Способ получения эмульгатора Советский патент 1993 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к области переработки древесных материалов, конкретно, к способу получения нового эмульгатора на основе гидролизного лигнина, который может найти применение в качестве компонента технического моющего средства (ТМС) в транспортной промышленности, а также в качестве эмульгирующего компонента в других поверхностно-активных композициях, способных стабилизировать эмульсии типа масло/ вода.

Цель изобретения -упрощение процесса и повышение эффективности целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что, в качестве производного лигнина используют гидролизный лигнин, который подвергают обработке 50-60% азотной кислотой в среде инертной в данных условиях органической жидкости при 70-100°С и соотношении реагентов - 100% азотная кислота мае.ч.: абс.сух. лигнин мае,ч.: органическая жидкость об.ч. (1-4):1:(1-15) с непрерывным удалением из реакционной смеси непрореагировавшей азотной кислоты на установке типа Дина-Старка и последующим выделением целевого продукта из твердого остатка экстракцией.

Отличием изобретения от прототипа является использование безводной технологии, позволяющей осуществить полную утилизацию сырья и отходов - возврат в

00

о Јь

Јь

о

00

00

реакцию непрореагировавшего лигнина, неотработанной азотной кислоты, регенерация и возврат в реакцию органических растворителей при отсутствии сточных вод.

В качестве исходного сырья можно использовать неочищенный гидролизный лигнин, являющийся отходом в процессе гидролиза древесины, либо очищенный гидролизный лигнин, либо древесную щепу.

Пример 1. Гидролизный лигнин, являющийся отходом гидролизного производства с содержанием основного вещества 24,5% (влага 64,4%, смолистые вещества - 3,92%,полисахаридьи - 5,95%, неорганические примеси - 1,23%) в количестве 100 г суспендируют в 356 мл гептана (10:1), нагревают до 98-100°С и кипятят с обратным холодильником, отделяя воду с помощью насадки Дина-Старка. При кипячении в течение 1 ч отделяют 64,4 мл воды. Затем в течение 6 часов при интенсивном перемешивании и температуре, колеблющейся в пределах 70-100°С, вводят под слой реакционной массы 60%-ную азотную кислоту в количестве 73,5 г в пересчете на 100% азот-, ную кислоту (азотная кислота : лигнин 3:1). По окончании прибавления азотной кислоты проводят выдержку при температуре 100°С и интенсивном перемешивании в течение 2 ч. Общее врем реакции составляет: 6 ч прибавления азотной кислоты +2 ч выдержки 8 часов. Затем реакционную массу охлаждают, отфильтровывают. Продукт экстрагируют из твердого остатка ацетоном в аппарате Сокслета. Затем продукт сушат в вакууме в течение 1 ч при температуре водяной бани 60-70°С. Получают 7,35 г водорастворимого продукта и 19,2 г непрореагировавшего остатка, возвращаемого в реакцию на следующую загрузку. Выход целевого продукта (la) 7,35 г.

Продукт охарактеризован,по содержанию: N - 5-91%, ОСНз - 4,33%, СООН - 10,43%.

Поверхностную активность полученного вещества (la) характеризует то, что 7%- ный водный раствор (la) понижает поверхностное натяжение на границе с воздухом до значения 40 мН/м.

Если продукт (1а) после экстракции ацетоном высушить в течение 2 ч при 80°С и атмосферном давлении, то 50% загруженного на сушку продукта после сушки теряет растворимость в воде.

Пример 2. Щепу хвойной древесины подвергают кислотному гидролизу по технологическому режиму Ленинградского гидролизного завода, т.е. подвергают обработке 0,5% кислотой серной, в количестве 4,5 мае.ч. разбавленной серной кислоты на 1

мае.ч. древесных отходов при подъеме температуры от 170 до 190°С в течение 1 ч После промывки водой и отделения гидро- лизата твердый остаток отфильтровывают

отжимают.

Твердый остаток, содержащий 24,5 г лигнина (35,6 г сухих веществ), обрабатывают по режиму примера 1, используя в качестве органической среды декан в количестве

178 мл (5:1) и беря азотную кислоту в количестве 24,5 г в пересчете на 100%-ную азотную кислоту (1:1). Время реакции составляет: 1 ч прибавления азотной кислоты +2 часа выдержки 3 ч. Получают 2,45 г

5 целевого продукта и 31,5 г непрореагировавшего остатка. Выход основного вещества (16) 2,45 г.

Характеристика продукта: N - 5,63%, ОСНз-4,96%, СООН- 10,1%.

0 7%-ный водный раствор понижает поверхностное натяжение воды на границе с воздухом до 40 мН/м.

Пример 3. Для отделения смолистых веществ 100 г гидролизного лигнина из при5 мера 1 подвергают экстракции смесью C2HsOH-CeH6 в отношении 1:1 в аппарате Сокслета до полного обесцвечивания выходящего экстракта. После сушки на воздухе в течение 24 ч твердый остаток кипятят в 1 л

0 72%-ной серной кислоты в течение 2 ч для удаления полисахаридов. Анализ на отсутствие полисахаридов проводят по методу ГЖХ. Неорганические примеси удаляют промывкой 0;.1 н. соляной кислотой-в тече5 ние 24 ч с последующей-промывкой водой до отсутствия ионов хлора по АдЫОз-инди- катору. Содержание золы в очищенном продукте на более 0,05%.

