Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов

 

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов (ЛУМ) заключается в том, что воздушно-сухие образцы ЛУМ обрабатывают натриевой солью монохлоруксусной кислоты (Na-МХУК), гидроксидом натрия при следующем весовом соотношении: 20 г ЛУМ : 2,8-10, 6 г NaOH : 7,2-29,0 г Na-МХУК и интенсивном измельчении в течение 5-30 мин при 10^oС без добавления воды. Продукты, полученные таким способом, растворимы в воде и образуют вязкие водные растворы. 1 табл.

Изобретение относится к области химической технологии и предназначено для получения натриевых солей карбоксиметиловых эфиров лигноуглеводных материалов (ЛУМ), которые могут быть использованы в качестве химических добавок для регулирования свойств промывочных жидкостей при бурении, для стабилизации растворов в строительной индустрии, в качестве химических реагентов при флотации, в горнодобывающей промышленности.

Известны способы карбоксиметилирования, в которых целлюлозу предварительно активируют щелочью, растворенной в изопропиловом спирте или воде, с последующим отжимом или без него, смешивают с МХУК или Na-МХУК, в результате чего получают продукты (Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. -Л.: Наука, 1988, 296 с. [1]).

Недостатками этих способов является то, что обязательно необходима предварительная активация целлюлозы, а также то, что растворы щелочи в воде или в изопропаноле необходимо в дальнейшем регенерировать, что приводит к значительному увеличению продолжительности карбоксиметилирования и ухудшает экологическую ситуацию.

Наиболее близким по назначению и технической сущности заявляемому изобретению является способ карброксиметилирования целлюлозы, в результате которого получается водорастворимая карбоксиметилированная целлюлоза (прототип) (Практические работы по химии древесины и целлюлозы, под ред. Никитина В.М. -М. : Лесная промышленность, 1965, 412 с. [2]). Воздушно-сухую целлюлозу перемешивают в изопропиловом спирте. Добавляют водный раствор NaOH при 20^oC. Затем смесь перемешивают еще один час при этой же температуре, после добавляют Na-МХУК и реакционную смесь выдерживают 3,5 часа при 55^oC. Полученный продукт - натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-МХУК) - промывают и сушат при 60^oC. Продукты, полученные таким образом, растворимы в воде и образуют вязкие водные растворы.

Недостатками прототипа является то, что в качестве гидроксилсодержащего сырья используется только целлюлоза, которую предварительно активируют, а затем еще в течение 3,5 часов карбоксиметилируют, для проведения процесса используют воду и изопропанол. В предлагаемом нами изобретении указанные недостатки устраняются следующим образом: вместо целлюлозы используют любой целлюлозосодержащий материал (древесина различных пород и ее отходы, однолетние растения, тростник, камыш и т.д.), который предварительно не подвергают активации, а длительность процесса составляет 5-30 минут, растворители не используются вообще, т.е. реакция проводится в твердой фазе.

Сущность предлагаемого нами изобретения заключается в том, что лигноуглеводный материал в виде воздушно-сухих опилок (влажность 3-6%) смешивают с твердым Na-МХУК, NaOH и подвергают интенсивному механическому измельчению, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость в воде 61,0-99,0%, относительная вязкость 1,03-1,07.

Осуществление изобретения достигается следующим образом: навеску нефракционированных воздушно-сухих опилок ЛУМ (20 г) смешивают с твердыми NaOH марки ч. или х.ч. (2,8-10,6 г), Na-МХУК марки ч. или х.ч. (7,2-29,0 г). Реакционную массу помещают в вибрационную мельницу и подвергают интенсивному измельчению в течение 5-30 минут без добавления воды. Температура воздуха в помещении 10^oC.

Структуру полученных продуктов идентифицируют методом ИК-спектроскопии, после того как его отмывают от NaOH и Na-МХУК подкисленным раствором этанола до отрицательной реакции на Cl^- ионы и нейтральной среды по фенолфталеину.

Пример 1.

Навеску воздушно-сухих опилок древесины осины (20 г), NaOH (10,6 г), Na-МХУК (29,0 г) интенсивно измельчают в течение 8 минут. Растворимость продукта в воде 84%, относительная вязкость 1,03. Содержание карбоксиметильных групп 17,4%.

Примеры 2-9 проведены в условиях аналогичных примеру 1, но при различных соотношениях реагентов и продолжительности реакции (см. таблицу).

Формула изобретения

Способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов (ЛУМ), заключающийся в том, что воздушно-сухие образцы лигноуглеводных материалов обрабатывают натриевой солью монохлоруксусной кислоты (Na-МХУК), гидроксидом натрия (NaOH), отличающийся тем, что компоненты реакционной смеси с весовым соотношением 20 г ЛУМ : 2,8 - 10,6 г NaOH : 7,2 - 29,0 г Na-МХУК подвергают интенсивному измельчению в течение 5 - 30 мин при 10^oС без добавления воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1