СПОСОБ КСАНТОГЕНИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК C08B9/00 

Изобретение относится к области химической переработки лигноцеллюлозных материалов и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ на основе лигноуглеводного растительного сырья.

Известны способы ксантогенирования целлюлозы, активированной щелочными растворами в воде, с последующим отжимом и смешением с сероуглеродом, в результате чего получаются ксантогенированные продукты [Химические волокна. // Под ред. А.А. Конкина, М.: ВНИИВ, 1968, 244с].

Данные способы обладают существенными технологическими недостатками: обязательная предварительная активация целлюлозы, необходимость регенерации растворов NaOH, а также высокий расход реагента (сероуглерода) на побочные реакции, что приводит к значительному увеличению продолжительности ксантогенирования и ухудшению экологической ситуации.

В заявляемом изобретении предлагается для ксантогенирования использовать весь лигноуглеводный материал (отходы древесины и однолетних растений), а не только целлюлозу (один из компонентов древесины), как это делается в настоящее время.

Преимущества в использовании лигноуглеводных материалов заключаются в том, что, во-первых, значительно удешевляется конечный продукт, во-вторых, появляется возможность реализации безотходной технологии (все основные компоненты лигноуглеводных материалов: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы ксантогенируются и в дальнейшем используются), в-третьих, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного комплекса на лигнин и углеводную часть и, в-четвертых, ксантогенированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств, чем ксантогенаты целлюлозы.

Предлагаемый в изобретении способ ксантогенирования лигноуглеводных материалов совпадает с уже известными способами ксантогенирования целлюлозы только тем, что в его основе лежит та же реакция ксантогенирования.

Соотношения реагентов, продолжительность проведения реакции установлены в процессе оптимизации условий ксантогенирования лигноуглеводных материалов.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому способу ксантогенирования лигноуглеводных материалов является способ ксантогенирования воздушно-сухой целлюлозы (прототип) [Практические работы по химии древесины и целлюлозы. // Под ред. В. М. Никитина. М.: Лесная промышленность, 1965. 411с]. По этому способу воздушно-сухую целлюлозу обрабатывают в течение 1 ч 18%-ным раствором NaOH. Затем отжимают и полученную щелочную целлюлозу измельчают. Измельченную щелочную целлюлозу оставляют для предсозревания на 65 ч на воздухе при комнатной температуре. После добавляют сероуглерод и ксантогенируют при перемешивании на роликовой мешалке в течение 5 ч при 25^oС. Полученные продукты осаждают метанолом из щелочного раствора. Продукты, полученные таким образом, растворимы в воде и 6% растворе NaOH и образуют вязкие водные растворы.

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются такие признаки: химическая реакция, лежащая в основе способа ксантогенирования, а также одинаковая температура (25^oС).

Недостатки прототипа - в качестве сырья используется только целлюлоза, которую необходимо предварительно активировать в растворе щелочи (1 ч), подвергать "предсозреванию" (65 ч), а затем длительно ксантогенировать (5 ч). Кроме того, при ксантогенировании целлюлозы довольно высоким оказывается расход NaOH, растворы которого необходимо регенерировать.

В предлагаемом изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: вместо целлюлозы используют любой целлюлозосодержащий материал (различное лигноуглеводное растительное сырье), который предварительно не подвергается активации, а длительность процесса составляет 20-80 мин и растворитель (вода) не используется вообще, то есть реакция проводится в твердой фазе.

Использование лигноуглеводных материалов для ксантогенирования способствует расширению сырьевой базы и ее удешевлению, а также позволяет получить материалы, обладающие более широким спектром свойств по сравнению с ксантогенатами целлюлозы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что исходный лигноуглеводный материал в виде воздушно-сухих опилок (влажность 6-8%), то есть без разделения на отдельные компоненты, смешивают с NaOH и сероуглеродом, а затем подвергают интенсивному механическому измельчению без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые ксантогенированные продукты, образующие вязкие водно-щелочные растворы. В качестве целлюлозосодержащих материалов используют лнгноуглеводные материалы, содержащие 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас.% лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом.

Навеску (5.0 г) воздушно-сухих опилок лигноуглеводного материала (фракции 0.4-0.75 мм) смешивают с NaOH (1.4-7.0 г) и сероуглеродом (2.5-10.0 г). Реакционную смесь подвергают интенсивному механическому измельчению на вибромельнице в течение 20-80 мин при 25^oС без добавления воды. Полученные продукты промывают этанолом и высушивают на воздухе.

Пример 1. 5.0 г воздушно-сухих опилок древесины осины (фракция 0.4-0.75 мм), 2.8 г NaOH и 5.0 г сероуглерода интенсивно измельчают в течение 20 мин при 25^oС. Полученные продукты промывают этанолом и высушивают на воздухе. Растворимость в 6% растворе NaOH - 49%, относительная вязкость - 1.05, содержание серы - 2.85%. По методике, описанной в примере 1, проводят ксантогенирование различных лигноуглеводных материалов (табл. 1).

Примеры 6-15 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различных соотношениях реагентов и продолжительности реакции (табл. 2).

Изобретение относится к химической переработке лигноцеллюлозных материалов и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ на основе лигноуглеводного растительного сырья. Способ ксантогенирования включает обработку исходного воздушно-сухого материала сначала гидрооксидом натрия, затем сероуглеродом при 25^oС, с последующим механическим измельчением в течение 20-80 мин без добавления воды. В качестве целлюлозосодержащего материала используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас.% лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз, без разделения на отдельные компоненты в смеси с гидроксидом натрия и сероуглеродом, содержащей 5,0 г лигноуглеводного материала, 1,4-7,0 г гидрооксида натрия, 2,5-10,0 г сероуглерода. Изобретение обеспечивает использование всего лигноуглеводного материала, реализуется возможность безотходной технологии, отпадает необходимость разделения лигноуглеводного материала на лигнин и углеводную часть, ксантогенированные лигноуглеводные материалы обладают более широким спектром свойств. 2 табл.

Способ ксантогенирования целлюлозосодержащих материалов обработкой исходного воздушно-сухого материала сначала гидрооксидом натрия, затем сероуглеродом при 25°С, отличающийся тем, что в качестве целлюлозосодержащего материала используют лигноуглеводный материал, содержащий 35-60 мас.% целлюлозы, 20-40 мас.% лигнина, 13-35 мас.% гемицеллюлоз, который подвергают интенсивному механическому измельчению без разделения на отдельные компоненты, в смеси с гидроксидом натрия и сероуглеродом, содержащей 5,0 г лигноуглеводного материала, 1,4-7,0 г гидрооксида натрия 2,5-10,0 г сероуглерода, в течение 20-80 мин без добавления воды.