюлозы хлопка, что позволяет получать конечный продукт в более щадящих условиях.

Использование древесного либо травянистого сырья, а также вторичного (макулатурного) сырья для получения порошковой целлюлозы позволяет существенно удешевить процесс деструкции и придать целлюлозному материалу новые свойства благодаря наличию в нем наряду с целлюлозой сопутствующих веществ, важнейшим из которых является лигнин. Порошковая целлюлоза из лигноцеллюлозного материала отличается повышенной химической реакционной способностью, что является приоритетной характеристикой для ряда отраслей промышленности.

В качестве источника лигноцеллюлозных материалов целесообразно применять различные виды древесных полуфабрикатов, производимых в результате основного технологического процесса переработки древесного сырья на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности: химико-термомеханическую (ХТММ), термомеханическую (ТММ) и др. виды древесной массы, а также некондиционную целлюлозу лиственных и хвойных пород древесины; травянистый сырьевой материал, а именно: солому злаковых культур; макулатурную массу.

Задачей изобретения является получение порошковой целлюлозы путем воздействия кислот Льюиса на лигноцеллюлозный материал из древесного, травянистого сырьевого материала, а именно соломы злаковых культур, макулатурной массы, с применением минимального количества органических растворителей и отличающийся от исходного сырья повышенной химической реакционной способностью, что актуально, например, в реакциях этерификации.

Предлагаемый способ позволяет получать порошковую целлюлозу с повышенной реакционной способностью из лигноцеллюлозных материалов, получаемых в результате основного технологического процесса переработки древесного сырья на целлюлозно-бумажных предприятиях (не подвергая его предварительной дополнительной активации и сохранением большей части лигнинной составляющей); из травянистого сырьевого материала, а именно соломы злаковых культур;

макулатурной массы. В этом состоит технический результат.

Технический результат достигается тем, что способ получения порошковой целлюлозы из целлюлозных материалов, включающий деструкцию путем воздействия на них растворов кислот Льюиса с применением органического растворителя при перемешивании и последующей отмывкой и сушкой целевого продукта, согласно изобретению, в качестве целлюлозного материала используют различные виды лигноцеллюлозных материалов, получаемых из древесных полуфабрикатов в процессе их переработки на целлюлозно-бумажных предприятиях, солому травянистых растений, макулатурное сырье, процесс деструкции осуществляют при низкой концентрации раствора кислоты Льюиса с применением минимального количества органического растворителя.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Для установления оптимальных условий получения порошковой целлюлозы варьируют величину концентрации и вид кислоты Льюиса в различных органических растворителях, жидкостной модуль, температуру и продолжительность обработки лигноцеллюлозного материала деструктирующим раствором, интенсивность перемешивания, а также условия сушки получаемого продукта деструкции (см. табл.1).

Пример 1. Навеску воздушно-сухой целлюлозы из хвойных пород древесины массой 2,500 г (масса абсолютно сухого образца составляет 2,405 г) с начальной СПср 1310, содержанием лигнина 5,7% заливают 50 см3 свежеприготовленного раствора TiCl4 в гексане с концентрацией 18,0 ммоль/дм3 (жидкостной модуль 21:1) и выдерживают при температуре 20°C и перемешивании в течение 10 мин. Затем целлюлозу (в виде порошка) переносят на стеклянный фильтр, отжимают, промывают гексаном, инклюдируют этанолом и высушивают.

Продукт деструкции - тонкодисперсный порошок бежевого цвета, без запаха, отличается сыпучестью без дополнительного размола. СПср=260, содержание лигнина 3,7%.

Пример 2. Навеску воздушно-сухой целлюлозы из лиственных пород древесины массой 1,65 г с начальной СПср 580, содержанием лигнина 0,6% заливают 100 см3 свежеприготовленного раствора AlCl3 в тетрахлорметане с концентрацией 3,5 ммоль/дм3 (жидкостной модуль 25:1) и выдерживают 30 мин при температуре 77°C.

