Способ получения микрокристалической целлюлозы Советский патент 1980 года по МПК C08B15/02 

1

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, точнее к способу гидролиза целлюлозы до так называемой «предельной степени полимеризации с получением микрокристаллической цел- 5 люлозы (МКЦ).

МКЦ может применяться в самых разнообразных отраслях народного хозяйства.

Как наполнитель и стабилизатор при приготовлении фармацевтических препара- 10 тов и косметических кремов, в качестве пищевых добавок. В керамической промышленности для получения высококачественного фарфора, для производства огнеупорных материалов. Может широко использо- 15 ваться как стабилизатор водно-латексных красок и как различного назначения сорбенты и т. п.

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы 1 из различного 20 целлюлозного сырья хлопка, хлопкового линтера древесных целлюлоз, вискозного шелка, шинного корда и других в оптимальных условиях: водный 2,5 н. раствор НС1 при 105°С в течение 15 мин. В зависи- 25 мости от вида целлюлозного сырья СП в .пределах 150-250. Способ требует использования целлюлозы.

Известен способ получения МКЦ 2 обработкой древесной целлюлозы и хлопково- 30

го линтера 1 н. водным раствором НС1 при кипячении в течение 1,5-2 ч. После гидролиза остаток (выход продукта 90% от взятой целлюлозы) промывали водой до нейтральной реакции, затем этанолом и подсушивали в вакууме при 40°С.

СП в зависимости от вида целлюлозного сырья составляла величину 165-275.

В указанном способе в качестве исходного сырья также применяется дорогостоящая целлюлоза, предиазначенная для химической переработки.

Целью предлагаемого изобретения являлось удешевление микрокристаллической целлюлозы и расширение сырьевой базы. Эта цель достигается использованием в качестве сырья отходов гидролизной промышленности гидролизного лигнина.

Технология получения микрокристаллической целлюлозы из гидролизного лигнина заключается в обработке его водной суспензии азотной кислотой, концентрация которой в полном объеме составляет 1-2 н.

Обработку проводят при температуре 90-100°С, модуле 7-8 с перемешиванием в течение 4-5 ч. При обработке лигнин подвергается окислительно-гидролитическому расщеплению и переходит в раствор. Твердый остаток отделяют от раствора и обрабатывают щелочью (концеп. водного

раствора NaOH 0,25-0,5%) при модуле 10-15 и температуре 80-100°С в течение 30-60 мин.

Для нолучення более очищенного светлого образца остаток после обработки азотной кислотой суспендируют при перемешивании в ацетоне при комнатной температуре и модуле 10-15 в течение 30-60 мин, а затем обрабатывают 0,25-0,5% водным раствором NaOH при модуле 10-15 и температуре 80-100°С в течение 30-60 мин.

Выход продукта МКЦ 15-25% от взятого количества лигнина. Степень полимеризации 120-130.

Продукты полного гидролиза полученной МКЦ содержит в основном (до 97-99%) глюкозу.

По данным рентгендифрактометрии и ИК-спектроскопии (табл. 1) МКЦ по заявленному способу соответствует МКЦ по способу прототипа.

Целлюлозный остаток легко диспергируется в водной суспензии (концентрация сухого вен ества 3%) с помощью ультразвука и дает устойчивые сметанонодобные гели,, что является характерным для микрокристаллических целлюлоз.

Совокупность приведенных выще показателей позволяет утверждать, что целлюлозный остаток, полученный но нредлагаемому способу, представляет собой микрокристаллическую целлюлозу и может использоваться в тех же областях, что и МКЦ, полученная из чистой целлюлозы по способу прототипа.

Пример 1. 100 г гидролизного лигнина суспендируют в 500 мл воды в течение 4 ч при комнатной температуре, приливают 200 мл азотной кчслоты (уд. вес 1,35).

Температура массы благодаря экзотермии реакции окисления лигнина устанавливается в пределах 90-100°С, а конечная концентрация HNOs в полном объеме соответствует - 1 н. раствору. Далее массу дополнительно кипятят 5 ч (модуль 7).

После охлаждения твердый остаток отделяют фильтрованием (выход 50%).

Остаток затем суснендируют в 500 мл 0,5%-ного водного раствора NaOn (модуль 10), нагревают до 100°С и выдерживают при этой температуре и перемещиванин в течение 30 мин. Остаток, представляющий собою микрокристаллическую целлюлозу (МКЦ), отделяют от щелочного раствора фильтрованием, промывают водой и сушат.

Выход МКЦ 15% от исходного лигнина; СП 123. Содержание трудногидролизуемых полисахаридов (ТГП) 5,3%.

Пример 2. 100 г гидролизного лигнина суспензируют в 500 мл воды в течение 4 ч при комнатной температуре, приливают 300 мл азотной кислоты (уд. вес 1,35).

Температура массы устанавливается в пре.делах 90-100°С, а конечная концентрация HNOs в полном объеме соответствует 2 н. раствору. Массу дополнительно кипятят в течение 4 ч (модуль 8).

Остаток суспензируют в 750 мл (модуль 15) 0,25%-ного водного раствора NaOH, нагревают до 80°С и выдерживают при этой температуре и при неремещивании в течение 60 мин. Остаток отделяют так же как в примере 1. Выход МКЦ - 20%. СП 130. Содержание ТГП 5,8%.

Пример 3. Окисление гидролизного лигнина проводят как в примере 1.

Остаток отделяют фильтрованием, суснензируют в 500 мл (модуль 10) ацетона и при комнатной температуре и перемещивании выдерживают в течение 60 минут. Остаток отделяют от растворителя и обрабатывают 750 мл (модуль 15) 0,25% водного раствора NaOH, как в примере 2. Выход МКЦ 20%. СП 130. Содержание ТГП 4,8%.

Пример 4. Окисление гидролизного лигнина проводят как в примере 1.

Остаток суспеизируют в 750 мл ацетона (модуль 15) и при комнатной температуре перемешивают в течение 30 мин. Остаток отделяют от растворителя и обрабатывают 500 мл 0,5%-ного водного раствора NaOH (модуль 10) как в примере 1. Выход МКЦ 15%, СП 120. Содержание ТГП 4,2%.

Предлагаемый способ получения микрокристаллической целлюлозы прост в вынолнении. Для его осуществления не требуется специального оборудования. Он позволяет полезно использовать отходы гидролизной промышленности (лигнин), которые составляют до 3 в год, и получать ценный целлюлозный материал МКЦ, количество которой может составить при

полном использовании отходов до 600 тыс. т/г. Таким образом, значительно экономится дорогостоящее целлюлозное сырье; стоимость такой МКЦ уменьшится.

Формула изобретения

0,25-0,5%-ным водным раствором едкого натра 30-60 мин при 80-100°С и модуле 10-15.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

2. Н. E. Котельникова, E. A. Петропавловский, В. A. Шевелев, A. A. Волкова, Г. Г. Васильева. Взаимодействие микрокристаллической целлюлозы с водой, 1976, 10, 391-399 (ирототип).