СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМОЙ ХЛОПКОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2000 года по МПК D21C5/00 D01C1/00 

Изобретение относится к целлюлозо-бумажной промышленности и может быть использовано для получения растворимой целлюлозы из хлопкового линта, предназначенной для производства химических волокон.

Известен способ получения хлопковой целлюлозы для химической переработки путем щелочной варки хлопкового пуха. Предварительно проводят разрыхление волокна и отделение механических примесей и пыли. Процесс химической очистки волокна состоит из двух операций: отварки и отбелки. Отварку проводят разбавленным раствором NaOH концентрацией 2-4%, при температуре 130-160^oС, давлении 3-7 атм, продолжительность процесса 4-6 ч (Роговин 3.А. Основы химии и технологии производства химических волокон. Т.1. Общие принципы и методы производства химических волокон. Производство искусственных волокон.-М.: Химия, 164,- с. 644).

Недостатками известного способа являются низкая реакционная способность целлюлозы и длительность технологического процесса.

Известен способ получения хлопковой целлюлозы путем предварительного гидролиза хлопкового линта водным раствором кислоты, дальнейшей щелочной варки хлопка с добавлением гидроксида натрия при температуре 145-160^oC и выделением целевого продукта известными методами (Короткова Т.Ф., Шонина В. И. , Усманов Х.У. Изменением реакционной способности целлюлозы в процессе ее облагораживания. / Структура и модификация хлопковой целлюлозы, вып. 4.// Ташкент: ФАН, 1969, с. 21-27). Такая схема процесса получения целлюлозы является общепринятой.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения хлопковой целлюлозы кислородно-щелочной варкой и гидролизом, согласно которому хлопковое сырье обрабатывают кислородом в щелочной среде при температуре 130^oC и давлении кислорода 5-10 атм, после чего отбеливают диоксидом хлора в кислой среде при pH не выше 2,5 и температуре 60^oC (а.с. СССР N 396461).

Недостатком известного способа является непригодность получаемой целлюлозы для производства вискозных волокон из-за низкой температуры процесса и связанной с этим высокой степени полимеризации (840 и выше) и низкой реакционной способности к визкозообразованию (хуже чем 130/13 при ГОСТ 9003). В этом способе невозможно повысить температуру щелочной ступени до необходимых 170 - 180^oC и температуру кислой ступени до необходимых 140 - 180^oC из-за присутствии окислителей - кислорода и диоксида хлора, которые при высоких температурах вызывают окисление и глубокое разрушение целлюлозы.

Изобретение решает задачу получения химически растворимой целлюлозы с высокой реакционной способностью к ксантогенированию.

В настоящее время в промышленности целлюлозу получают путем химической переработки древесины. Общепринятая технология предусматривает предварительный водный или кислотный гидролиз (щелочная варка с предгидролизатом). При предгидролизате разрыхляется структура целлюлозы, благодаря чему улучшается доступность целлюлозы действию реагентов при последующей этерификации (при переработке в химические волокна); полисахариды гидролизуются до простых сахаров и переходят в раствор, благодаря чему увеличивается массовая доля альфа-целлюлозы в вырабатываемой целлюлозе. Этот процесс применяется на практике для выработки древесной целлюлозы
Хлопок как сырье для получения вискозной целлюлозы не используется в промышленности. Это связано с тем, что одним из основных отличий хлопкового волокна от древесного является наличие у хлопка кутикулы - тонкой плотной оболочки (первичной стенки). Эта оболочка почти не смачивается водой и растворами кислот, поэтому предгидролиз хлопка имеет сравнительно низкую эффективность и получение целлюлозы из хлопкового линта по общепринятой технологии не эффективно.

Технический эффект заключается в увеличении реакционной способности целлюлозы, сокращении продолжительности процесса, повышении выхода, увеличении массовой доли альфа-целлюлозы и уменьшении энергоемкости процесса.

Для достижения технического эффекта в способе получения растворимой хлопковой целлюлозы, включающем щелочную варку хлопкового волокна в присутствии гидроксида натрия и гидролиз разбавленным раствором уксусной кислоты, согласно изобретению проводят щелочную варку при температуре 170-180^oC, а последующий гидролиз при температуре 140-180^oC.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиски по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определения из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что предложенный способ отличается тем, что сначала осуществляют щелочную варку при температуре 170-180^oC, а затем проводят процесс гидролиза при температуре 140-180^oC. При нагревании с раствором щелочи кутикула разрушается, давая доступ реагентам к основному вторичному слою клеточной стенки. Эта особенность лежит в основе заявляемого способа.

