Способ карбоксиметилирования целлюлозы в гомогенной среде под воздействием микроволнового излучения


 


Владельцы патента RU 2565216:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" (RU)

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 области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей карбоксиметилцеллюлозы, используется 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, а также в фармацевтической и пищевой промышленности.

Известны суспензионные способы натриевой соли карбоксиметилирования целлюлозы в среде воды, спиртов и других органических растворителей [1, 2], которые предполагают суспендирование целлюлозы в среде растворителя и дальнейшее проведение процесса карбоксиметилирования в одну или две стадии в условиях термического нагрева.

Данным способом получают карбоксиметилцеллюлозы со степенью замещения (СЗ) 0,8-1,2.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению относится гомогенный способ получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в расплаве LiClO4·3H2O [3] - прототип, который включает растворение 0,5 г целлюлозы в расплаве (30 г) соли LiClO4·3H2O в течение некоторого времени. Затем добавляют 2,47 г NaOH и 3,59 г монохлорацетата натрия. Смесь выдерживают при температуре 95-100°C на водяной бане при постоянном перемешивании в течение 4 ч. Полученный продукт высаживают в 70%-м этиловом спирте, промывают 70%-м этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации уксусную кислоту. Продукт отфильтровывают и высушивают. Данный способ позволяет получить продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксильных групп (СЗ=1,18).

К недостаткам прототипа следует отнести следующее - длительное время проведения процесса карбоксиметилирования (4 ч).

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с использованием микроволнового излучения, позволяет получить водорастворимый продукт, характеризующийся высоким содержанием карбоксиметильных групп (высокой СЗ) за значительно более короткое время. Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность процесса растворения целлюлозы в ≈10-20 раз, а общую продолжительность процесса карбоксиметилирования более чем в 200 раз. В этом и состоит технический результат изобретения.

Способ осуществляется следующим образом. Порошковую целлюлозу добавляют в неорганическую соль LiClO4·3Н2О и выдерживают в течение 3-6,5 мин под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт, пока целлюлоза полностью не растворится в расплаве соли. Затем добавляют 2,47 г NaOH и выдерживают 30-40 сек под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт. Затем добавляют 3,59 г монохлорацетата натрия и выдерживают 30-40 сек под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт. Полученный продукт высаживают в 70%-м этиловом спирте, промывают 70%-м этиловым спиртом, добавляя для нейтрализации уксусную кислоту. Высушивают на воздухе.

Общим для прототипа и заявляемого изобретения является карбоксиметилирование целлюлозы в расплаве соли LiClO4·3H2O. Данное изобретение отличается от прототипа:

1) Использованием микроволнового излучения на стадии растворения целлюлозы в расплаве соли LiClO4·3H2O;

2) Двухстадийностью процесса карбоксиметилирования (последовательное добавление NaOH и монохлорацетата натрия);

3) Использованием микроволнового излучения на стадии обработки NaOH и стадии взаимодействия с монохлорацетатом натрия.

Способ поясняется примерами.

Пример 1.

В коническую колбу помещают навеску 30 г твердой соли LiClO4·3H2O и 0,5 г порошковой целлюлозы (Полицелл ПЦС), снабжают мешалкой и подвергают воздействию МВИ мощностью 560 Вт в течение 6,5 мин до полного растворения целлюлозы. Полученную смесь обрабатывают 2,47 г NaOH и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 560 Вт, в течение 30 сек. Затем добавляют 3,59 г монохлорацетат натрия и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 560 Вт, в течение 30 сек. Полученный продукт высаживают в 70%-м этиловом спирте. Отфильтровывают и промывают 70%-м этиловым спиртом, 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.

Так же, как в примере 1, только мощность микроволнового излучения на всех стадиях 700 Вт и продолжительность растворения - 3 мин.

Пример 3.

Так же, как в примере 2, только продолжительность обработки монохлорацетатом натрия 40 сек.

Пример 4.

Так же, как в примере 3, только продолжительность обработки NaOH 40 сек.

Пример 5.

