СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1998 года по МПК D21C1/04 C08B15/02 

Изобретение относится к изготовлению производных целлюлозы и касается способа получения микрокристаллической целлюлозы, которая может быть использована в качестве наполнителя в химико-фармацевтической и пищевой отраслях промышленности.

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы для указанных целей с помощью гидролиза естественной или гидратной целлюлозы 2,5 N соляной кислотой при 105^oC до образования целлюлозы с предельной степенью полимеризации. Полученный продукт подвергается механическому размельчению и в виде тонкого белого порошка используется в качестве наполнителя в пищевой, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности (US патент 2978446, кл. 260-212, оп. 1960).

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы с помощь гидролиза целлюлозы растворами серной или разбавленной соляной кислоты обычно 0,5%-ной в автоклаве при 110-130^oC в течение 60-90 мин. Продукт гидролиза состоит из кристаллической фракции исходного материала без разрушения его волокнистой структуры. Для полного деления и гомогенизации микрокристаллов продукт после гидролиза подвергается тонкому измельчению в коллоидной мельнице в водной среде (Andres A.S. Animicale industria. Vol 15. Enera Vekrecu, 1967).

Известен способ (прототип) получения микрокристаллической целлюлозы, при котором стадия дезагрегации является химической, а в качестве реагентов используют серную кислоту для гидролиза и пероксид водорода для повышения белизны. В качестве исходного сырья используют целлюлозу для химической переработки белизной 85%. Процесс проводят путем обработки исходного сырья в виде 5%-ной суспензии в среде 1%-ной серной или соляной кислоты в течение 20-45 мин (не считая время разогрева) при 120-160^oC в автоклаве. Затем целлюлозу отделяют от гидролизата, промывают водой, разбавляют водой до концентрации 10%, подщелачивают и отбеливают пероксидом водорода концентрацией 5 г/дм³ при pH 9, температуре 90^oC, очищают и высушивают. Выход микрокристаллической целлюлозы 88% (SU 897912, кл. D 21 C 1/04, оп. 1982).

Недостатками способа являются использование относительно дорогой облагороженной целлюлозы, наличие двух стадий химического воздействия, работа с высокими температурами и под избыточным давлением.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологического процесса и использование сырья более низкого качества - беленой лиственной сульфатной целлюлозы белизной 65-84%.

Существенными признаками изобретения являются обработка исходной целлюлозы белизной от 65% и выше в одну ступень, сочетающая гидролиз и отбелку, использование раствора серной и пероксимоносерной кислоты (ПМС) с концентрацией 2,5-10% и 0,48-3% соответственно в качестве гидролизующего и отбеливающего реагента. Обработку ведут при атмосферном давлении и температуре кипения смеси 100 - 105^oC в течение 0,5-3,0 ч.

Способ получения микрокристаллической целлюлозы состоит в следующем. Промытую водой беленую целлюлозу, имеющую белизну от 65% и выше, суспендируют в растворе серной и пероксимоносерной кислот или в растворе, содержащем серную кислоту 2,5-10% и пероксид водорода 1,5-10 г/дм³. При концентрации целлюлозы 2,5-6% и температуре кипения раствора суспензию выдерживают в течение 0,5-3,0 ч. Затем массу отделяют от раствора, промывают водой, высушивают. При необходимости гомогенизируют. Гидролизат можно использовать до 4-5 раз, добавляя свежий раствор.

Химическая чистота микрокристаллической целлюлозы в значительной степени характеризуется отсутствием в ней хромофорных примесей и хромофорных (окисленных) групп, т. е. белизной материала. Предлагаемый одноступенчатый способ обработки сочетает гидролиз и отбелку целлюлозы и обеспечивает более высокую белизну микрокристаллической целлюлозы, чем аналоги, при использовании низкосортного сырья. Предлагаемый способ обладает большей эффективностью, так как гидролизующее действие пероксимоносерной кислоты (ПМС) более сильное, чем серной. ПМС образуется во время реакции пероксида водорода и серной кислоты.