Способ осуществляется следующим образом. Хлопковый линт подвергают щелочной варке при температуре 170-180^oC в присутствии гидроксида натрия, затем проводят гидролиз разбавленным раствором уксусной кислоты при температуре 140-180^oC.

Пример 1. Для сравнения был изготовлен образец хлопковой целлюлозы по способу, описанному в а.с СССР N 396461. Хлопковый линт 50 г обрабатывают в автоклаве с мешалкой при гидромодуле 10, расходе гидроксида натрия 2% от массы волокна, температуре 130^oC и давлении кислорода 1 МПа. Продукт отбеливают при расходе диоксида хлора 0,5% и уксусной кислоты 4% от массы волокна, температуре 60^oC и pH 1,8 в течение 2 ч.

Пример 2. Для сравнения был осуществлен способ получения целлюлозы по общепринятой в производстве древесной целлюлозы технологии. 50 г хлопкового линта и 250 мл водного раствора уксусной кислоты (концентрации 1,5 г/л) нагревают в автоклаве при 170^oC в течение 160 мин. По окончании предгидролиза целлюлозу отмывают от кислоты и подвергают щелочной варке при следующих условиях: количество раствора (вместе с водой, оставшейся в целлюлозе) 250 мл; концентрация гидроксида натрия в растворе 20 г/л; температура варки 160^oC, продолжительность варки 120 мин. По окончании варки целлюлозу отмывают от щелочи и отбеливают пероксидом водорода по следующему режиму: концентрация волокнистой массы 10%, расход пероксида водорода 2,5%, гидроксида натрия 1,2%, трилона Б 0,2% от массы целлюлозы, температура 60^oC, продолжительность 2 часа. Беленую целлюлозу после 15-минутной кисловки промывают дистиллированной водой, высушивают и анализируют.

Пример 3. Получение хлопковой целлюлозы по предлагаемому способу. Хлопковый линт вначале обрабатывают раствором щелочи, масса линта 50 г, количество щелочного раствора 250 мл, концентрация гидроксида натрия 20 г/л, температура 180^oC, продолжительность варки 160 мин, после отмывки щелочи проводят постгидролиз по следующему режиму: общее количество жидкости 250 мл, концентрация уксусной кислоты в реакционной смеси 1,5 г/л, температура 165^oC, продолжительность 30 мин. По окончании постгидролиза целлюлозу отмывают от кислоты и отбеливают аналогично примеру 2
Пример 4. Получение хлопковой целлюлозы аналогично примеру 3. Температура щелочной варки 170^oC, температура гидролизата 180^oC.

Перемененные условия, результаты обработки хлопкового линта, выходы и свойства полученных целлюлоз по примерам 1-4 приведены в таблице. Смачиваемость определяли по метолу смачивания водой (Контроль производства химических волокон. Справочное пособие. /Под ред. А.Б.Пакшвера и А.А.Конкина.// М. : Химия, 1967), вязкость - по ГОСТ 14363.2-83, степень полимеризации - по ГОСТ 25438-82, массовую долю альфа-целлюлозы - по ГОСТ 6840 - 78, реакционную способность к вискозообразованию по ГОСТ 9003-75. Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ обладает следующими преимуществами перед известными:
- высокая реакционная способность к ксантогенированию;
- меньшая общая продолжительность процесса.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что при существующем способе предгидролиз проводится в неблагоприятных условиях (очень плохое смачивание волокна), а в предлагаемом способе постгидролиз более эффективен из-за хорошего смачивания, достигаемого в ходе щелочной варки.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Способ относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использован для получения растворимой целлюлозы из хлопкового линта, предназначенной для производства химических волокон. Сначала проводят щелочную варку хлопкового линта при температуре 170-180°С, а затем последующий гидролиз при температуре 140-180°С. Технический эффект заключается в увеличении реакционной способности целлюлозы. 1 табл.

Способ получения растворимой хлопковой целлюлозы, включающий щелочную варку хлопкового волокна в присутствии гидроксида натрия и гидролиз разбавленным раствором уксусной кислоты, отличающийся тем, что проводят щелочную варку при температуре 170 - 180^oC и гидролиз при температуре 140 - 180^oC.