способ получения натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного сырья

Формула изобретения

Способ получения натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного сырья, включающий обработку исходного целлюлозосодержащего сырья соломы натриевой солью монохлоруксусной кислоты в проточной вибрационно-центробежной мельнице непрерывного действия при ускорении мелющих тел 100-200 м/с², добавление к полученному порошковому композиту водного раствора едкого натра и перемешивание, отличающийся тем, что при получении натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта перемешивание композита с водным раствором едкого натра ведут в проточной вибрационно-центробежной мельнице непрерывного действия, в качестве мелющих тел используют упругие, эластичные мелющие тела, а исходные компоненты берут в следующем молярном соотношении: целлюлоза : натриевая соль монохлоруксусной кислоты: едкий натрий : вода=1:(1,7-2,1):(3,0-3,5):(8-12).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению производных целлюлозы - конкретно к получению натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного сырья, содержащего целлюлозу, без ее отделения от присутствующих в тканях растений лигнина, липидов и смолистых веществ.

Натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукт из растительного сырья предназначен для использования в качестве стабилизатора глинистых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин и может быть использован в качестве клеящего компонента в сухих сроительных смесях, при производстве гофрированных картонных изделий.

Известен способ получения натрий-карбоксиметилцеллюлозы путем обработки растительного сырья водным раствором едкого натра, последующей этерификации щелочной целлюлозы Na-солью монохлоруксусной кислоты (Na-МХУК) и сушки целевого продукта, в котором в качестве растительного сырья используют молотую солому, обработку которой осуществляют раствором едкого натра с концентрацией 18-40 мас.% при жидкостном модуле 5-15 и температуре 70-90°С, а этерификацию проводят при 70-110°С (1. Пат. РФ №2096417, опубл. 20.11.97. Бюл.№32).

К недостаткам данного способа относится то, что он очень энергоемкий, длительный и экологически вредный.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения карбоксиметилцеллюлозы (2. Пат. РФ №2155191, опубл. 27.08.1999 г. Бюл.№24), включающий ведение процесса в две стадии. Обработку исходного целлюлозосодержащего сырья натриевой солью монохлоруксусной кислоты проводят на вибрационной центробежной мельнице (ВЦМ) проточного типа при ускорении мелющих тел 100-200 м/с². Затем к полученному композиту добавляют водный раствор едкого натра, перемешивают в смесителе при мольном соотношении компонентов - целлюлоза : натриевая соль монохлоруксусной кислоты : едкий натр : вода=1:1,7:1,6:0,85-0,90. После дозревания и сушки получают сухой сыпучий, частично растворимый в воде порошок.

Полученный порошок карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) при растворении в воде дает суспензию, имеющую недостаточно высокую вязкость.

Известно, что содержание воды в реакционной массе при получении карбоксиметилцеллюлозы традиционным способом оказывает большое влияние на эффективность использования монохлорацетата натрия, свойства КМЦ и скорость карбоксиметилирования целлюлозы (3. Драхнал Ч. Усовершенствование техники карбоксиметилирования эфиров. Автореферат, 1963 г.). В этой же работе установлено, что при молярном соотношении целлюлоза : вода=1:7,5-10 в процессе этерификации уменьшается количество нерастворимых в воде фракций, ускоряется процесс и обеспечивается максимальная вязкость получаемого продукта.

Повысить вязкость получаемого продукта за счет увеличения содержания воды в реакционной массе в условиях прототипа не представляется возможным, так как при молярном соотношении целлюлоза : вода более 0,9 под воздействием мелющих тел (стальных шаров) с ускорением 100-200 м/с² происходит образование комковатого продукта, а затем и компактного слоя КМЦ на стенках реактора и мелющих телах, продукт не поступает на выход из реактора. Выбранное соотношение компонентов прототипа является оптимальным при перемешивании в смесителе.

Технический результат, достигаемый благодаря заявляемому техническому решению, заключается в получении порошка натрий-карбоксиметилцеллюлозы, водная суспензия которого обладает более высокой вязкостью.

Вышеуказанный технический результат достигается благодаря тому, что в заявляемом способе получения карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного сырья, включающего обработку исходного целлюлозосодержащего сырья соломы натриевой солью монохлоруксусной кислоты в проточной вибрационно-центробежной мельнице непрерывного действия при ускорении мелющих тел 100-200 м/с², добавление к полученному порошковому композиту водного раствора едкого натра и перемешивание, при получении натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта перемешивание композита с водным раствором едкого натра ведут в проточной вибрационно-центробежной мельнице непрерывного действия, в качестве мелющих тел используют упругие, эластичные мелющие тела, а исходные компоненты берут в следующем молярном соотношении: целлюлоза : натриевая соль монохлоруксусной кислоты : едкий натрий : вода=1:(1,7-2,1):(3,0-3,5):(8-12).

