СПОСОБ СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК C08B11/10 

Описание патента на изобретение RU2208016C2

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей сульфоалкиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, для стабилизации цементных растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации руд в горнодобывающей промышленности.

Известны способы сульфоалкилирования крахмала [Pat. 2883375 USA. Sulfoalkyl starch ethers / M.K. Fuller // Chem. Absr., 1959. Vol. 53, 21. 20868d] и целлюлозы [Pat. 124025 Swed. Cellulose ethansulfonic acid and its salts / T. Timell. // Chem. Absr., 1949. Vol. 43, 22. 9446d; Pat. 2681846 USA. Fibrous 2-sulfoalkyl ethers of cellulose / J.D. Guthrie, L.H. Chance, C.L. Hoffpauir // Chem. Absr., 1954. Vol. 48, 20. 12417f; Pat. 2580352 USA. Sulfoethyl ethers of polysaccharides / V.R. Grassie // Chem. Absr., 1952. Vol. 46, 6. 2802b; Авт. свид. 757540 СССР. Способ получения сульфоэтилцеллюлозы / Плиско Е. А. , Нудьга Л.А., Петропавловский Г.А. // РЖХим, 1981. 4Т36П], в которых субстрат предварительно активируют щелочью, растворенной в изопропиловом спирте или воде, с последующим отжимом или без него, смешивают с сульфоалкилирующим агентом. Реакцию проводят при 40-90oС в течение 1-20 ч, в результате чего получают водорастворимые продукты. В качестве сульфоалкилирующего агента используют как β-хлорэтилсульфонат натрия, так и винилсульфокислоту. Степень замещения зависит от температуры и продолжительности реакции, а также от соотношения реагентов.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения сульфоэтилцеллюлозы, растворимой в воде и водных щелочных растворах, предложенный [Авт. свид. ЧССР 168967. Способ получения сульфоэтилцеллюлозы, растворимой в воде и водных щелочных растворах / Pastyr J. // РЖХим, 1978. 12Т7П]. Согласно этому способу, сульфоэтилцеллюлозу получают этерификацией целлюлозы β-хлорэтилсульфонатом натрия в щелочной среде в течение 1-2 ч при 65oС при мольном соотношении - глюкозидное звено целлюлозы: β-хлорэтилсульфонат натрия: NaOH=1:0,5:2,5. Предварительную активацию проводят 40%-ным раствором NaOH в течение 30 мин. Реакцию проводят в среде изопропанола. Получают продукт, растворимый в воде и водных щелочах, со степенью замещения 0,5-0,45. Недостатком этого способа является то, что выделение целлюлозы из лигноуглеводных материалов является энергоемким процессом и сопровождается образованием большого количества отходов (до 50%).

В предлагаемом нами изобретении в реакции сульфоалкилирования используется весь лигноуглеводный материал (древесина различных пород и ее отходы, однолетние растения и т.п.), а не только целлюлоза - один из его компонентов. Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, с точки зрения доступности исходного сырья, древесина, по сравнению с целлюлозой, вне конкуренции, что значительно удешевляет стоимость конечного продукта. Во-вторых, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть, что позволяет реализовать возможность безотходной технологии. Все основные компоненты лигноуглеводных материалов (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) сульфоалкилируются и в дальнейшем используются, что в значительной степени благоприятно отразится на экологической обстановке в лесозаготовительных и лесоперерабатывающих отраслях промышленности, а также на предприятиях химической переработки древесины. В-третьих, сульфоалкилированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств, чем сульфоалкилцеллюлоза.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что лигноуглеводные материалы без разделения их на отдельные компоненты обрабатывают гидроксидом натрия, а затем эквимолярной смесью сульфита натрия и хлорекса (β,β′-дихлордиэтиловым эфиром) в вибрационной мельнице без растворителя.

Задачей изобретения является получение натриевых солей сульфоалкилированных материалов, способных к растворению в воде и в водно-щелочных растворах.

Заявляемое изобретение имеет ряд существенных отличительных от прототипа признаков. Во-первых, это использование в качестве объекта сульфоалкилирования лигноуглеводных материалов без разделения их на отдельные компоненты. Во-вторых, в данном изобретении значительное внимание уделено стадии взаимодействия лигноуглеводных материалов со щелочью, которая проводится как с целью образования алкалипроизводных лигноуглеводных материалов, так и с целью разрушения морфологической структуры лигноуглеводных материалов и повышения доступности для действующего реагента гидроксильных групп основных компонентов лигноуглеводных материалов. Причем активация проводится механохимически с использованием сухой щелочи. В-третьих, в качестве действующего реагента используется смесь сульфита натрия и хлорекса, что позволяет исключить из процесса стадию получения сульфоалкилирующего агента. В-четвертых, весь процесс проводится без участия растворителя, что позволяет исключить из процесса еще одну стадию - стадию выделения продукта. В общем предлагаемый способ более экономичный и требует значительно меньших затрат времени и реагентов.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. Лигноуглеводный материал в виде опилок (5 г) и 2,7 г сухой щелочи загружают в реактор вибрационной мельницы и ведут размол при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Активированный таким образом ЛУМ смешивают с эквимолярной смесью сульфита натрия и хлорекса (соотношение ОН-группы : реагент=1:0,25-2) и проводят реакцию при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Продукт с наибольшей растворимостью получается при соотношении реагентов 1:2.

