СПОСОБ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК C08B11/12 

Изобретение относится к химической технологии и предназначено для получения натриевых 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 горнодобывающей промышленности.

Известны способы карбоксиметилирования, в которых целлюлозу предварительно активируют щелочью, растворенной в изопропиловом спирте или воде, с последующим отжимом или без него, смешивают с MXУK или Na-MXУK, в результате чего получают водорастворимые продукты [Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. - Л.: Наука, 1988. - 296 с.]. Недостатками этих способов является то, что обязательно необходима предварительная стадия активации целлюлозы, а также то, что растворы щелочи в воде или в изопропаноле необходимо в дальнейшем регенерировать, что приводит к значительному увеличению продолжительности карбоксиметилирования и ухудшает экологическую ситуацию.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению является способ карбоксилирования целлюлозы, в результате которого получается водорастворимая карбоксиметилированная целлюлоза (прототип) [SU 1691363 A1, 1991]. Целлюлозу смешивают с водным раствором гидроокиси натрия и монохлоруксусуной кислоты в присутствии C₂-C₄ алифатического спирта в количестве 0,16 - 1,2 мас. ч. на 1 мас.ч. целлюлозы при (-10)-(+50)^oC, в двушнековом реакторе-смесителе с последующей загрузкой реакционной массы в реактор-дозреватель и выдержкой ее при 70-80^oC в течение 30-120 мин.

Недостатком прототипа является то, что в качестве гидроксилсодержащего сырья используется только целлюлоза, а процесс карбоксиметилирования включает две стадии. В предлагаемом нами изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: вместо целлюлозы используют любой лигноуглеводный материал (древесина различных пород и ее отходы, однолетние растения, тростник, камыш и т.д.), который предварительно не подвергают активации, процесс осуществляется в одну стадию, а его продолжительность составляет 3 часа.

Сущность предлагаемого нами изобретения заключается в том, что лигноуглеводный материал в виде опилок смешивается с твердыми Na-MXУK и NaOH, водой (гидромодуль составляет ≈ 0,3) и подвергают интенсивному механическому измельчению при 20 - 80^oC в течение 0,5 - 3 часов, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукт. Растворимость в воде 87,9-96,0%, относительная вязкость - 1,08 - 1,30.

Структуру полученных продуктов идентифицируют методом ИК-спектроскопии, после того как его отмывают от NaOH и Na-MXУK подкисленным раствором этанола до отрицательной реакции на Cl^- ионы и нейтральной среды по фенолфталеину.

Пример 1.

Навеску тростника Fragmites communis 3 г, 1,7 г NaOH (0,04 моль), 4,4 г Na-MXУK (0,04 моль) и 3 мл H₂O (0,17 моль) (гидромодуль 0,3) выдерживают 3 часа при 60^oC, подвергая измельчению в течение 1 минуты через каждые 15 минут. Продукт реакции высушивают до постоянной массы. Растворимость продукта в воде - 96%, относительная вязкость - 1,19.

Примеры 2 - 4 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при других температурах реакции (табл. 1 и 2 см. в конце описания).

Пример 5.

Навеску тростника Fragmites communis 3 г, 1.7 г NaOH (0,04 моль), 4,4 г Na-MXУK (0,04 моль) и 3 мл H₂O (0,17 моль) (гидромодуль 0,3) выдерживают 0,5 часа при 20^oC, подвергая измельчению в течение 1 минуты через каждые 15 минут. Продукт реакции высушивают до постоянной массы. Растворимость продукта в воде - 91,3%, относительная вязкость - 1,3.

Примеры 6 - 8 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при разной продолжительности реакции (табл. 2).

Пример 9.

Навеску опилок древесины осины 3 г (фракция < 0,385 меш), 1,7 г NaOH (0,04 моль), 4,4 г Na-MXУK (0,04 моль) и 3 мг H₂O (0,17 моль) (гидромодуль 0,3) выдерживают 3 часа при 60^oC, подвергая измельчению в течение 1 минуты через каждые 15 минут. Продукт реакции высушивали до постоянной массы. Растворимость в воде - 94,0%, относительная вязкость - 1,10.

Пример 10.

Навеску опилок древесины сосны 3 г (фракция < 0,385 меш, проэкстрагированные спирто-бензольной смесью), 1,7 г NaOH (0,04 моль), 4,4 г Na-MXУK (0,04 моль) и 3 мл H₂O (0,17 моль) (гидромодуль 0,3) выдерживают 3 часа при 60^oC, подвергая измельчению в течение 1 минуты через каждые 15 минут. Продукт реакции высушивали до постоянной массы. Растворимость в воде - 87,9%, относительная вязкость - 1,08.

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов заключается в том, что лигноуглеводный материал в виде опилок подвергают механохимической обработке смесью натриевой соли монохлоруксусной кислоты, гидроксида натрия, воды в течение 0,5-3,0 ч при 20-80^oС. Способ позволяет получить продукты с более широким спектром свойств при минимальной длительности процесса получения. 2 табл.

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигноуглеводные материалы обрабатывают натриевой солью монохлоруксусной кислоты, гидроксидом натрия и водой, отличающийся тем, что исходный материал без предварительной активации подвергают механохимической обработке смесью натриевой соли монохлоруксусной кислоты, гидроксида натрия, воды в течение 0,5 - 3,0 ч при 20 - 80^oC.