Высушивание готового образца проводят при различных температурных условиях: одну часть оставляют на воздухе при температуре 22°C (продукт деструкции - коротковолокнистая целлюлоза бежевого цвета, СП=340), другую часть помещают в закрытом бюксе в сушильный шкаф при температуре 100°C на 60 мин (продукт деструкции - тонкодисперсный порошок светло-бежевого цвета, СП=140).

Пример 3. Навеску воздушно-сухого образца ХТММ массой 3,239 г (масса абсолютно сухого образца составляет 2,999 г), содержанием лигнина 31,2% заливают 60 см3 свежеприготовленного раствора TiCl4 в гексане с концентрацией 33,3 ммоль/дм3 (жидкостной модуль 19:1) и выдерживают при температуре 68°C в течение 30 мин. Затем продукт (в виде порошка) переносят на стеклянный фильтр, отжимают, промывают гексаном, инклюдируют этанолом и высушивают.

Продукт деструкции - тонкодисперсный порошок темно-бежевого цвета, без запаха, отличается сыпучестью без дополнительного размола. СПср=150 (выделенной целлюлозы по Кюршнеру), содержание лигнина 27,4%.

Пример 4. Навеску воздушно-сухого образца газетной бумаги облагороженной массой 0,155 г (коэффициент сухости 0,95%), содержанием лигнина 22,9% заливают свежеприготовленным раствором TiCl4 в гексане с концентрацией 36,0 ммоль/дм3 и выдерживают при температуре 23,5°C в течение 30 мин. Затем продукт (в виде порошка) переносят на стеклянный фильтр, отжимают, промывают гексаном, инклюдируют этанолом и высушивают.

Продукт деструкции - тонкодисперсный порошок серо-бежевого цвета, без запаха, отличается сыпучестью без дополнительного размола. СПср=270.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать тонкодисперсную порошковую целлюлозу, отличающуюся низким значением степени полимеризации (60÷290) и повышенной химической реакционной способностью из древесного, травянистого лигноцеллюлозных материалов, а также макулатурного сырья, используя низкие концентрации растворов кислоты Льюиса (начиная от 0,35 ммоль/дм3) и применяя минимальные количества органического растворителя.

Таблица 1
Исходная целлюлоза Концентрация кислоты Льюиса в растворителе, ммоль/дм3 τ, мин Температура Порошковая целлюлоза
Вид целлюлозы, значение СП Содержание лигнина (по Комарову), % обработки, °C сушки, °C СП Содержание лигнина(по Комарову), %
Лиственная целлюлоза СП 580 0,6 1,7 TiCl4 в гексане 10 69 23 240 -
0,6 0,87 TiCl4 в гексане 60 69 23 190 -
0,6 3,5 АlCl3 в ССl4 60 76 100 60 -
0,6 0,55 АlСl3 в ССl4 60 76 20 310 -
0,6 8,2 TiCl4 в ССl4 30 76 20 170 -
0,6 10,2 АlСl3 в С2Н5ОН 60 78 100 110 -
0,6 50,9 AlBr3 в С2Н5ОН 60 78 20 240 -
Хвойная целлюлоза, СП 1240 3,5 18,0 TiCl4 в гексане 5 69 100 290 2,4
3,5 190 BF3·OEt2 в C2H5OH 30 78 20 160 2,7
Хвойная целлюлоза, СП 1310 5,7 18,0 TiCl4 в гексане 10 20 20 260 3,7
5,7 18,0 TiCl4 в гексане 2 20 20 270 3,7
Солома овса 22,5 3,5 AlСl3 в ССl4 60 76 23 290 18,0
ХТММ 31,2 33,3 TiCl4 в гексане 30 69 23 150 27,4
ТММ 31,9 33,3 TiCl4 в гексане 30 69 23 170 29,0
Газетная бумага облаг. СП 800 22,9 36,0 TiCl4 в гексане 30 23,5 20 270 21,0
Таблица 2
Функциональный состав порошковых целлюлоз
Метод обработки Продолжительность деструкции, мин СП Функциональный состав
Содержание карбонильных групп, % Содержание карбоксильных групп, %
Исходное сырье 0 540 0,02 0,22
Гидролиз НСl 120 230 0,08 0,11
Гидролиз H2SO4 120 240 0,05 0,15
TiCl46Н14 5 350 0,10 0,28
ТiCl46Н14 15 280 0,13 0,44
TiCl4-C6H14 60 130 0,18 0,82
TiCl4-CCl4 5 320 0,21 -
TiCl4-CCl4 15 145 0,29 -
TiCl4-CCl4 60 220 0,25 -
АlСl3-CCl4 15 145 0,06 -
АlСl3-CCl4 30 130 0,08 -
АlСl3-CCl4 45 90 0,11 -
АlСl3-CCl4 120 60 0,47 -

