Способ карбоксиметилирования целлюлозы в гомогенной среде под воздействием микроволнового излучения

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.