В коническую колбу помещают навеску 30 г твердой соли LiClO4·3H2O и 1 г порошковой целлюлозы (Полицелл ПЦС), снабжают мешалкой и подвергают воздействию МВИ мощностью 700 Вт в течение 3,5 мин до полного растворения целлюлозы. Полученную смесь обрабатывают 2,47 г NaOH и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 700 Вт, в течение 30 сек. Затем добавляют 3,59 г монохлорацетат натрия и подвергают воздействию микроволновым излучением мощностью 700 Вт, в течение 30 сек. Полученный продукт высаживают в 70%-м этиловом спирте. Отфильтровывают и промывают 70%-м этиловым спиртом, 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 в эксикаторе.

В полученных продуктах определяют содержание карбоксиметильных групп степень замещения (СЗ), степень полимеризации (СП), растворимость в воде. Результаты представлены в таблице.

Из представленных данных следует, что предлагаемый способ карбоксиметилирования позволяет не только значительно сократить продолжительность стадии растворения целлюлозы, общую продолжительность процесса карбоксиметилирования, но и получить при этом продукты с более высокой степенью замещения, растворимостью в воде и степенью полимеризации, чем в прототипе.

Библиографический список

1. Патент №2517577 (US). Preparation of carboxyalkyl ethers of cellulose / Klug E.D., Tinsley J.S. / 1950.

2. Григорьева Т.А., Давыдова М.И. Процессы получения КМЦ // Пластические массы. 1981. №11. С.42-43.

3. Fischer S., Thümmler K., Pfeiffer K., Liebert Т., Heinze T. Evaluation of molten inorganic salt hydrates as reaction medium for the derivatization of cellulose // Cellulose. 2002. V.9. N 3-4. Pp.293-300.

Способ карбоксиметилирования целлюлозы в гомогенной среде под воздействием микроволнового излучения, заключающийся в том, что в расплаве соли LiClO4·3H2O целлюлозу обрабатывают NaOH и монохлорацетатом натрия, отличающийся тем, что порошковую целлюлозу растворяют в расплаве соли LiClO4·3H2O под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт, а процесс карбоксиметилирования проводят в две стадии: сначала обрабатывают NaOH и затем монохлорацетатом натрия под воздействием микроволнового излучения мощностью 560-700 Вт в течение от 30 до 40 сек, после чего продукт отмывают подкисленной минеральной кислотой этанолом и высушивают на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу переработки растительной биомассы, включающему ее гидротермомеханическую обработку в жидкой среде при температуре саморазогрева и разделение полученной суспензии на отдельные фракции.
Настоящее изобретение относится к использованию сульфидированного лигнина в качестве противозадирной присадки в смазочной композиции. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение сфер применения сульфидированного лигнина, а также использование сульфидированного лигнина для снижения износа в паре трения колесо - рельс.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ обработки лигноцеллюлозной биомассы.
Изобретение относится к катионной электроосаждаемой композиции покрытия. Катионная электроосаждаемая композиция покрытия содержит водную дисперсию, содержащую пленкообразующую смолу и отвердитель, в которой указанная пленкообразующая смола содержит лигнинсодержащую смолу в катионной солевой форме.

Изобретение относится к переработке растительной биомассы, в частности древесных опилок, стружки, корней, веток и других растительных фрагментов, разделением на целлюлозную, лигниновую и низкомолекулярную фракции.
Изобретение относится к способу модификации гидролизного лигнина путем обработки азотной кислотой. При этом обработку проводят в водно-органосольвентной среде.

Изобретение относится к получению лигнина из лигноцеллюлозной биомассы, а также к снижению засорения лигнином технологического оборудования при переработке лигноцеллюлозной биомассы.
Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения природного термопластичного полимера (варианты). При осуществлении способа (вариант 1) в качестве исходного материала используют гидротропный лигнин, полученный из мискантуса, который смешивают с водой.
Изобретение относится к получению порошковой целлюлозы из целлюлозных материалов. .

Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов в виде калиевых солей.
Изобретение относится к получению низковязкой натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, которую используют в качестве агента стабилизации буровых растворов в нефте- и газодобывающих производствах.
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 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 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 химической модификации лигноуглеводного материала и предназначено для получения карбоксиметилового эфира лигноуглеводного материала. .
Изобретение относится к химической модификации лигноуглеводных материалов (ЛУМ) и предназначено для получения карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов.

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 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.
Наверх