Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов

Авторы патента:

C08B11/12 - замещенные карбоксильными группами

Владельцы патента RU 2556933:

федеральное государственное бюджетное 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 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 области химической технологии и предназначено для получения калиевых солей карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов (ЛУМ), которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении, для стабилизации растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горноперерабатывающей промышленности и в качестве сорбентов тяжелых металлов.

Известны способы карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, основанные на протекании реакции гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводного материала (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетатом натрия в щелочной среде [Патент РФ №2131884 /Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Базарнова Н.Г., Маркин В.И., Галочкин А.И., Токарева И.В. / Опублик. 1999.06.20. Бюл. №17.; Патент РФ №2135517 /Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Базарнова Н.Г., Токарева И.В., Галочкин А.И., Маркин В.И. / Опублик. 1999.08.27. Бюл. №24], которые заключаются в обработке исходного растительного сырья (лигноуглеводного материала) монохлорацетатом натрия в среде растворителя (суспензионный способ) или без него (твердофазный способ) с получением водорастворимых продуктов с различным содержанием карбоксиметильных групп.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится - [Патент РФ №2130947/ Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов / Галочкин А.И., Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Заставенко Н.В., Крестьянникова Н.С. / Опублик. 1999.05.27. Бюл. №15], принятый за прототип. Способ получения карбоксиметилированого лигноуглеводного материала включает предварительную обработку лигноуглеводного материала раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150°C, а затем монохлоруксусной кислотой (МХУК) в течение 0,5-4,0 ч при 20-60°C. При этом образуются водорастворимые продукты (на 30-94%) с содержанием карбоксиметильных групп 6,2-13,6%.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее - в качестве основного продукта образуется натриевая соль карбоксиметилированного лигноуглеводного материала, а в качестве реакционной среды используется изопропиловый спирт.

Сущность изобретения заключается в том, что лигноуглеводный материал без предварительного разделения в водной среде обрабатывают гидроксидом калия (КОН) при температуре 30-80°C от 30 до 120 мин; добавляют монохлоруксусную кислоту (МХУК) и выдерживают от 30 до 120 мин при температуре 30-80°C, после чего продукт отмывают подкисленной уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе.

Предлагаемый способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала позволяет получить продукт в виде калиевой соли карбоксиметилированного лигноуглеводного материала. Продукт характеризуется умеренной растворимостью в воде и высоким содержанием карбокиметильных групп. В этом и состоит технический результат изобретения.

Общим для прототипа и заявляемого изобретения является проведение карбоксиметилирования лигноуглеводного материала монохлоруксусной кислотой. В качестве исходного сырья для карбоксиметилирования используют лигноуглеводные материалы без предварительного разделения их на отдельные гидроксилсодержащие компоненты (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы).

Данное изобретение отличается от прототипа:

1) Использованием в качестве растворителя (суспензионной среды) воды;

2) использованием гидроксида калия на стадии обработки лигноуглеводного материала щелочью.

Способ осуществляется в две стадии: I - обработка водным раствором гидроксида калия при температуре от 30 до 80°C в течение от 60 до 120 мин и последующее карбоксиметилирование (стадия II) монохлоруксусной кислотой в течение от 60 до 120 мин при температуре от 30 до 80°C, после чего продукт отмывают подкисленной уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе, и поясняется примерами:

Пример 1.

Навеску опилок древесины сосны (5 г) помещают в фарфоровую ступку, прибавляют 3,9 г предварительно измельченного гидроксида калия растворенного в 50 мл воды; энергично растирают в ступке пестиком и количественно переносят в колбу Эрленмейера и нагревают в течение 2 ч при температуре 60°C (стадия I). Затем добавляют 6,6 г монохлоруксусной кислоты, тщательно перемешивают, до получения однородной массы и нагревают в течение 1 ч при температуре 60°C (стадия II).

Полученный продукт отмывают водным раствором этанола (70%), добавляя для нейтрализации 90%-ную уксусную кислоту, до отрицательной реакции на щелочь по фенолфталеину и на хлорид ионы с раствором нитрата серебра, а затем сушат на воздухе.

Пример 2-4.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только в качестве исходного сырья используется древесина осины, березы и солома пшеницы.

Пример 5.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только температура на стадии I и стадии II 30°C.

Пример 6.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только температура на стадии I и стадии II 80°C.

Пример 7

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только продолжительность стадии I составляет 60 мин.

Пример 8

Способ осуществляют аналогично примеру 7, только продолжительность стадии II составляет 120 мин.

Пример 9

Способ осуществляют аналогично примеру 1, только продолжительность на стадиях I и II составляет по 30 мин.

В полученных продуктах определяют содержание карбоксиметильных групп (КМГ) и растворимость в воде. Результаты представлены в таблице.

Из представленных данных следует, что предлагаемый способ позволяет получать умеренно водорастворимые карбоксиметилированные ЛУМ в виде калиевых солей с высоким содержанием карбоксиметильных групп. Более низкая растворимость калиевых солей карбоксиметилированных лигноуглеводных материалов позволяет рекомендовать в качестве сорбентов тяжелых металлов, по аналогии с карбоксиметилированными лигноуглеводными материалами в виде натриевых солей.

Способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала, заключающийся в том, что карбоксиметилирование лигноуглеводного материала проводят с монохлоруксусной кислотой, отличающийся тем, что процесс осуществляют в две стадии: лигноуглеводный материал без предварительного разделения в водной среде обрабатывают гидроксидом калия (KOH) при температуре 30-80°C в течение 30-120 мин; затем добавляют монохлоруксусную кислоту (МХУК) и выдерживают в течение 30-120 мин при температуре 30-80°C, после чего продукт отмывают подкисленным уксусной кислотой водным этанолом и высушивают на воздухе.

Изобретение относится к получению низковязкой натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, которую используют в качестве агента стабилизации буровых растворов в нефте- и газодобывающих производствах.

Способ получения целлюлозы из недревесного растительного сырья с содержанием нативной целлюлозы не более 50% и способ получения из нее карбоксиметилцеллюлозы // 2448118

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.

Способ карбоксиметилирования торфа // 2446201

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.

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов // 2442794

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.

Способ получения сшитого карбоксиметилированного лигноуглеводного материала // 2436797

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводного материала и предназначено для получения карбоксиметилового эфира лигноуглеводного материала. .

Способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала под воздействием микроволнового излучения // 2393169

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

Способ получения сшитого карбоксиметилированного лигноуглеводного материала // 2387668

Способ получения сшитого карбоксиметилированного лигноуглеводного материала // 2374264

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

Установка для непрерывного получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы // 2356910

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

Растворимая ассоциативная карбоксиметилцеллюлоза, содержащие ее композиции, способ ее получения и применения // 2334762

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.

Способ карбоксиметилирования целлюлозы в гомогенной среде под воздействием микроволнового излучения // 2565216

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.

Способ карбоксиметилирования целлюлозы в среде n,n-диметилацетамид - licl под воздействием микроволнового излучения // 2570079

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.

Текучая среда для обслуживания буровых скважин, содержащая простой эфир целлюлозы // 2574437

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.

Анионные полисахариды, функционализированные по меньшей мере двумя гидрофобными группами, связанными с по меньшей мере трехвалентной промежуточной группировкой // 2575460

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.