Способ получения микрокристаллической целлюлозы

 

Способ относится к изготовлению производных целлюлозы, а именно к способам получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), которая может быть использована в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности и в медицине. Солому овса предварительно подвергают механическому размолу. Затем обрабатывают в растворе серной и пероксимоносерной кислот при заданной концентрации, атмосферном давлении и температуре кипения смеси при 100-105°С в течение 0,5-2,0 ч. Механический размол осуществляют на вибрационной мельнице в течение 9 мин. Технический результат состоит в получении МКЦ из дешевого и нетрадиционного сырья - соломы овса посевного (Avena sativa L).

Изобретение относится к изготовлению производных целлюлозы, а именно к способам получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), которая может быть использована в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности и в медицине.

Известен способ получения МКЦ для указанных целей с помощью гидролиза естественной или гидратной целлюлозы 2,5 N соляной кислотой при 105^oC до образования целлюлозы с предельной степенью полимеризации (СП). Продукт после размола представляет собой тонкий белый порошок (US патент 2978446, кл. 260-212, оп. 1296).

Известен способ (прототип) получения МКЦ, при котором в качестве сырья используют беленую лиственную сульфатную целлюлозу (РФ патент 2119986). Промытую водой беленую целлюлозу суспендируют в растворе серной и пероксимоносерной кислот (ПМС) или в растворе, содержащем серную кислоту 2,5-10% и пероксид водорода 1,5-10 г/дм³. При концентрации целлюлозы 2,5-6% и температуре кипения раствора суспензию выдерживают в течение 0,5-3,0 ч. Затем массу отделяют от раствора, промывают водой, высушивают. При необходимости гомогенизируют. При этом получают МКЦ со степенью полимеризации 160-200 (кадоксен); сорбционная емкость (по фталазолу, 20^oC) 0,153-0,156.

Недостатком способа является использование относительно дорогого сырья - беленой лиственной сульфатной целлюлозы.

Задача настоящего изобретения состоит в получении МКЦ из более дешевого и нетрадиционного сырья - соломы овса посевного (Avena sativa L). Солома злаковых растений относится к отходам сельскохозяйственного производства. В настоящее время одним из немногих способов утилизации этих отходов является их использование в качестве грубого малоценного корма для жвачных животных. Учитывая, что степень усваиваемости биомассы соломы не превышает 15-20%, данный способ нельзя признать рациональным. Вместе с тем биомасса соломы злаковых, как и древесная ткань, представляет собой сложный комплекс природных полимеров: полисахаридов (целлюлоза, пектиновые вещества, гемицеллюлозы) и лигнина, которые обладают рядом ценных свойств, в частности сорбционных, и могут быть использованы в самых различных областях народного хозяйства и медицине. Причем сорбционными свойствами обладают порошковые материалы на основе как целлюлозы, так и лигнина (благодаря наличию карбоксильных групп). Кроме того, солома злаковых растений практически не содержит смол, то есть обладает экологической чистотой, является доступным, возобновляемым сырьем. В этом состоит технический результат.

Существенным признаком изобретения является механический размол до порошкообразного состояния воздушно-сухой соломы овса посевного и последующий гидролиз и отбелка его в растворе серной и пероксимоносерной кислот (или раствором, содержащим серную кислоту и пероксид водорода, ПМС образуется во время реакции серной кислоты и пероксида водорода) при соответствующей концентрации, атмосферном давлении, температуре и продолжительности. Механический размол осуществляют на вибрационной мельнице в течение 9 минут. Обработку раствором серной и пероксимоносерной кислот ведут при атмосферном давлении и температуре кипения смеси при 100-105^oC в течение 0,5-2,04.

Способ получения МКЦ состоит в следующем. Воздушно-сухую солому овса подвергают механическому размолу на вибрационной мельнице в течение 9 мин. Затем проводят ситовой анализ с размером частиц ≅ 0,25 мм. Сырье суспендируют в растворе серной и пероксимоносерной кислот (или в растворе, содержащем серную кислоту 10% и пероксид водорода 1%) и при атмосферном давлении и температуре кипения смеси суспензию выдерживают в течение 0,5 - 2,0 ч. Затем массу отделяют от раствора, промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают. При необходимости гомогенизируют. Предлагаемый способ обработки включает две стадии: механический размол, способствующий большему проникновению гидролизующего раствора вглубь сырья и тем самым облегчающий протекание процесса гидролиза, и гидролиз соломы овса с получением МКЦ.

Пример 1. Навеску воздушно-сухой соломы овса массой 5 г (по абс. сух. волокну) после размола на вибрационной мельнице в течение 9 минут и ситового анализа с размером частиц ≅ 0,25 мм переносят в колбу на 1 л и заливают раствором серной кислоты, содержащим ПМС, объем раствора 250 дм³. После смешения компонентов при перемешивании суспензии соломы овса концентрация реагентов эквивалентна 10% серной кислоты и 1% пероксида водорода (эквивалентна 3% ПМС). Колбу с обратным холодильником нагревают до температуры кипения смеси и выдерживают в течение 60 мин, затем снимают с подогревателя, охлаждают до комнатной температуры и на воронке со стеклянным пористым фильтром отделяют гидролизат. Образовавшуюся МКЦ промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают до температуры 60^oC. Показатели исходной соломы овса: СП (степень полимеризации) - в кадоксене не растворяется; лигнин Комарова 23,1%. Показатели МКЦ: выход 41,0%; СП 210 (кадоксен); лигнин Комарова 20,3%.

Пример 2. Готовят суспензию, как в примере 1. Колбу с обратным холодильником нагревают до температуры кипения и выдерживают в течение 120 мин. Дальнейшую обработку ведут, как в примере 1. Показатели МКЦ: выход 38,0%; СП 170 (кадоксен); лигнин Комарова 26,09%; сорбционная емкость (по фталазолу, 20^oC) 0,514.

Пример 3. Готовят суспензию, как в примере 1. Колбу с обратным холодильником нагревают до температуры кипения и выдерживают в течение 180 мин. Дальнейшую обработку ведут, как в примере 1. Показатели МКЦ: выход 35,0%; СП 87 (кадоксен); лигнин Комарова 23,7%.

Формула изобретения

Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролиз и отбелку исходного сырья в растворе серной и пероксимоносерной кислот при соответствующей концентрации, атмосферном давлении, температуре и продолжительности, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют воздушно-сухую солому овса посевного, которую предварительно подвергают механическому размолу до порошкообразного состояния.