Способ получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы

 

Использование: в качестве стабилизатора глинистых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: молотую солому обрабатывают водным раствором едкого натра с концентрацией 18-40 мас.% при жидкостном модуле 5-15 и 70-90^oC. Этерифицируют полученную щелочную целлюлозу Na солью монохлоруксусной кислоты при 70-110^oC, продукт сушат. 2 табл.

Изобретение относится к производству производных целлюлозы, конкретно к способу получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ).

Известен способ получения Na-КМЦ обработкой целлюлозосодержащего материала вискозной целлюлозы концентрированным (220-225 г/л) раствором щелочи при 26^oC в течение 1 часа с последующим отжимом избыточной щелочи, измельчением и дальнейшей обработкой монохлорацетатом натрия (Na-МХУК) при 20-30^oC в течение 2,5 часа. Полученную смесь оставляют вызревать на 1 час, после чего проводят сушку и дробление целевого продукта [1] Полученный продукт имеет низкое качество, в частности высокое содержание остаточной воды (12-15 мас.), наличие 0,5-1,0 мас. свободного едкого натра в сухом продукте, низкое содержание основного вещества (45 мас.) и т.д.

Качество продукта может быть улучшено способом получения Na-КМЦ из промышленного отхода костры кенафа, содержащей 2-целлюлозу 85-87% лигнин и пентозаны 13-15 мас. [2] Отходы костры кенафа образуются при выделении лубяных волокон из растений кенафа.

Для получения Na-КМЦ указанное сырье обрабатывают концентрированным раствором щелочи (NaOH), а полученную щелочную целлюлозу этерифицируют 1,5-2 часа Na-МХУК при 20-35^oC. Смесь оставляют на дозревание в течение 0,5 часа. Продукт сушат при 100-105^oC 0,5 часа и дробят до порошкообразного или мелкозернистого состояния.

Целью настоящего изобретения является расширение сырьевой базы для получения качественного продукта Na-КМЦ.

Эта цель достигается тем, что в способе получения Na-КМЦ путем обработки растительного сырья водным раствором едкого натра, последующей этерификации щелочной целлюлозы Na-МХУК и сушки целевого продукта, 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^oC, а этерификацию проводят при 70-110^oC.

В способе может быть использована молотая солома злаковых культур (рожь, пшеница, ячмень и другие) с размерами частиц не более 15 х 1,5 мм. При более крупных размерах частиц соломы происходит неполный провар целлюлозного сырья. Молотую солому смешивают с 18-40%-ным раствором NaOH (массовое соотношение "раствор-солома" (5-15): 1). При концентрациях ниже 18% NaOH происходит неполная мерсеризация целлюлозы, а выше 40% неполное удаление лигнина от соломы и затрудняется отжатие раствора щелочи от щелочной целлюлозы. Модуль по жидкости 5-15 выбран с таким расчетом, что ниже 5 единиц затруднено перемешивание реакционной массы, а выше 15 единиц увеличивается расход щелочи в процессе.

Полученную реакционную массу перемешивают при атмосферном давлении при 70-110^oC в течение 0,5-1,5 часа. Ниже 70^oC происходит неполное удаление лигнина, а выше 110^oC необходимо предусмотреть автоклавирование и увеличивается реакция деструкции целлюлозы (реакция пилинга). При такой обработке из соломы растворяется лигнин, пентозаны, гексозаны и смолистые вещества, а также одновременно происходит мерсеризация целлюлозы, т.е. образуется щелочная целлюлоза.

Реакционную массу отжимают. Коэффициент отжима (отношение массы отжатой целлюлозы к массе исходной соломы) составляет 2,4-4,5. Отжим ниже 2,4 затруднен, а выше 4,5 увеличивается расход натриевой соли монохлоруксусной кислоты (Na-МОУК) и снижается содержание Na-КМЦ в готовом продукте.

Отжатую щелочную целлюлозу смешивают с сухой Na-МХУК и перемешивают 0,5-1,5 часа при комнатной температуре. Молярное отношение NaOH:Na-МХУК составляет 1: (1,0-1,35). Процесс этерификации проводят в закрытом объеме при 70-110^oC в течение 4-8 часов. Приведенное выше молярное отношение необходимо потому, что с Na-МХУК сначала реагирует свободная щелочь и затем только NaOH, связанная с OH-группой целлюлозы. Проведение этерификации свыше 110^oC не желательно, так как выше 120^oC начинаются деструктивные процессы в образующейся Na-КМЦ. Полученную реакционную массу высушивают при 115^oC до влажности 15% Конечный продукт представляет собой порошок темного или желто-коричневого цвета. О качестве продукта помимо его характеристик судили и по результатам лабораторных испытаний буровых растворов. Эти данные представлены в табл. 1 и 2.

Пример 1. 20 г молотой соломы обрабатывают 1 час при 90^oC 220 г 20%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима -2,45. Щелочную целлюлозу (49 г) смешивают с 19 г сухого Na-МХУК и перемешивают 1 час. Этерификацию проводят при 110^oC в течение 4 часов. Масса продукта после высушивания 49 г.

Пример 2. Получение щелочной целлюлозы и смешивание ее с Na-МХУК выполнены, как в примере 1. Этерификацию проводят при 70^oC в течение 8 часов. Масса продукта после высушивания 49,7 г.

Пример 3. 20 г молотой соломы 1,5 часа обрабатывают при 80^oC 225 г 20% -ного раствора NaOH. Коэффициент отжима -4,45. Щелочную целлюлозу (89 г) смешивают с 57 г сухого Na-МХУК (молярное отношение NaOH:Na-МХУК 1:1,35) и перемешивают 1,5 часа при 20-25^oC. Этерификацию проводят 4 часа при 90^oC. После высушивания масса продукта 91,3 г.

Пример 4. 20 г молотой соломы 1 час обрабатывают 100 г 18%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима 3,1. Щелочную целлюлозу (62 г) смешивают с 32 г сухого Na-МХУК (МО NaOH: Na-МХУК 1:1,3) и перемешивают 1 час при 20-25^oC. Этерификацию проводят при 110^oC в течение 4 часов. Масса продукта после высушивания 66,3 г.

Пример 5. 20 г молотой соломы обрабатывают 0,5 часа 200 г 40%-ного раствора NaOH. Коэффициент отжима 2,7. Щелочную целлюлозу (54 г) смешивают с 44,1 г сухого Na-МХУК (МО NaOH:Na-МХУК 1:1) и перемешивают 0,5 часа. Этерификацию проводят при 100^oC в течение 5 часов. Масса продукта после высушивания 88,6 г.

Показатели качества полученного продукта в сравнительном аспекте с продуктом известного способа представлены в табл. 1. Результаты испытаний Na-КМЦ в качестве стабилизатора глинистых растворов приведены в табл. 2.

Формула изобретения

Способ получения натрийкарбоксиметилцеллюлоза путем обработки растительного сырья водным раствором едкого натра, последующей этерификации щелочной целлюлозы Na-солью монохлоруксусной кислоты и сушки целевого продукта, отличающийся тем, что 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^oС, а этерификацию проводят при 70 -110^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2