Пример 1. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы массой 50 г (по абс.сух. волокну) дезинтегрируют в воде, обезвоживают на воронке Бюхнера до 4-5-кратного веса и переносят в колбу на 2 дм³, заливают подогретый до 70-80^oC раствор серной кислоты, содержащий пероксимоносерную кислоту, до общего объема 1 дм³. После смешения компонентов при перемешивании суспензии целлюлозы концентрация реагентов эквивалентна 10% серной кислоты и 1% пероксида водорода (эквивалентна 3% ПМС). Колбу подогревают до температуры кипения и выдерживают в течение 60 мин, затем снимают с подогревателя, охлаждают до 60-80^oC и на воронке Бюхнера с фильтром отделяют гидролизат для повторного использования. Осадок микрокристаллической целлюлозы промывают водой до нейтральной реакции, высушивают при температуре до 60^oC, подвергают легкому размолу. Показатели исходной целлюлозы: СП (степень полимеризации) 900; белизна 83%. Показатели МКЦ: выход 87%; СП 180 (кадоксен); плотность до/после встряхивания О,17/0,34 г/см³; ситовой анализ по ГОСТ 3584-73: частиц размером менее 160 мкм - 90,2%. Белизна - 89,4%.

Пример 2. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы массой 50 г обрабатывают как в примере 1. В качестве рабочего раствора используют отработанный раствор (пример 1), добавляя в него по 1/3 части от исходной концентрации серной кислоты и пероксимоносерной кислоты. Показатели МКЦ: выход 88%; СП 190 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,16/0,34 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 89,7%. Белизна - 87,0%.

Пример 3. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы массой 50 г обрабатывают как в примере 2. В качестве рабочего раствора используют отработанный раствор после двух обработок (от обработки по примеру 2), добавляя в него по 1/3 части от исходной концентрации серной кислоты и пероксимоносерной кислоты. Показатели МКЦ: выход 89%; СП 200 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,16/0,32 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 88,7%. Белизна - 86,5%.

Пример 4. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы массой 50 г обрабатывают как в примере 1 при концентрации серной кислоты 2,5% и пероксимоносерной 0,16% в единицах пероксида водорода. Продолжительность обработки 3 ч. Остальные условия - по примеру 1. Показатели МКЦ: выход 91%; СП 250 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,11/0,25 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 87%. Белизна - 86,3 %.

Пример 5. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы белизной 70% массой 50 г обрабатывают как в примере 1 при концентрации серной кислоты 5% и пероксимоносерной 0,5% в единицах пероксида водорода. Продолжительность обработки 3 ч. Остальные условия - по примеру 1. Показатели МКЦ: выход 90%; СП 220 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,13/0,27 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 88%. Белизна - 87,5%.

Пример 6. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы белизной 65% массой 50 г обрабатывают как в примере 1 при концентрации серной кислоты 5% и пероксимоносерной 1,0 % в единицах пероксида водорода. Продолжительность обработки 1 ч. Остальные условия - по примеру 1. Показатели МКЦ: выход 90%; СП 210 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,14/0,28 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 88%. Белизна - 89,0%.

Пример 7. Навеску воздушно-сухой лиственной сульфатной целлюлозы белизной 80% массой 25 г обрабатывают как в примере 1 при концентрации серной кислоты 10% и пероксимоносерной 1,0% в единицах пероксида водорода путем кипячения смеси общим объемом 1 дм³ в течение 0,5 ч. Показатели МКЦ: выход 90,5%; СП 220 (кадоксен); плотность до/после встряхивания 0,14/0,28 г/см³; ситовой анализ: частиц размером менее 160 мкм - 87%. Белизна - 88%.

Способ касается изготовления производных целлюлозы и может быть использован в химико-фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Исходную целлюлозу белизной от 65% и выше подвергают одновременному гидролизу и отбелке в растворе серной и пероксимоносерной кислот при концентрации 2,5-10% и 0,48-3% соответственно при атмосферном давлении и температуре 100-105^oC в течение 0,5-3 ч. Отработанный раствор можно использовать повторно при добавлении к раствору по 1/3 части от исходной концентрации серной кислоты и пероксимоносерной кислоты. Предложенный способ позволяет упростить технологию процесса и использовать сырье низкого качества. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролиз целлюлозы в растворе минеральных кислот и ее отбелку при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве исходной целлюлозы используют целлюлозу белизной от 65% и выше, гидролиз и отбелку ведут одновременно в растворе серной и пероксимоносерной кислот при концентрации 2,5-10% и 0,48-3% соответственно при атмосферном давлении и температуре 100-105^oC в течение 0,5-3 ч. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный раствор используют повторно при добавлении к раствору по 1/3 части от исходной концентрации серной кислоты и пероксимоносерной кислоты.