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

- перемешивание полученного композита (солома+Na-МХУК) с водным раствором едкого натра проводят в проточной ВЦМ непрерывного действия;

- в качестве мелющих тел используют упругие, элластичные мелющие тела;

- при получении натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта из растительного целлюлозосодержащего сырья соломы исходные компоненты берут в следующем молярном соотношении: целлюлоза : Na-МХУК : едкий натр : вода=1:(1,7-2,1):(3,0-3,5):(8-12).

Данная совокупность существенных отличительных признаков является новой и позволяет получить продукт, имеющий более высокую вязкость при растворении его в воде, чем продукт, полученный по прототипу.

Для определения вязкости натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта, полученного из целлюлозы, используют его 0,5% водный раствор (3). Солома содержит 33-34% целлюлозы. Поэтому при измерении вязкости продукта из соломы готовят 1,5% водный раствор.

Например, 1,5 г натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта вводят в 100 мл воды. Через 3-4 часа набухания раствор перемешивают, дают отстояться 1-2 часа. Затем раствор декантируют от возможного осадка и замеряют вязкость с помощью стеклянного вискозиметра.

Полученный результат пересчитывают на затраченный реагент, натриевую соль монохлоруксусной кислоты, потери которого составляют около 50%.

Способ осуществляют следующим образом.

Композит, полученный на первой стадии при обработке растительного сырья совместно с Na-МХУК в вибрационно-центробежной мельнице непрерывного типа, перемешивают с раствором едкого натра также в ВЦМ, но теперь уже упругими эластичными шарами или цилиндрами. Упругие, эластичные мелющие тела растирают реакционную смесь, не допускают комкования, налипания на стенки реактора и обеспечивают доступ реагентов к целлюлозе. Кроме того, при таком режиме работы происходит охлаждение реакционной смеси и замедляется параллельная вредная реакция гидролиза щелочью (Na-МХУК).

В результате получают влажный порошок зеленоватого цвета, который после дозревания и сушки может быть использован в качестве стабилизатора глинистых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин, а также в качестве клеящего компонента в сухих строительных смесях и при производстве картонных изделий.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

К полученному порошку композита (солома + Na-МХУК) добавляют водный раствор едкого натра, перемешивают в проточной ВЦМ непрерывного действия, а в качестве мелющих тел используют упругие эластичные резиновые цилиндры. Соотношение компонентов целлюлоза (содержание целлюлозы в соломе 33-34%) : Na-МХУК : едкий натр : вода+1:1,7:3,0:8. Получают влажный рыхлый порошок. Продукт сушат в течение 25-30 минут при 105-115°С.

Вязкость водного раствора абсолютно сухого натрий-карбоксиметилцеллюлозного продукта в пересчете на основной продукт и 100% целлюлозу составляет 18,2 спуаз.

Пример 2.

Обрабатывают композит по примеру 1, но соотношение компонентов берут следующее: 1:1,9:3,2:10,5. Вязкость водного раствора полученного продукта составляет 19,1 спуаз.

Пример 3.

Обрабатывают композит по примеру 1, но соотношение компонентов берут как 1:2,1:3,5:12. Вязкость водного раствора полученного продукта составляет 17,9 спуаз.

Как видно из таблицы, в условиях прототипа вязкость продукта нестабильна и более низкая, чем в заявляемом способе.

При изменении ускорения мелющих тел в заявляемом способе со 100 до 200 м/с² получают такой же технический результат, но время обработки при этом сокращается.

В заявляемом способе используют более высокое содержание щелочи и воды и практически не изменяют содержание более ценного основного продукта, Na-МХУК.

Повышение концентрации водного раствора едкого натра в условиях заявляемого способа обеспечивает более полное растворение межклеточного вещества и стенок целлюлозосодержащего сырья, содержащих лигнин, липиды и смолистые вещества, с высвобождением целлюлозы в реакционную смесь в процессе этерификации.

Перемешивание композита с водным раствором едкого натра в проточной ВЦМ непрерывного действия с использованием упругих эластичных мелющих тел и выбранное соотношение исходных компонентов позволило повысить вязкость водного раствора получаемого продукта.

Вязкость водного раствора продукта, полученного по предлагаемому способу, в полтора раза выше требований ГОСТа (5.588-70) и в два раза выше, чем в прототипе.