Способ получения порошковой целлюлозы из целлюлозных материалов, включающий деструкцию путем воздействия на них растворов кислот Льюиса в органическом растворителе при перемешивании, с последующей отмывкой и сушкой целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве целлюлозного материала используют различные виды лигноцеллюлозных материалов, получаемых из древесных полуфабрикатов в процессе их переработки на целлюлозно-бумажных предприятиях, солому травянистых растений, макулатурное сырье, процесс деструкции осуществляют при низкой концентрации раствора кислоты Льюиса, с применением минимального количества органического растворителя.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к полиолефиновым композитам, содержащим целлюлозные волокна. .

Изобретение относится к композитным продуктам, в частности композитной плите, содержащей гибридные смолы на основе природных кислот. .

Изобретение относится к вспененному элементу с включенным в пеноматериал гидрофильным агентом, образованным из целлюлозы, причем вспененный элемент с введенной в него целлюлозой обладает способностью обратимо поглощать влагу, при этом целлюлоза образована структурным типом кристаллической модификации целлюлозы-II, и доля целлюлозы от полной массы пеноматериала выбирается в диапазоне от 0,1 вес.%, в частности, 5 вес.%, и до 10 вес.%, в частности 8,5 вес.% и содержание влаги во вспененном элементе, начиная с исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы с первыми температурно-влажностными условиями с заданной температурой и относительной влажностью, повышается во время его применения во второй, измененной по сравнению с первой, внешней атмосфере со вторыми температурно-влажностными условиями с более высокой, по сравнению с первыми условиями, температурой и/или более высокой относительной влажностью, и влажность, поглощенная во время применения включенной во вспененный элемент целлюлозой-II, после применения во второй внешней атмосфере снова отдается в первую внешнюю атмосферу через промежуток времени в диапазоне от 1 часа и до 16 часов вплоть до нового достижения исходного значения влажности, соответствующего равновесной влажности относительно первой внешней атмосферы.

Изобретение относится к композитным продуктам, в частности композитной плите, содержащей гибридные смолы на основе природных кислот, а также к способу получения композитного продукта.

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Изобретение относится к технологии производства бумаги, в частности к композиции, используемой при изготовлении бумаги и способу уменьшения пылеобразования и пыления бумаги.
Изобретение относится к получению стабилизаторов, используемых в щебечно-маститочных асфальтобетонных смесях (ЩМАС), предназначенных для дорожного и аэродромного строительства.
Изобретение относится к химической переработке березовой коры с получением бетулина и субериновых кислот. .
Изобретение относится к химической переработке березовой коры с выделением таких продуктов, как бетулин и суберин. .
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводного материала и предназначено для получения карбоксиметилового эфира лигноуглеводного материала. .

Изобретение относится к способу непрерывной гидротермической предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы для получения этанола и других продуктов. .

Изобретение относится к способам получения катализаторов жидкофазного окислительного крекинга и их использованию. .
Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к получению композиционных антикоррозионных лакокрасочных материалов, предназначенных для защиты ржавых металлических поверхностей от коррозии, наносимых непосредственно на ржавую поверхность металла, и получения основы - сорбционных материалов, на базе продуктов переработки природных органических соединений растительного происхождения.

Мастика // 483415
Наверх