Для выделения полученного продукта его подсушивают для удаления непрореагировавшего хлорекса, затем подкисляют соляной кислотой для удаления остатков сульфита натрия в виде SO2 и высушивают. Состав полученных продуктов идентифицируют по данным анализа на содержание серы и по ИК-спектрам. Содержание в конечном продукте хлорида натрия определяют аргентометрическим титрованием.

Свойства получаемых продуктов описаны в таблице.

Пример
Навеску древесных опилок массой 5 г и 2,7 г сухой щелочи загружают в реактор вибрационной мельницы и ведут размол при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Затем добавляют 17,2 г сульфита натрия и порциями с интервалом 5 мин 16 мл хлорекса (соотношение реагентов 1:2), реакцию проводят при комнатной температуре в течение 0,5 ч. По окончании реакции продукт высушивают и обрабатывают концентрированной соляной кислотой до рН≈2.

Похожие патенты RU2208016C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2001
  • Галочкин А.И.
  • Ананьина И.В.
  • Гончарова Ю.А.
RU2203903C1
СПОСОБ СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2001
  • Галочкин А.И.
  • Ананьина И.В.
  • Гончарова Ю.А.
RU2208017C2
СПОСОБ СУЛЬФОЭТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2001
  • Галочкин А.И.
  • Ананьина И.В.
  • Путилова Е.С.
RU2187512C1
СПОСОБ СУЛЬФОЭТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Галочкин А.И.
  • Ананьина И.В.
  • Путилова Е.С.
RU2185386C1
СПОСОБ СУЛЬФОМЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Галочкин А.И.
  • Ананьина И.В.
  • Ильина Н.В.
RU2193568C2
СПОСОБ КСАНТОГЕНИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2001
  • Ефанов М.В.
  • Першина Л.А.
  • Корнев В.Г.
RU2208617C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СЕРНОКИСЛЫХ ЭФИРОВ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2004
  • Леонов Вадим Вячеславович
  • Галочкин Александр Иванович
  • Кузьмина Инна Валерьевна
RU2268271C1
СПОСОБ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Галочкин А.И.
  • Маркин В.И.
  • Базарнова Н.Г.
  • Заставенко Н.В.
  • Крестьянникова Н.С.
RU2130947C1
СПОСОБ КСАНТОГЕНИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2002
  • Ефанов М.В.
  • Першина Л.А.
  • Филина Е.С.
RU2221810C1
СПОСОБ КАРБОКСИМЕТИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1998
  • Базарнова Н.Г.
  • Токарева И.В.
  • Галочкин А.И.
  • Маркин В.И.
RU2135517C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 208 016 C2

Реферат патента 2003 года СПОСОБ СУЛЬФОАЛКИЛИРОВАНИЯ ЛИГНОУГЛЕВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей сульфоалкиловых эфиров лигноуглеводных материалов, которые могут быть использованы в качестве добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, для стабилизации цементных растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации руд в горнодобывающей промышленности. Способ заключается в том, что на предварительно активированный материал на основе целлюлозы действуют сульфоалкилирующим реагентом. Активацию проводят в вибрационной мельнице с сухим гидрооксидом натрия при комнатной температуре в течение 0,5 ч. В качестве материала на основе целлюлозы используют лигноуглеводный материал, состоящий из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы, без его разделения на компоненты. В качестве реагента используют эквимолярную смесь хлорекса-β,β-дихлорэтилового эфира и сульфита натрия. Реакцию проводят при комнатной температуре в вибрационной мельнице без растворителя в течение 0,5 ч при соотношении реагентов 1:2. Изобретение обеспечивает использование всего лигноуглеводного материала. Реализуется возможность безотходной технологии. Отпадает необходимость разделения лигноуглеводного материала на лигнин и углеводную часть. Удешевляется стоимость конечного продукта. Сульфоалкилированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 208 016 C2

Способ сульфоалкилирования материалов на основе целлюлозы, заключающийся в том, что на предварительно активированный материал на основе целлюлозы действуют сульфоалкилирующим реагентом, отличающийся тем, что в качестве материала на основе целлюлозы используют лигноуглеводный материал, состоящий из целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы, без его разделения на компоненты, активацию проводят в вибрационной мельнице с сухим гидрооксидом натрия при комнатной температуре в течение 0,5 ч, в качестве реагента используют эквимолярную смесь хлорекса-β,β-дихлорэтилового эфира и сульфита натрия, реакцию проводят при комнатной температуре в вибрационной мельнице без растворителя в течение 0,5 ч при соотношении реагентов 1:2.4

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2208016C2

0
SU168967A1
SU 757540, 23.08.1980
US 2883375, 21.04.1957
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОТЕРИ ВЕСА И МАССЫ ТЕЛА 2013
  • Пань Юаньлун
RU2681846C2
ПРЕССОВАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧЁННЫХ ХВОСТОВ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ И СЫПУЧИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ "ГИПОЦИКЛОИДА" 2014
  • Титов Сергей Сергеевич
RU2580352C2

RU 2 208 016 C2

Авторы

Галочкин А.И.

Ананьина И.В.

Гончарова Ю.А.

Даты

2003-07-10Публикация

2001-09-24Подача