Твердый остаток, содержащий 24,5 г

0 лигнина и влагу, подвергают обработке по режиму примера 1, беря в качестве органической среды октан в количестве 368 мл (15:1) и вводя в реакционную массу 60% азотную кислоту в количестве 98 г в пересче5 те на 10% азотную кислоту (4:1). Время реакции составляет: 20 ч прибавления азотной кислоты +4 часа выдержки 24 ч. Получают 4 г основного вещества и 4,5 г непрореагировавшего остатка. Выход целевого продук0 та (в) - 4 г, Характеристика продукта: N - 6,02%, ОСНз-4,12%, СООН - 10,68%. 7%- ный водный раствор продукта понижает поверхностное натяжение воды на границе с воздухом до 40 мН/н.

5 Исследование свойств целевого продукта в ТМС проводят сравнивая эффективность его действия при замене ОП-7 или ОП-10 на целевой продукт ц препарате цистерн (1), используемом для очистки емкостей. Состав цистерина, мае.ч.: талловое

масло -11, карбонат натрия - 12, уайт-спирит 79, ОП-7 или ОП-10 - 5, вода 4,8.

Вместо 5 мае.ч. ОП-7 или ОП-10 в препарат включают 2,5 мас.ч. целевого продукта, исследование проводят по следующей методике:

В качестве емкости используют 3 стакана (1 л), изготовленных из нержавеющей стали, алюминия и стекла. На дно стакана и на стенки наносят кисточкой слой (2/3 от высоты стенок) сырой нефти (60 мл). Заливают в загрязненный нефтью стакан 0,7 л испытуемого раствора:1) эталон сравнения - цистерин, 2) раствор с 2,5 мас.ч, целевого продукта (la) вместо 5 мас.ч. ОП-7 или ОП- 10, 3) раствор с целевым продуктом (16), 4) раствор с целевым продутом (в). Перемешивают раствор с помощью мешалки, вращающейся со скоростью 300 об/мин в течение 15 мин, затем раствор сливают в отдельную колбу, Если поверхность стенки и дна стакана после отмывки остается загрязненной не более чем на 10%, то этот цикл отмывки считается удачным. Затем использованный раствор применяют опять до тех пор, пока поверхность стакана после отмывки ни останется загрязненной более чем на 10%. Подсчитывается число циклов использования раствора.

Результаты сравнения, приведенные в таблице, показывают, что композиция ТМС с использованием целевого продукта вместо ОП-7 или ОП-10 в 2 раза более эффективна, а при этом расход целевого продукта (2,5 мас.ч.) в 2 раза меньше чем ОП-7 или

ОП-10 (5 мас.ч.), т.е. фактически эффективность целевого продукта выше ОП-7 и ОП- 10 в 4 раза. Кроме того эмульгаторы ОП-7 и ОП-10 являются биологически неразлагаемыми, в то время как целевой продукт, полученный из растительного сырья является биологически разлагаемым и может быть использовано без ущерба для экологии.

Таким образом, целевой продукт превосходит известные эмульгаторы ОП-7 и ОП- 10 по эффективности эмульгирующего действия, и не представляет опасности для экологии. Кроме того целевой продукт, получаемый на основе отходов деревоперерабатывающей промышленности значительно дешевле ОП-7 и ОП-10 и способ его получения технологически проще.

Формула изобретения Способ получения эмульгатора, исходя

из производного лигнина, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве производного лигнина используют гидролизный лигнин и процесс проводят путем обработки гидролизного лигнина 5060%-ной азотной кислотой в среде инертной органической жидкости при температуре 70-100°С и соотношении реагентов 100%-ная азотная кислота, мас.ч.: абс.сух. лигнин (мас.ч.): органическая жидкость (об.ч.) (1-4):1:(5-15) с непрерывным удалением из реакционной смеси непрореагировавшей азотной кислоты на установке типа Дина-Старка и последующим выделением целевого продукта из твердого остатка

экстракцией.

Использование изобретения: в качестве эмульгатора. Сущность изобретения: продукт: модифицированный гидролизный лигнин, 7%-ный водный раствор понижает поверхностное натяжение на границе с воздухом до значения 40 мН/м. Реагент 1: гидролизный лигнин. Реагент 2: 50-60%-ная НЫОз. Условия реакции: в среде инертной органической жидкости при 70-100°С и массовом соотношении 100%-ная НМОз : абс.сухой лигнин : объемная часть органической жидкости 1-4:1:5-15 с непрерывным удалением из реакционной смеси непрореагировавшей азотной кислоты на установке типа Дина-Старка и выделением целевого продукта из твердого остатка экстракцией. 1 табл. ел С